1、2012年第9期 粮食与油脂 蛋白质与多糖相互作用研究进展 刘佳 ，孙淑香 ，王岸娜 ，林敏刚 (1河南工业大学粮油食品学院， 河南郑州450001； 2河南化工职业学院， 河南郑州450052) 摘要：作为食品重要组成成分，蛋白质与多糖间相互作用研究对食品体系结构和品质具有重要 意义。该文概述蛋白质与多糖相互作用类型；蛋白质与多糖相互作用研究方法，包括糖芯片、毛细 管电泳和质子共振技术；及蛋白质与多糖在可食性膜、乳状液、流体界面及起泡性方面相互作用研 究。 关键词：蛋白质；多糖；蛋白质与多糖相互作用 Research progress on interactions between prot
2、eins and polysaceharides LIU Jia 。SUN Shu-xiang ，WANG An-na 。LIN Min-gang (1CollegeofFoodScienceandTechnology。HenanUniversityofTechnology，Zhengzhou450001，Henan，China； 2Henan Vocational College of Chemical Engineering，Zhengzhou 450002，Henan，China) Abstract：As an important ingredient in food，the resea
3、rch on interactions between proteins and polysaccharides has important significance to food system structure and qualityThis paper mainly summarizes the proteins and polysaccharide interaction type；Protein and polysaccharide interaction methods，including sugar chip，capillary electrophoresis and prot
4、on resonance technology；Protein and polysaccharides interact in edible film，emulsion，fluid interface and foaming ability Key words：protein；polysaccharide；interaction between protein and polysaccharide 中图分类号：TS2012 文献标识码：A 文章编号：10089578(2012)09000105 蛋白质和多糖是食品重要组成成分 。糖类 生物合成、降解和利用乃至生物功能发挥均与蛋白 质息息相关；而
5、蛋白质生物分离、合成等过程大都 需多糖参与 q 。蛋白质胶凝性、乳化性、起泡性 等 重要功能特性常常因多糖参与，可改善食品质 构及加工特性”引；因而，被广泛用于提高乳液状食品 货架期和改善产品品质 剞。蛋白质一多糖相互作 用在食品行业及生命体中n刚信号传导、免疫应答、细 胞粘附、病菌感染、受精、增殖、分化等许多细胞识别 过程中均发挥重要作用 引，蛋白质一多糖相互作 用在食品科学及生物医学等领域有着广泛研究空间； 因此，越来越受到科研人员关注。 1蛋白质一多糖相互作用类型 11蛋白质与多糖分离 高分子聚合物蛋白质和多糖在水中由于两者间 热力学不兼容而导致相分离30,32，产生两种液一液 分离现象
6、，即离散相分离和缔合相分离b o。前者形 成一个蛋白富集相和一个多糖富集相，普遍发生在 生物高分子溶液中 们和一定pH值时；后者是大分 子间相互吸引形成复合凝聚物，常发生在样品浓度 (50，水分活度04时，可食膜亲水基团与水分子 相互作用，氢键断裂，大分子链流动性及蛋白质网状 结构变化，聚合物由玻璃态转变成粘弹态，加速氧分 子在聚合物中流动性和溶解性；如小麦面筋蛋白膜氧 气透过率急剧上升。当水分活度增加时，网状结构被 水分子溶胀，水分子扩散速率增加，膜阻湿性变差。 经超声波处理玉米磷酸酯淀粉膜，其表面结构致 密，平整光滑，阻氧性提高45,491。以海藻酸钠为主要 材料，CMC和明胶为辅料制作可
7、食用膜，蔗糖酯加入 有利于增强膜的致密性，使膜的阻水性提高；橄榄油 加入使膜亮度有显著提高，添加乳清蛋白可降低膜透 2012年第9期 粮食与油脂 3 氧性 卜 引。大白菜纤维(一种复杂多糖)经超声波 预处理后添加到大豆分离蛋白膜中，可提高与蛋白界 面粘合性，改善纤维在蛋白基质中分散状态，进一步 提高复合膜致密性H 。 32乳状液 多糖在奶制品中被广泛用作稳定剂、增稠剂或胶 凝剂，通过改善乳状液连续相流变特性，形成空间网 络结构，阻止因相分离及重力引起分层 。蛋白 质分子通过静电和空间位阻作用，赋予乳状液良好稳 定性。蛋白质与多糖相互作用被广泛用于延长乳状 液食品货架期，及改善产品品质。多数食物
