蛋白质-卵磷脂复合体系功能特性的研究进展_兰天彤.pdf

第 14 卷 第 11 期 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 Vol.14 No.11 2023 年 6 月 Journal of Food Safety and Quality Jun.,2023 基金项目:国家自然科学基金项目(32072169)、国家级大学生创新创业训练计划(202210193013)Fund:Supported by the National Natural Science Foundation of China(32072169),and the National Undergraduate Training Program for Innovation and Entrepreneurship(202210193013)*通信作者:张浩,博士,副教授,主要研究方向为粮食深加工及副产物综合利用。E-mail:*Corresponding author:ZHANG Hao,Ph.D,Associate Professor,Jilin Agricultural University,No.2888 Xincheng Street,Nanguan District,Changchun 130118,China.E-mail: 蛋白质-卵磷脂复合体系功能特性的研究进展 兰天彤1,李炎彤1,刘 磊2,王莹菊1,孙 维1,徐 阳1,张钰茹1,张 浩1*(1.吉林农业大学食品科学与工程学院小麦和玉米深加工国家工程研究中心,长春 130118;2.中国检验认证集团吉林有限公司,长春 130015)摘摘 要要:蛋白质与卵磷脂间发生的相互作用可以增强蛋白质功能特性,且二者形成的复合体系不仅能够作为递送系统传递生物活性物质、药物等以达到在胃肠道中的缓释效果,提高包埋物质的装载率及体外释放度,还能够实际应用于食品工业中提高传统蛋白基产品的质量,并拓宽其种类,如蛋白粉、婴儿配方乳及运动营养食品等。本文综述了玉米醇溶蛋白、大豆蛋白、卵磷脂的理化性质和功能特性,蛋白质-卵磷脂二者间的相互作用对蛋白理化、功能特性的改善,蛋白质-卵磷脂复合纳米颗粒、乳液及凝胶的特性,以及复合体系在食品工业、医药等领域作为递送系统提高食品质量中的应用,为改善单一蛋白体系的稳定性及提高其应用价值提供理论依据,进一步推动我国蛋白基食品产业高质量发展。关键词关键词:蛋白;卵磷脂;复合体系;功能特性;改性 Advances in functional characteristics of protein-lecithin composite system LAN Tian-Tong1,LI Yan-Tong1,LIU Lei2,WANG Ying-Ju1,SUN Wei1,XU Yang1,ZHANG Yu-Ru1,ZHANG Hao1*(1.National Engineering Laboratory for Wheat and Corn Deep Processing,College of Food Science and Engineering,Jilin Agricultural University,Changchun 130118,China;2.China Certification&Inspection Group Jilin Co.,Ltd.,Changchun 130015,China)ABSTRACT:The interaction between proteins and lecithin can enhance the functional properties of proteins,and the composite system formed by them can not only be used as a delivery system to deliver bioactive substances,drugs,etc.to achieve slow release effect in the gastrointestinal tract and improve the loading rate and in vitro release of embedded substances.It can also be used in food industry to improve the quality of traditional protein-based products and broaden the variety,such as protein powder,infant formula milk and sports nutrition food.This paper reviewed the physicochemical properties and functional properties of zein,soy protein and lecithin,the improvement of protein by the interaction between protein and lecithin,the properties of protein-lecithin composite nanoparticles,emulsion and gel,and the application of composite system as delivery system in food industry,medicine and other fields to improve food quality.In order to provide a theoretical basis for improving the stability and application value of single protein system,and further promote the high-quality development of protein-based food industry in China.KEY WORDS:protein;lecithin;composite system;functional characteristics;modification DOI:10.19812/ki.jfsq11-5956/ts.2023.11.003第 11 期 兰天彤,等:蛋白质-卵磷脂复合体系功能特性的研究进展 97 0 引 言 目前,通过合理利用蛋白资源构建复合体系以开发符合特定人群所需的食品,既能够缓解对蛋白资源的浪费,也符合当前研究热点的趋势。