集美大学曹敏杰等:多肽和蛋白水解物作为乳化



  

集美大学曹敏杰等:多肽和蛋白水解物作为乳化

  1.前言

  在过去十年中,针对多肽基乳化剂的研究进展迅速,因为与蛋白质相比,多肽具有更高的抗氧化性能,更快的界面吸附能力,更低的致敏性和更高的营养价值。因此,多肽在乳液类食品中具有广泛应用的潜力。这篇文章综述了当前对表面活性肽和肽组装体的界面行为相关的最新研究进展,总结了影响多肽乳液物理和氧化稳定性的条件因素和多肽基偶联物的制备及其在乳液中的应用,还讨论了多肽基乳化剂在食品工业中的潜在应用。

  目前,制备多肽乳化剂主要有三个途径:酶解法、生物信息学设计法和从头设计法(图1所示)。酶解法制备多肽乳化剂的常规技术路线是酶解蛋白质后经灭酶、调节pH至中性、分离纯化、透析脱盐、干燥得到多肽粉,而生物信息学设计法的常规技术路线是获得目标蛋白的一级结构后,基于其二级结构通过计算机模拟筛选出具有乳化性能的多肽段,然后通过多肽合成仪合成目标多肽。从头设计法与生物信息设计法类似,但其多肽序列是基于人为设计并非来自计算机模拟筛选。生物信息设计法和从头设计法的优点是能够获得大量纯度较高的目标多肽,但这两个方法的合成成本较高,且生物信息设计法要已知目标蛋白的一二级结构,未来如果蛋白生物信息学数据库更加完善并且多肽合成技术更加经济成熟,生物信息学设计法或将成为主流。然而,目前酶解法因其操作简单、经济实惠等优点,仍是制备多肽乳化剂的主要方法。

  

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  图1. 多肽基乳化剂的制备路径

  2.多肽/蛋白水解物的乳化性能

  多肽基乳化剂可按其构象和溶解度分为两类:可溶性多肽分子和不溶性多肽聚集体。这两种多肽基乳化剂通常表现出不同的界面行为,具有不同的乳化机理。乳化剂的界面行为定义为乳化剂分子在界面上的构象和组装,最终形成一层界面膜。不同的可溶性多肽分子具有迥异的氨基酸组成和序列,使得多肽分子具有多样的二级结构(例如,α螺旋,β折叠,和不规则卷曲),这会影响多肽的界面行为,从而决定它们的乳化性能(图2所示)。此外,多肽在特定条件下可以自组装成不同结构的不溶性聚集体(例如:纳米管、纳米纤维和纳米颗粒等),这也会影响它们的界面行为和乳化性能。

  

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  图2. 具有不同二级结构的双亲性多肽分子(疏水性为红色、亲水性为蓝色)

  可溶性多肽分子,也称为表面活性肽,通常含有两亲性结构并且可以吸附在界面上,其中多肽的疏水性残基可以定向到油相,而亲水性残基附着在水相上。界面吸附的多肽分子可以通过降低界面张力或改善界面的zeta电位来发挥表面活性剂功能。许多因素(例如:多肽的一级和次级结构、多肽浓度和环境条件等)会影响表面活性肽的界面行为。

  多肽自组装的机制是相邻的多肽两亲物(PA),离子互补肽(ICP)或芳香肽(AP)可以在特定条件下的(例如:温度、pH、溶剂和超声波处理等)通过静电力,疏水相互作用,π-π堆叠和氢键等发生相互作用。多肽聚集体的结构在温和的条件下相对稳定,这有利于它们在油水界面处作为固体状颗粒,形成Pickering乳液。在这种乳液中,基于多肽聚集体可以嵌入油水界面中,然后通过空间位阻稳定乳液液滴。共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)和透射电子显微镜(TEM)通常用于观察由多肽聚集体稳定的乳液的界面结构(图3所示)。

  

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  图3. 多肽聚集体稳定的Pickering乳液的界面结构

  3.多肽乳液的物理和氧化稳定性

  • 物理稳定性

  虽然多肽基乳化剂具有表面活性,但食品乳液是热力学不稳定的体系,因此絮凝、聚结和分层仍可能发生在刚制备的多肽乳液中或在贮藏过程中,最终导致破乳。乳液的物理稳定性不仅受多肽性质的影响,还受周围环境条件(例如:pH、离子强度、温度和其他聚合物的存在)的影响。pH会影响多肽分子的溶解性、构象和表面电荷;金属离子可能会跟多肽分子发生相互作用,且离子强度也会影响多肽分子的表面电荷;另外,加热可能会导致多肽聚集,而冷冻产生的冰晶可能会破坏多肽在界面的吸附层,这些因素都会影响多肽乳液的物理稳定性。

  • 氧化稳定性




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