8、蛋白可与 阴离子多糖通过静电作用发生吸附，形成比蛋白质及 多糖更具优良功能特性复合物，从而改变蛋白质在界 面吸附行为及界面吸附膜流变特性，改善乳状液稳定 性。多糖稳定蛋白质乳状液是一个复杂过程，在一定 条件下，蛋白质与多糖可通过静电力、疏水力、氢键等 作用发生反应，只有在非常特殊浓度和聚合物比率条 件下才可获得一种共同溶解的高度均质混合物。 研究表明 矾 ，蛋白质一多糖在油一水界面上 相互作用对乳状液稳定性有着显著影响，界面分子吸 附结构和性质与乳状液稳定性，尤其是抗聚结稳定性 紧密相关。崔键等 。 通过对实验制得乳状液进行研 究表明，中性多糖瓜尔豆胶不能改变乳状液带电性； 对加入果胶乳状液而
9、言，在低pH值(小于等电点)范 围内，乳清分离蛋白乳状液带正电，与带负电果胶可 发生静电吸附。在pH值6070时，加入果胶后，果 胶与界面上乳清分离蛋白层不发生静电吸附而存在 静电排斥，果胶存在于乳状液水相中而远离乳状液界 面。黄原胶稳定乳状液效果受多糖浓度影响，低于某 一临界浓度时，添加黄原胶可诱发乳状液液滴的排斥 絮凝，反而加快体系相分离速率 。 33流体界面 乳状液中蛋白质、多糖为分散体，含两个或更多 混溶阶段(水，油和或气体阶段)，因它们接触面积 大 ，为天生不稳定系统 ，这些系统稳定性一 般通过粒子周围界面保护层(乳化液滴)实现。此界 面层属性均受吸附材料组成和结构控制，界面现象对
10、乳状液形成和应用起着重要作用 们。蛋白质和多糖 在界面附近或界面上相互作用一般为竞争吸附；通过 静电作用或氢键形成蛋白一多糖复合物；因热力学不 兼容性，多糖促进蛋白质在界面上吸附30,69。蛋白 质或多糖可通过以下两种机制吸附于乳状液液滴或 泡沫表面：在液滴形成过程中直接吸附于裸露油滴或 气泡表面；其中一种聚合物通过与已吸附于界面上聚 合物发生吸引，间接吸附于界面。通常，首先被吸附 的为具有表面活性蛋白质分子，之后多糖分子通过静 电相互作用与已吸附蛋白质发生交联，构成次级吸附 层(30,68。蛋白质一多糖在油一水界面上相互作用 与乳状液稳定性关系研究有利于加深对界面现象认 知 。 研究表明B们
11、，发生静电吸附在临界pH以上， CMC对酪蛋白酸钠在油一水界面上吸附动力学特性 和界面膜扩张流变特性均无显著影响。在酸性条件 下，由于蛋白一多糖静电复合物形成，CMC可提高蛋 白质界面活性及吸附膜抵抗扩张形变能力。Kreu发 现 ，非糖基化酪蛋白糖巨肽比糖基化酪蛋白糖巨 肽有较好界面性质。蛋白质与多糖在分散相中交互反 应可降低这些生物大分子在界面吸附能力，蛋白质一 多糖复合物界面膜弹性要比纯蛋白质膜为高。自然复 合物和连续吸附创造密集粘弹性界面膜。 34起泡性方面 多糖可使蛋白质混合物增强分散系统稳定性 加 。 最高分子量多糖为亲水性，在空气一水界面没很大吸 附倾向，但可通过增稠剂和凝胶剂大大
12、提升蛋白质起 泡稳定性。牛乳蛋白(酪蛋白、乳清蛋白)、肉类和鱼类 蛋白(明胶、肌球蛋白、肌原纤维蛋白)、鸡蛋蛋白(蛋 白和蛋黄)和植物蛋白(大豆蛋白)是食品体系四类 主要蛋白质，被广泛应用于提高食品乳状液或泡沫体 系稳定性n 。水溶解度高蛋白质，分子变小将减少 多肽界面相互作用能力，粘弹性薄膜将导致泡沫稳定 性下降。因此，因水解蛋白泡沫稳定性下降，多糖增 加对提高起泡性至关重要。在界面中扩散速度越快， 起泡能力越高盯卜 ；若生物大分子在界面吸附速 度降低，则水溶液中蛋白质一多糖复合物起泡能力降 低 。 熊拯等 ”研究表明，在黄原胶、卡拉胶和海藻酸 钠添加量分别为01时，阴离子多糖一大豆分离蛋
13、白复合体系起泡性和泡沫稳定性都依次减小，且比未 添加阴离子多糖大豆分离蛋白起泡性有明显改善。在 黄原胶添加量为0025015范围内，SPI-黄原 胶复合体系起泡度和泡沫稳定性逐渐增大，添加量为 010时达最大值，之后稍微减小“卜 4。 4结束语 对蛋白质一多糖相互作用研究仍存在一些困难， 如对糖类化合物结构明确解析还需提高 引；缺乏稳 定的活性很高糖类化合物载体以形成糖配基，实现蛋 白质大量分离 ；糖与蛋白质相互作用理论本质研 究还缺乏深入理论基础。有关蛋白质一多糖相互作用 研究将随科学技术不断进步会有广阔发展空间。 参考文献 (1江波，杨瑞金，卢蓉蓉食品化学 北京：化学工业出版社， 2009
14、：4 2冯风琴，叶立扬食品化学口 北京：化学工业出版社，2oo5： 4245 3夏延斌食品化学咖北京：中国轻工业出版社，2007：34 59；8493 4金征宇，顾正彪，童群义，等碳水化合物化学一原理与应用M 北京：化学工业出版社，2008 【5赵新淮，徐红华，姜疏君食品蛋白质一结构、性质与功能M】 北京：科学出版社，2009：338342 6王淼，吕晓玲食品生物化学 北京：中国轻工业出版社， 2009：5758。96一l15 4 粮食与油脂 2012年第9期 7蔡志宁，赵谋明蛋白质乳浊液体系稳定性研究进展 食品与 发酵工业，2005，31(2)：7377 8】宋江峰多糖对蛋白质乳浊液稳定性影
