微胶囊技术是利用天然或合成高分子材料构建连续的壁材膜层,将固体、液体或气体等芯材包围其中[1],其优势在于可有效保护芯材免受外界环境影响,具备控制风味和香味释放、保护活性和敏感物质、增强稳定性和延长贮存期等多重功能,在食品的多个领域展现出重要的应用价值[2]。微胶囊主要由壁材和芯材两部分构成,其中壁材性质对微胶囊粉末的包封率、流动性、溶解度及缓释性能等起着决定性作用[3]。因此,选择适宜的壁材是微胶囊制备过程中至关重要的环节。在壁材选择中,蛋白质凭借其优异的乳化性、良好的生物相容性和生物活性,成为微胶囊壁材的理想选择,被广泛用于包封药物、天然生物活性物质、精油、益生菌等[4]。
蛋白质是人体所必需的营养素,主要来源为动物蛋白和植物蛋白两大类。植物蛋白种类繁多,主要有谷薯类中的大米蛋白、小麦蛋白、马铃薯蛋白等;豆类中的大豆蛋白、豌豆蛋白、鹰嘴豆蛋白等;油料中的菜籽蛋白、芝麻蛋白、花生蛋白等;坚果中的核桃蛋白等;植物种子中的紫苏籽蛋白等(图1)[5]。近年来,随着人们对健康、绿色产品的需求日益增长,植物蛋白作为动物蛋白的新型替代资源,因其低成本、可降解、符合绿色环保与可持续发展理念,已成为食品科学、材料工程等领域替代动物蛋白的重要候选资源[6]。
图1 植物蛋白主要来源
Fig.1 Major sources of plant-based proteins
然而天然植物蛋白质水溶性差、对pH值敏感、结构复杂且容易受离子强度影响,部分植物蛋白含有致敏成分及具有令人不愉快的气味,且单一蛋白质壁材包封效果差,通常需与多糖复配以实现有效包封。而通过植物蛋白改性技术,可以改变蛋白质空间结构,提高功能特性,拓展其在食品工业中的应用范围。植物蛋白改性方法一般包括物理、化学、生物酶及复合方法[7]。本文综述了植物蛋白的不同改性方法,就这些方法对植物蛋白功能特性的影响进行分析,同时阐述了改性后植物蛋白在微胶囊包封中的应用研究,为植物蛋白在微胶囊包封领域的发展提供理论参考。
1 植物蛋白功能特性局限性
蛋白质的溶解度与其乳化性、凝胶性、起泡性密切相关,不溶性蛋白在食品中的应用十分有限。植物蛋白因其空间结构复杂、分子柔韧性低,其溶解度一般较低[8]。大豆分离蛋白(soy protein isolate,SPI)作为最常见的豆类蛋白之一,含有人体所必需的9种氨基酸,营养价值较高。然而,SPI在其等电点时,虽然溶解度增加,但其稳定性降低,从而导致功能特性下降。此外,SPI变性会导致其溶解性和乳化性变差[9]。豌豆分离蛋白富含人体所需的氨基酸,具有均衡的氨基酸组成,且致敏性较低。但其溶解度具有很强的pH依赖性,提取和干燥过程同样会影响其溶解度[10]。鹰嘴豆蛋白作为新型植物蛋白源,其氨基酸组成接近WHO/FAO推荐的理想氨基酸模式,但其溶解度、凝胶性及乳化性都相对较差[11]。大米蛋白(rice protein,RP)的氨基酸组成均衡,致敏性较低。然而RP含有约80%的谷蛋白,谷蛋白分子质量较大,且分子间存在二硫键聚合作用,因此在pH值4～10的范围内,RP溶解性、起泡性和乳化性较差[12]。燕麦蛋白中不含抗营养因子和过敏源,但其球蛋白结构中表面谷氨酰胺区域占主导地位,限制了其溶解性和起泡性[13]。核桃蛋白中含有70%的谷蛋白,其结构紧密,水溶性不佳[14]。再加上核桃蛋白有一定的致敏性,因此其利用范围有限。花生蛋白营养价值高,与动物蛋白相似,且抗营养因子成分较少,氨基酸组成均衡,同时具有特殊的香气。然而其溶解度、乳化性、起泡性和凝胶性较差[15]。综上所述,尽管植物蛋白具有可持续性且价格低廉,但其结构和功能特性存在一定缺陷,限制了它们在食品工业中的应用。
