基于SDD技术的喷雾干燥对大米蛋白热聚集行为、结构与功能性质的关联影响机制及其定向调控

Spray drying of rice protein easy heat aggregation and denaturation, resulting in protein solubility and nutrition decreased, and the product exist the quality of instability, poor processing performance, food inconvenience and other issues, seriously restricting the rapid development of rice protein food. Therefore, it is important to fully understand the structural characteristics of thermal aggregates and their structural changes during the drying process, for the quality and nutrition of protein. However, what is the formation process of rice protein particles in the drying tower, how does protein thermal aggregation affect its structural and functional properties, and whether it can also achieve soluble regulation? There are no feasible experimental design and have not been reported in the literature so far. Therefore, after the study of separation, purification and characterization of rice glutelin and its α and β subunits, this project attempts to simulation study on the effect of drying factors on the drying behavior of protein droplets of glutelin, α subunit, β subunit or α and β subunit combinations system in the spray drying process based on Single Droplet Drying (SDD) technology, then fitting dry kinetic equation, and to reveal the spray drying mechanism of rice protein; building relationships between protein aggregation behavior and changes of protein structure, morphology, rehydration, thermal and rheological properties; to investigate the molecular mechanism of heat-induced protein aggregation, and then the study was to directional-regulate the protein aggregation behavior through specific conditions, to propose some optimized programs for the production of rice protein powder using spray drying method, and provide theoretical basis and guidance for the development and green.manufacturing of functional food ingredients of heat-sensitive protein aggregates in food industry.

大米蛋白喷雾干燥易热聚集变性，以致蛋白溶解性及其营养性能降低，产品存在着质量不稳定、加工性能差、食用不方便等问题，严重制约着大米蛋白食品的快速发展。因此，全面掌握大米蛋白的分子聚集态结构特征及其在加工过程中的结构变化，对保证蛋白品质和营养具有重要意义。但是，在干燥塔内大米蛋白颗粒怎样形成、蛋白热聚集行为如何影响其结构与功能性质，是否也能实现可溶调控呢？至今尚无可行的实验设计与文献报道。因此，本课题拟尝试基于SDD技术模拟研究喷雾干燥过程中干燥因素对米谷蛋白及其亚基体系的蛋白液滴干燥行为的影响，拟合干燥动力学方程，揭示大米蛋白的喷雾干燥机理；建立蛋白热聚集行为与蛋白结构、形貌、复水性、热力学及流变特性变化的关系；探讨蛋白热聚集的分子机制，进而定向调控特定条件下的蛋白热聚集行为，提出优化的大米蛋白喷雾干燥生产方案，为热敏的蛋白聚集体功能配料食品工业开发与绿色制造提供理论依据和指导。

全面掌握大米蛋白的分子聚集态结构特征及其在加工过程中的结构变化，对保证蛋白品质和营养具有重要意义。然而，在干燥塔内大米蛋白颗粒怎样形成、蛋白热聚集行为如何影响其结构与功能性质，能否实现可溶调控呢，至今尚无可行的实验设计与文献报道。因此，本课题拟尝试基于SDD技术模拟可视化研究喷雾干燥过程中干燥因素对米谷蛋白的蛋白液滴干燥行为、喷雾干燥机理、热聚集行为与蛋白结构、功能特性变化的关系展开研究，揭示大米蛋白定向可溶调控机制，提出优化的大米蛋白喷雾干燥生产方案，为蛋白功能配料工业开发与绿色制造提供理论依据和指导。研究中发现，基于SDD技术大米蛋白在模拟喷雾干燥过程中的热变性变化不是很明显，并且由于其自身的溶解性较差对实验的影响远超喷雾干燥对蛋白热变性的影响，通过真实的喷雾干燥塔实验验证存在同样的现象，因此，及时对项目研究目标做了调整。考虑到研究大米蛋白热聚集行为及机制，最终目标是为提高大米蛋白的加工性能如溶解性等，为热敏的蛋白聚集体功能配料食品制造提供理论依据。因此，2020-2022年期间，本课题针对大米蛋白结构-功能关系变化，展开了系列研究工作：(1) 基于蛋白-蛋白相互作用理论提高了大米蛋白溶解性并强化了营养价值，并阐明其分子机制；在此基础上，绿色方法制备得到了大米蛋白膜，并揭示其形成机理，拓展了应用（溶解性考察采用SDD技术模拟喷雾干燥验证）；(2)大米蛋白的物理法结合酶法改性及米肽的应用开发研究，初步的阐明了大米蛋白物理、化学、酶法改性过程中功能与结构的关系；(3)由于大米蛋白的纤维化改性产物转化率极低，利用溶解性较好的乳清蛋白替换大米蛋白探讨其热聚集行为，展开了纤维化改性、美拉德改性、酶法改性并揭示相关机制以及系列应用研究。实现了分子高度聚集的大米蛋白的高水溶解性，为其它疏水性、难溶性蛋白的研究及应用拓展提供了方法支持与数据参考。项目圆满完成的同时，已发表Green Chemistry、Food Hydrocolloids、Food Chemistry等SCI论文17篇，培养硕博士研究生9人。