西北農(nóng)林科技大學(xué)王玉堂教授、孫立軍教授在Food Chemistry發(fā)表最新研究成果近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)食品學(xué)院Mengqing Li(第一作者)、王玉堂教授(通訊作者)、孫立軍教授(通訊作者)等在國際食品頂刊《Food Chemistry》發(fā)表了題為“Three physical modifications enhanced the binding interactions of Cyperus esculentus protein with proanthocyanidins and physicochemical properties of complexes: The contribution of non-covalent interactions”的研究性論文。
研究背景
原花青素（PC），也被稱為縮合單寧，是由兒茶素或表兒茶素通過碳 - 碳單鍵縮合形成的聚合物，廣泛存在于許多蔬菜、水果、谷物、豆類和堅(jiān)果中，具有很強(qiáng)的抗氧化、抗癌、抗菌、抗病毒以及心臟保護(hù)作用。根據(jù)單體單元之間鍵的性質(zhì)，原花青素可分為 A 類（含有碳 - 碳鍵和醚鍵）和 B 類（含有碳 - 碳鍵）。然而，原花青素對溫度和光照敏感，這導(dǎo)致其穩(wěn)定性較差，并且在加工、儲(chǔ)存過程中以及嚴(yán)苛的胃腸道環(huán)境中難以保持活性。為了解決這一局限性，人們已經(jīng)開發(fā)出了各種提高其穩(wěn)定性的策略，例如使用納米級顆粒遞送原花青素，或者通過酯化反應(yīng)修飾原花青素的分子結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)由于資源豐富、無毒、安全且具有優(yōu)異的生物相容性，在生物活性物質(zhì)遞送系統(tǒng)中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。蛋白質(zhì)與原花青素之間的相互作用可分為非共價(jià)（可逆）相互作用和共價(jià)（不可逆）相互作用。與共價(jià)相互作用相比，非共價(jià)相互作用較弱但更安全，主要包括疏水相互作用和氫鍵。共價(jià)相互作用涉及原花青素在堿性環(huán)境或氧化酶催化下發(fā)生氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為醌類衍生物。這些衍生物隨后與蛋白質(zhì)分子發(fā)生特定的親核加成反應(yīng)，通常會(huì)形成碳 - 氮鍵或碳 - 硫鍵，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的共價(jià)復(fù)合物。
油莎豆蛋白（CEP）來源于油莎豆榨油后的副產(chǎn)物，可分為清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。油莎豆蛋白含有 18 種氨基酸，且必需氨基酸含量較高，與雞蛋蛋白、大豆蛋白和馬鈴薯蛋白相比，具有更高的營養(yǎng)價(jià)值。然而，油莎豆蛋白的功能特性較差，這限制了其在食品工業(yè)中的應(yīng)用。通過結(jié)構(gòu)修飾來增強(qiáng)這些功能特性對于拓展其應(yīng)用范圍至關(guān)重要。新興的非熱食品加工方法，如超聲波處理、高壓處理、高壓均質(zhì)處理和脈沖電場處理，具有環(huán)保、安全、無毒的特點(diǎn)，在改善蛋白質(zhì)特性方面展現(xiàn)出巨大潛力。我們之前的研究表明，球磨（BM）、高壓均質(zhì)（HPH）和冷等離子體（CP）處理顯著改變了油莎豆蛋白的結(jié)構(gòu)和功能特性。這些處理改變了油莎豆蛋白的形態(tài)，減小了顆粒尺寸，破壞了二硫鍵，并增強(qiáng)了疏水力、結(jié)晶度、熱穩(wěn)定性、溶解性、乳化性和持油性，而其一級和二級結(jié)構(gòu)基本保持不變。表面疏水性的增加可能會(huì)增強(qiáng)蛋白質(zhì)與多酚之間的相互作用，改變復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，并改善諸如溶解性、乳化性和起泡性等功能特性。然而，目前大多數(shù)研究集中在常見蛋白質(zhì)（如豌豆蛋白和醇溶蛋白）與原花青素（PC）之間的結(jié)合，關(guān)于原花青素與經(jīng)過物理修飾的蛋白質(zhì)之間相互作用的報(bào)道很少，尤其是針對油莎豆蛋白的相關(guān)報(bào)道更是少見。研究經(jīng)過修飾的油莎豆蛋白與原花青素之間的相互作用機(jī)制，以及原花青素對蛋白質(zhì)抗氧化和乳化特性的影響，并將其應(yīng)用于乳液體系，對于理解結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系以及開發(fā)其應(yīng)用潛力至關(guān)重要。