2 植物蛋白改性方法
植物蛋白改性是指通过物理、化学、生物酶及复合方法作用于蛋白质中氨基酸残基和多肽链,诱导蛋白质发生聚集或结构改变,从而提高蛋白质的功能特性。物理改性具有高效率、高安全性、低营养损失及可持续性[16];化学改性效率高、速度快,但是部分改性方法使用化学试剂,会导致有害副产物积累及环境污染;生物酶法改性具有特异性强、条件温和等优点[17]。
2.1 物理改性
物理改性技术是利用热处理、超声、高压、冷等离子体、脉冲电场等作用于蛋白质的空间构象,从而影响蛋白质的溶解度、乳化性、凝胶性等功能特性(图2),一般不改变蛋白质的一级结构[18],因此物理改性对蛋白质的营养价值影响较小。
图2 物理改性方法影响植物蛋白功能特性
Fig.2 Physical modification methods affect the functional properties of plant proteins
2.1.1 热处理
热处理是对植物蛋白结构与功能改性中应用最广泛的物理改性方法之一。其核心作用机制在于通过高温诱导蛋白质分子中二硫键、疏水相互作用促使蛋白质发生聚集和变性,同时引发多肽链展开,暴露分子内部的巯基和疏水侧链,导致蛋白质结构发生不可逆变化,从而改变其功能特性[19]。LIU等[20]发现将豌豆蛋白在90 ℃下加热30 min,可破坏其氢键与疏水相互作用,引发部分蛋白质变性、分子构象舒展,进而导致其粒径减小、溶解度提高,蛋白质与油脂的相互作用增强,最终使豌豆蛋白的乳化特性和凝胶性增强,并可应用于植物基食品。而核桃蛋白在50 ℃、500 r/min条件下搅拌2 h,其二级和三级结构展开,水溶性、乳化性及凝胶性均有效提升,可应用于制备体积分数高达75%的高内相乳液[21]。梁春霞等[22]的研究表明,南瓜籽分离蛋白在不同的加热温度处理后,其溶解度、乳化活性、乳化稳定性及起泡能力均呈现出温度依赖性变化,且存在特定的最优加热温度区间,可使上述功能特性达到最佳水平。
2.1.2 超声处理
超声处理是利用频率大于20 kHz的超声波引起空化效应及微流现象,进而使植物蛋白发生多种构象变化,改善其溶解度、乳化性和凝胶性[23]。已有研究证实,超声时间、频率及功率对植物蛋白分子结构的完整性具有显著影响[24]。例如,对燕麦蛋白在400 W、30 ℃下超声处理15 min,可使燕麦蛋白分子中的α-螺旋和β-折叠展开,分子内部的亲水区域暴露,从而显著提升燕麦蛋白的溶解度及乳化性[25]。而螺旋藻蛋白在300 W超声功率下处理15 min,其表面疏水性、溶解度及乳化能力均有效提升。改性后的螺旋藻蛋白可作为稳定的乳化剂,用于包埋姜黄素[26]。
2.1.3 高压处理
高压处理是在100～800 MPa的压力范围内,利用静态或动态压力作用改变蛋白质结构与功能,压力仅破坏蛋白质的非共价键,而不改变其共价键结构[27]。根据作用机制差异,高压处理技术可分为高压均质、高压微射流及超高压技术三类。已有大量研究证实高压处理能明显改善植物蛋白功能特性。核桃蛋白经180 MPa高压微射流、循环2次后,蛋白分子构象趋于松散、柔性增强,溶解度提高3.6倍,起泡性提升8.33%,乳化性能提高91.44%[28],改性效果显著。鹰嘴豆蛋白在90 MPa、循环3次高压均质处理下,溶解性、起泡性和乳化性均明显改善[29]。类似地,可可豆浓缩蛋白经180 MPa高压均质时也呈现相同的功能特性改善趋势[30]。
