周榮雪，趙 源，石林凡，任中陽，翁武銀

（集美大學(xué)海洋食品與生物工程學(xué)院，福建 廈門 361021）

大豆蛋白價格低廉、資源豐富，具有良好的成膜性能[1]。由大豆蛋白制備的可食膜具有良好的透明度、機械性能和氣體阻隔性能，是應(yīng)用在食品包裝上塑料薄膜的良好替代材料[2]。然而，由于大豆蛋白含有較多的親水基團，導(dǎo)致蛋白膜的水蒸氣阻隔能力較差，從而限制了其應(yīng)用范圍[3]。因此，近年來有關(guān)油脂添加對可食膜理化性質(zhì)影響的研究逐漸受到國內(nèi)外研究學(xué)者的關(guān)注。前期研究發(fā)現(xiàn)乳液膜的性質(zhì)與油脂的分布具有一定關(guān)聯(lián)性[4]，但關(guān)于大豆蛋白基乳液中蛋白與油脂的相互作用規(guī)律及其對乳液膜性質(zhì)影響的研究仍然不夠深入。

大豆7S（β-伴大豆球蛋白）和11S（大豆球蛋白）球蛋白占大豆蛋白質(zhì)總量的80%以上[5]，因此常被用于研究，以深入了解大豆蛋白的乳化性和成膜性。11S球蛋白分子質(zhì)量約為340～380 kDa，由6 個亞基組成，每個亞基由一個酸性多肽和一個堿性多肽通過二硫鍵連接而成[6]。11S球蛋白中含有大量巰基，可形成分子間二硫鍵[7]，因此大豆11S球蛋白可食膜的抗拉伸強度（tensile strength，TS）大于7S球蛋白基可食膜[8]。前期研究發(fā)現(xiàn)，添加亞油酸會使蛋白分子間的疏水相互作用和共價鍵增加，導(dǎo)致7S球蛋白膜的TS降低，而水蒸氣透過系數(shù)（water vapor permeability，WVP）呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢[9]。然而，有關(guān)亞油酸對11S球蛋白乳液膜影響的研究卻鮮有報道。

為了深入解析蛋白-油脂的作用規(guī)律，已有研究利用分子動力學(xué)模擬從微觀角度揭示分子間的相互作用[10]。Zhou Rongxue等[9]通過分子動力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)，亞油酸可以通過靜電相互作用、范德華相互作用和氫鍵與7S球蛋白發(fā)生相互作用。因此，本實驗從大豆中提取11S球蛋白，研究亞油酸與11S球蛋白的相互作用規(guī)律，以及亞油酸含量對11S球蛋白膜理化性質(zhì)的影響，探究乳液成膜過程中脂質(zhì)和蛋白之間的相互作用，為大豆蛋白乳液成膜機制的研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆購于黑龍江可心農(nóng)副產(chǎn)品有限公司。

亞油酸（純度≥95%）上海麥克林生化科技有限公司；異硫氰酸熒光素（fluorescein isothiocyanate，F(xiàn)ITC）、尼羅紅 上海阿拉丁試劑有限公司；其他化學(xué)試劑均為分析級。

1.2 儀器與設(shè)備

UM113攪拌脫泡機 日本Unix公司；DHR-2型流變儀、Q2000型差示掃描量熱儀 美國TA儀器有限公司；TCSSP8型共聚焦激光掃描顯微鏡 德國徠卡公司；Phenom ProX G6型掃描電子顯微鏡、Nicolet IS 50型傅里葉變換紅外光譜儀 美國賽默飛世爾科技公司；TA-XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司；TS7700分光測色儀 深圳市三恩時科技有限公司；UV-8000A型紫外-可見分光光度計 上海元析儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 11S球蛋白的提取

