熱誘導(dǎo)對(duì)玉米醇溶蛋白膠體顆粒特性的影響

董世榮，蔣夢(mèng)琪，孫宇,2*

(1.哈爾濱學(xué)院 食品工程學(xué)院，哈爾濱 150086；2.哈爾濱學(xué)院食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150086)

玉米醇溶蛋白因?yàn)榫哂袩o(wú)毒、環(huán)保、生物可降解性、可食用性等特點(diǎn)被列為食品級(jí)材料[1]。玉米醇溶蛋白雙親特性賦予其形成膠體顆粒的能力。反溶劑法是制備玉米醇溶蛋白膠體顆粒的常用方法[2]。但天然玉米醇溶蛋白膠體顆粒穩(wěn)定性差，為提高其穩(wěn)定性，將天然甲殼素納米纖維與玉米醇溶蛋白相互作用制備復(fù)合膠體顆粒，其穩(wěn)定性較好[3]。海藻酸鈉/殼聚糖與玉米醇溶蛋白復(fù)合形成的膠體顆粒具有較好的穩(wěn)定性，是運(yùn)載白藜蘆醇的良好載體[4]?；诜慈軇┓ㄖ苽涞睦业鞍姿徕c-玉米醇溶蛋白復(fù)合膠體顆粒具有較好的穩(wěn)定性[5]。超聲處理小麥蛋白-殼聚糖復(fù)合膠體顆粒可以得到穩(wěn)定性好的膠體顆粒[6]。

熱處理是食品等行業(yè)常用的加工方法之一，因此也有研究集中在熱修飾蛋白質(zhì)改善其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。例如，Sun等[7]分別在不同溫度下熱處理玉米醇溶蛋白不同時(shí)間，熱修飾的溫度和時(shí)間影響了其二級(jí)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和形態(tài)。水浴、微波、射頻3種處理方式在不同溫度下修飾玉米醇溶蛋白均提高了玉米醇溶蛋白的溶解度、乳化能力和巰基含量[8]。在70 ℃短時(shí)間(15 min)玉米醇溶蛋白可引起初級(jí)結(jié)構(gòu)變化[9]。但是這些研究更多的集中在短時(shí)間改變玉米醇溶蛋白的結(jié)構(gòu)，或者通過(guò)復(fù)合活性較強(qiáng)的表面活性劑改善玉米醇溶蛋白膠體顆粒。

本研究在較高溫度長(zhǎng)時(shí)間加熱處于弱極性環(huán)境下的玉米醇溶蛋白，旨在充分改變玉米醇溶蛋白的結(jié)構(gòu)。即在70 ℃加熱分散在80%乙醇-水溶液中的玉米醇溶蛋白10 h，然后利用反溶劑法制備膠體顆粒，旨在制備出較為理想的膠體顆粒。

1 材料與方法

1.1 材料

Z3625型玉米醇溶蛋白、ANS熒光探針 Sigma公司；透射電鏡 日本日立公司；T6紫外可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；F-4500熒光分光光度計(jì) 日本日立公司。

1.2 樣品的制備

利用80%乙醇-水介質(zhì)配制濃度為2.5%的玉米醇溶蛋白溶液，在70 ℃加熱0 h和10 h。取2種溶液100 mL，分別邊攪拌(1000 r/min)邊緩慢分散至250 mL的去離子水中。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將2種溶液中的乙醇去除，然后4000 r/min離心10 min，收集上清液。分別將加熱0 h和10 h的玉米醇溶蛋白命名為天然玉米醇溶蛋白和熱修飾玉米醇溶蛋白。

1.3 透射電鏡的測(cè)定

利用去離子水將2種樣品稀釋成濃度為6 mg/mL，然后取一滴置于銅網(wǎng)支撐的碳沉積吸附膜上，吸附15 min，然后在室溫下干燥20 min，利用透射電鏡觀測(cè)微觀形態(tài)。

1.4 粒徑的測(cè)定

將2種樣品分別利用去離子水稀釋成6 mg/mL，然后利用馬爾文納米粒度儀測(cè)定粒徑大小和粒徑體積分布，樣品的測(cè)試在室溫下進(jìn)行。

1.5 表面疏水性的測(cè)定

利用0.01 mol/L磷酸緩沖液將2種樣品稀釋至0.015 mg/mL，加入20 μL 8 mmol/L的ANS熒光劑，旋渦振蕩混勻，避光反應(yīng)15 min。測(cè)定條件：激發(fā)波長(zhǎng)390 nm，發(fā)射波長(zhǎng)范圍400～600 nm，激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)狹縫均設(shè)置為5 nm，測(cè)定樣品表面疏水性的熒光光譜[10]。