在本研究中，利用先前研究獲得的與球磨（BM）、高壓均質(zhì)（HPH）和冷等離子體（CP）相關(guān)的初步參數(shù)對油莎豆蛋白（CEP）進(jìn)行了修飾。通過熒光光譜法、等溫滴定量熱法和傅里葉變換紅外光譜法，研究了油莎豆蛋白 - 原花青素（CEP-PC）復(fù)合物的相互作用機(jī)制。選擇了一種乳化性能最佳的油莎豆蛋白 - 原花青素復(fù)合物，將其應(yīng)用于乳液體系中。通過測定粒徑、ζ 電位和乳液微觀結(jié)構(gòu)，初步探究了所形成乳液的性質(zhì)。本研究突出了物理修飾對油莎豆蛋白運(yùn)載原花青素的影響，為原花青素遞送系統(tǒng)提供了理論基礎(chǔ)和新的研究視角。
結(jié)論與展望
本研究表明，未修飾 / 修飾后的油莎豆蛋白（CEP）可通過非共價(jià)相互作用與原花青素（PC）形成復(fù)合物，并可用于穩(wěn)定水包油乳液。濁度增加、ζ 電位變化以及通過原子力顯微鏡（AFM）觀察到的聚集現(xiàn)象證實(shí)了復(fù)合物的形成，這種復(fù)合物的形成是由氫鍵和靜電相互作用驅(qū)動(dòng)的，且復(fù)合物的峰數(shù)和二級結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生顯著變化。此外，修飾后的油莎豆蛋白表現(xiàn)出更強(qiáng)的結(jié)合能力，其順序?yàn)槔涞入x子體修飾的油莎豆蛋白（CPP）> 高壓均質(zhì)修飾的油莎豆蛋白（HPHP）> 球磨修飾的油莎豆蛋白（BMP）> 未修飾的油莎豆蛋白（CEP），并且添加 A 類原花青素（PA）和 B2 類原花青素（PB2）提高了油莎豆蛋白樣品的熱穩(wěn)定性、抗氧化活性和乳化性能。此外，冷等離子體修飾的油莎豆蛋白與 A 類原花青素形成的復(fù)合物（CPP-PA）表現(xiàn)出更優(yōu)越的功能特性，能夠通過堿響應(yīng)行為穩(wěn)定乳液。這些研究結(jié)果為修飾后的油莎豆蛋白在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。
原文鏈接 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.143611
研究背景
原花青素（PC），也被稱為縮合單寧，是由兒茶素或表兒茶素通過碳 - 碳單鍵縮合形成的聚合物，廣泛存在于許多蔬菜、水果、谷物、豆類和堅(jiān)果中，具有很強(qiáng)的抗氧化、抗癌、抗菌、抗病毒以及心臟保護(hù)作用。根據(jù)單體單元之間鍵的性質(zhì)，原花青素可分為 A 類（含有碳 - 碳鍵和醚鍵）和 B 類（含有碳 - 碳鍵）。然而，原花青素對溫度和光照敏感，這導(dǎo)致其穩(wěn)定性較差，并且在加工、儲(chǔ)存過程中以及嚴(yán)苛的胃腸道環(huán)境中難以保持活性。為了解決這一局限性，人們已經(jīng)開發(fā)出了各種提高其穩(wěn)定性的策略，例如使用納米級顆粒遞送原花青素，或者通過酯化反應(yīng)修飾原花青素的分子結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)由于資源豐富、無毒、安全且具有優(yōu)異的生物相容性，在生物活性物質(zhì)遞送系統(tǒng)中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。蛋白質(zhì)與原花青素之間的相互作用可分為非共價(jià)（可逆）相互作用和共價(jià)（不可逆）相互作用。與共價(jià)相互作用相比，非共價(jià)相互作用較弱但更安全，主要包括疏水相互作用和氫鍵。共價(jià)相互作用涉及原花青素在堿性環(huán)境或氧化酶催化下發(fā)生氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為醌類衍生物。這些衍生物隨后與蛋白質(zhì)分子發(fā)生特定的親核加成反應(yīng)，通常會(huì)形成碳 - 氮鍵或碳 - 硫鍵，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的共價(jià)復(fù)合物。