大豆經(jīng)液氮粉碎后，在25 ℃真空干燥24 h，使用正己烷制備脫脂豆粉，采用Peng Liping等[11]方法提取11S球蛋白。將100 g脫脂豆粉分散于1 500 mL蒸餾水中并攪拌2 h，使用0.5 mol/L NaOH溶液使豆粉溶液pH值維持在7.5。豆粉溶液經(jīng)離心（20 ℃、9 000×g）30 min后，在上清液中加入亞硫酸氫鈉并調(diào)節(jié)pH值至6.4后，在4 ℃靜置16 h。將溶液于4 ℃、6 500×g離心20 min，收集沉淀并將其分散于蒸餾水中，調(diào)節(jié)pH值至7.0，并在4 ℃透析48 h，獲得的11S球蛋白溶液凍干后保存－20 ℃。

1.3.2 11S球蛋白膜的制備

參考Hu Yanyu等[4]報道的方法制備11S球蛋白膜。將8 g 11S球蛋白和1.6 g甘油溶于100 mL蒸餾水中，磁力攪拌30 min，調(diào)pH值至9.0，90 ℃水浴加熱30 min后，分別加入相對于蛋白質(zhì)量0%、10%、20%、30%和40%的亞油酸，均質(zhì)5 min，脫除氣泡后獲得11S球蛋白成膜液。將成膜液均勻倒入5 cm×5 cm的有機硅膠樹脂框內(nèi)，在（25.0±0.5）℃、相對濕度（relative humidity，RH）（50±5）%的恒溫恒濕箱中干燥24 h后，手動剝離，在相同條件下保存48 h后，測定分析理化性質(zhì)。

1.3.3 成膜液表觀黏度的測定

根據(jù)Cao Wenqi等[12]的方法，利用配有帕爾貼平板的（直徑為40 mm，間隙為0.5 mm）的流變儀對成膜液的表觀黏度進行測定。測定溫度為25 ℃，剪切速率范圍為0.01～1 000 s－1。

1.3.4 成膜液和膜的共聚焦激光掃描顯微鏡（confocal laser scanning microscopy，CLSM）觀察

根據(jù)Zhao Yuan等[13]的方法，采用CLSM觀察油滴在成膜液和膜中的分布狀態(tài)。蛋白相和油相分別采用FITC和尼羅紅標(biāo)記，激發(fā)光波長分別設(shè)為488 nm和552 nm。根據(jù)1.3.2節(jié)的方法，用染色后的成膜液制備膜，使用CLSM進行觀察。

1.3.5 膜的表征

1.3.5.1 掃描電子顯微鏡（scanningelectron microscopy，SEM）觀察

測定前，將膜置于硅膠中充分脫水，使用雙面導(dǎo)電膠將膜固定在鋁制樣品支架上，噴金，利用SEM在5 kV加速電壓下觀察膜上下表面的微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.5.2 傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）測定

使用FTIR測定膜上下表面的紅外光譜，掃描波數(shù)范圍為4 000～400 cm－1，分辨率為4 cm－1。

1.3.5.3 差示掃描量熱法（differential scanning calorimetry，DSC）分析

將膜樣品存放在硅膠中干燥2 周后，使用DSC儀測定11S球蛋白膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），測量溫度范圍為－10～110 ℃，加熱速率為10 ℃/min。

1.3.5.4 機械性能測定

根據(jù)Zhao Yuan等[14]方法，使用質(zhì)構(gòu)儀測定膜的機械性能，夾具初始距離和拉伸速度分別設(shè)為30 mm和60 mm/min。膜的TS和斷裂延伸率（elongation at break，EAB）分別根據(jù)Zhao Yuan等[14]報道的公式進行計算。

1.3.5.5 WVP測定

參照Zhao Yuan等[14]方法測定膜的WVP，將膜覆蓋在裝有干燥硅膠的塑料瓶口，于30 ℃、100% RH環(huán)境中放置8 h，每隔1 h進行稱質(zhì)量。膜的WVP（g/（m·Pa·s））根據(jù)Zhao Yuan等[14]報道的公式計算。

1.3.5.6 顏色測定

將膜置于白板上，用色差儀測定膜的顏色，記錄顏色參數(shù)L*（亮度）、a*（綠紅度）和b*（藍黃度）值。白板的L*、a*和b*值分別為94.66、－0.07和1.10。

