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【科研新进展】王进英副教授/亚麻籽蛋白与植物多糖的偶联:工艺优化、结构表征和技术功能评价/Food Hydrocolloids

365(VIP)英国上市官网王进英副教授团队在Food Hydrocolloids杂志(IF 12.4,中科院1区)发表“Conjugation of flaxseed protein and plant polysaccharides: Process optimization, structural characterization and technical-function evaluation”的研究论文。本研究得到青海省2022“西部之光”人才培养计划项目的资金支持。该研究围绕亚麻籽蛋白功能性不足的问题,利用超声辅助美拉德反应构建亚麻籽蛋白-植物多糖共价聚合物,并系统揭示其结构变化及功能特性提升机制,为植物蛋白高值化利用提供了新的理论依据。

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本文分别以亚麻籽胶(FG)、燕麦β-葡聚糖(BG)和大豆多糖(SP)为多糖组分,采用超声辅助湿热法与亚麻籽分离蛋白(FPI)进行共价聚合,并对反应条件进行了系统优化。结果表明,不同多糖体系的接枝度(DG)均呈现先升高后降低的趋势,受到pH、超声时间、超声温度及超声功率等因素显著影响。其中,FPI-FG-U、FPI-BG-U和FPI-SP-U在最优条件下的接枝度分别达到25.16 %、23.79 %和23.79 %。研究结果说明,适宜的超声空化效应能够促进蛋白结构展开,加速蛋白与多糖之间的美拉德反应,从而提高接枝效率。

为了进一步阐明对蛋白结构的影响,研究采用傅里叶红外光谱(FTIR)、内源荧光光谱、紫外吸收光谱及扫描电子显微镜(SEM)等手段对样品进行了系统表征。结果显示,聚合物在酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带的特征峰发生明显偏移,说明蛋白与多糖之间发生了美拉德反应。与此同时,蛋白二级结构中α-螺旋和β-折叠含量下降,而无规卷曲和β-转角比例增加,表明蛋白结构由有序向无序转变。荧光光谱结果进一步发现,聚合后荧光强度降低并伴随10-15 nm红移,说明蛋白分子展开程度增加,更多疏水基团暴露。SEM结果表明,超声辅助共价缀合物形成了更加疏松、片层化的结构,其中FPI-FG-U表现出更加致密均匀的层状结构。

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研究还进一步评估了聚合物的功能特性及抗氧化活性。结果显示,超声辅助缀合显著提高了亚麻籽蛋白的起泡性、乳化性以及自由基清除能力。其中,FPI-FG-U表现最佳,其起泡能力提高至80.39 %,乳化活性和乳化稳定性分别提高至64.95 m²/g和51.80 %。此外,在ABTS+和DPPH自由基清除实验中,均表现出更强的抗氧化能力,表明超声辅助美拉德反应能够有效改善亚麻籽蛋白的功能性能与生物活性。

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最后,研究提出了超声辅助亚麻籽蛋白-多糖共价聚合的可能机制。超声空化效应能够促进蛋白链展开和反应基团暴露,提高蛋白与多糖之间的接触概率,从而加速美拉德反应进程,并最终形成具有更优功能特性的体系。研究结果表明,亚麻籽蛋白与亚麻籽胶构建的共价聚合物在食品乳化、起泡及抗氧化等领域具有良好的应用潜力,可为植物蛋白功能化改性及副产物高值化利用提供新的研究思路。

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