多构象蛋白共吸附调控界面流变行为提高乳液稳定性机制

Emulsions are interface-dominated systems, and the interfacial structure and rheological properties are the key factors affecting the physicochemical stability of emulsion. Previous studies suggest that globular proteins and linear polypeptides have synergistic emulsifying effects, but the mechanism is unclear. This project will take the spherical structure of beta-soybean globulin and the linear structure of soybean protein hydrolysis peptide as the research object, and the influence of the protein interaction on the structure and properties of the emulsion will be studied from the view of molecular interactions by adjusting the ratios of these two proteins; the protein conformation at the oil - water interface and adsorption kinetics, and the analysis of the contribution of each portion to the formation of a viscoelastic interfacial film will be studied; the microstructure, flow curves and linear and nonlinear rheological behavior of emulsions, and the relationship between the nonlinear rheological response of emulsions and the interfacial structures will be quantitatively analyzed. The rheological relationship between emulsion interface and bulk phase will be established. Through the systematic study on the multi-scale behavior of "molecular-interface-bulk phase" caused by protein component change, the regulation mechanism of multi-conformation protein co-adsorption on the formation and stability of emulsion system will be elucidated. The project will provide a theoretical basis for the development and application of soy protein as a high performance emulsifier.

乳液是由界面主导的体系，界面结构组成和流变性能是影响乳液物理化学稳定性的关键因素。申请人前期研究发现，球状蛋白和线性多肽具有协同乳化效应，但机制不明。本项目以具有球形结构的β-伴大豆球蛋白和具有线性结构的大豆蛋白水解肽为研究对象，通过合理调控两种不同构象蛋白的组成比例，从分子相互作用角度，研究体相和界面蛋白分子相互作用方式对体系结构和乳化性质的影响；从界面蛋白组成角度，研究不同构象蛋白的油-水界面结构和吸附动力学，明确其对于粘弹性界面膜形成的贡献；从乳液体相角度，研究微观结构、流动曲线以及线性/非线性流变学行为，并对乳液非线性流变响应与界面结构之间的关系进行定量分析，建立乳液界面和体相流变关系式。通过系统研究由蛋白组分改变引起的“分子-界面-体相”多尺度行为变化，阐明多构象蛋白共吸附对乳液体系形成与稳定的调控机制，为开发和应用大豆蛋白作为高性能乳化剂提供理论依据。

乳液是由界面主导的体系，界面结构组成和流变性能是影响乳液物理化学稳定性的关键因素。申请人前期研究发现，球状蛋白和线性多肽具有协同乳化效应，但机制不明。本项目以具有球形结构的β-伴大豆球蛋白（7S）和具有线性结构的大豆蛋白水解肽（GH）为研究对象，通过合理调控两种不同构象蛋白的组成比例，探究分子结构对复合蛋白乳化特性的影响机制，明确多构象蛋白的界面吸附动力学特性及其对乳液界面和体相流变行为的调控机制。研究结果发现，随着GH比例的增加，复合蛋白的结构灵活性显著提高。当以GH-50%为乳化剂时，乳液的粒径较小（358.4 nm），ζ-电位最低（–35.3 mV）。GH的加入显著提高了乳液在酸性和中性条件下的稳定性，热稳定性也有所改善，其中GH-70%的离子稳定性较好，而GH-50%长期储存稳定性更好。通过界面频率扫描、应变扫描实验和乳液粘度、触变性、屈服性及界面吸附量的测定，同时结合大振幅振荡剪切（LAOS）分析发现：GH-50%的界面吸附量最高，随着GH含量的增加，复合蛋白在油-水界面处弹性模量减小，线性粘弹性区（LVR）的宽度略有增加。Lissajous曲线显示所有样品在LVR内为椭圆形，随着应变的增加，Lissajous曲线由椭圆形逐渐变为圆形，表明界面由粘弹性变为粘性为主。乳液的体相流变结果显示，GH的加入会降低乳液粘度、触变性和屈服应力，使乳液的流动性增强，但是柔性蛋白过多会导致乳液内部网络结构的崩塌。在复合蛋白体系中，柔性蛋白迅速移动到界面以形成厚的界面膜，球状蛋白则为界面结构提供了粘弹性，二者以1:1的比例结合，体系的界面特性最佳。当柔性多肽GH比例过高（超过70%）时，会导致界面软化，降低乳液的稳定性。本项目从“分子-界面-体相”三个层面揭示多构象蛋白共吸附对乳液形成与稳定的调控机制，为开发和应用大豆蛋白作为高性能乳化剂提供理论依据。