1.3.5.7 透明度測定

利用紫外分光光度計測定膜在600 nm波長處的吸光度。膜的透明度根據(jù)Hu Yanyu等[15]報道的公式計算。

1.3.5.8 化學(xué)作用力測定

將膜樣品在液氮中研磨成粉，于25 ℃真空干燥后，稱取約20 mg溶于1 mL pH值為7.0的4 種不同變性溶液中。4 種變性溶液分別為0.6 mol/L NaCl（S1）、0.6 mol/L NaCl＋1.5 mol/L尿素（S2）、0.6 mol/L NaCl＋8 mol/L尿素（S3）、0.6 mol/L NaCl＋8 mol/L尿素＋0.5 mol/Lβ-巰基乙醇（S4）。將樣品在25 ℃振蕩24 h，離心后（10 000×g，30 min）獲得上清液，采用改良Lowry蛋白檢測試劑盒測定上清液中的蛋白含量。同時，將膜溶解在2 mol/L NaOH溶液中，測定溶解的總蛋白含量。膜中離子鍵的比例為S1中溶解的蛋白占總蛋白含量的百分比。氫鍵的比例為溶解在S2中的蛋白減去溶解在S1中的蛋白（S2－S1）占總蛋白含量的百分比。同樣，疏水相互作用和共價鍵比例分別為S3－S2和S4－S3占總蛋白含量的百分比。

1.3.6 分子動力學(xué)（molecular dynamics，MD）模擬

1.3.6.1 MD模擬體系的構(gòu)建

11S球蛋白晶體結(jié)構(gòu)來自PDB數(shù)據(jù)庫（PDB ID：1OD5），利用Discovery Studio軟件包的Prepare Protein模塊補全缺失的氨基酸殘基。亞油酸（PubChem CID：5280450）SDF文件從PubChem數(shù)據(jù)庫獲得，然后使用Discovery Studio Visualizer軟件轉(zhuǎn)化成PDB文件。將11S球蛋白分子放在邊長為14 nm的正方體模擬盒中心，盒子中裝滿水分子，水分子模擬模型為TIP3P。將模擬盒子沿z軸正負方向分別延長6 nm，并用亞油酸分子填滿延伸區(qū)域。

1.3.6.2 MD模擬過程

在周期性邊界條件下，使用GROMACS 2020.4軟件包在AMBER14SB力場中進行MD模擬。為了消除分子間的相互作用力，采用最速下降法使初始系統(tǒng)的能量最小化，使最大作用力小于100.0 kJ/（mol·nm）。先經(jīng)過100 ps的模擬退火，再在等溫等壓系統(tǒng)下模擬1 ns實現(xiàn)系統(tǒng)平衡。分子動力學(xué)模擬在溫度為298 K、壓力為1 bar的等溫等壓條件下進行，時間步長為2 fs，模擬時間為100 ns，每100 ps保存1 次運行軌跡。采用Leap-frog算法對牛頓運動方程進行積分，應(yīng)用LINCS算法約束所有化學(xué)鍵的鍵長。長程靜電相互作用利用Particle-Mesh-Ewald方法進行計算，而范德華相互作用采用Lennard-Jones函數(shù)進行計算，其非鍵截斷距離設(shè)定為1.2 nm。利用Visual Molecular Dynamics軟件對MD模擬結(jié)果進行可視化，利用GROMACS分析工具計算MD模擬過程中11S球蛋白的均方根偏差（root mean square deviation，RMSD），蛋白和亞油酸分子間最小距離、相互作用能。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS statistics 26.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理。通過Duncan檢驗（P＜0.05）進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 亞油酸含量對蛋白成膜液物理性質(zhì)的影響

