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南昌大學(xué)曾哲靈教授在植物蛋白領(lǐng)域取得新進(jìn)展

作者:化學(xué)化工學(xué)院時(shí)間:2023-03-18
攝影 化學(xué)化工學(xué)院 單位 化學(xué)化工學(xué)院
  


本網(wǎng)訊(化學(xué)化工學(xué)院)近日,南昌大學(xué)曾哲靈教授在植物蛋白領(lǐng)域取得新進(jìn)展,研究成果以“A review of the structure, function, and application ofplant-based protein–phenolic conjugates and complexes”為題發(fā)表在國(guó)際食品頂級(jí)期刊Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety (IF 15.786)上。南昌大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院曾哲靈教授和夏佳恒博士后為共同通訊作者,2020級(jí)博士生鄢祥輝為第一作者,麻省大學(xué)McClements教授、新西蘭藥物研究所DemingGong教授作為共同作者為本文提供了重要的寫(xiě)作指導(dǎo)。

植物蛋白和多酚存在于各種各樣的食物中,是人類(lèi)飲食不可或缺的一部分。蛋白質(zhì)是與人類(lèi)健康相關(guān)的重要常量營(yíng)養(yǎng)素,它們是獲得和維持肌肉質(zhì)量、更新和修復(fù)細(xì)胞以及參與免疫反應(yīng)等等所必需的。多酚的主要來(lái)源是植物次級(jí)代謝產(chǎn)物,它們具有多種潛在有益的生物活性,例如抗氧化、抗炎和抗菌作用。如今,對(duì)可持續(xù)發(fā)展的擔(dān)憂(yōu)導(dǎo)致消費(fèi)者對(duì)植物性飲食越來(lái)越感興趣。研究表明,多酚可以通過(guò)多種相互作用力與植物蛋白結(jié)合,引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的變化。本綜述總結(jié)了近年來(lái)有關(guān)植物基蛋白-多酚偶聯(lián)物和復(fù)合物發(fā)表的研究,介紹了植物蛋白-多酚偶聯(lián)物和復(fù)合物的相互作用機(jī)制、結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系、健康益處和應(yīng)用,為開(kāi)發(fā)具有改進(jìn)功能特性的食品蛋白質(zhì)提供指導(dǎo)。

植物蛋白主要是由油脂生產(chǎn)的副產(chǎn)物(脫脂餅粕)制備而得到。然而,用于植物蛋白的提取方法(如堿溶酸沉法,Osborne法)可能導(dǎo)致酚類(lèi)化合物的共提取,從而形成蛋白-多酚偶聯(lián)物或復(fù)合物。大多數(shù)研究往往忽視了脫脂餅粕中多酚類(lèi)物質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)色澤、風(fēng)味及功能特性等方面的影響,在一定程度上限制了植物性食品加工副產(chǎn)物的綜合利用價(jià)值。

Figure 1. The occurrence of PP-PC conjugates or complexes during PP extraction. AE/IP: Alkaline extraction/ isoelectric precipitation; PC: phenolic compounds; PP: plant-based proteins.

大多數(shù)有關(guān)植物蛋白-多酚的相互作用研究是基于模型系統(tǒng)進(jìn)行的,因?yàn)樗鼈兏菀卓刂坪屠斫?,例如,可以仔?xì)控制它們的反應(yīng)條件如pH、離子強(qiáng)度、溫度和時(shí)間。據(jù)報(bào)道,酚類(lèi)化合物易通過(guò)氫鍵、離子鍵、疏水相互作用等非共價(jià)相互作用或共價(jià)相互作用與蛋白質(zhì)結(jié)合,共價(jià)偶聯(lián)的方法又包括堿法、酶法和自由基接枝法。非共價(jià)相互作用為弱相互作用,是可逆的;而共價(jià)相互作用是不可逆的。

Figure 2. Fabrication strategy of PP-PC conjugates (covalent interactions) and complexes (non-covalent interactions) in model systems. PC: phenolic compounds; PP: plant-based proteins.

