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近年来,食品工业中新型复合食品体系需求量逐渐增加,功能性配料(多酚、多糖、磷脂等)对食品成分理化功能性质的影响受到越来越多的关注。在食品加工过程中功能性配料不可避免的与蛋白质发生相互作用,进一步影响蛋白质理化性质及功能特性。pH和离子强度是影响蛋白质理化功能特性的两个重要因素,同时也影响着蛋白质与其他物质的相互作用。因此,本研究提取了大豆11S和7S蛋白,研究不同 pH 和离子强度下 11S/7S 与表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin-3-gallate, EGCG)的相互作用机制及复合物结构特性,并测定了11S-EGCG与7S-EGCG在不同pH和离子强度下的溶解性、乳化性及热稳定性,为开发新型复合食品体系和进一步扩展大豆蛋白精加工产品的应用奠定理论基础。主要研究内容及结果如下:
(1)在水溶液体系借助荧光光光谱(FL)和紫外可见光谱(UV-vis)对11S和7S与EGCG的互作进行初步探索。EGCG对11S和7S产生形成复合物的静态荧光猝灭,并发生以疏水相互作用为主的自发反应。7S与EGCG的亲和力强于11S,且7S-EGCG复合物更稳定,亲水性更强。EGCG诱导蛋白质肽链伸展,使色氨酸、酪氨酸残基由“埋藏”趋于暴露,并改变蛋白质构象。
(2)在pH3.0,pH5.0和pH7.0的Tris-HCl缓冲液体系测定了浊度、粒径和Zeta电位。11S和7S的浊度、平均粒径及Zeta电位均与pH有关,三个pH条件下11S/7S与EGCG质量浓度比为10∶1时形成浊度较低、粒径小、更稳定的复合物;11S与EGCG亲和力强度为:pH7.0 > pH3.0 > pH5.0,7S与EGCG亲和力强度为:pH7.0 > pH5.0 > pH3.0。
(3)在蛋白质与EGCG质量浓度比10∶1条件下制备三种pH的11S-EGCG与7S-EGCG复合物,利用FL、UV-vis、傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(SERS)、圆二色谱(CD)和扫描电镜(SEM)探索 11S/7S 与 EGCG的互作机制。在三个pH条件下EGCG均能对11S和7S产生形成复合物的静态荧光猝灭作用,并改变蛋白质色氨酸微环境;在pH7.0条件下11S/7S与EGCG亲和力最强。在不同pH条件下11S/7S与EGCG的作用力有静电相互作用、氢键和疏水相互作用,其中在pH3.0和7.0条件下蛋白质亚基结构中的C=O,C-N,N-H键都参与了反应;EGCG改变了蛋白质色氨酸、酪氨酸和脂肪族氨基酸残基的微环境,并导致11S和7S蛋白二级结构重排,总体上稳定了蛋白质的 α螺旋或β 折叠结构,诱导表面光滑,有序的微观结构的形成。
(4)借助分子对接进一步探索11S、7S与EGCG互作机制。在pH3.0和pH7.0条件下EGCG主要通过氢键作用结合在11S蛋白的Gln73、Glu119、Glu139、Tyr371、Tyr393、Arg418、Glu440 附近;结合在 7S 蛋白的 Arg188、Trp328~Asp334、Arg364~Asn369、Ser383和His388附近,并与Trp328形成了π-π堆积作用。EGCG与11S和7S结合能在pH7.0条件下比pH3.0条件下更强,在相同pH下7S与EGCG的结合能强于11S。
(5)在pH7.0的Tris-HCl缓冲液体系中,按蛋白质与EGCG质量浓度比10∶1制备11S-EGCG与7S-EGCG复合物,并调控离子强度,测定其浊度、平均粒径、Zeta电位。一定的离子强度增加了11S浊度、平均粒径,降低了Zeta电位绝对值,对7S无明显影响;离子强度促进11S、7S与EGCG发生疏水相互作用,形成粒径大、不稳定的凝聚物。
(6)采用 SDS-PAGE、UV-vis、FT-IR、SERS、CD、SEM 等技术探究不同离子强度下11S-EGCG与7S-EGCG复合物结构特性。11S蛋白分子亚基、结构性质与离子强度有关,7S蛋白不受离子强度的影响。不同离子强度下11S-EGCG与7S-EGCG复合物的亚基分子量轻微降低。离子强度通过影响O-H伸缩振动和氢键以及色氨酸、酪氨酸、脂肪族氨基酸残基的微环境改变复合物的一级结构。一定的离子强度促进11S-EGCG与7S-EGCG复合物的α螺旋结构转变为β折叠和无规则卷曲结构,使复合物的微观形态发生变化,形成结构紧密,不规则的聚集体。
