基于糖基化反应的花生蛋白成膜性及其风味缓释效应的研究

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花生是一种重要的油料蛋白资源,然而花生蛋白的某些功能特性限制了其在食品工业中的应用,糖基化反应是一种绿色的蛋白质改性方法,已有研究表明能显著改善蛋白质的功能特性。本研究发现糖基化改性后的花生蛋白在溶解性、乳化性和成膜性方面都有显著改善,并且发现糖基化程度的差异对蛋白的成膜性和结构特性有着明显影响。此外,本文还利用糖基化产物成功制备了具有风味包埋和缓释功能的花生蛋白膜。该研究为花生蛋白的增值开发和拓展其在活性包装上的应用提供了重要的理论基础。具体结果如下:1、花生分离蛋白(PPI)能够通过干法糖基化反应与葡聚糖(Dex)和阿拉伯胶(GA)分别发生共价交联,且相同反应条件下,PPI更易于与GA发生糖基化反应。PPI中的伴花生球蛋白II是参与糖基化反应的主要组分。糖基化反应7天后,PPI-Dex和PPI-GA交联产物的α-螺旋结构分别减少至57.4%和53.2%,蛋白质二级结构更加灵活,表面疏水性降低,空间结构更加松散。此外,PPI-Dex交联产物的溶解性在pH3-9范围内均有显著改善,等电点不变,而PPI-GA交联产物的溶解性仅在pH>7范围内有明显改善,且等电点不明显。PPI-Dex和PPI-GA交联产物的乳化活性在糖基化后分别增至207.0和242.9m2/g。与未发生糖基化反应的PPI-多糖共混物膜相比,糖基化反应能够导致PPI膜色泽加深,亲水性降低,延长率增加以及水蒸气渗透率降低。多糖性质的不同显著影响最终成膜的物理性质。与PPI-Dex交联产物膜相比,PPI-GA交联产物膜的色差ΔE值更大,延长率较差,然而其在水中的稳定性,拉伸强度和水蒸气阻隔性能均较好。2、与传统湿法糖基化相比,超声波技术能够显著增加糖基化反应速率,且所获得的PPI-多糖共价交联产物具有更少的α-螺旋结构,更多的β-结构,更高的表面疏水性和更为松散的空间结构。与传统湿法糖基化产物相比,超声波糖基化产物具有更好的溶解性、乳化活性和乳化稳定性,然而利用其糖基化产物制备而成的蛋白膜的色差更大,含湿量和水溶性更高,且膜的机械性能和水蒸气阻隔能力更差。在液体反应体系中,PPI较易与Dex发生糖基化反应。糖基化反应后,PPI-Dex膜具有更好的可塑性,而PPI-GA膜具有更高的拉伸强度和水蒸气阻隔能力。传统湿法和超声波法糖基化交联产物的乳化活性均不如干法糖基化交联产物。三种糖基化方法中,以干法糖基化交联产物制备成膜的综合性能较好,其中以PPI-GA膜的综合性能评分最高。3、伴花生球蛋白II首先参与糖基化反应,反应时间大于6天时,酸性花生球蛋白也参与反应。随加热时间的增加,PPI与GA的接枝度越来越高,PPI-GA交联产物的二级结构更为灵活,空间结构更为松散,交联产物分子网络间的流动性更好。糖基化反应3天后,PPI-GA膜的ΔE值增大,含湿量和水溶性分别降低至9.43%和48.81%,水蒸气渗透率降低至71.2×10-11g m-1s-1Pa-1,拉伸强度显著增加至1.76Mpa,延长率显著减小,仅为37.4%。随糖基化反应程度的增加,PPI-GA膜的ΔE值逐渐增大,水蒸气渗透率、含湿量和水溶性均逐渐增大,拉伸强度逐渐减小,而延长率逐渐增加,膜结构的可塑性逐渐增强。此外,随着PPI与GA在膜中的交联度逐渐增大,膜与水分子和甘油的相互作用力增强,膜的热稳定性增加,膜的网络结构更加均一和无定形,并且更加稳定,蛋白质的浸出逐渐减少。PPI膜和PPI-GA共混物膜网络结构中除二硫键外还存在疏水相互作用和氢键作用力,糖基化反应后,二硫键是维系PPI-GA膜网络结构的主要作用力。4、PPI-GA膜对于非极性风味物质的保留率优于极性风味物质。糖基化反应能够显著提高膜中正癸醇的保留率、降低贮藏过程中的初始释放速率和一级动力学速率常数。随糖基化反应程度的增加,PPI-GA膜对于正癸醇的保留率逐渐增加;然而正癸醇的初始释放速率和一级动力学速率常数均逐渐增大。糖基化反应3天后,PPI-GA膜的拉伸强度增至1.47Mpa,延长率降低至38.9%,水蒸气渗透率降低至83.6×10-11g m-1s-1Pa-1,接触角增至94o,随糖基化反应程度的加深,风味缓释膜的拉伸强度逐渐降低,延长率和水蒸气渗透率逐渐增加,膜的结构更为均一。Pearson相关性分析表明,膜中正癸醇的保留率与糖基化后PPI-GA交联产物的乳化活性以及膜的延长率具有显著相关性,而其在贮藏过程中的释放速率与最终成膜的拉伸强度,水蒸气渗透率以及接触角均具有显著相关性。
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