15、响机理研究J粮食与 油脂，2008(9)：13 9李静，杜柏桥，黄龙，等酸性乳体系中果胶对酪蛋白胶粒稳定 作用的研究进展 食品科技，2006(6)：2123 10熊拯，郭兴风，谈天蛋白质一阴离子多糖相互作用研究进展明 粮食与油脂，2006(10)：l517 11陈陶，赵谋明，孙哲浩蛋白质与多糖类交互作用研究进展J_ 食品科学，200l，22(4)：9O一93 12K A H，Kavanagh G M，RossMushy S BGlobular protein gelation-theory and experimentJFood Hydrocolloids，2001，15： 383400 13
16、】Zhang G YFoegeding E AHeat-induced phase behavior of 13-1actoglobulinpolysaccharide mixturesJ】Food Hydrocolloids， 2003，17：785792 【14Croguennoc P，Nicolai T，Durand D，et a1Phase separation and association of globular protein aggregates in the presence of polysaccharides 2heated mixtures of native 13-1
17、actoglobulin and r-carrageenanJLangmuir，2001，17：43804385 15Ould Eleya M M，Turgeon S LRheology ofK-carrageenan and I-lactoglobulin mixed gelsJFood Hydrocolloids，2000，14：29 40 16)陈思群，孙自才，陈建军，等糖一蛋白质相互作用在酶固定及 蛋白质识别与分离中的应用叨中国生物工程杂志，2012，32 (4)：8388 17黄毅，黄金花，谢青季，等糖一蛋白质相互作用 化学进展， 2008，20(6)：942-950 18张树政糖生
18、物学与糖生物工程D蜘北京：清华大学出版社， 2002：16 193闵维大豆蛋白多糖复合凝胶流变学及微结构研究)广东 广州：华南理工大学，2010 20黄河，贾红英，侯信糖芯片的检查及应用化学通报，2009 (5)：401406 21韩章润多糖荧光标记及运用糖芯片研究糖与蛋白相互作用) 山东青岛：中国海洋大学，2011：6 22邹兰，黄志纾，黄国贤，等糖芯片的研究进展J有机化学， 2009(11)：l6891699 23】王山，李钰蛋白质的糖组学研究进展嗍细胞生物学杂志， 2006，28：127一l31 24】Park S，Lee M R，Pyos J，et a1Carbohydrate chi
19、ps for studying high-throughput carbohydrate-protein interactionsJJAmChem Soc，2004，126(15)：48124819 25Ranter D M，Adams E W，Childs R A，et a1Probing proteincarbohydrate interactions with microarrays of synthetic oligosaccharidesJChemBiochem，2004，5(3)：379383 26LeeMR，Shinl，Facilepreparationofcarbohydrat
20、emicroarrays by site-specific，covalent immobilization ofunmodified carbohydrates on hydrazidecoated glass slidesJOrgLett，2005，7(19)： 42694272 27Christian H G，Sandra J V，Wietske E C，et a1Ana1Biochem， 2006，354(15)：5463 28Mereey E，Sadir R，Maillart EPolypyrrole oligosaccharide array and surface plasmon
21、resonance imaging for the measurement of glycosaminoglycan binding interactionsJAna1Chem，2008，80 (9)：34763482 29聂立波，张黎明，侯清麟，等糖芯片的检测及应用J化学通报， 2007，70(3)：l一7 30刘丽娅酪蛋白酸钠一多糖界面相互作用及其对乳状液稳定性 的影响I)广东广州：华南理工大学2011：lO 3 1Turgeon S L，Schmit C。Sanchez CProteinpolysaccharide complexes and coacervates current op