2.1.4 其他新型物理处理方法
脉冲电场是一种新型非热物理改性方法,其核心原理是利用短脉冲高压电场作用,通过电化学反应和蛋白质结构部分极化作用,使蛋白质发生构象改变,进而增强蛋白质的溶解度、凝胶性、乳化性及起泡性等功能特性[31]。藜麦分离蛋白在7.5 kV/cm电场强度、30次脉冲最佳条件下,无规卷曲转变为β-折叠,其不稳定的氢键及疏水相互作用被破坏,原本聚集的大蛋白颗粒解聚为小颗粒,增加了蛋白与水分子的接触面积。而形成β-折叠过程中藜麦蛋白分子的空间构象发生重排,原本被包裹在分子内部的羧基、羟基等亲水基团充分暴露到蛋白表面,大幅提升了蛋白与水分子的水合作用,溶解度显著提高。此外,β-折叠结构的分子间氢键更稳定,可使吸附在油-水界面的蛋白分子形成致密、坚韧的乳化膜,能有效阻止油滴聚结和分层。脉冲电场处理后α-螺旋、β-转角占比显著提升,这2种结构为蛋白分子提供了适度的柔性,使蛋白在油-水界面能根据界面张力调整构象,更好地包裹油滴,同时避免了因结构刚性过强导致的乳化膜脆性增加,与β-折叠形成结构互补,进一步提升乳化性能[32]。
冷等离子体则是通过气体电离产生包括臭氧、氮氧化物和羟自由基等在内的多种粒子,对蛋白质进行适度氧化和亚硝化,导致蛋白质结构发生改变并增强其功能特性[33]。有研究显示,冷等离子体处理葵花籽蛋白后,其分子结构中紧密的α-螺旋结构和缺乏亲水位点的无规卷曲转变为舒展、松弛的β-折叠和β-转角结构,有效提升其溶解度。同时内部疏水氨基酸侧链暴露,使蛋白分子成为双亲性分子——疏水基团可插入油相,亲水基团易进入水相,从而快速吸附在油-水界面,降低界面张力,显著提升其乳化活性指数和乳化稳定性指数[34]。
超微粉碎主要通过减小蛋白粒径来增加其表面积和孔隙率,使蛋白质粉末具有良好的分散性、吸附性、溶解性及化学活性[35]。超微粉碎可破坏亚麻籽蛋白的空间结构,二级结构中β-折叠、β-转角和无规卷曲转变为α-螺旋,但不同处理时间,亚麻籽蛋白功能特性改善程度不一,例如超微粉碎处理6 h,亚麻籽蛋白的乳化性和乳化稳定性改善效果最佳;而超微粉碎8 h,其溶解度提升幅度最大[36]。
2.2 化学改性
化学改性是指通过蛋白质与特定化学试剂反应,对氨基酸侧链残基进行添加、去除或结构修饰,从而调控蛋白质构象与功能特性。与物理改性相比,化学改性操作简便、效率高,但需引入化学试剂,且在反应过程中可能会产生有毒副产物,因此限制了其大规模应用[37]。常使用的化学改性方法包括酸碱化、糖基化、磷酸化及酰基化[38]。这4种化学改性方法的对比见表1。
表1 化学改性方法的比较
Table 1 Chemical modification methods and their functional effects
化学改性方法优点缺点参考文献酸碱化通过调节溶液pH值,诱导蛋白质空间构象变化;此方法操作简单、处理迅速。潜在酸、碱化学试剂残留,降低蛋白质的营养价值和安全性。[16]糖基化通常选取天然糖类物质(如菊粉、葡萄糖等)作为反应原料,不添加外源性化学试剂,能有效提升蛋白质的溶解度与稳定性。需精确控制温度、pH值等条件,以防高温加热过程中产生丙烯酰胺等有毒有害物质;工艺技术复杂,设备昂贵。[17]磷酸化磷酸基团(PO-3)共价结合到蛋白质氨基酸残基后,增加蛋白表面负电荷,提升其溶解度和乳化性能。反应条件苛刻及需要非特异性化学试剂,且影响胃消化率,目前应用不多。[39]酰基化酰基化能提升植物蛋白的溶解度、乳化性、起泡性等功能特性。存在化学试剂安全风险,产生有毒和致敏物质,对健康不利。[40]