2.1.1 亞油酸含量對蛋白成膜液表觀黏度的影響

如圖1所示，在同一剪切速率下，成膜液的表觀黏度隨亞油酸含量增大而增大。這可能是因為油滴與周圍流體之間的摩擦增加了能量耗散的速度[16]。另一方面，隨著剪切速率增加，所有樣品的表觀黏度均逐漸減小。這是因為剪切力破壞了成膜液中顆粒與顆粒之間的相互作用，導(dǎo)致絮凝體尺寸減小，黏度降低。Krstono?i?等[17]在研究不同蛋白對水包魚油乳液穩(wěn)定性的影響中發(fā)現(xiàn)類似的剪切稀化行為，這是因為剪切場可以改變顆粒的空間分布，包括使非球形顆粒與流體場對齊、去除顆粒上的溶劑分子以及破壞絮凝顆粒。

圖1 亞油酸-11S球蛋白成膜液的表觀黏度Fig.1 Apparent viscosity of linoleic acid-11S globulin film-forming solutions

2.1.2 亞油酸含量對成膜液中油滴分布的影響

使用CLSM觀察亞油酸在11S球蛋白成膜液中的分布，結(jié)果如圖2a所示。未添加亞油酸的11S球蛋白溶液在FITC的作用下呈現(xiàn)均勻的綠色。當(dāng)亞油酸的添加量為10%時，成膜液中出現(xiàn)均勻分布的油滴。隨著亞油酸含量增加，油滴數(shù)量逐漸增多，尺寸逐漸增增大。這可能是因為成膜液中油相體積增大后，油滴之間更容易發(fā)生碰撞，導(dǎo)致絮凝和聚集。

圖2 亞油酸-11S球蛋白成膜液（a）和膜（b）的CLSM圖像Fig.2 CLSM images of linoleic acid-11S globulin film-forming solutions (a) and films (b)

2.2 亞油酸含量對蛋白膜理化性質(zhì)的影響

2.2.1 亞油酸含量對蛋白膜中油滴分布的影響

亞油酸在11S球蛋白膜中的分布如圖2b所示。未添加亞油酸的11S球蛋白膜結(jié)構(gòu)均勻致密。添加10%亞油酸后，膜中出現(xiàn)均勻分布的小油滴，但油滴輪廓不明顯。隨著亞油酸含量增大，膜中油滴尺寸逐漸增大。當(dāng)亞油酸添加量大于20%時，膜表面出現(xiàn)大量輪廓清晰的大尺寸油滴，這說明膜基質(zhì)與亞油酸融合能力有限，無法束縛過量的亞油酸。相比于成膜液中的油滴，膜中的油滴尺寸更大，這可能是因為在干燥成膜過程中，油滴隨水分的減少進一步絮凝和聚集。Hu Yanyu等[18]也發(fā)現(xiàn)了干燥成膜后油滴粒徑增大的現(xiàn)象，這與干燥過程中膜組分濃度隨水分蒸發(fā)而逐漸增大有關(guān)。

2.2.2 亞油酸含量對蛋白膜微觀形貌的影響

利用SEM觀察11S球蛋白膜的微觀結(jié)構(gòu)，如圖3所示。在膜的上表面，11S球蛋白膜表面光滑平整。當(dāng)亞油酸添加量為10%時，膜表面出現(xiàn)分布均勻的油滴。隨亞油酸含量增加，膜表面的油滴數(shù)量逐漸增加，尺寸逐漸增大，這與成膜液中亞油酸液滴數(shù)量和尺寸變化趨勢相吻合（圖2a）。11S球蛋白膜的下表面和上表面同樣光滑致密。然而，與膜上表面不同的是，加入亞油酸后，膜下表面并未出現(xiàn)油滴，且表面凹凸不平。根據(jù)11S球蛋白膜截面觀察結(jié)果，結(jié)構(gòu)致密的蛋白膜伴隨亞油酸的添加逐漸出現(xiàn)孔洞，表明亞油酸液滴會破壞膜基質(zhì)的連續(xù)性。7S球蛋白乳液膜上下表面均存在油滴[9]，而本研究中11S球蛋白膜下表面未出現(xiàn)油滴，這可能是因為11S球蛋白與亞油酸之間相互作用較弱。Zhao Yuan等[14]在研究大豆油濃度對大豆分離蛋白（soy protein isolate，SPI）乳液膜表面微觀結(jié)構(gòu)的影響時，發(fā)現(xiàn)成膜液中的油滴在干燥過程中上浮，導(dǎo)致膜下表面沒有油滴出現(xiàn)。膜下表面凹凸不平的結(jié)構(gòu)可能是因為含有亞油酸的11S球蛋白成膜液黏度大，流動性差，在干燥過程中油滴上浮留下的空間無法及時被蛋白補充所導(dǎo)致。

