《Food Research International》：Regulating the structure of soybean protein isolate-dextran maillard conjugate through cold plasma treatment: enhancing the storage and processing stability of oil-in-water emulsion loaded with curcumin
编辑推荐：
SPI-Dex Maillard共轭物经冷等离子体处理时间影响其结构和乳化性能，5分钟处理优化结构并提升乳化稳定性，25分钟导致结构破坏，影响性能。冷等离子体技术可调控蛋白-多糖共轭物构象，增强静电和疏水作用，促进生物活性成分包封。
谭黎明|沙坤|贾欣|尹丽军|李丽珍|刘海杰
中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083
摘要
大豆蛋白分离物-葡聚糖（SPI-Dex）美拉德共轭物作为O/W乳液稳定剂的性能从根本上受到其结构和改性程度的限制。然而，冷等离子体（CP）技术为克服这些限制提供了一种有吸引力的方法。因此，本研究探讨了CP处理时间对SPI-Dex共轭物结构和乳化性能的影响，以开发一种高性能的基于蛋白质的乳液输送系统。结果表明，与对照组（0分钟）相比，5分钟的CP处理（SPI-Dex5）使二硫键含量降低了21.29%，接枝程度增加了58.82%。二级结构分析显示β-转角增加，β-折叠片含量减少，这表明形成了更有利于接枝的灵活构象。这些结构变化导致SPI-Dex5共轭物的平均粒径增大，孔隙结构更加密集。因此，由SPI-Dex5稳定的乳液表现出更优异的性能，其特征是姜黄素包封效率最高（85.36%），滴粒尺寸最小（0.71±0.05微米），以及显著改善的流变性能、储存稳定性和物理稳定性。这些改进归因于静电和疏水相互作用的优化，以及空间位阻的增强。相反，长时间的CP处理（25分钟）引起了不利的结构变化，包括二硫键和α-螺旋的重新形成，导致共轭物聚集。由此产生的聚集体破坏了结构连续性并掩盖了活性位点，最终降低了乳化性能。总之，这项研究不仅提供了一种高度稳定的O/W乳液用于姜黄素输送，更重要的是，揭示了CP改性共轭物的结构-性能关系，突显了其在构建先进输送系统方面的巨大潜力。
引言
乳液被广泛用作各种领域中疏水性功能性成分的靶向输送系统，包括食品和制药应用。这些系统通常由表面活性剂或聚合物稳定（Kim等人，2024年）。近年来，随着对健康和安全问题的关注增加，研究人员开始探索使用天然生物材料衍生的稳定剂作为传统化学稳定剂的替代品（Ahmed Bhutto等人，2024年；Gong等人，2023年）。大豆蛋白分离物（SPI）因其高营养价值和低成本而成为有前景的替代品。虽然传统SPI的结构稳定性通常是人们所期望的，但这一特性却限制了其作为乳化剂的性能，从而限制了其在工业中的广泛应用（Tan等人，2024年）。通过美拉德反应可以显著改善SPI的乳化性能，该反应通过蛋白质氨基与碳水化合物羰基的缩合形成具有优异功能的共轭物（Gould & Wolf，2018年；Kim等人，2024年）。例如，Zhang等人（2022年）报告称，美拉德反应诱导的大豆蛋白分离物-d-半乳糖共轭物显著增强了乳化活性和乳液稳定性。另一项研究表明，美拉德反应通过增加分子间相互作用和空间位阻，促进了螺旋藻蛋白-麦芽糖糊精共轭物在两相界面的稳定吸附（Zhang, Holden等人，2023年）。在我们的初步实验中，使用SPI-葡聚糖美拉德共轭物替代天然SPI制备的姜黄素负载O/W乳液显著提高了储存稳定性。然而，长时间储存后观察到乳液底部出现姜黄素沉淀，这限制了其后续应用。这一问题可能归因于美拉德共轭物本身的改性程度和结构-功能限制，使得通过优化美拉德反应时间难以进一步提高姜黄素包封效率和储存稳定性。
