界面分子微观膜与宏观涂膜比较研究卵转铁蛋白成膜机制及磷酸化修饰

Recently, most researches have been focused on edible fresh-keeping film casted with protein. The key to use for food processing is to understand the mechanism of film formation. To improve ovotransferrin film-forming properties and study the mechanism of film formation, ovotransferrin will be modified by phosphorylation and then made into macro and micro films. Changes in structure and properties of the modified proteins, including content of phosphorus and sites of modification, will be examined and the relationship between ovotransferrin structure and film-forming and antibacterial properties will be elucidated by using circular dichroism (CD), NMR , and differential scanning calorimetry (DSC). The film-forming mechanism of modified proteins will be expounded at molecular level after thoroughly examining the relationship between the micro-film formed on interface of protein solution and the macro-film coated. For this purpose, properties of interfacial tension, dynamics and rheological properties on air/water or oil/water interfaces of phosphorylated ovotransferrin solutions will be determined by interface technology. Properties of the modified ovotransferrin coated film, including gas and O2 permeability, antibacterial and other properties will also be studied. The effect on freshness will be evaluated for fruits and vegetables such as apples and kiwi coated by phosphorylated ovotransferrin. Results of this study will provide essential and theoretical foundation for using modified ovotransferrin as food-grade antistaling agent.

可食、抗菌蛋白保鲜涂膜是近期研究热点之一，掌握成膜机理是将其应用的关键。本项目拟用界面技术研究卵转铁蛋白分子结构及界面膜性质，通过比较微观分子界面膜与宏观涂膜的关系，探寻卵转铁蛋白成膜机制；并研究磷酸化修饰对蛋白结构、成膜性、抗菌性的影响。用圆二色谱仪、核磁共振、差异扫描量热法等手段分析修饰前后蛋白结构及特性，研究修饰蛋白中磷离子的含量、修饰位点对蛋白成膜性、抗菌性影响；并用界面技术测定磷酸化修饰卵转铁蛋白溶液在空气/水界面、油/水界面的界面力学、动力学和流变学性质，研究在界面形成的蛋白膜（微观膜）与蛋白涂膜（宏观膜）之间的关系，通过卵转铁蛋白界面性质变化与结构变化的相关分析，从分子水平阐明其成膜机理；研究修饰卵转铁蛋白涂膜的通透性（透气率、透氧率等）、抗菌性等性质，并将其应用于苹果或猕猴桃等果蔬保鲜中，测定果蔬各项指标，评价其抗菌保鲜效果，为卵转铁蛋白制备食品级抗菌保鲜涂膜提供理论基础。

蛋白质的乳化、起泡及聚集成膜性在食品加工等方面有许多应用。本项目研究卵转铁蛋白分子在油-水、空气-水界面的性质，通过比较微观界面蛋白膜与宏观蛋白涂膜，探索卵转铁蛋白成膜机制及磷酸化修饰对蛋白成膜性、抗菌性的影响，并将分子相互作用机理应用到烘焙产品的改良剂。.磷酸化修饰卵转铁蛋白形成多种磷酸酯蛋白，根据抗菌性确定磷酸化修饰最佳工艺为蛋白与三聚磷酸比为10∶1.5，pH9时室温下反应1小时，磷酸化程度为4.7%，得到的磷酸化卵转铁蛋白具有广谱抑菌性。环境影响磷酸化卵转铁蛋白的抑菌性，pH7时的蛋白抗菌活性最高，体系中阳离子浓度增大，温度升高，蛋白的抑菌性能下降。但磷酸化过度，蛋白结构域破坏，磷酸化蛋白无抗菌性。.酪氨酸参与了蛋白磷酸化反应，磷酸化后，卵转铁蛋白的荧光强度减弱，α-螺旋、β-转角、无规卷曲的比例减少，β-折叠的比例增加，表面疏水性提高，等电点由5.39漂移至4.79，热变性温度由59.92℃提高到66.67℃。.磷酸化前后卵转铁蛋白均能吸附到空气-水或油-水界面，吸附扩散常数Kdiff1依赖于蛋白质的表面疏水性，但Kdiff2影响不大，由渗透和重排机制控制。.卵转铁蛋白的界面性质受溶液pH值、离子类型和浓度、温度的影响，磷酸化后卵转铁蛋白的界面压力更大，吸附速率增加，蛋白膜的弹性模量Ed大于黏性模量Ev，分子相互作用力增强，更利于界面稳定，但在油-水界面和空气-水界面上的界面性质略有差异。 .卵转铁蛋白溶液成膜包括溶剂蒸发、溶质的浓缩和排序、溶质分子变形和熔接、聚合体链沿溶质粒子边缘的形成四个阶段。蛋白质性质、环境差异影响蛋白膜的力学、机械性能和形貌。.从蛋白宏观膜和微观膜数据分析，卵转铁蛋白成膜机理为依核聚合体（NDP，nucleated-dependent polymerization）模型，形成织状膜结构。根据分子相互作用力可研制改善烘焙类产品的改良剂。.本项目研究理论具有较好科研价值，可应用在果蔬保鲜贮藏、加工和各类产品改良，课题组研制的四种烘焙类改良剂在2020年销售额为159.47万元，创造了经济价值，具有重要社会意义。