《Food Chemistry》:Soybean oil body membrane protein aggregates–phospholipid material: Enhancing interfacial mechanical properties and bilayer artificial oil body fabrication
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SOMA-PL复合物由油体蛋白聚集物和磷脂组装形成。
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氢键、疏水力和静电作用力驱动了S
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SOMA-PL复合物由油体蛋白聚集物和磷脂组装形成。
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氢键、疏水力和静电作用力驱动了SOMA-PL复合物的形成。
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PL的结合促进了复合体的结构扩展并增强了其粘附力。
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SOMA-PL复合物在乳化过程中形成了双层人工油体(AOB)。
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双层AOB乳液具有更高的产率、更厚的界面和更稳定的液滴。
引言
油体(OBs)是存在于植物种子中的细胞器,用于储存油脂,位于细胞质中。油籽中的脂质主要以三酰甘油的形式存在,并被由磷脂和蛋白质组成的膜包裹,形成相对稳定的亚细胞微滴(Hao et al., 2022)。然而,许多研究表明,提取的油体往往不稳定,容易发生聚集和分层(Yang, Deng, et al., 2025)。受天然油体独特结构的启发,研究人员模仿其结构以探究结构与功能之间的关系。通过使用油体膜蛋白和磷脂(PL)在植物中构建人工油体(AOB)(Yuan et al., 2024),发现油水界面上的协同效应提高了界面的刚度并增强了AOB乳液的稳定性。
由于蛋白质和PL具有优良的技术功能特性、丰富的储量、成本效益以及适合标记的特性,它们被广泛用作食品乳化剂和稳定剂(Heiden-Hecht et al., 2026)。油体膜蛋白具有T型结构,主要包括油醇溶蛋白(分子量在8到24 kDa之间),这是一种两亲性物质,可以作为乳化剂(Plankensteiner et al., 2024)。由于其疏水性,油醇溶蛋白在水溶液中容易形成聚集物(Wang et al., 2025)。在我们之前的研究中,通过对来自大豆油体的油醇溶蛋白进行热处理,诱导形成了类似链珠的结构(SOMA),显著增强了其界面活性(Li, Jia, et al., 2026)。大豆也是PL的丰富来源,PL具有丰富的功能活性和营养价值。作为生物膜中的主要两亲分子,磷脂酰胆碱(PC)和磷脂酰乙醇胺(PE)是最常见的类型(Risse et al., 2026a, 2026b)。蛋白质和PL的结合因其协同效应而受到越来越多的关注,PL迅速吸附在界面上,而蛋白质逐渐形成弹性界面网络(Heiden-Hecht et al., 2026)。磷脂和蛋白质之间的相互作用影响了复合物的乳化性能,包括减小乳滴尺寸和增强乳滴稳定性(Zhou et al., 2020)。我们之前的研究发现,脱脂后的油体仍然保留含有较高PL含量的油醇溶蛋白聚集物,这些聚集物在油水界面上的迁移速度更快,有助于形成更弹性的界面膜(Li, Chen, et al., 2026)。因此,优化SOMA-PL组合的界面性能可能会带来更好的乳化特性和更广泛的应用范围。
目前,构建多层乳液滴有两种主要策略:逐层沉积(LbL)方法和预先复合共组装方法(Huang et al., 2022)。在LbL方法中,通过交替吸附带相反电荷的聚合物到预先形成的初级乳液中,逐步沉积界面层(Zhang et al., 2025)。尽管这种方法可以精确控制层厚和成分(Wang et al., 2020),但LbL需要多次沉积和清洗步骤,且界面完整性对聚合物的添加顺序、浓度和离子强度非常敏感,难以实现大规模工业化生产(Theo et al., 2017)。相比之下,预先复合共组装方法首先在 bulk 相中形成超分子复合物,然后这些复合物在单次均质化步骤中自发地在油水界面上自组装,具有简化的工作流程、更好的可重复性、内在的可扩展性和工业优势。然而,现有的预先复合系统主要依赖于蛋白质-多糖静电复合物(Sun et al., 2022; Yang, Fei, Gong, et al., 2026),而利用磷脂-蛋白质组合构建双层界面的研究还相对较少,尽管已知PL和蛋白质在界面上的协同作用显著(He, Wei, et al., 2026)。对于基于油体的AOB系统来说,这一领域尤其值得关注,因为PL和膜蛋白在油体界面上自然共存,这为在不添加外源性多糖的情况下利用它们的天然共组装行为构建双层结构提供了独特的机会。
我们假设SOMA的链珠状聚集结构与PL结合,从而扩展了复合物的层状结构。这种预先形成的SOMA-PL复合物预计会在AOB界面上自发地自组装成双层膜,为AOB提供有利的界面刚度。因此,本研究探讨了由大豆油体膜蛋白和大豆来源的PL自组装形成的SOMA-PL复合物的工程化设计,作为一种新型膜材料。首先研究了SOMA和PL之间的相互作用、复合物的亚结构及其界面机械性能。随后分析了SOMA-PL复合物对具有双层界面的AOB乳液滴结构变化、界面厚度和物理稳定性的影响。本研究旨在深入探讨具有定制界面结构的AOB乳液的设计,这些乳液在包裹和输送高价值食品成分方面具有潜在应用。
章节摘录
材料
所有试剂和溶剂均来自商业渠道(Fisher Scientific、Sigma-Aldrich、ThermoFisher),未经进一步纯化即可使用。大豆购自中国黑龙江省佳木斯富富食品有限公司。卵磷脂作为大豆来源的PL使用(分子量:758.06 g·mol?1),由中国Aladdin Reagents Co., Ltd.提供。所有溶液均使用SMART-N(HealForce)生产的去离子(DI)水配制。
大豆油体(SOB)提取
大豆与0.1 mM NaHCO?溶液混合并浸泡
粒径、ζ-电位
SOMA-PL复合物的平均粒径如图1a所示。在初始阶段,随着Pls浓度的增加,复合物的粒径逐渐增大。当SOMA与PL的质量比为1:1(1S1P)时,复合物的粒径达到最大值140 nm,表明形成了新的复合体。值得注意的是,进一步增加PL含量并不会显著改变复合物系统的粒径。ζ-电位
结论
本研究通过结合SOMA和PL构建了一种新型膜材料,并阐明了其形成机制、亚结构-机械性能关系以及AOB乳液的双层膜稳定性。当PL与SOMA的质量比为1:1时,形成了稳定的SOMA-PL复合物。PL主要通过分子间氢键和疏水作用与SOMA结合,驱动了扩展的亚结构的形成,并增强了颗粒间的粘附力。
CRediT作者贡献声明
李小雨:撰写——原始草稿、验证、软件使用、方法研究、数据分析、数据管理。 台北李:撰写——原始草稿、方法研究、数据分析、数据管理。 徐学兵:撰写——审稿与编辑、项目管理、方法研究、资金争取、概念构思。 张红:数据可视化、监督、资源管理、方法研究。 徐晓兰:数据可视化、软件使用、方法研究、数据分析。 王艳波:监督、项目管理
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了北京市教育委员会研发计划(项目编号:23JF0005)和国家自然科学基金(项目编号:32072216)的支持。作者感谢中国Arawana慈善基金会的财政支持。