超高压下β-乳球蛋白/乳铁蛋白-壳聚糖共价复合物功能表征及反应机理研究

The covalent complex reaction of protein and polysaccharide molecules may raise their functional properties, but traditional dry-heating needs a long reacting time and go against large-scale production. Ultra high pressure can change the molecular structure and acting force between and within the molecule of biological macromolecules like protein and polysaccharide, as a result change their function characteristics. The project will use β-lactoglobulin, lactoferrin and chitosan as materials to prepare their covalent complex with ultra high pressure technology, through analyze its functional performance such as the emulsification and emulsion stability, study the influence of β-lactoglobulin/ lactoferrin and chitosan moleculars structure and reactivity effects under ultra high pressure conditions and construct a kinetics reaction model. It mainly focused on the covalent reaction mechanism in order to provide a theoretical foundation of protein -polysaccharide covalent complex's industrial production with ultra high pressure technology.

蛋白质与多糖生物大分子发生共价复合反应可提高其功能特性，但传统干热反应时间长，不利于规模化生产。超高压可以改变蛋白质、多糖的结构及分子内和分子间的作用力，使蛋白质和多糖的功能特性发生相应的变化。本项目以β-乳球蛋白、乳铁蛋白和壳聚糖为研究对象，利用超高压技术制备蛋白质-多糖共价复合物，通过分析超高压下β-乳球蛋白/乳铁蛋白-壳聚糖共价复合物功能性（乳化性、乳化稳定性）的改善，研究超高压对其分子结构与反应活性的影响，构建反应动力学模型，重点研究超高压下β-乳球蛋白/乳铁蛋白-壳聚糖共价复合反应机理，以揭示超高压促进蛋白质-多糖共价复合物功能性改善的根本所在，为超高压工业化制备蛋白质-多糖共价复合物提供理论基础。

超高压技术作为一项新兴的非热加工技术，可以改变蛋白质、多糖的结构及分子内和分子间的作用力，使蛋白质和多糖的功能特性发生相应的变化。本项目以β-乳球蛋白（β-Lg）、乳铁蛋白（LF）为研究对象，应用荧光光谱、圆二色谱（CD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、差示扫描量热法（DSC）、扫描电镜（SEM）、流变学等技术手段，研究了超高压处理对单一蛋白质的结构及功能性质的影响，探讨了超高压条件下蛋白质-多糖的非共价及共价复合反应机理，并将超高压技术应用于蛋白质-多糖复合凝胶及蛋白质微凝胶颗粒的制备研究。.结果表明：（1）适当的高压处理可改变LF的二级及三级结构从而改善其功能性质。（2）500 MPa处理的LF与甜菜果胶（BP）形成的复合物制备的乳状液相较未处理的具有更好的物理稳定性；600 MPa以下的处理可以使LF-黄原胶（XG）复合物乳液的物理稳定性和粘弹性增加。（3）在不同pH值的醋酸盐缓冲溶液中，压力对β-Lg结构的影响不同，在pH 5.0条件下，500 MPa和700 MPa压力处理对其结构的影响最显著。（4）pH 6.0时，超高压条件下制备的β-Lg-壳聚糖（CHI）非共价复合物可提高β-胡萝卜素乳状液的化学稳定性；超高压处理结合糖基化反应可显著改善β-Lg-CHI共价复合物乳液的物理稳定性以及粘弹性。（5）高压处理使得β-Lg-XG复凝聚体的粘弹性增加，400 MPa处理后的复凝聚体粘弹性最大；且高压处理后的复凝聚体具有更加有序的晶体结构和较稳定的多孔网状结构，更适宜包埋并保护敏感的活性功能因子。（6）超高压诱导β-Lg-卡拉胶复合凝胶的最低压力是400 MPa，β-Lg-卡拉胶比例是14:1（w/w），600 MPa时为8:1（w/w），且随着β-Lg-卡拉胶比例的增大，凝胶的硬度、弹性等质构特性有所增加，凝胶的网络结构越致密均匀。（7）超高压技术制备的乳清分离蛋白微凝胶颗粒的粒径大小主要受pH值的调控，且此种颗粒可制备高内相的Pickering乳液，油相比例可达0.7。.研究结果为超高压技术在制备蛋白质-多糖非共价及共价复合物、改善其功能性质以及在功能因子的包埋与传递方面提供了理论基础。