离子液体协同双频超声对蛋白质聚集行为及界面活性的调控机制

Plant protein, a by-product in the processing of grain and oil, can be used as emulsifier in the production of food, medicine and cosmetics by controlling its aggregation state, which will enhance the comprehensive efficiency and added-value of food sources. In this project, a synergistic dual-frequency ultrasound/ ionic liquid technique is used to modify soy protein and peanut protein. Firstly, the relationship between the protein and ionic liquid will be investigated through the study of subunits composition and side chain radical polarity. The molecular size, morphology and intermolecular forces of the recombinant protein will be characterized. Then, the action regulation and control mechanism of protein subunits dissociation and aggregation behavior induced by dual-frequency ultrasound will be illustrated. Thirdly, through the investigations of the micro-morphology, rheological behavior and stability of the protein absorption films at different polar systems, the interfacial stabilization mechanism can be obtained. In this case, the regulation mechanism and method of synergistic dual-frequency ultrasound/ ionic liquid technique will be revealed for preparation of protein with certain interfacial activities. The results of this research will provide theoretical guiding significance for preparing high-quality functional protein.

改善粮油加工中植物蛋白副产物聚集态结构，将其作为乳化剂应用于食品、医药和化妆品等领域，对于提高粮油资源综合利用率和产品附加值具有十分重要的意义。本项目使用绿色溶剂离子液体协同双频超声技术处理粮油加工的副产物大豆蛋白或花生蛋白，研究蛋白质分子及亚基大小组成和侧链基团性质的变化规律，明确离子液体与蛋白质的相互作用，表征各级重聚集产物的分子大小、形态结构和作用力等，揭示双频超声诱导蛋白质亚基解离/重聚集行为的作用规律和控制机制；进一步研究不同聚集态蛋白在不同极性界面的吸附膜微观结构、流变学特性、分子间作用力及稳定性等，揭示蛋白质界面膜的形成和稳定机理，阐明双频超声/离子液体协同调控蛋白质界面性能的机制，建立基于双频超声/离子液体技术的聚集态结构与性能可控的界面蛋白的制备方法，为蛋白质的定向改性制备高品质功能蛋白奠定理论基础。

蛋白质作为天然乳化剂常被用于食品、医药和化妆品等领域，天然植物蛋白存在大量结构致密的高分子量聚集体，容易在油水界面上产生较强的空间位阻作用和吸附能垒，无法表现较强的界面活性。因此，本项目利用超声和离子液体诱导大豆分离蛋白分子或亚基发生解离和重聚集，探索蛋白发生解离和重聚集的处理条件，研究聚集体结构与界面性能之间的关系。. 首先，在双频条件下对比分析了聚能式、发散式和狭缝式超声波对大豆分离蛋白结构的影响。经聚能式超声波处理的大豆分离蛋白溶解度和表面疏水性提高最为明显，表面疏水性指数比对照组提高了34.67%，游离巯基含量随超声时间的延长和功率密度的增加出现了先增大后减小的趋势。. 其次，研究了离子液体/双频超声对大豆分离蛋白聚集行为的影响。大豆分离蛋白的溶解度随离子液体疏水性的降低而降低，大豆分离蛋白的溶解度呈现出[BMIM][PF6] > [BMIM][BF4] > [BMIM][Cl]的趋势。低浓度的离子液体可以提高其巯基含量，增强其荧光强度。高浓度的离子液体会引起蛋白的聚集。超声辅助离子液体处理可以诱导蛋白结构发生伸展。当用1 mg/ml [BDMIM][Cl]处理大豆分离蛋白时，使其形成了分布均匀且更小的纳米聚集体。. 最后，研究了不同方法预处理后所得再生大豆分离蛋白的重聚集状态和界面活性。1-丁基-3-甲基咪唑氯盐协同超声处理导致再生大豆分离蛋白的α-螺旋含量减少，而无规则卷曲含量增多；三种离子液体协同超声处理均会使大豆分离蛋白的数均分子量和重均分子量增大。三种离子液体协同超声处理均会使大豆分离蛋白乳化液粒径减小，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐协同超声处理会引起蛋白乳化稳定性和泡沫稳定性的提高。. 本项目揭示了离子液体协同双频超声对蛋白质聚集行为及界面活性的调控机制，本项目建立的再生大豆分离蛋白重聚集的可控制备方法，能为实现各种界面活性易于调控的蛋白质大分子的制备作理论指导。