2.2.1 酸碱化
酸碱化主要是指pH偏移,通过将蛋白质置于极酸性或极碱性条件下再调节至中性条件,可诱导蛋白质构象变化,蛋白质分子部分或完全展开、再折叠,最终处于变性和未变性之间的稳定状态,该方法操作简单、反应迅速[41]。WEN等[42]研究发现绿豆分离蛋白在碱性条件下,其粒径减小、溶解度提升;同时疏水基团暴露,表面疏水性增加,乳化性显著提升,这与DAI等[43]对RP的研究一致。而在酸性条件下,花生蛋白会发生降解,其粒径、绝对电位值降低,表面疏水性则显著升高。当pH值调节至1.5时,花生蛋白的乳化性能改善明显,且可形成最稳定的热致凝胶[44]。pH偏移法通常与超声、热处理等物理改性方法复合使用以提高植物蛋白功能特性。
2.2.2 糖基化
糖基化主要发生在美拉德反应早期阶段,形成蛋白质-碳水化合物偶联物。由于蛋白质和多糖偶联可能诱导蛋白质分子中更多的片段和区域暴露,从而影响蛋白质的三级构象及整体空间结构。经糖基化改性后的植物蛋白已被证实具有优异的溶解性、乳化性及凝胶特性,是近年来研究的热点[45]。
糖基化反应主要能提高蛋白质的溶解度和乳化性能。研究发现将鹰嘴豆分离蛋白(chickpea protein isolate,CPI)和低聚木糖结合进行糖基化反应,不仅提高了CPI的溶解度,同时其乳化活性也达到最优水平[46]。这与经柑橘果胶糖基化改性后CPI的乳化活性和乳化稳定性明显提升的结论一致[47]。而以湿热法糖基化制备亚麻籽胶-核桃分离蛋白偶联物,亚麻籽胶的添加不仅显著提高核桃分离蛋白的溶解度,同时改善其持水持油性、起泡性和泡沫稳定性等功能特性[48]。
2.2.3 磷酸化
磷酸化是磷酸基团
与蛋白质分子中特定氨基酸残基发生共价结合。磷酸化通过修饰蛋白质内在结构及表面理化性质,使蛋白质表面结合的磷酰基数量增加,进而提高蛋白质分子表面负电荷密度,从而提升其溶解度和乳化性能。蛋白质磷酸化具有特异性,主要发生在酪氨酸、丝氨酸和苏氨酸残基上。目前食品工业中被批准使用的食品级磷酸化改性试剂仅有三聚磷酸钠(sodium tripolyphosphate,STP)、三偏磷酸钠(sodium trimetaphosphate,STMP)和三氯氧磷(POCl3)[39]。HU等[49]用STMP对米糠蛋白进行磷酸化改性,在最佳反应条件下,其溶解度和乳化活性分别提高了近8.7倍和8.1倍。STP分子中的磷酸基团可与大米谷蛋白中的羟基(—OH)和氨基(—NH2)发生磷酸酯化反应,通过该共价修饰显著改善了大米谷蛋白的溶解度、乳化性及流变性,该磷酸化改性的大米谷蛋白在饮料、乳制品及个人护理产品领域具有良好的应用潜力[50]。
2.2.4 酰基化
酰基化是将疏水酰基转移到氨基酸残基,特别是赖氨酸上,来改变植物蛋白的功能特性,主要包括乙酰化和琥珀酰化2种类型[51]。对CPI进行酰基化改性后,可提高其在碱性条件下的溶解度,拓展了CPI在碱性食品体系中的应用潜力[52]。XIA等[53]采用乙二胺四乙酸二酐对SPI进行酰化改性。乙二胺四乙酸二酐与SPI中赖氨酸残基反应并引入大量羧基,提高了蛋白的净负电荷、改变了其空间构象与二级结构,增强了分子间静电斥力,有效抑制蛋白质分子聚集,从而增强乳液稳定性。所制备的大豆蛋白乳液贮存21 d仅出现轻微聚集现象。