冷等离子体（CP）作为一种非热性和环保的技术，引起了人们对修改食品大分子的极大兴趣（Misra & Jo，2017年）。Zhang等人（2021年）报告称，适度的CP处理会诱导氨基酸的氧化改性，从而改善SPI的乳化和发泡性能。类似地，Sharafodin和Soltanizadeh（2022年）发现CP处理通过改变SPI的二级和三级结构来增强乳化活性。此外，CP中的活性物种还可以通过破坏蛋白质构象和暴露潜在的接枝位点来促进美拉德反应（Ji等人，2020年）。Yu等人（2020年）进一步证明，CP处理促进了乳糖与花生蛋白分离物的共价共轭，提高了所得共轭物的溶解性和乳化性能。因此，CP技术可能成为进一步提高SPI-葡聚糖共轭物乳液的包封、储存和加工稳定性的有效策略。基于以上原因，本研究旨在利用CP技术来改善SPI-葡聚糖美拉德共轭物的结构和物理化学性能。我们进一步探讨了结构-性能关系及其潜在机制，从而促进CP在构建生物活性化合物稳定输送系统中的应用。
为此，我们研究了不同CP处理时间对SPI-葡聚糖美拉德共轭物结构和乳化性能的影响。具体而言，通过FTIR、荧光光谱和SEM表征了结构变化。通过接枝程度、褐变强度以及静电/疏水相互作用的分析，阐明了CP处理引起的SPI-葡聚糖共轭物的结构改性。此外，本研究还使用这种共轭物制备了负载姜黄素的O/W乳液。通过测量姜黄素包封效率、滴粒尺寸、流变性能、储存稳定性和物理稳定性，进一步评估了CP技术在美拉德共轭物乳液输送系统中的应用潜力。总之，本研究为应用CP技术开发高度稳定的基于蛋白质的生物活性化合物乳液输送系统提供了理论见解和实践基础。
材料
SPI和葡聚糖（分子量约为40 kDa，来自发酵甜菜）由Solarbio有限公司（北京，中国）提供。中链甘油三酯（MCT）从Macklin有限公司（上海，中国）购买。姜黄素（纯度为95%）从Sigma-Aldrich（圣路易斯，MO，美国）购买。测试中使用的所有其他化学品和试剂均为分析级。
SPI-Dex共轭物的制备
将等质量的SPI和葡聚糖加入0.01 M PBS缓冲液中，制备蛋白质浓度为1.0%的SPI-葡聚糖混合溶液
接枝程度
可以通过测量340纳米处的吸光度来监测美拉德反应的程度（Singh等人，2001年）。如图1b所示，5分钟的CP处理显著增加了接枝程度。这种变化可能是由于CP诱导的氨基酸适度氧化改性，导致蛋白质结构展开（Tan等人，2024年）。这种灵活的蛋白质构象有利于暴露接枝位点，从而促进接枝反应（Chen等人，2023年；Yu
结论
本研究系统地评估了CP处理时间对SPI-Dex美拉德共轭物结构特性和乳化性能的影响。我们发现，适度的CP处理会诱导二硫键的氧化断裂，导致共轭物的构象展开，从而暴露出先前被掩盖的接枝位点。值得注意的是，5分钟的CP处理是最优的，促进了活性位点和负电荷基团的暴露
CRediT作者贡献声明
谭黎明：撰写——原始草稿，可视化，软件，方法学，数据管理，概念化。沙坤：撰写——审阅与编辑，验证。贾欣：项目管理，研究。尹丽军：资源，项目管理，资金获取。李丽珍：撰写——审阅与编辑，方法学，正式分析。刘海杰：撰写——审阅与编辑，验证，监督，资源。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
本工作得到了山东省重点研发计划（授权号2022CXGC010602）的支持。
