基于蛋白质与多糖相互作用的乳液界面组装及其对姜黄素与白藜芦醇的稳态机制

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食品功能因子如姜黄素、白藜芦醇等可用于食品中营养素的强化以增强其功能。然而,这些疏水性功能成分水溶性差、化学不稳定及生物利用率低,很难被直接添加到膳食补充剂和功能性食品中。根据研究报道,利用蛋白质和多糖构建的乳液基递送载体对功能因子进行包埋和递送可有效提高其水溶性及生物利用率。本论文以乳铁蛋白(LF)和透明质酸(HA)为壁材,围绕蛋白质与多糖在油-水界面的相互作用展开,探索不同乳液微结构与姜黄素和白藜芦醇的稳定性、胶束化之间的构效关系。主要研究内容及结果如下:(1)探究LF与HA在水溶液中分子复合、组装、聚集和共价结合机制,解析蛋白质-多糖相互作用与功能特性间关系。结果表明,p H对LF/HA的相分离行为有重要影响,在p H 5到10的范围内,LF/HA体系为共溶或复合状态,当p H≤4时,LF与HA发生复凝聚,进一步形成相分离。在中性条件下,LF与HA的非共价结合是自发的放热过程,是熵效应和焓效应作用的结果。LF与HA能在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的作用下发生共价交联,接枝度为58.8±3.0%。共价相互作用改变了LF的二级结构,其中α-螺旋占比下降11.79%,β-折叠结构占比提高6.94%。LF-HA的共价和非共价相互作用均提高了蛋白质的热稳定性。在较宽的p H范围(p H 5-10)内,共价物的负电荷高于物理复合物或单独蛋白质。HA与LF的共价或非共价结合没有显著改善其发泡性能,但改善了其乳化性能和抗氧化活性。(2)基于LF-HA的分子相互作用,构建四种具有不同界面结构(单层蛋白质界面、蛋白质-多糖混合界面、蛋白质-多糖层层自组装(LBL)界面、蛋白质-多糖共价界面)的乳液,通过对比研究阐释不同界面结构对乳液物理化学性质及环境稳定性的影响。研究发现,HA与LF的非共价结合和共价结合对LF的界面吸附动力学有不同的影响:非共价结合的HA提高了LF的扩散速率,促进LF降低界面张力,而与HA共价结合的LF在水相的移动受到阻碍,需要更多的时间在界面上展开和重新排列;不同乳化剂的组成和结构影响界面性质及乳液特性:与单一LF乳液、混合界面乳液与LBL界面乳液相比,共价交联形成的界面厚度(161 nm)、界面净电荷量(-45.8m V)最大,乳液粒径呈单一分布,剪切变稀行为程度较低,显示出最高的乳化活性指数(EAI)和乳液稳定性指数(ESI);不同界面结构的乳液显示出不同的环境稳定性:由单一LF稳定的乳液对环境因素变化敏感,而共价复合物产生的界面能通过强大的空间斥力稳定乳液,因此其稳定的乳液显示出较好的盐离子稳定性与冻融稳定性。(3)选择姜黄素、白藜芦醇为模型功能因子,探究两种疏水多酚的协同抗氧化效果,确定复合多酚体系的最适比例,利用不同的乳液界面工程方法对姜黄素、白藜芦醇进行稳态化保护,通过体外消化模型探究乳液微结构对脂肪消化、双功能因子生物可及性的影响机制。研究显示,当姜黄素:白藜芦醇质量比为3:2时,表现出最好的协同抗氧化性效应;物理混合、LBL和共价界面乳液均能提高疏水功能因子的包埋率与光照稳定性,其中共价复合物稳定的乳液对姜黄素的包埋率达96.3%,光照保留率达42.89%,对白藜芦醇的包埋率达92.9%,光照保留率达61.33%,表现出最好的包埋效果和功能因子保护作用;体外消化实验表明,HA的添加能通过抑制液滴在胃肠道条件下的絮凝,促进油脂消化分解和功能因子释放。说明不同界面结构的乳液能通过改变乳液稳定性、油脂消化过程来改善姜黄素、白藜芦醇的生物可及性,其中共价交联界面具有更有效的改善作用。综上,本研究利用蛋白质-多糖的复合特性,通过改变乳液的制备条件(如蛋白质多糖比例、相互作用的形式、环境条件等)获得具有不同界面结构的乳液,探究不同微结构的乳液的界面性质与乳液稳定机理和功能因子装载释放的关系。总之,通过系统探究各种界面工程方法如何改善或扩展蛋白质-多糖复合物的乳化性能,可用于拓宽食品生物聚合物的应用并构建新型乳液基递送载体。
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