CASTILLO-ORTEGA等[54]通过月桂酰氯和乙酸酐2种酰化方式对芝麻浓缩蛋白进行改性,探究其对蛋白质功能特性的影响。结果发现,2种酰基化修饰对芝麻蛋白的功能特性影响不一。月桂酰氯组溶解度和乳化活性提升明显;而乙酸酐组起泡能力、持水性和乳化稳定性提升明显,且均显著优于未改性芝麻蛋白。酰基化改性过程中需使用特定的化学试剂,其安全性问题限制了该方法在食品工业中的大规模应用。
2.3 生物酶法改性
生物酶法改性主要有酶水解和酶交联2种方式,是一种高效、高特异性、绿色可持续及低成本的植物蛋白修饰方法,受到广泛关注[55]。生物酶法改性的机理如图3所示。
图3 生物酶法改性技术机理图
Fig.3 Mechanism schematic of biological enzymatic modification technology
2.3.1 酶水解
水解酶通过破坏蛋白质分子中的肽键,其内部的疏水基团暴露后表面疏水性增加,从而降低油-水界面张力,提高水解产物的乳化性。常用的水解酶主要包括中性蛋白酶、碱性蛋白酶、胰蛋白酶及木瓜蛋白酶等[56]。刘向军等[57]对比了几种不同蛋白酶对小麦面筋蛋白结构和功能的影响,结果证实,酶解处理可诱导小麦面筋蛋白二级结构发生转化,表面疏水性和游离巯基含量增加,蛋白质分子的空间构象变得更加松散和无序,小麦面筋蛋白溶解度显著提升,具有开发高溶解度、高功能性面筋蛋白产品的潜力。
2.3.2 酶交联
转谷氨酰胺酶(transglutaminase,TG)是酶交联中应用最广泛的食品级交联酶,主要是利用TG酶催化蛋白质分子中谷氨酰胺与赖氨酸残基之间形成共价键,促进蛋白质链之间交联,形成更稳定的蛋白质聚集体[11]。米糠蛋白中添加TG酶后,蛋白质分子间除肽键以外的其他化学键发生断裂,米糠蛋白空间结构被破坏。改性后的米糠蛋白溶解度增加31.1%,乳化性和乳化稳定性分别提高52.7%和25.4%,起泡性和泡沫稳定性分别提高33.3%和7.2%,持油性提高114%[58],为米糠蛋白的高值化利用提供了有效技术路径。
2.4 复合改性
在实际应用中,单一的改性方法往往存在局限性,难以克服天然植物蛋白的功能缺陷,也无法满足食品工业的需求。因此,为了弥补单一改性方法的不足,协同提升植物蛋白的功能特性,可进行复合改性[59]。WANG等[8]采用先80 ℃加热30 min,再80 MPa高压均质处理CPI,在高压均质产生的机械力下,CPI稳定的分子间作用力(氢键、离子键等)被破坏,原本不溶性大分子蛋白质聚集体发生解离,并重新排列成可溶性小分子蛋白质聚集体,同时更多的疏水残基与活性巯基暴露。复合处理后,CPI的溶解度约为未处理组的2.12倍。超声辅助pH偏移处理菜籽蛋白后,其粒径减小,表面电荷增加,表面疏水性增强,同时油-水界面张力有效降低,最终乳液稳定性显著提升[60]。一些植物蛋白复合改性方法及作用效果如表2 所示。
表2 复合改性植物蛋白方法及作用效果
Table 2 Composite modification methods of plant protein and their functional effects