(7)11S、7S及11S-EGCG与7S-EGCG的溶解性、乳化性及热稳定性受pH影响,相比于对照11S和7S,不同pH条件下11S-EGCG与7S-EGCG复合物溶解性和乳化性增强;中性条件下的7S-EGCG复合物乳化性质较强;离子强度促进11S和11S-EGCG复合物的热稳定性增加;0.1 mol/L的离子强度降低7S蛋白热稳定性,但在此条件下EGCG与7S的结合能缓解离子强度对蛋白质热稳定性的影响。
(1)在水溶液体系借助荧光光光谱(FL)和紫外可见光谱(UV-vis)对11S和7S与EGCG的互作进行初步探索。EGCG对11S和7S产生形成复合物的静态荧光猝灭,并发生以疏水相互作用为主的自发反应。7S与EGCG的亲和力强于11S,且7S-EGCG复合物更稳定,亲水性更强。EGCG诱导蛋白质肽链伸展,使色氨酸、酪氨酸残基由“埋藏”趋于暴露,并改变蛋白质构象。
(2)在pH3.0,pH5.0和pH7.0的Tris-HCl缓冲液体系测定了浊度、粒径和Zeta电位。11S和7S的浊度、平均粒径及Zeta电位均与pH有关,三个pH条件下11S/7S与EGCG质量浓度比为10∶1时形成浊度较低、粒径小、更稳定的复合物;11S与EGCG亲和力强度为:pH7.0 > pH3.0 > pH5.0,7S与EGCG亲和力强度为:pH7.0 > pH5.0 > pH3.0。
(3)在蛋白质与EGCG质量浓度比10∶1条件下制备三种pH的11S-EGCG与7S-EGCG复合物,利用FL、UV-vis、傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(SERS)、圆二色谱(CD)和扫描电镜(SEM)探索 11S/7S 与 EGCG的互作机制。在三个pH条件下EGCG均能对11S和7S产生形成复合物的静态荧光猝灭作用,并改变蛋白质色氨酸微环境;在pH7.0条件下11S/7S与EGCG亲和力最强。在不同pH条件下11S/7S与EGCG的作用力有静电相互作用、氢键和疏水相互作用,其中在pH3.0和7.0条件下蛋白质亚基结构中的C=O,C-N,N-H键都参与了反应;EGCG改变了蛋白质色氨酸、酪氨酸和脂肪族氨基酸残基的微环境,并导致11S和7S蛋白二级结构重排,总体上稳定了蛋白质的 α螺旋或β 折叠结构,诱导表面光滑,有序的微观结构的形成。
(4)借助分子对接进一步探索11S、7S与EGCG互作机制。在pH3.0和pH7.0条件下EGCG主要通过氢键作用结合在11S蛋白的Gln73、Glu119、Glu139、Tyr371、Tyr393、Arg418、Glu440 附近;结合在 7S 蛋白的 Arg188、Trp328~Asp334、Arg364~Asn369、Ser383和His388附近,并与Trp328形成了π-π堆积作用。EGCG与11S和7S结合能在pH7.0条件下比pH3.0条件下更强,在相同pH下7S与EGCG的结合能强于11S。
(5)在pH7.0的Tris-HCl缓冲液体系中,按蛋白质与EGCG质量浓度比10∶1制备11S-EGCG与7S-EGCG复合物,并调控离子强度,测定其浊度、平均粒径、Zeta电位。一定的离子强度增加了11S浊度、平均粒径,降低了Zeta电位绝对值,对7S无明显影响;离子强度促进11S、7S与EGCG发生疏水相互作用,形成粒径大、不稳定的凝聚物。
(6)采用 SDS-PAGE、UV-vis、FT-IR、SERS、CD、SEM 等技术探究不同离子强度下11S-EGCG与7S-EGCG复合物结构特性。11S蛋白分子亚基、结构性质与离子强度有关,7S蛋白不受离子强度的影响。不同离子强度下11S-EGCG与7S-EGCG复合物的亚基分子量轻微降低。离子强度通过影响O-H伸缩振动和氢键以及色氨酸、酪氨酸、脂肪族氨基酸残基的微环境改变复合物的一级结构。一定的离子强度促进11S-EGCG与7S-EGCG复合物的α螺旋结构转变为β折叠和无规则卷曲结构,使复合物的微观形态发生变化,形成结构紧密,不规则的聚集体。
(7)11S、7S及11S-EGCG与7S-EGCG的溶解性、乳化性及热稳定性受pH影响,相比于对照11S和7S,不同pH条件下11S-EGCG与7S-EGCG复合物溶解性和乳化性增强;中性条件下的7S-EGCG复合物乳化性质较强;离子强度促进11S和11S-EGCG复合物的热稳定性增加;0.1 mol/L的离子强度降低7S蛋白热稳定性,但在此条件下EGCG与7S的结合能缓解离子强度对蛋白质热稳定性的影响。