圖3 添加亞油酸對11S球蛋白復(fù)合膜微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.3 Effect of linoleic acid on the microstructure of 11S globulin composite films

2.2.3 亞油酸含量對蛋白膜結(jié)構(gòu)的影響

酰胺I帶（C＝O拉伸）、酰胺II帶（N—H彎曲）和酰胺III帶（C—N拉伸）分別位于1 633、1 532 cm－1和1 235 cm－1處[4]。酰胺A帶是由參與形成氫鍵的N—H和O—H伸縮振動引起。位于3 010 cm－1處的吸收峰是由亞油酸中共軛C＝C上的C—H鍵伸縮振動產(chǎn)生[19]。位于2 925 cm－1和2 855 cm－1處的吸收峰分別對應(yīng)亞油酸中C—H對稱和不對稱的伸縮振動[20]。

如圖4a所示，在膜的上表面，隨著亞油酸含量增加，位于3 010、2 925 cm－1和2 855 cm－1處的吸收峰強度增加，這與膜上表面油滴數(shù)量逐漸增加的現(xiàn)象一致（圖3）。添加亞油酸后，11S球蛋白膜中氫鍵沒有明顯變化。然而，先前的研究發(fā)現(xiàn)，7S球蛋白膜中的氫鍵隨著亞油酸含量增加而逐漸降低[9]。這可能是因為7S球蛋白與亞油酸之間的相互作用阻礙膜中氫鍵生成，而11S球蛋白與亞油酸相互作用較弱。亞油酸的加入對于膜下表面的紅外譜圖沒有明顯影響（圖4b），這是因為在干燥成膜過程中油滴向上表面遷移所導(dǎo)致（圖3）。

圖4 亞油酸-11S球蛋白膜上表面（a）和下表面（b）的FTIR光譜Fig.4 FTIR spectra of the upper (a) and lower (b) surfaces of linoleic acid-11S globulin films

2.2.4 亞油酸含量對蛋白膜熱穩(wěn)定性的影響

利用DSC測定11S球蛋白膜的Tg，結(jié)果如圖5所示。未添加亞油酸的11S球蛋白膜Tg為53.50 ℃。隨著亞油酸含量增大，膜的Tg逐漸降低。通常油的加入會阻礙蛋白之間的相互作用，增加蛋白網(wǎng)絡(luò)的靈活性，降低膜的熱穩(wěn)定性[21]。同樣地，Zhao Yuan等[14]在向SPI膜中添加水包油預(yù)乳液后發(fā)現(xiàn)，隨著膜中油含量增加，膜的Tg降低。

圖5 添加亞油酸對11S球蛋白膜的熱穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of linoleic acid on the thermal stability of 11S globulin films

2.2.5 亞油酸含量對蛋白膜機械性能的影響

由表1所知，11S球蛋白膜的TS和EAB（12.67 MPa和95.58%）高于7S球蛋白膜（10.31 MPa和53.36%）[9]。復(fù)合膜內(nèi)部存在強共價鍵會導(dǎo)致膜在斷裂的同時表現(xiàn)出高韌性、高強度和高應(yīng)變[22]。在本研究中，11S球蛋白富含巰基[7]，在成膜過程中可能會形成分子間二硫鍵，導(dǎo)致膜的TS和EAB較高。Cho等[23]發(fā)現(xiàn)，使用SPI中高分子質(zhì)量組分制備的蛋白膜TS和EAB均高于使用低分子質(zhì)量蛋白制備的膜。因此，分子質(zhì)量較大的11S球蛋白制備的蛋白膜TS和EAB較高。隨著亞油酸含量增加，膜的TS逐漸減小，而EAB逐漸增大。膜的TS降低可能是因為填充在膜基質(zhì)中的亞油酸破壞了11S球蛋白網(wǎng)絡(luò)。類似的結(jié)果也出現(xiàn)在SPI-阿拉伯樹膠乳液膜中，精油的加入破壞了生物聚合物網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致膜的TS降低[24]。油滴以易變形的液體存在于膜基質(zhì)中，可以增強膜中聚合物鏈的流動性和彈性，導(dǎo)致膜的EAB增加[25]。

