苦杏仁11S球蛋白自組裝現(xiàn)象及其應用研究.pdf

1、熱處理是食品加工必要的環(huán)節(jié)，能引發(fā)食物組分在物理、化學上的變化，從而影響著食品的性質(zhì)與功能。作為食品中的主要成分，各類生物大分子（如蛋白質(zhì)、糖和脂類）在熱處理過程中表現(xiàn)出遷移、降解、組合等行為，最終不僅在化學反應上呈現(xiàn)了新的化合物，而且在物理上呈現(xiàn)出新的構(gòu)造。對食品和中藥在熱處理過程中的研究多集中于成分的化學變化，如活性成分的穩(wěn)定性、檢測方法建立和生成機制等。食品和中藥在熱處理后存在納米構(gòu)造是廣為人知的現(xiàn)象，但對于生物大分子在熱處理過程

2、中“如何自組裝形成微納米結(jié)構(gòu)”，“該納米結(jié)構(gòu)的存在具有何種生物學效應”等問題卻少有研究涉及。已有研究顯示，食品和中藥的生物大分子在熱處理過程中能發(fā)生熱誘導自組裝行為形成納米級微粒，在形成納米微粒后獲得了抗氧化性等新的生物學活性，或能裝載具有生物學活性的小分子。通過前期工作，本課題提出“食品熱處理過程中生物大分子自組裝形成的納米結(jié)構(gòu)對食品的生物學功效具有重要貢獻”，圍繞這個科學假說，課題研究以“藥食同源”的苦杏仁作為研究對象，調(diào)查了苦杏仁

3、蛋白組分在熱處理過程的自組裝現(xiàn)象，并對獲得的蛋白納米微粒進行性質(zhì)表征與應用研究。
　　課題通過色譜分離、蛋白質(zhì)鑒定方法，從中國苦杏仁中純化獲得類似11S球蛋白的組分，該球蛋白由六個單體(A-pro)聚合形成，每個單體分別由一個酸性亞基與一個堿性亞基通過二硫鍵連接而成。在對其進行熱處理的過程中，發(fā)現(xiàn)該蛋白組分發(fā)生了包含解折疊、亞基重排、自組裝等一系列變化，從而開啟對苦杏仁11S球蛋白自組裝行為的性質(zhì)與應用研究，主要研究結(jié)果如下:

4、r>　　(1)苦杏仁蛋白單體A-pro熱處理過程發(fā)生鏈內(nèi)二硫鍵斷裂，為保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，二硫鍵殘端發(fā)生重新排列形成二硫鍵連接產(chǎn)物，該過程主要發(fā)生在酸性亞基AS-1與AS-2(42-44kDa)之間，因此在熱處理過程中觀察到新出現(xiàn)的蛋白質(zhì)組分的分子量約為88kDa。伴隨二硫鍵連接物的形成，同期觀察到納米級構(gòu)造的形成，表明納米微粒的自組裝行為與二硫鍵密切相關(guān)。通過對自組裝行為的研究，發(fā)現(xiàn)A-pro自組裝行為發(fā)生的溫度條件必須高于A-pro的相變

5、溫度76℃，加熱導致A-pro的二級結(jié)構(gòu)被破壞，α-螺旋含量急劇減少，蛋白質(zhì)的疏水片段暴露于分子表面，此時A-pro依靠二硫鍵、氫鍵維持特定的空間結(jié)構(gòu)，位于分子表面的疏水基團通過疏水作用形成大小均勻的納米微粒，并將二硫鍵、氫鍵包裹于結(jié)構(gòu)內(nèi)部，因此A-pro在熱處理過程的自組裝行為主要以二硫鍵、氫鍵為基礎(chǔ)。
　　(2)蛋白質(zhì)自組裝行為的本質(zhì)是分子之間的相互作用，通過對包括pH、溫度在內(nèi)的化學因素的調(diào)節(jié)，對自組裝行為的影響，進而對納米

6、微粒的大小與形態(tài)實現(xiàn)調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，酸性環(huán)境使苦杏仁蛋白溶解度下降而發(fā)生沉淀，堿性環(huán)境利于蛋白質(zhì)發(fā)生自組裝行為;低濃度鈉鹽促進自組裝行為發(fā)生，而高濃度鈣鹽導致體系出現(xiàn)沉淀;蛋白質(zhì)濃度越低，自組裝發(fā)生的速率越慢;溫度越高，形成穩(wěn)定納米微粒的粒徑越大。
　　(3)依據(jù)化學因素對自組裝行為的調(diào)控機制，本課題篩選出A-pro形成納米微粒的最適條件:pH9.0、加熱溫度95℃、熱誘導時間10min、蛋白濃度1mg/mL，形成的納米微粒命名為

7、Apro-NPs，其直徑約90nm，呈單一分散系，分布均勻。Apro-NPs具備良好的溫度響應規(guī)律，呈現(xiàn)升溫聚合，降溫分解的趨勢。此外，該納米微粒具備良好的低溫穩(wěn)定性，利于低溫環(huán)境下的保存。
　　(4)食物來源的蛋白質(zhì)通過自組裝形成納米微粒，其安全性高于人工合成的納米材料，因此在制備納米載體方面具備良好優(yōu)勢。對細胞安全性評價結(jié)果顯示，Apro-NPs比提高了正常細胞的存活率，獲得了比蛋白質(zhì)更高的安全性;包封試驗結(jié)果顯示，Apro-