豌豆蛋白和葡萄籽原花青素复合物对乳状液形成和稳定效果的研究

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Utilization of plant-based protein-polyphenol complexes to form and stabilize emulsions: Pea proteins and grape seed proanthocyanidins

豌豆蛋白和葡萄籽原花青素复合物对乳状液形成和稳定效果的研究


    中国南昌大学食品科学与技术国家重点实验室陈军教授美国马萨诸塞大学食品科学学院生物大分子与胶体实验室David Julian McClements教授作为共同通讯作者,于2020年6月1日在SCI期刊Food Chemistry(IF: 6.306)刊发了题为“Utilization of plant-based protein-polyphenol complexes to form and stabilize emulsions: Pea proteins and grape seed proanthocyanidins”的研究文章。

    目前将植物蛋白和多酚作为功能性食品组分的趋势愈加明显,故该研究以豌豆蛋白(PP)葡萄籽原花青素(GSP)为原料制备了胶状复合物,并考察了其形成和稳定水包油乳状液的能力。PP与GSP之间的主要相互作用是氢键作用。PP-GSP复合物对环境变化的稳定性如下:pH (2-9);离子强度(0-0.3 M);温度(30-90℃)。以PP-GSP复合物作为乳化剂制备的乳状液具有较小的平均粒径(~ 200nm)和较强的负表面电位(~ -60mv)。与单独使用PP相比,PP-GSP复合物可略微降低乳状液的等电点、热稳定性和盐稳定性,但乳状液的贮存稳定性具有一定的改善作用。GSP的存在使乳状液呈现出较深的橙红色(红黄色),可用于某些特定的应用。该研究结果有助于向食品基质中有效提供原花青素。

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#Highlights


1


该研究对豌豆蛋白(PP)及葡萄籽原花青素(GSP)复合物进行了制备及表征


2


采用等温滴定量热法(ITC)对PP-GSP复合物的相互作用进行了表征


3


采用分子模拟阐述PP-GSP相互作用机制


4


PP-GSP复合物主要通过氢键相互作用结合


5


PP-GSP复合物改善了水包油乳状液稳定性


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1. Background and Methods

One

    豌豆蛋白是一种表面活性蛋白,可作为天然乳化剂用于制备基于乳状液的传递体系,但其对于脂质氧化的抑制作用有限。研究表明植物多酚原花青素可以作为有效的抗氧化剂,但由于其易于降解而无法有效作用于脂质表面。已有研究证明原花青素对各种类型的蛋白质都具有很高的亲和力,故该研究以豌豆蛋白(PP)和葡萄籽原花青素(GSP)为原料制备了胶状复合物,并考察了其形成和稳定水包油乳状液的能力。

    在纯化后的PP溶液中加入不同浓度的GSP溶液制备成复合物,利用Zetasizer Nano ZS测定PP-GSP复合物的平均粒径,多分散指数(PDI)和表面电位;通过对PP-GSP复合物溶液的pH,温度和离子强度进行调节模拟不同的食品体系环境,以测定该复合物的pH稳定性,热稳定性和盐稳定性;通过记录PP-GSP溶液在等温滴定量热计反应池中结合时的焓变,并采用一种商业分子对接程序对二者之间的相互作用进行分析;最后以亚麻籽油为研究对象,考察了以此复合物为乳化剂制备的水包油乳状液的功能特性,包括平均粒径及分布(激光衍射),ζ-potential(粒子电泳),L*a*b*(色差仪)和微观结构(激光共聚焦扫描显微镜)。


2. Results

TWO

    加入GSP后,PP的等电点降低,该复合物的热稳定性和盐稳定性也有所降低。等温滴定量热分析表明PP和GSP之间的相互作用是自发进行的,并且是由焓变驱动的,相互作用的预估化学计量数为3.67,表明PP大概有四个可与GSP结合的位点。分子对接模拟结果表明GSP主要通过氢键相互作用与PP紧密结合,并有20余种氨基酸参与其中,疏水相互作用也发挥了一定的作用。

    乳状液的平均粒径随着GSP浓度的增加而增加,表明GSP可以在均质过程中抑制粒子聚集;PP以及PP-GSP乳状液滴在贮藏过程中均有较小的粒径和较高的表面电位,但PP包裹的液滴其粒径在贮藏21天后明显增加,而PP-GSP包裹的液滴粒径在整个贮藏过程中始终保持较低的状态,表明PP-GSP复合物更不易使液滴在贮藏过程中发生聚集。激光共聚焦扫描显微镜结果也表明PP以及PP-GSP乳状液均含有较小的油滴,并未发生明显的聚集,即GSP的添加并未使PP包裹的油滴发生凝结现象。GSP对乳状液的pH值和盐稳定性影响不大,但会降低其热稳定性。



3. Conclusions

THREE

实验表明PP和GSP在水溶液中可以通过氢键和疏水相互作用自发结合成胶体粒子。该胶体颗粒相对较小,具有较高的负电荷,并且可以抵抗沉降。环境稳定性试验表明,GSP改变了PP的等电点,降低了热稳定性和盐稳定性。在乳状液中,GSP对乳剂的pH值和盐稳定性影响不大,但会降低其热稳定性。相反,GSP可以提高乳状液的贮存稳定性。值得注意的是,GSP加入乳状液后,其外观呈明显的橙红色,可用于一些特定的应用。总的来说,该研究结果对设计和开发有效的原花青素释放体系,以及开发具有较好理化性质和稳定性的植物性食品乳剂具有重要意义。

     References

     https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.105234

     https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.11.054

     https://doi.org/10.1080/87559129.2016.1242135

     https://doi.org/10.1021/jf061475y

     https://doi.org/10.1021/acs.jafc.9b01732

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编辑:Qian


审核:站长小徐博士



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