表1 亞油酸含量對11S球蛋白膜TS、EAB和WVP的影響Table 1 Effect of linoleic acid concentration on the TS,EAB and WVP of 11S globulin films

2.2.6 亞油酸含量對蛋白膜WVP的影響

蛋白分子中帶有極性基團，當(dāng)其與水分子相互作用時可以增加聚合物的自由體積和聚合物鏈段的流動性，導(dǎo)致蛋白膜水蒸氣阻隔能力下降[3]。11 S球蛋白膜的WVP如表1所示。11S球蛋白膜的WVP（2.52×10－10g/（m·Pa·s））與7S球蛋白膜的WVP（2.62×10－10g/（m·Pa·s））相近。隨著亞油酸含量增加，膜的WVP逐漸減小，這可能是因為填充在膜基質(zhì)中的亞油酸提高了膜的整體疏水性，減少蛋白對水分子的吸附，導(dǎo)致膜的WVP下降。

2.2.7 亞油酸含量對蛋白膜顏色的影響

亞油酸含量對11S球蛋白膜顏色的影響如表2所示。與標(biāo)準(zhǔn)白板相比，11S球蛋白膜L*值和a*值較低，而b*值較高，表明11S球蛋白膜呈淡黃色。隨著亞油酸含量增加，膜的L*值和a*值逐漸增加，b*值逐漸下降。植物油脂對可食膜顏色的影響很大程度上取決于其來源[26]。在先前的報道中，將亞油酸加入7S球蛋白膜中，L*值和a*值增加，b*值減小，這與亞油酸的顏色屬性有關(guān)[9]。

表2 亞油酸含量對11S球蛋白膜顏色和透明度的影響Table 2 Effect of linoleic acid concentration on the color and transparency of 11S globulin films

2.2.8 亞油酸含量對蛋白膜透明度的影響

如表2所示，11S球蛋白的透明度略大于報道的7S球蛋白膜（0.81）[9]，這可能是因為在加熱變性過程中，7S球蛋白溶液保持透明，而11S球蛋白的溶解度隨溫度升高而降低，溶液的渾濁度增加[27]。當(dāng)亞油酸添加量為10%時，膜的透明度與未添加亞油酸的11S球蛋白膜無顯著差異（P＞0.05）。隨著亞油酸含量繼續(xù)增大，膜的透明度逐漸增加，這可能是因為與膜基質(zhì)不相容的油滴逐漸增多并浮至表面（圖3），導(dǎo)致光散射增強。根據(jù)之前的報道，復(fù)合膜中組分之間相容性較差，光易在兩相處發(fā)生分散或反射，導(dǎo)致膜的透明度降低[28]。