一系列儀器方法包括光譜法、電泳、色譜法、顯微鏡、量熱法和質(zhì)譜法等等已用于表征植物蛋白-酚類(lèi)偶聯(lián)物和復(fù)合物的結(jié)構(gòu)特性。結(jié)合不同的分析方法,可以更好地理解植物蛋白-酚類(lèi)偶聯(lián)物和復(fù)合物功能特性的分子和物理化學(xué)基礎(chǔ)。然而,由于大多數(shù)植物蛋白是由不同分子量的組件聚合而成,并且制備植物蛋白-酚類(lèi)偶聯(lián)物和復(fù)合物的方法各異,因此仍然需要更復(fù)雜的分析和計(jì)算方法來(lái)評(píng)估多酚偶聯(lián)或復(fù)合后植物蛋白結(jié)構(gòu)性質(zhì)的變化。計(jì)算機(jī)模擬可以更深入地了解蛋白質(zhì)和多酚之間的相互作用;等溫滴定量熱法可用于提供有關(guān)蛋白質(zhì)和多酚相互作用的熱力學(xué)信息,例如結(jié)合焓、結(jié)合親和力和結(jié)合位點(diǎn)數(shù)量。然而,這兩種方法更適合分析蛋白與多酚的非共價(jià)相互作用。

Figure 3. A summary of the instrumental methods used to study the structural properties of PP-PC conjugates and complexes. PC: phenolic compounds; PP: plant-based proteins.

植物蛋白-多酚偶聯(lián)物和復(fù)合物中蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)比其天然狀態(tài)更加展開(kāi),主要表現(xiàn)為無(wú)規(guī)則卷曲的含量增加,這通常會(huì)改善蛋白質(zhì)的功能屬性。植物蛋白-多酚偶聯(lián)物和復(fù)合物具有更好的體外消化率、抗氧化活性和潛在的降低過(guò)敏反應(yīng)。因此,它們具有開(kāi)發(fā)為食品工業(yè)中的抗氧化乳化劑、可食用薄膜添加劑、納米顆粒和水凝膠的潛力。

人們?cè)絹?lái)越關(guān)注利用植物蛋白作為食品中的功能性成分來(lái)替代動(dòng)物蛋白。然而,由于其功能和營(yíng)養(yǎng)屬性的缺陷,它們的應(yīng)用往往受到限制。因此,在過(guò)去的幾十年中,研究人員開(kāi)發(fā)了各種改性方法來(lái)改善植物蛋白的功能特性。本綜述表明,在植物蛋白的提取過(guò)程中,植物中的多酚很容易附著在蛋白上,造成植物蛋白色澤、風(fēng)味及功能特性的改變。對(duì)模型系統(tǒng)的研究表明,采用非共價(jià)或共價(jià)相互作用的方法將多酚與植物蛋白偶聯(lián)或復(fù)合,可以改善蛋白質(zhì)的功能特性和生物活性。例如,它們可能會(huì)改善植物蛋白的溶解性、增稠性、膠凝性、乳化性、發(fā)泡性、成膜性、粘合性或抗氧化性。但是,必須仔細(xì)控制所用多酚的類(lèi)型和數(shù)量以及反應(yīng)的條件,以獲得所需的功能屬性。此外,還需要進(jìn)一步的研究來(lái)評(píng)估它們?cè)谡鎸?shí)食品中的功能屬性,并使用體外和體內(nèi)的方法了解它們的胃腸道命運(yùn)。最后,研究這些偶聯(lián)物和復(fù)合物的潛在毒性,以更好地了解它們?cè)谑称分袕V泛使用的安全性。

曾哲靈,博士,二級(jí)教授,博士生導(dǎo)師。南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室固定人員,江西省藥食同源植物資源高值化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,南昌大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院副院長(zhǎng)。長(zhǎng)期從事食物資源開(kāi)發(fā)與利用方向的研究。主持完成國(guó)家級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目10項(xiàng)、省部級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目30項(xiàng)、地廳級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目3項(xiàng),正在主持國(guó)家級(jí)項(xiàng)目1項(xiàng)、省部級(jí)項(xiàng)目2項(xiàng),發(fā)表發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇(其中SCI收錄論文150余篇),申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利23項(xiàng)、授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利14項(xiàng),獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、江西省自然科學(xué)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、江西省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)3項(xiàng)、南昌市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。