1.6 游離巰基含量的測(cè)定

分布取300 μL濃度為10 mg/mL的2種樣品加入到5 mL的8 mol/L尿素Tris-Gly緩沖溶液中，混合均勻后，然后加入20 μL的5,5′-二硫代雙(2-硝基甲苯)試劑，旋渦振蕩混勻，在室溫下反應(yīng)15 min，然后在412 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光值。空白樣品調(diào)零，空白樣品制備以300 μL去離子水代替等體積的蛋白質(zhì)樣品，其他均相同[11]。

1.7 內(nèi)源性熒光光譜的測(cè)定

將2種樣品利用去離子水稀釋至6 mg/mL，稀釋到合適的濃度激發(fā)波長(zhǎng)為280 nm，發(fā)射光譜范圍為290～450 nm，掃描速度為100 nm/min，激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度均為10 nm，電壓為700 mV，所有數(shù)據(jù)均在室溫下收集[12]。

1.8 流變學(xué)特性的測(cè)定

利用馬爾文流變儀測(cè)定,2種膠體顆粒的表觀粘度。將反溶劑法制備的2種膠體顆粒利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將濃度濃縮至5%，然后將樣品分散液緩慢傾注充滿夾具中(直徑60 mm、錐角0.5o的錐板)，室溫下測(cè)定。測(cè)定頻率在0.1～100/s范圍內(nèi)樣品的表觀粘度[13]。

將反溶劑法制備的2種膠體顆粒利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將濃度濃縮至5%，然后緩慢注滿夾具(直徑60 mm、錐角0.5°的錐板)，室溫下保持5 min。采用0.3%振幅值，剪切頻率0.1～10 Hz范圍進(jìn)行頻率掃描試驗(yàn)，測(cè)定樣品彈性模量(G′)和黏性模量(G″)隨剪切頻率的變化[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 反溶劑法制備的納米顆粒的直觀圖和微觀形態(tài)

圖1 天然和熱修飾玉米醇溶蛋白膠體顆粒圖

玉米醇溶蛋白分散在80%乙醇-水溶液中，在70 ℃加熱0 h和10 h，采用反溶劑法制備了天然和熱修飾玉米醇溶蛋白2種膠體顆粒溶液，直觀圖見圖1中A。反溶劑法制備的2種玉米醇溶蛋白膠體顆粒溶液均有部分玉米醇溶蛋白因?yàn)榻橘|(zhì)的變化迅速聚集，形成沉淀或者漂浮物，但是能夠分散的膠體顆粒形成了均勻溶液。利用透射電鏡觀察2種膠體顆粒的微觀形態(tài)，天然和熱修飾玉米醇溶蛋白膠體顆粒微觀形態(tài)分別見圖1中B和C。天然玉米醇溶蛋白膠體顆粒呈現(xiàn)球狀顆粒。Zhong等發(fā)現(xiàn)分散在55%～90%乙醇-水介質(zhì)的玉米醇溶蛋白，利用反溶劑法制備膠體顆粒也呈現(xiàn)球狀形態(tài)。高比例非極性氨基酸賦予玉米醇溶蛋白較強(qiáng)的表面疏水性，借助于改變介質(zhì)極性促使玉米醇溶蛋白自組裝形成球狀膠體顆粒[15]。利用反溶劑法制備的熱修飾玉米醇溶蛋白的膠體顆粒仍然為球狀顆粒形態(tài)，說(shuō)明加熱并沒(méi)有改變玉米醇溶蛋白形成球狀顆粒的能力。

2.2 粒徑的變化

2種膠體顆粒均呈現(xiàn)球狀形態(tài)，但是粒徑體積分布存在一定差異，見圖2。

圖2 天然和熱修飾玉米醇溶蛋白膠體顆粒粒徑體積分布

天然玉米醇溶蛋白膠體顆粒在粒徑<1000 nm時(shí)，體積分布為7.98%；在1000～2000 nm范圍時(shí)，體積分布為18.72%；在>2000 nm時(shí)粒徑體積分布為73.30%；但熱修飾玉米醇溶蛋白膠體顆粒粒徑體積分布發(fā)生變化，在粒徑<1000 nm時(shí)，體積分布為5.15%，在1000～2000 nm范圍時(shí)，體積分布為27.24%，>2000 nm時(shí)，粒徑體積分布為67.61%。說(shuō)明熱修飾促使玉米醇溶蛋白形成的膠體顆粒更偏向于集中在粒徑較小的范圍。