22、inionJColloid and Interface Science2007，12(4-5)：166178 32李向红大豆蛋白聚集体一多糖混合体系相行为及微观结构的 研究D江苏无锡：江南大学，2008：6 33Hadj Sadok A，MoulaiMostefa N，Rebiha MRheologieal properties and phase separation of xanthansodium caseinate mixtures an alyzed by a response surface method伽International Journal ofFood Propertie
23、s，2010，13(2)：369380 34Yen M H， A M，Yang Z G，et a1Recognition roles ofthe carbohydrate glycotopes ofhuman andbovinelactoferrins inlectin- Nglycan interactionsJBiochimica et Biophysica Acta，201 l， 1810：139149 35Schmitt ChristopheSylvie L TurgeonProteinpolysaccharide complexes and coacervates in f_0od
24、systemsJAdvances in Colloid andInterface Science，2011，167：6370 36】LinsKO，BezerraDP，AlvesAP，etal，Antitumorpropertiesofa sulfated polysaeeharidefromthe red seaweedChampiafeldmannii (Diaz-Pifferer)嗍JApp1Toxieo1，2009，29(1)：2026 37】Sathivel A，RaghavendranH R，Srinivasan P，et a1Anti peroxidative and antihy
25、perlipidemic nature of ulva lactuca crude polysaeeharide on Dgalaetosamine induced hepatitis in ratsJ FoodChemToxico1，2008，46(10)：32623267 38陈世超燕麦蛋白质与B一葡聚糖在不同体系中美拉德反应的 研究)江苏无锡：江南大学，2011：6 39Kreu M，Beta I Krause，Kulozik UInfluence of glyeosylation on tbaming properties of bovine caseinomacropeptideJI
26、ntDairy， 2009(19)：715 40】高洋，陈海敏，严小军糖胺聚糖与蛋白相互作用方法学研究进 展J药物分析杂志，2009，29(12)：21712178 41熊拯，黄贵秋大豆分离蛋白一阴离子多糖复合体系起泡性能 研究啊油脂工程，2011(6)：6164 42Sasakawa SWalter HPartition behavior of native proteins in aqueous dextranpoly(ethylene glyco1)一phase systemsJ Biochemistry，201 1(1 1)：276O一2765 43王强大豆分离蛋白基可食性膜性质的研究
27、)广东广州：华 南理工大学，2010：6 44梁锦丽可食性膜在果蔬保鲜中的应用J应用推广，2010，22： 24-26 45姜燕，马中苏，张海悦，等可食性生物聚合膜的微观结构与透 气性J食品工业科学，2012(3)：364368 46Flores S，Conte A，Campos C，et a1Mass transport properties of tapioca-based active edible filmsJJournal of Food Engineering， 2007，81(3)：580586 47李慧一种蛋白质多糖可食性膜的制备及性能研究J江苏 无锡：江南大学，2009：8 48Kristo E，Koutsoumanis KP，Biliaderis C G，Thermal，mechanical and water vapor barrier properties of sodium caseinate films
