两亲水解蛋白纳微结构对铁纳米颗粒的稳态化研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:majianfeipubin
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缺铁性贫血(Iron Deficiency Anemia,IDA)是一个全球性的营养失衡现象和公共卫生问题。铁纳米颗粒(Iron nanoparticles,Fe NPs)是一种新型铁强化剂,因兼具生物利用度和反应惰性受到广泛关注,但在水相中易发生不可逆的氧化聚沉,严重影响在铁强化食品中的应用。已有研究发现纳米纤维、微胶囊等蛋白递送体系可以显著提高Fe NPs的胶体稳定性,为新型铁强化剂的开发提供新思路,其中载体的结构特性及其与Fe NPs的相互作用研究是关键。基于此,本论文以大豆分离蛋白(Soy Protein Isolate,SPI)为原料,利用酶解耦合热-低p H法成功制备纳米纤维(Soy Protein Hydrolysate Fibril,Fib SPH)、纳米管(Soy Protein Hydrolysate Tube,Tub SPH)及球形纳米颗粒(Soy Protein Hydrolysate Nanoparticle,NPSPH)等载体结构并阐述其形成机制;进一步评估不同蛋白纳微结构对Fe NPs的稳态化作用,对比探究所形成的铁-蛋白纳米复合物的物化特性、稳定性、细胞毒性及在不同食品体系中的应用潜力。主要研究内容和结论如下:1.利用不同蛋白酶分别将SPI处理至3%,6%,9%水解度(Degree Hydrolysis,DH),以探究酶解耦合热-低p H法对SPI不同纳微结构形成的调控作用。结果表明:控制酶解会改变SPI在酸热条件下的组装行为,其中经碱性蛋白酶处理至6%DH的水解蛋白形成球形纳米颗粒排列的类纤维(Fib SPHAlc2);经风味蛋白酶处理可显著性降低纤维生长时间,利于形成周围吸附低尺度球形纳米颗粒的卷曲长纤维结构(Fib SPHFla1、Fib SPHFla2、Fib SPHFla3)。而经胰酶处理的水解物形成差异性蛋白纳微结构,在3%DH下形成纳米管(Tub SPHPan1),在6%DH下形成“斑布状”纤维(Fib SPHPan2),在9%DH下形成约40 nm的球形纳米颗粒(NPSPHPan3)。结构各异蛋白质纳微结构的形成与水解物的亚基组成和解离/降解程度密切相关。其中,纳米纤维类结构以“β-折叠”作为构筑单元,主要依靠疏水相互作用力维持结构稳定。2.通过氢还原法制备Fe NPs,对比探究不同蛋白纳微结构稳定Fe NPs的能力,并对所形成的铁-蛋白纳米复合物进行物化表征。结果表明,所制备的蛋白结构均可提高Fe NPs的胶体稳定性,其中以纤维结构为代表的Fib SPHFla2及以球形颗粒结构为代表NPSPHPan3在稳定Fe NPs方面具有显著优势,且Fe Fib SPHFla2及Fe NPSPHPan3具有较高比例的生物可利用价态的铁即Fe(Ⅱ),且两者具有较高的贮存稳定性、复溶稳定性及p H稳定性。透射显微镜(TEM)观察到Fe NPs在Fib SPHFla2表面均匀分布,呈纤维笼状;而Fe NPs吸附在NPSPHPan3上,为球形纳米颗粒状。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)发现,Fe NPs在制备复合物过程中是稳定的,并结合在蛋白质的酰胺基和羰基位点处。3.进一步评估Fe Fib SPHFla2和Fe NPSPHPan3的胃肠消化特性及细胞毒性,并探究其在不同食品体系中的应用潜力。结果表明,优选的铁复合物具有较强的胃肠消化稳定性。Fe NPSPHPan3在Fe浓度低于200μg/m L对Hep G2细胞系无毒,与Fe SO4相当。Fe Fib SPHFla2在Fe浓度至300μg/m L,仍对细胞无损伤作用,毒性较Fe SO4小。与传统水溶性铁剂Fe SO4及Fe Cl3相比,Fe NPSPHPan3和Fe Fib SPHFla2均可降低过渡价态铁对多种食品基质造成的不良色度影响,同时可显著提高水包油乳液的贮藏稳定性,减缓铁诱导的脂质氧化现象。
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