2.3 表面疏水性

天然玉米醇溶蛋白膠體顆粒的表面疏水性與熱修飾玉米醇溶蛋白膠體顆粒的表面疏水性存在不同，見圖3。

圖3 天然和熱修飾玉米醇溶蛋白膠體顆粒的表面疏水性

由圖3可知，天然玉米醇溶蛋白膠體顆粒的表面疏水性大于熱修飾后玉米醇溶蛋白的表面疏水性。反溶劑法制備玉米醇溶蛋白的膠體顆粒是改變介質(zhì)環(huán)境從疏水環(huán)境變?yōu)橛H水環(huán)境促使其自主裝形成膠體顆粒。親水的環(huán)境促進(jìn)了玉米醇溶蛋白分子之間的聚集和有效地調(diào)控其自組裝[16]。熱修飾玉米醇溶蛋白具有較低的表面疏水性，對(duì)親水環(huán)境有更強(qiáng)的適應(yīng)性，進(jìn)而形成顆粒更小。Tang等發(fā)現(xiàn)在95 ℃熱修飾蕓豆蛋白降低了其表面疏水性[17]。高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱增強(qiáng)了蛋白質(zhì)之間的疏水相互聚集作用，這種聚合物具有較低的表面疏水性[18]。

2.4 游離巰基含量的影響

高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱蛋白質(zhì)會(huì)促使蛋白質(zhì)間或蛋白質(zhì)內(nèi)二硫鍵的形成。因此，測(cè)定了2種膠體顆粒游離巰基的含量，見圖4。

圖4 天然和熱修飾玉米醇溶蛋白膠體顆粒游離巰基含量

天然玉米醇溶蛋白膠體顆粒游離巰基含量為9.54 μmol/L，熱修飾玉米醇溶蛋白膠體顆粒游離巰基含量為7.12 μmol/L。游離巰基和二硫鍵的含量影響著玉米醇溶蛋白的流變學(xué)特性[19,20]。

2.5 內(nèi)源性熒光強(qiáng)度的變化

測(cè)定了激發(fā)波長(zhǎng)280 nm時(shí)天然和熱修飾玉米醇溶蛋白膠體顆粒內(nèi)源性熒光光譜，見圖5。

圖5 天然和熱修飾玉米醇溶蛋白膠體顆粒內(nèi)源性熒光強(qiáng)度

內(nèi)源性熒光光譜反映色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸基團(tuán)的暴露情況。加熱增強(qiáng)了內(nèi)源性熒光光譜的強(qiáng)度，這一結(jié)果與Sun等的研究結(jié)果一致。加熱增加了玉米醇溶蛋白的熒光強(qiáng)度，可能是因?yàn)闊嵝揎椪归_了玉米醇溶蛋白的結(jié)構(gòu)，而色氨酸對(duì)蛋白質(zhì)展開或折疊非常敏感，內(nèi)源性熒光光譜變化反映蛋白質(zhì)構(gòu)象的改變[21]。

2.6 流變學(xué)特性的變化

利用弱極性介質(zhì)環(huán)境(70%乙醇-水)溶解玉米醇溶蛋白配制成溶液后，在70 ℃加熱10 h后玉米醇溶蛋白的彈性模量、黏性模量和表觀粘度的變化見圖6。

圖6 天然和熱修飾玉米醇溶蛋白膠體顆粒流變學(xué)特性

天然玉米醇溶蛋白和熱修飾玉米醇溶蛋白的彈性模量、黏性模量和表觀粘度存在一定差異。在低掃描頻率(<4.5 Hz)時(shí)，天然玉米醇溶蛋白的黏性模量大于熱修飾玉米醇溶蛋白的黏性模量，當(dāng)在高掃描頻率(4.5～10 Hz)范圍內(nèi)，熱修的玉米醇溶蛋白的黏性模量大于天然玉米醇溶蛋白的黏性模量(見圖6中A)。在低掃描頻率(<4 Hz)時(shí)，天然玉米醇溶蛋白的彈性模量小于熱修飾玉米醇溶蛋白的彈性模量，當(dāng)在高掃描頻率(4～10 Hz)范圍內(nèi)，天然的玉米醇溶蛋白的彈性模量大于熱修飾的玉米醇溶蛋白的彈性模量(見圖6中B)。在低剪切速率(<50/s)時(shí)，熱修飾玉米醇溶蛋白的表觀粘度大于醇溶蛋白的表觀粘度，當(dāng)在高剪切速率(50～100/s)時(shí)，天然玉米醇溶蛋白的表觀粘度略大于熱修飾玉米醇溶蛋白的表觀粘度(見圖6中C)。流變學(xué)特性的差異可能源于熱修飾帶來(lái)的膠體顆粒大小、游離巰基和二硫鍵含量的不同[22]。

3 結(jié)論

基于反溶劑法制備的天然玉米醇溶蛋白膠體顆粒相比較，熱修飾和天然玉米醇溶蛋白形成的膠體保持著球狀形態(tài)，但熱修飾玉米醇溶蛋白膠體顆粒更趨向于分布小粒徑范圍，具有更低的表面疏水性和游離巰基含量。熱修飾改變了玉米醇溶蛋白的構(gòu)象。2種膠體顆粒的流變學(xué)特性存在不同，主要是因?yàn)閮烧叩挠坞x巰基含量和顆粒大小不同。本研究旨在為制備運(yùn)載調(diào)節(jié)風(fēng)味的小分子物質(zhì)的載體提供一定理論基礎(chǔ)。