本文综述了蛋白质与卵磷脂的功能特性,多组分蛋白复合体系设计及其功能性应用研究进展,列举了 3 种常见的蛋白质与卵磷脂复合体系,阐述了蛋白质与卵磷脂复合体系在食品工业中的应用,如卵磷脂和蛋白发生相互作用改善蛋白的功能特性,将复合体系进一步包封生物活性物质得到具有功能性的蛋白基食品,实现对生物活性物质的控缓释效果,以期为丰富我国传统蛋白基产品种类提供参考。1 复合体系原料及其功能特性 1.1 蛋白质 蛋白质是一种丰富的可再生可降解的聚合物,是人体必需营养素之一,它广泛存在于动、植物性食物及生物体中。蛋白质能够和多酚1、脂类物质2等发生相互作用,改变蛋白质的高级结构,使其理化性质和功能性质发生改变,进而改善食品的营养特性和感官特性,并且蛋白适合制备为纳米颗粒,其具有溶解度更高、反应表面更大并且生物渗透速率更快等独特的理化特性与生物学特性3。目前,在食品工业中常用的蛋白有玉米醇溶蛋白、大豆蛋白、乳清蛋白等4,它们已被广泛作为递送生物活性物质的载体,以应用于功能性产品的开发5,本文主要介绍玉米醇溶蛋白和大豆蛋白与卵磷脂的复合体系。1.1.1 玉米醇溶蛋白 玉米醇溶蛋白广泛存在于自然界中,因其具有价格低廉、环境友好、易得及生物相容性好等诸多优点,受到许多研究人员的广泛关注,特别是在食品工业中作为载体对功能因子进行递送,以及和其他材料复合生产出纳米颗粒、乳液凝胶和薄膜等6。玉米醇溶蛋白富含疏水性氨基酸,如亮氨酸、谷氨酸、脯氨酸和丙氨酸等,但含酸性及碱性氨基酸少,这种独特的氨基酸组成使玉米醇溶蛋白有许多特殊的功能特性,如自组装特性、成膜性、保水性、热可塑性及生物降解性7。(1)自组装性 在内部因素或温度、浓度和不同极性溶液环境等外部因素作用下,通过范德华力、疏水、氢键和静电作用力驱动,自发地形成特定的形状、大小和功能的聚集体8。玉米醇溶蛋白在自组装过程中,二级结构中部分-螺旋转变为-折叠结构,-折叠结构再在疏水作用下形成首尾相连的条带,条带再卷曲成环状,从而逐渐完成自组装过程。WANG 等9研究发现玉米醇溶蛋白的自组装是由两亲性驱动的从无序自发变为有序。基于玉米醇溶蛋白的这种特性,它可构建多种核壳结构微粒,以递送生物活性物质,提高生物利用度。(2)成膜性 蛋白质分子间的二硫键与疏水键相连,是其具备成膜性的基础10。而玉米醇溶蛋白中的氨基酸结构之所以能形成很强的分子内二硫键,是因为它缺乏带电的酸性、碱性和极性基团的氨基。因此玉米醇溶蛋白通常用作制备纳米纤维薄膜的基础材料11,这种膜具有光滑、隔氧阻水、防腐、抗紫外线、抗菌及生物可降解性等多种优点12。然而,单一的蛋白膜具有脆性较大等缺点,因此可以通过加入其他物质如多酚、脂类物质构建复合体系从而解决这一问题所带来的局限性。1.1.2 大豆蛋白 大豆蛋白的营养价值几乎能与动物蛋白等同,它的氨基酸含量非常丰富13,易消化吸收、易得,成本十分低廉14。它还具有出色的乳化性、凝胶性、起泡性等功能特性,能够较好地提高食品的营养和感官特性,现已成为食品加工业中研究与开发的热点之一15,如在生产饮料、冰激凌、糖果等方面16。(1)乳化性 大豆蛋白具有两亲性结构,分子中含有亲水基团和亲油基团,可以降低油水相间的界面张力17。它的乳化性能易受自身内部因素的影响,如空间结构、变性程度、疏水基团分布等。它存在大量的疏水氨基酸残基,使其形成疏水中心在里面,亲水外层在外面的球形结构18。目前在食品加工中制备乳液,使用大豆蛋白是较为常见的,乳状液表面凝集的蛋白能使乳化的油滴稳定,形成保护层,其不仅能够防止油滴积聚,还能够维持乳化状态。(2)胶凝性 大豆蛋白的凝胶性对于调节食品质构有着重要的作用19,它会受到温度、pH、蛋白质浓度等影响。TRAN等20研究表明多酚能够与蛋白形成共价键以硬化和稳定基于蛋白质制备的凝胶。李秋慧等21研究发现,采用适当功率的微波处理能够明显改善大豆分离蛋白质-磷脂复合凝胶特性,如硬度、弹性及微观结构。因此,可通过加入多酚、脂类等与蛋白发生相互作用,从而改善其功能特性、理化特性及微观结构,这是一种简单、安全的方法22。(3)起泡性 起泡性在食品加工中非常重要,它能够赋予食品独特的感官。大豆蛋白是广泛应于与食品工业中的天然发泡剂,它的两亲性能使其快速吸附到空气-水界面,然后进行构象的重排,促进界面交联从而形成黏弹性薄膜23。它的起泡性与其内在结构和聚集状态密不可分,除此以外,通过与其他物质复合也能够增强其发泡性,如其他蛋白质24、多酚23、脂类物质25和多糖26等。98 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 第 14 卷 1.2 卵磷脂 卵磷脂结构中存在极性和非极性部分,它是具有两亲基团的物质,有亲水端和疏水端。由于它具有营养价值高、易加工、来源丰富等优点,被广泛应用于食品工业中。卵磷脂是自然界生物膜和细胞膜的主要成分27,具有特殊的磷脂双分子层,能够作为一种在机体内运送营养物质的较好载体,实现控缓释效果,安全有效地使生物活性成分在胃肠道中的吸收率和利用程度得到很大的提高28。但卵磷脂是一种较不稳定的物质,无法抵抗胃液中的酸性条件。因此将卵磷脂与蛋白复合也能够在一定程度上解决其不稳定所带来的局限性,在一定条件下,卵磷脂能够通过氢键、静电作用力及范德华力与具有给予电子或接受电子能力的活性物质形成复合物。1.3 卵