基于吐温20界面取代的蛋白质乳状液破乳机制研究

Small molecular surfactants can replace proteins at interface and then result in the destabilization of emulsions. Though we have found that Tween 20 shows significant demulsification effect on peanut emulsions, the relationships between protein structural properties and surfactant replacement remain unknown now. The charge, surface hydrophobicity and disulfide bond content of proteins were supposed to the key factors that influence the replacement efficiency of Tween 20.Peanut proteins will be heated or modified by chemical reaction to change their structural properties. The modified proteins or more oilseed proteins will be analyzed their structural and interfacial properties, such as dilatational properties of interfacial protein film using dynamic drop shape analysis combined with oscillating drop technique; analyzing the relationships between protein structures, mechanical properties of interfacial films, surfactant replacement and emulsion stabilities. The key protein structural properties which determine the replacement efficiency by Tween 20 will be revealed by this study. The results can provide theoretical basis for demulsification of emulsions based on surfactants.

小分子表面活性剂可通过取代界面蛋白质导致乳状液失稳。前期研究已证明吐温20对花生水代法制油过程产生的乳状液具有快速破乳能力，若要进一步提高其破乳效率，关键是明确蛋白质结构特征与吐温20界面取代能力的内在关系。本项目在前期研究基础上，假定蛋白质荷电性、表面疏水性和二硫键含量是影响吐温20界面取代效率的主要因素。通过对花生蛋白适度热处理或侧链基团化学修饰，分别调控蛋白质上述结构性质；利用改性花生蛋白或更多油料蛋白源构建水代法乳状液模拟体系，结合荧光标记示踪技术和定量分析研究吐温20对蛋白质的界面取代过程；应用动态滴形分析结合振荡滴技术表征蛋白质油水界面膜的机械强度；研究吐温界面取代对乳状液稳定性的影响，探索蛋白质结构特征与界面膜强度、表面活性剂取代效率以及乳状液稳定性的相关性。研究结果可揭示决定吐温20界面取代能力的蛋白质关键结构特征和乳状液破乳机制，为完善表面活性剂快速破乳方法提供理论指导。

小分子表面活性剂和蛋白质在乳液界面存在竞争吸附关系并因此影响乳液的稳定性，但目前表面活性剂取代界面蛋白的规律尚不明确。本项目通过建立粗和细两种食品蛋白质模拟乳液体系，分别研究吐温20对不同乳液界面蛋白（花生蛋白、大豆蛋白和酪蛋白）的取代规律以及界面取代对乳液稳定性的影响机制。并对大豆蛋白分别进行适度热处理和侧链基团化学修饰，调控其表面疏水性、荷电性和二硫键含量，采用动态界面流变仪分析不同蛋白在油水界面上（包括吐温加入后）的成膜机械性能，分析蛋白质结构性质、界面膜机械特性和乳液稳定性三者之间的内在相关性。本项目得到的重要研究结论如下：（1）与酪蛋白相比，吐温20对花生蛋白和大豆蛋白的界面取代效率更低。花生伴球蛋白与球蛋白相比更难被吐温 20取代，这可能是由于伴球蛋白比花生球蛋白具有更疏松的三级结构和更高的界面活性。均质前加吐温20，对界面大豆蛋白的取代率要远高于均质后添加吐温20。（2）影响吐温20界面取代效率的蛋白质最关键结构特征为荷电性，其次是表面疏水性。界面蛋白质荷电性越高，其被吐温20取代的程度越高。（3）花生蛋白和大豆蛋白在油水界面能形成粘弹性强的蛋白质膜，但吐温 20的加入导致界面膜的机械性能迅速降低。吐温 20取代界面蛋白后导致乳液zeta电位绝对值显著下降。这些是导致蛋白质粗乳液失稳破乳的关键原因。（4）对于大豆蛋白细乳液而言，无论是均质前还是均质后添加吐温20，均可以显著提高乳液的储藏稳定性。这很可能是因为吐温20的存在可以和剩余界面蛋白发生疏水相互作用，从而减低其表面疏水性，导致油滴之间的相互吸引力降低。本项目在吐温20对食品蛋白质的界面取代规律、吐温20取代对不同类型乳液稳定性的影响机制等方面，取得了一些创新性的研究成果，这些成果对于丰富小分子表面活性剂和蛋白质在油水界面上的相互作用理论具有重要的科学意义，并为利用吐温20破坏水代法工艺过程形成的乳液提供了理论支撑，具有一定的应用前景。