谷氨酸对玉米醇溶蛋白 稳定Pickering乳液的制备及表征影响

背景介绍：

仅用玉米醇溶蛋白稳定的Pickering乳液容易发生脱层、破乳、漏油等问题。已有研究表明，一些氨基酸可以通过非共价键与蛋白质结合，从而改变蛋白质的结构和性质。与其他改变蛋白质结构和性质的方法相比，添加氨基酸更符合食品加工的要求和清洁生产的原则。本研究采用谷氨酸改性玉米醇溶蛋白制备胶体粒子（ZCPs），并对其性能进行分析，可为谷氨酸-玉米醇溶蛋白体系稳定的Pickering乳液在食品领域的实际应用提供参考。

研究方法：

本研究利用谷氨酸和玉米醇溶蛋白制备胶体纳米颗粒作为Pickering乳液的稳定剂。研究了谷氨酸与醇溶蛋白配比对胶体纳米粒子稳定性、ζ势、粒径、形貌和结构的影响。

结果与分析：

在谷氨酸反溶剂过程中，以不同的比例(W/W)加入醇溶蛋白。由于玉米醇溶蛋白的等电点约为6.20，谷氨酸的等电点约为3.23，当溶液体系pH为5时，两种溶液具有相反的电荷，由于静电相互作用导致两种物质相互吸引。谷氨酸的加入增强了玉米醇溶蛋白胶体纳米颗粒的油稳定作用，减少了乳化液的漏油和分层，提高了乳化液的稳定性。

在低谷氨酸水平下(1:0.01 ~ 1:0.1)，促进玉米醇溶蛋白中带正电荷组的暴露，从而增加zeta电位;在高谷氨酸水平下(1:0.2 ~ 1:0.4)，部分谷氨酸吸附在纳米颗粒的外表面，导致电荷中和和静电筛选，从而降低了纳米颗粒之间的静电排斥力，促进了聚集。

在添加谷氨酸的条件下，胶体颗粒的粒径分布不均匀，颗粒大小不一。随着谷氨酸添加量的增加，胶体颗粒的粒径增大，粒径分布变得更加不均匀（图1 b-g）。这可能是由于谷氨酸促进了玉米醇溶蛋白的分子间聚集，导致胶体颗粒的大小与谷氨酸的比例呈正相关。然而，当谷氨酸的含量超过一定范围时，电荷中和和静电筛选发生，谷氨酸对玉米醇溶蛋白沉积作用过大，导致颗粒显著聚集，进而导致乳状液不稳定。

图1 添加不同量谷氨酸的乳液SEM图

傅里叶变换红外光谱法是分析有机物二级结构的常用方法。谷氨酸的加入改变了其吸收峰（图2a），这可能是由于玉米醇溶蛋白和谷氨酸通过离子相互作用结合的结果。随着谷氨酸用量的增加，出现杂峰，这可能是由于玉米醇溶蛋白与谷氨酸结合形成稳定的复合物所致。

利用谷氨酸-谷氨酸蛋白聚合物在溶液中的CD光谱研究了谷氨酸-谷氨酸复合物的二级结构变化（图2b）。随着谷氨酸的加入，两个峰发生了红移，说明玉米醇溶蛋白的结构因谷氨酸的加入而改变。

图2 ZCPs的红外光谱(a)、CD光谱(b)以及ZCPs中四个二级结构的含量(c)

CLSM通常用于观察乳状液中油滴和蛋白质的分布。图3中红色部分用固绿染色，表示蛋白质的分布，绿色部分用尼罗红染色，表示油滴的分布。有研究表明如果颗粒没有完全覆盖液滴表面，则会发生聚结，但当界面完全覆盖时，则会防止聚结。谷氨酸的添加促进了醇溶蛋白在油滴表面的吸附，从而防止了蛋白质的聚结，提高了Pickering乳液的储存稳定性。

图3 Pickering乳液的CLSM图像(a：ZCPs-0，b：ZCPs-3)

结论：

玉米醇溶蛋白与谷氨酸以非共价键的形式结合，改变了玉米醇溶蛋白的特性。此外,胶体粒子聚合是由谷氨酸诱导的,改变在乳液液滴的分布,以及增加了蛋白质的吸附在油滴表面,大小的分析,反映的微观结构、流变行为,和皮克林乳液的驱动力。疏水相互作用和静电相互作用是胶体粒子形成的主要驱动力，这是由驱动力分析和ζ势的变化确定的。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0308814621016046?via%3Dihub

供稿人：

职兰懿