美拉德反应对蛋白质-壳聚糖复凝聚微胶囊的交联作用及规律研究

Complex coacervation is a microencapsulation technique based on the electrostatic interaction between proteins and polysaccharides. This technique is highlighted by its high microencapsulation efficiency, excellent controlled-release possibilities and good safety. Nevertheless, the microcapsules obtained via complex coacervation must be cross-linked to improve their stability against acidic environment. The Maillard reaction can initiate cross-linking in amino compounds and hence can be used in coacervate microcapsules cross-linking. In this proposal, the SPI-chitosan combination is selected as the model coacervation system and VE is used as the model core to compare the effects of three Maillard reaction modes on the stability in pH4.0 solution of the resultant microcapsules and the mechanism for the different cross-linking performances between the three reaction modes are elucidated by determining the changes of the active group contents in SPI and chitosan, SDS-PAGE and GPC patters, intermolecular interaction, and microstructures. Meanwhile, the rules involved in the Maillard reaction-induced cross-linking of the microcapsules are investigated as well. This proposal is meaningful in exploring a safe and controllable coacervate microcapsule cross-linking method and promoting the practical application of the complex coacervation microencapsulation method.

复凝聚是一种基于蛋白质和多糖之间静电相互作用的微囊化技术，具有包埋效率高、控释性强、安全性好等特点，但是利用该法制备的微胶囊必须进行交联以提高其对酸性环境的稳定性。美拉德反应能引起含-NH2化合物发生交联，因此可用于提高复凝聚微胶囊的稳定性。本项目以SPI-壳聚糖为模式复凝聚体系，以VE为模式芯材，比较三种不同美拉德反应模式对VE复凝聚微胶囊在pH4.0溶液中稳定性的影响，从SPI和壳聚糖活性基团含量、SDS-PAGE图谱、凝胶渗透色谱图谱、分子间相互作用及微观结构变化等方面系统探讨不同美拉德反应模式交联效果产生差异的机理，并研究具有特殊结构的复凝聚微胶囊通过美拉德反应发生交联的规律。本项目对于寻找安全可控的复凝聚微胶囊交联方法、推动复凝聚微囊化技术的实际应用具有重要科学意义。

由于复凝聚微胶囊是基于非共价的静电相互作用形成的，其稳定性较差，通常需要交联以提高其稳定性，但是现有交联剂在安全性和经济性上还存在诸多不足。蛋白质-多糖组合是最常见的复凝聚体系，两者可通过美拉德反应发生共价交联，因此该反应有望用于复凝聚微胶囊的交联。本项目首先就壳寡糖作为一种双功能试剂通过美拉德反应对蛋白质和多糖进行交联的可能性进行了研究，然后以大豆分离蛋白（SPI）/壳聚糖（CH）为模式复凝聚体系、VE为模式芯材，就湿热和干热条件下SPI/CH的美拉德反应规律及其对复凝聚体系包埋性能和微胶囊性质的影响进行了探讨，并与常见交联剂进行了比较。结果表明，壳寡糖可引发SPI与阿拉伯胶的交联反应。湿热条件下，当复凝聚反应温度提高至70℃和90℃时微胶囊中可观察到明显的美拉德反应，SDS-PAGE和GPC分析表明形成了大分子交联产物，且SPI中的小分子量组分反应活性最高；与室温相比，复凝聚温度为90℃时所得微胶囊的包埋产率、流动性、堆积密度和稳定性分别提高了58%、18%、54%和25%，且微胶囊的聚集问题得到了有效缓解；向体系中添加麦芽糖可进一步增强微胶囊的美拉德反应程度及部分功能性质，但是反应程度过高（90℃）不利于微胶囊部分性质的进一步提升。80℃干热处理6h时SPI/CH复凝聚VE微胶囊中仅发生微弱的美拉德反应，但是加入葡萄糖后美拉德反应程度显著增加；干热条件下的美拉德反应可提高微胶囊的稳定性和其它功能性质，但会使包埋产率显著降低。与戊二醛和京尼平相比，湿热条件下的美拉德反应具有类似的交联效果，但可显著提高复凝聚体系的包埋产率和效率。本项目为解决复凝聚微胶囊稳定性差的问题提供了一个新的思路和方法，具有安全性高、成本低、效果好等优点，并可缓解复凝聚微胶囊的“聚集”现象，因此具有良好的应用前景，对于推动复凝聚技术在热稳定性物质微囊化中的应用具有重要意义。