改性方法最佳改性条件蛋白类型作用效果参考文献pH偏移+热处理55 ℃加热2 h、pH值=12南瓜籽分离蛋白提升乳化性[61]pH偏移+冷等离子体pH值=12、等离子体空气流速30 L/min、时间30 sCPI提升溶解度、乳化活性、起泡性、凝胶强度[62]pH偏移+超声pH值=12、超声功率500 W、时间20 min马铃薯蛋白改善溶解度、乳化性、起泡性[63] pH偏移+脉冲电场pH值=11、脉冲电场频率1 000 Hz、宽度40 μs、停留时间2 min、电场强度10 kV/cmSPI提升溶解度、乳化性、起泡性[64]高压微射流+酶水解150 MPa压力下循环3次、碱性蛋白酶水解紫苏蛋白提升溶解度、起泡性、乳化稳定性[65]超声+酶水解超声功率450 W、时间20 min、胰蛋白酶40 ℃水解2 hRP增强溶解性、起泡性[66]糖基化+酰基化+TG酶交联pH值=10.5、5%(质量分数)琥珀酸酐、10%(质量分数)羧甲基壳聚糖、100 U/g TG酶菜籽蛋白提升凝胶性、乳化性[67] 酶水解+TG酶交联1 mg/g胰蛋白酶在50 ℃恒温反应30 min、0.3%TG酶在40 ℃恒温反应90 min核桃蛋白增强溶解度、界面活性、热稳定性[68]
3 改性植物蛋白在微胶囊壁材中的应用
通过超声、高压、糖基化、磷酸化、酶水解和酶交联等改性方法修饰后的植物蛋白,其溶解度、乳化性、界面稳定性、凝胶性等功能特性显著提升,突破了天然植物蛋白需与多糖复配的应用局限,可作为单一壁材,对不同理化性质及生物特性的芯材实现高效包封。微胶囊包封效果的关键取决于壁材功能特性与芯材理化性质的匹配程度,因此基于芯材的相容性、生物活性及环境敏感性等特征,结合改性植物蛋白的功能优势进行壁材筛选与搭配,可显著提升微胶囊包封效率、芯材贮存稳定性及体内生物利用度。目前改性植物蛋白已在益生菌、功能性油脂、天然色素及维生素等生物活性物质的包埋与递送中取得了一定研究进展与实际应用。
3.1 益生菌
益生菌作为活菌体芯材,对胃酸、胆盐、胃蛋白酶等胃肠道消化环境高度敏感,易失活且贮存稳定性差,因此包封壁材需具备凝胶成膜性、耐酸碱与酶解特性、肠道靶向缓释性,同时需保证微胶囊内部微环境温和,以维持菌体活性。此外,壁材还需具备适度水溶性,确保在肠道内破膜释放菌体。适宜包埋该类芯材的改性植物蛋白,需兼具优异的凝胶性、乳化性与耐消化性[69],经糖基化、磷酸化与酶交联复合改性的豆科蛋白、坚果蛋白可作为优选壁材。FU等[70]以SPI和α-乳糖为原料,通过美拉德反应制备改性产物(Maillard-reaction-products,MRPs),其乳化性、起泡性及凝胶强度均得到改善。以MRPs为壁材包埋罗氏乳杆菌制备微胶囊,在胃酸环境中对菌体的保护作用显著增强,37 ℃条件下贮存30 d后,微胶囊中罗氏乳杆菌存活率较未改性SPI壁材提升10.54%。WANG等[71]采用磷酸化改性方法对核桃分离蛋白进行修饰,磷酸化改性使核桃分离蛋白有序结构减少、分子舒展并暴露疏水基团,同时引入的磷酸基团提升了蛋白溶解性、持水持油性与表面活性,使壁材在微胶囊形成时能更好地吸附成膜并与交联酶协同构建致密凝胶网络,既优化了微胶囊成型致密性与结构稳定性,又通过形成的致密界面膜降低了胃酸与消化酶的传质扩散速率,实现保加利亚乳杆菌在胃内抗酸保护、肠内缓慢释放,同时提升了微胶囊贮存过程中益生菌存活率。
3.2 功能性油脂
功能性油脂为疏水性芯材,分子中含有大量不饱和双键,易受光照、氧气、水分等外界环境因素影响而发生氧化变质,进而降低其营养价值与食用安全性,因此要求包封壁材具备较强的乳化性、界面稳定性和良好成膜性,能在油-水界面形成致密保护膜,减少油脂与外界环境接触[72],同时若壁材兼具一定抗氧化性,可进一步提高油脂的贮存稳定性。张慧君等[73]以葡萄糖(glu)对玉米醇溶蛋白(zein)进行糖基化改性,制备的产物glu-zein具有显著抗氧化性。以其为壁材包埋藻油DHA时,DHA保留率可达94.24%。章建国等[74]采用琥珀酸酐酰化与磷脂磷酸化复合改性处理大豆蛋白,将所得磷酰化大豆蛋白作为壁材对生姜精油进行包埋制备微胶囊,并将该生姜精油微胶囊与壳聚糖复配,成功制备出具备高效抑菌性能的食品保鲜膜。