2.3 亞油酸含量對11S球蛋白成膜機制的影響

2.3.1 成膜液的MD模擬

通過分子動力學(xué)模擬描述11S球蛋白在亞油酸-水體系中的微觀行為，從而進一步探究11S球蛋白與亞油酸之間的相互作用情況。RMSD是評價模擬體系是否穩(wěn)定的重要指標(biāo)[29]。如圖6b所示，模擬體系在30 ns后趨于穩(wěn)定。11S球蛋白與亞油酸之間的最小距離變化情況如圖6c所示，在模擬的200 ns內(nèi)，11S球蛋白未到達亞油酸界面層。同時，11S球蛋白與亞油酸之間未發(fā)生靜電相互作用和范德華相互作用（圖6d）。在之前的研究中發(fā)現(xiàn)，7S球蛋白可吸附至亞油酸界面層，并通過靜電相互作用、范德華相互作用和氫鍵與之穩(wěn)定結(jié)合[9]。11S球蛋白和7S球蛋白在油-水體系中的行為差異可能與二者的結(jié)構(gòu)差異有關(guān)。含有二硫鍵的11S球蛋白具有剛性結(jié)構(gòu)也可能導(dǎo)致其不易與亞油酸發(fā)生相互作用[30]。有研究表明，大豆11S球蛋白二硫鍵含量比7S球蛋白多，且具有不靈活的剛性結(jié)構(gòu)，因此11S球蛋白的乳化性比7S球蛋白差[31]。

圖6 11S球蛋白在亞油酸體系中的MD模擬Fig.6 MD simulation of interaction between 11S globulin and linoleic acid

2.3.2 蛋白成膜液和膜的化學(xué)作用力分析

11S球蛋白成膜液中的化學(xué)作用力占比如圖7a所示。在11S球蛋白成膜液中，離子鍵、氫鍵、疏水相互作用、二硫鍵和共價鍵的占比分別為52.38%、17.50%、23.70%、5.52%和1.56%，表明離子鍵為11S球蛋白成膜液中貢獻最大的化學(xué)鍵。11S球蛋白成膜液中疏水相互作用比例（10.49%）明顯高于報道的7S球蛋白成膜液，而氫鍵（30.11%）和共價鍵比例（15.40%）明顯低于7S球蛋白成膜液[9]。這可能是因為11S球蛋白中非極性氨基酸含量遠高于7S球蛋白，而谷氨酸和賴氨酸等可生成共價鍵的極性氨基酸含量低于7S球蛋白[31-32]。隨著亞油酸的添加，11S球蛋白成膜液中蛋白分子間的離子鍵比例降低，氫鍵、疏水相互作用和非二硫共價鍵比例增加（圖7a）。這可能是油脂能夠提供疏水環(huán)境，促使包裹在蛋白內(nèi)部的疏水基團暴露出來[33]。

圖7 添加亞油酸對蛋白成膜液（a）和膜（b）中化學(xué)作用力的影響Fig.7 Effect of linoleic acid on chemical forces in film-forming solutions (a) and resulting films (b)

溶液干燥成膜后，氫鍵、二硫鍵和非二硫共價鍵比例增加，離子鍵和疏水相互作用比例下降（圖7b），表明干燥11S球蛋白分子間距離縮短后促進氫鍵、二硫鍵和非二硫共價鍵的形成。添加亞油酸后，膜中的離子鍵和二硫鍵比例降低，疏水相互作用和非二硫鍵共價鍵比例增加，而氫鍵沒有顯著變化（圖7b）。有研究報道，大豆分離蛋白中的巰基在干燥成膜過程中容易與空氣中的氧氣反應(yīng)形成分子間二硫鍵[7,34]。然而，由于亞油酸具有良好的抗氧化性[35]，添加的亞油酸在一定程度上會抑制巰基氧化生成二硫鍵，導(dǎo)致巰基可能參與氫鍵的形成。

3 結(jié)論

本研究揭示了亞油酸含量對11S球蛋白膜理化性質(zhì)的影響規(guī)律。分子動力學(xué)模擬結(jié)果表明11S球蛋白與亞油酸分子間不會發(fā)生相互作用。添加的亞油酸會填充在膜基質(zhì)中，且隨著亞油酸含量的增加油滴尺寸逐漸增大。在干燥過程中油滴容易向上移動，結(jié)果導(dǎo)致膜的上下表面油脂分布不均勻和透明度下降。亞油酸的添加還會改變11S球蛋白膜中蛋白間的相互作用，進而影響膜的機械性能、水蒸氣阻隔性能和熱穩(wěn)定性。本研究結(jié)果表明，添加亞油酸不會與11S球蛋白發(fā)生相互作用，但會改變蛋白間的相互作用，進而影響膜的理化性質(zhì)。