直链淀粉/β-乳球蛋白/α-亚油酸水溶性三聚体纳米胶囊自组装行为及其作为柑桔类果汁脱苦剂的研究

Among many debittering technologies of orange juices, molecular inclusion agent is one of the new debittering technologies recently developed with better application prospect. In this project, self-assembling soluble triplex nanoparticles of amylose/β-lactoglobulin/α-linoleic acid is chosen as molecular inclusion agent to solve the shortcomings such as easy precipitation, low debittering efficiency of β-cyclodextrin in orange juice debittering application. Therefore, through exploring the self-assembling mechanism of a triplex nanoparticle, triplex nanoparticle-bitter molecules molecular inclusion complex will be prepared, which will provide a new solving method for orange juice debittering. In present project, molecular dynamics (MDs) simulation will be chosen to study the formation mechanism of such a self-assembling nanoparticle. Through GROMACS software package, corresponding molecular segments will be modeled by using Glucose or GROMOS96 43a1 force field. A long time (100 ns) and a large scale (about 1000,000 atoms) MDs will be employed to explore the low energy stable conformations and thermodynamic properties of molecular inclusion complex between the triplex nanoparticle and different bitter molecule such as naringin. Then, the simulated results will be further verified by known experimental results. Meanwhile, the optimal formation conditions will be determined. At last, a basic reference will be provided by the proposed inclusion agent in solving orange juicedebittering problem.

分子包合剂脱苦是最近发展起来的较有应用前景的一项新技术，本课题选取直链淀粉/β-乳球蛋白/α-亚油酸自组装水溶性三聚体纳米胶囊为分子包合剂，试图解决β-环糊精在柑桔类果汁脱苦应用中易沉淀，脱苦率不高等缺陷。因此，了解该三聚体自组装机理，制备三聚体-苦味分子包合物，将为柑桔类果汁脱苦提供一种新的解决途径。 本课题拟采用分子动力学模拟研究该自组装纳米胶囊的形成机理，通过Gromacs软件，在Glucose分子力场和GROMOS96 43a1分子力场中，分别引入相应分子片段，经过长时间(100ns)、大规模(100万原子)模拟，以预测该胶囊与柚苷类苦味分子形成包合物的稳定构象及热力学性质，与其实验结果进行比较，得最优形成条件，最终为采用该分子包合剂解决柑桔类果汁脱苦难题提供方案参考依据。

基于直链淀粉、乳清蛋白和游离脂肪酸体系的低毒性，优良的生物相容性和溶解性，其共同所形成的纳米体系已经在食品营养物质或功能成分的输送系统中引起了人们极大的兴趣。. 实验证明，α-亚油酸和直链淀粉可以形成热力学稳定复合物。为了研究α-亚油酸影响直链淀粉构象的机理、复合物的构象趋势及复合作用过程中氢键的变化情况，本课题首先研究了α-亚油酸和直链淀粉在373 K条件下进行了长时间（500 ns）的全原子分子动力学（molecular dynamics，MD）模拟。模拟发现在有/无α-亚油酸存在的情况下，在500 ns内都可以观察到大量有序到无序的构象转变，这表明直链淀粉和α-亚油酸之间结合作用微弱。原子均方根偏差（RMSD）、α-亚油酸与直链淀粉轴心间距、氢键增加都证明直链淀粉-α-亚油酸复合物的形成是热力学自发行为。. 在此基础上，本课题接着优化了直链淀粉的制备和直链淀粉/β-乳球蛋白/α-亚油酸三聚体的制作工艺，通过考察直链淀粉、β-乳球蛋白和α-亚油酸的物理化学结构特性、热熔法制备三聚体的可操作性、三聚体产物的理化性，最后确定出最优的制备工艺。所制备的纳米胶囊先采用扫描电镜观察其表面的结构特征，然后选择X射线衍射、热重分析、差示扫描量热分析等手段了解包合物的热力学性质。实验结果表明，在95℃条件下，将直链淀粉溶解为1mg/ml的溶液，pH=5.0，按淀粉：α-亚油酸：β-乳球蛋白=20：5：1（质量比）添加亚油酸和β-乳球蛋白，水浴95℃加热搅拌（450r/min）20min后，逐渐冷却至室温，该过程连续搅拌（450r/min）4h，所得滤液冷冻干燥可以制得三聚体纳米胶囊。.为了理解这一三元复合物体系的自组装行为的机制，本课题最后采用分子动力学对该三元复合物的自组装行为进行了全原子水平上的模拟。TEM图片显示该三元纳米颗粒具有杆状结构，这一结果可被在第500ns的模拟结果所证实。进一步对其水合半径及溶剂可接触表面积的分析表明，该三元复合物纳米颗粒具有高度溶解性，表明这些纳米颗粒可显著提高一些疏水性营养物质或功能成分的水溶性。本研究为阐释水溶性自组装纳米颗粒的形成机理提供了一种方法，同时为设计一些具有较好加工性的营养物质输送体系提供了一种全新的思路。