油莎豆蛋白（CEP）來源于油莎豆榨油后的副產(chǎn)物，可分為清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。油莎豆蛋白含有 18 種氨基酸，且必需氨基酸含量較高，與雞蛋蛋白、大豆蛋白和馬鈴薯蛋白相比，具有更高的營養(yǎng)價(jià)值。然而，油莎豆蛋白的功能特性較差，這限制了其在食品工業(yè)中的應(yīng)用。通過結(jié)構(gòu)修飾來增強(qiáng)這些功能特性對于拓展其應(yīng)用范圍至關(guān)重要。新興的非熱食品加工方法，如超聲波處理、高壓處理、高壓均質(zhì)處理和脈沖電場處理，具有環(huán)保、安全、無毒的特點(diǎn)，在改善蛋白質(zhì)特性方面展現(xiàn)出巨大潛力。我們之前的研究表明，球磨（BM）、高壓均質(zhì)（HPH）和冷等離子體（CP）處理顯著改變了油莎豆蛋白的結(jié)構(gòu)和功能特性。這些處理改變了油莎豆蛋白的形態(tài)，減小了顆粒尺寸，破壞了二硫鍵，并增強(qiáng)了疏水力、結(jié)晶度、熱穩(wěn)定性、溶解性、乳化性和持油性，而其一級和二級結(jié)構(gòu)基本保持不變。表面疏水性的增加可能會(huì)增強(qiáng)蛋白質(zhì)與多酚之間的相互作用，改變復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，并改善諸如溶解性、乳化性和起泡性等功能特性。然而，目前大多數(shù)研究集中在常見蛋白質(zhì)（如豌豆蛋白和醇溶蛋白）與原花青素（PC）之間的結(jié)合，關(guān)于原花青素與經(jīng)過物理修飾的蛋白質(zhì)之間相互作用的報(bào)道很少，尤其是針對油莎豆蛋白的相關(guān)報(bào)道更是少見。研究經(jīng)過修飾的油莎豆蛋白與原花青素之間的相互作用機(jī)制，以及原花青素對蛋白質(zhì)抗氧化和乳化特性的影響，并將其應(yīng)用于乳液體系，對于理解結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系以及開發(fā)其應(yīng)用潛力至關(guān)重要。
在本研究中，利用先前研究獲得的與球磨（BM）、高壓均質(zhì)（HPH）和冷等離子體（CP）相關(guān)的初步參數(shù)對油莎豆蛋白（CEP）進(jìn)行了修飾。通過熒光光譜法、等溫滴定量熱法和傅里葉變換紅外光譜法，研究了油莎豆蛋白 - 原花青素（CEP-PC）復(fù)合物的相互作用機(jī)制。選擇了一種乳化性能最佳的油莎豆蛋白 - 原花青素復(fù)合物，將其應(yīng)用于乳液體系中。通過測定粒徑、ζ 電位和乳液微觀結(jié)構(gòu)，初步探究了所形成乳液的性質(zhì)。本研究突出了物理修飾對油莎豆蛋白運(yùn)載原花青素的影響，為原花青素遞送系統(tǒng)提供了理論基礎(chǔ)和新的研究視角。
結(jié)論與展望
本研究表明，未修飾 / 修飾后的油莎豆蛋白（CEP）可通過非共價(jià)相互作用與原花青素（PC）形成復(fù)合物，并可用于穩(wěn)定水包油乳液。濁度增加、ζ 電位變化以及通過原子力顯微鏡（AFM）觀察到的聚集現(xiàn)象證實(shí)了復(fù)合物的形成，這種復(fù)合物的形成是由氫鍵和靜電相互作用驅(qū)動(dòng)的，且復(fù)合物的峰數(shù)和二級結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生顯著變化。此外，修飾后的油莎豆蛋白表現(xiàn)出更強(qiáng)的結(jié)合能力，其順序?yàn)槔涞入x子體修飾的油莎豆蛋白（CPP）> 高壓均質(zhì)修飾的油莎豆蛋白（HPHP）> 球磨修飾的油莎豆蛋白（BMP）> 未修飾的油莎豆蛋白（CEP），并且添加 A 類原花青素（PA）和 B2 類原花青素（PB2）提高了油莎豆蛋白樣品的熱穩(wěn)定性、抗氧化活性和乳化性能。此外，冷等離子體修飾的油莎豆蛋白與 A 類原花青素形成的復(fù)合物（CPP-PA）表現(xiàn)出更優(yōu)越的功能特性，能夠通過堿響應(yīng)行為穩(wěn)定乳液。這些研究結(jié)果為修飾后的油莎豆蛋白在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。
原文鏈接 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.143611