3.3 天然色素
天然色素多为亲脂性芯材,可从动物、植物及微生物中提取,具有天然安全、色泽自然等优势,但对光照、氧气等环境因素高度敏感,易褪色、失活且部分色素水溶性差,生物利用度低[75]。因此要求包封壁材具备较强的包封能力,同时兼具优异乳化性,实现对难溶色素的乳化增溶。LYU等[56]利用风味蛋白酶水解SPI,使蛋白表面疏水性及结构灵活性显著提升,乳化性能与包封能力同步增强。对亲脂性天然色素—β-胡萝卜素的包埋率可达81.18%。LI等[76]对花生蛋白进行热碱处理后,蛋白分子内部的静电斥力增强,α-螺旋和β-折叠舒展,内部疏水基团充分暴露。舒展的蛋白链可通过分子间疏水作用及氢键重新结合,形成连续聚集体网络,能在姜黄素颗粒表面形成均匀吸附层。以其为壁材对姜黄素进行包埋,包埋率可达88.32%,展现出优异的包封效果。
3.4 维生素
维生素为人体每日必需营养素,对外界环境敏感,易在食品加工与肠胃消化过程中流失,包封能最大限度的降低其损失[77]。壁材选择上,应具备较高的水溶性、凝胶性与胃肠靶向缓释性。WANG等[78]以碱性蛋白酶水解协同超声(360 W,15 min)处理核桃分离蛋白,再与TG酶交联形成凝胶壁材,所制备的凝胶具备优异的热稳定性和流变性能,可通过凝胶网络实现对核黄素的高效负载,包封率可达89.24%,且能实现核黄素在胃肠道环境中缓释。GAO等[79]采用高压均质和pH偏移联用改性大豆亲脂蛋白(soy lipophilic protein,SLP),可使SLP结构展开,释放内部游离氢离子,增加蛋白表面正电荷密度。改性后SLP可通过氢键和疏水相互作用与维生素B12形成稳定配合物,实现对维生素B12的稳定包埋与高效递送。
4 结论与展望
植物蛋白改性可通过物理、化学、生物酶及复合方法,改变蛋白质空间结构与化学性质,显著提升其溶解度、乳化性能及界面稳定性等关键功能特性,成功实现从“需复配”到“单一壁材可用”的跨越。物理改性以无化学残留、保留营养的优势,成为食品工业中优先选择的绿色方案;化学改性效率高、功能提升显著;生物酶法改性特异性强、条件温和;复合改性则通过整合单一方法的优势形成协同效应,更能满足复杂应用场景下高性能要求。经改性后的植物蛋白,已在益生菌、功能性油脂、天然色素及维生素的包埋与递送中取得显著成效,不仅提升了微胶囊包封效率与稳定性,更延长了芯材货架期,提高了其生物利用度,充分验证了改性植物蛋白作为高性能微胶囊壁材的应用价值。
当前植物蛋白改性方法与微胶囊应用研究已取得阶段性成果,但从实验室研究走向产业化应用仍面临诸多挑战,未来可聚焦脉冲电场、冷等离子体等新型物理改性方法,并探究复合改性方法的协同机制,推动新型植物蛋白资源的开发与利用,例如食用菌、藻类等富含优质蛋白的植物资源尚未得到充分挖掘,未来可加强此类蛋白资源的分离提取技术及改性方法研究,通过优化其功能特性,丰富微胶囊壁材资源库。针对化学改性及复合改性方法可能存在的潜在风险,建立系统的安全性评估方法,包括改性产物的毒理学检测及消化代谢特性分析等。同时完善相关行业标准与法规,为改性植物蛋白微胶囊的规范化生产与应用提供保障。
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