大豆皂苷/蛋白相互作用对其乳液界面性质及聚集稳定性的影响机制

As a kind of widely sourced biosurfactants with low toxicity and intrinsic biodegradability, saponins have typical structures of amphoteric molecules, and their interactions with food macromolecules induced changes in complex interfacial activities have been considered as one of the hot topics in the field of green surfactant study. However, interactions with protins are more concentrated in animal proteins than plant ones. Previous research showed soy saponin-protein mixtures displayed interesting competition adsorption behavior, but the mechanism of action was not clear. Based on this, the influences of environmental factors on the interfacial properties of soy saponin-protein complexes will be investigated in this project. Research of action type, binding site, binding force, and conformational change will be used to explore interaction mechanism through comprehensive use of multi spectral technology, nuclear magnetic resonance, X ray diffraction and molecular simulation. Study on micro morphology of emulsion and properties of interfacial adsorption kinetics and dilational rheology could explain their structure-activity relationships of interfacial activities and aggregation behaviors, and clear the key factors influencing emulsion stability. Finally, the influence mechanisms of soy saponin and protein interactions on interfacial properties and aggregation stability of complex emulsion will be interpreted clearly. This study could provide scientific basis for the interaction between saponin and protein, and will be conducive to the high value use of soybean meal.

作为一类低毒、生物降解性良好且来源广泛的生物表面活性剂，皂苷具有典型的两性分子结构，其与食品大分子相互作用后引发的复合物界面活性变化已成为绿色表面活性剂研究领域的热点之一，但同蛋白质互作的研究多集中于动物蛋白，与植物蛋白互作的深入研究鲜有报道。前期研究表明，大豆皂苷与大豆蛋白在界面上表现出竞争性吸附行为，而相关机制尚不明确。鉴于此，本项目拟考察不同环境因素对大豆皂苷/蛋白复合物界面性质的影响；综合运用多光谱技术、核磁共振、X射线衍射、分子模拟等技术手段，经由作用类型、结合位点、结合力、构象变化等方面深入探究二者互作机制；通过界面吸附动力学、扩张流变学性质以及乳液微观形态变化等研究，解析复合物界面活性和聚集行为的构效关系，明确影响乳液稳定性的关键因素，最终探明大豆皂苷/蛋白互作对其乳液界面性质及聚集稳定性的影响机制。研究可以丰富皂苷/蛋白互作理论，并为大豆饼粕的高值化利用提供新的科学依据。

我国大豆资源丰富，是大豆油生产大国，大豆皂苷与大豆蛋白则是油脂加工过程中产生的两种主要副产物。大豆皂苷具有两性分子结构及多种生物活性，已在配制复合起泡剂、乳化剂等食品加工领域显示出广阔的应用前景；大豆蛋白是目前应用最为广泛的植物源蛋白质，总蛋白组成以球蛋白为主，主要包括大豆球蛋白（11S）和β-伴大豆球蛋白（7S）等，大豆蛋白相关研究也主要围绕它们之间展开。为进一步发挥大豆皂苷/蛋白复合体系在食品泡沫或乳化体系中的调节作用，明确二者相互作用对界面性质和宏观泡沫/乳液稳定性的影响机制就显得尤为重要。本项目以大豆皂苷-大豆7S/11S蛋白复合体系为研究对象，对该体系的气-水/油-水界面行为及起泡性、乳化性等展开研究，考察动态表面张力、界面流变学特性同起泡性、泡沫稳定性、乳化性及乳液稳定性的内在关系，分析界面行为与宏观起泡/乳化性的内在联系，并进一步探讨稳定机制；采用内源荧光光谱、同步荧光光谱、三维荧光光谱、圆二色谱、分子模拟等方法对典型大豆皂苷单体（Ab、Bb）分别同大豆7S/11S蛋白的相互作用进行分析。结果表明，加入大豆皂苷的复合体系起泡性和乳化性均好于纯大豆蛋白体系，其中皂苷-7S复合体系的起泡性优于皂苷-11S复合体系，但泡沫稳定性不及后者；在较低皂苷浓度下，复合体系的界面性质由蛋白主导，但随着皂苷浓度的增加，二者间出现竞争性吸附行为，直至演变为皂苷主导；在蛋白浓度恒定为0.5%条件下，0.75%皂苷-7S及0.25%皂苷-11S两种复合体系的乳液稳定性较好；大豆皂苷单体与大豆蛋白的相互作用以氢键和范德华力为主，逐渐增加皂苷浓度会引起疏水作用力的增加，导致荧光淬灭的同时发生蓝移，且相互作用使蛋白结构变得较为松散，进一步说明皂苷的存在能够改变蛋白的两亲性，进而对整个复合体系的界面性质产生影响。本项目执行期间，发表学术论文8篇，其中SCI收录论文6篇；申请发明专利1项；培养硕士研究生毕业1人。