东南大学钱卫平教授团队发表论文：基于光学干涉法分析不同分子量壳聚糖与酪蛋白的相互作用
时间：2022-12-09 来源： 点击数：2669 分享到：
近日，东南大学钱卫平教授团队在国际食品期刊Food Hydrocolloids ( IF 11.504 ) 发表题为“Analysis of the interaction between chitosan with different molecular weights and casein based on optical interferometry”的论文。
壳聚糖可用作乳制品中的稳定剂，以帮助悬浮和稳定酪蛋白胶束，但壳聚糖的分子量 (MW) 效应尚未得到充分研究。本研究旨在使用分子量分别为 30 kDa、150 kDa、250 kDa 和 300 kDa 的壳聚糖构建与酪蛋白的相互作用模型，研究分子量对壳聚糖-酪蛋白复合物的结构和稳定性的影响。这些模型基于有序多孔层干涉测量 (OPLI) 系统，该系统可以生成时间分辨信号，实时动态监测壳聚糖-酪蛋白相互作用过程。还分析了具有不同MW的壳聚糖-酪蛋白复合物的zeta电位、尺寸分布、结合机制和结合常数。结果发现壳聚糖与酪蛋白在pH 5.5时相互作用最强。MW (150 kDa)的壳聚糖在桥接絮凝阶段产生最大的尺寸变化。壳聚糖-酪蛋白相互作用的结合常数顺序为 MW (300 kDa) < MW (250 kDa) < MW (30 kDa) < MW (150 kDa)。除了壳聚糖和酪蛋白之间的静电驱动力吸引外，壳聚糖分子之间的疏水相互作用对分子量的依赖性也影响着与酪蛋白的相互作用。OPLI 技术的动态监测和准确性为获得壳聚糖/酪蛋白和其他生物聚合物在不同条件变量下的相互作用开辟了更多可能性。
图1 (a)基于 SCC 膜的壳聚糖与酪蛋白相互作用的典型反射干涉光谱。(b)壳聚糖负载在不同 pH 值的 SCC 膜上的实时ΔOT。(c)在不同的 pH 值探测实验中，壳聚糖和酪蛋白之间相互作用的实时ΔOT，其中红色虚线方形部分在(b)中放大以示范。(d)纯壳聚糖和酪蛋白在不同 pH 值下的 Zeta 电位: 壳聚糖 = MW (30kDa) ，0.50% w/v; 酪蛋白 = 1% w/v。
图2 (a)不同浓度壳聚糖负载 SCC 薄膜的实时ΔOT。(b)壳聚糖和酪蛋白在不同浓度下相互作用的实时ΔOT 负载在 SCC 薄膜上，其中红色虚线方形部分在(a)中放大以示范。分子量(30kDa)壳聚糖的质量分数分别为0.02% 、0.04% 、0.06% 、0.08% 、0.10% 、0.15% 、0.25% 和0.50% ，酪蛋白的质量分数为1% 。图3 不同分子量壳聚糖对壳聚糖-酪蛋白复合物(a) zeta 电位和(b)尺寸分布的影响。
图4 酪蛋白和不同分子量壳聚糖的紫外-可见吸收光谱: (a) MW (30kDa) ; (b) MW (150kDa) ; (c) MW (250kDa) ;(d) MW (300kDa) ，其中壳聚糖浓度分别为0.02% ，0.04% ，0.06% ，0.07% ，0.08% ，0.09% ，0.10% ，0.15% ，0.25% 和0.50% w/v;酪蛋白 = 1% w/v。(e)壳聚糖-酪蛋白复合物(酪蛋白 = 1% w/v)的光学照片。浓度从左到右的顺序与上述顺序一致。
图5 (a)不同分子量壳聚糖负载 SCC 薄膜的实时ΔOT。(b)装载在 SCC 膜上的不同 MW 壳聚糖和酪蛋白相互作用的实时ΔOT，其中红色虚线方形部分在(a)中放大以示范: 壳聚糖 = MW (30kDa) ，MW (150kDa) ，MW (250kDa) ，MW (300kDa) ，分别为0.50% w/v; 酪蛋白 = 1% w/v。
图6 酪蛋白在壳聚糖存在下的荧光光谱: a-0，b-20，c-40，d-80，e-120(μM)对于 MW (30kDa)(a) ; a-0，b-5，c-10，d-15，e-20(μM)对于 MW (150kDa) ，MW (250kDa)和 MW (300kDa)(b)~(d)。
图7 在298.15 K 和308.15 K 下，不同浓度的壳聚糖对酪蛋白的荧光猝灭的 Stern-Volmer 图: (a) MW (30kDa) ; (b) MW (150kDa) ; (c) MW (250kDa) ; (d) MW (300kDa)。本研究首次系统的分析了壳聚糖微波辐射对酪蛋白相互作用的影响，包括络合行为和结合性能。OPLI 系统的实时动态监测结合了 zeta 电位、粒径分布、紫外可见光和荧光等方法，弥补了该领域以往研究的不足。结果表明，通过改变 pH 值来调节壳聚糖与酪蛋白的净电荷差，可以得到 pH 值为5.5时的最大相互作用强度。浓度对壳聚糖-酪蛋白复合物结构形成的影响表现为从低浓度絮凝到高浓度稳定。低分子量壳聚糖需要更多的壳聚糖分子来包裹酪蛋白的表面电荷，以延长桥联絮凝的时间。而高分子量壳聚糖的疏水性促进了聚合物-聚合物在溶液中更大程度的疏水相互作用。壳聚糖-酪蛋白相互作用的结合常数顺序为 MW (300kDa) < MW (250kDa) < MW (30kDa) < MW (150kDa)。与其他三种壳聚糖相比，MW (150kDa)对酪蛋白的结合亲和力较高。因此，选择合适的分子量和浓度是制备多糖-蛋白质复合物的关键。作为一种时间分辨的角色塑造分析方法，OPLI 系统成功地监测了壳聚糖和酪蛋白在不同条件下的相互作用程度和准确性。这种直观、原位和动态的技术与传统的分析方法相结合，有望在生物高分子相互作用的信息获取方面得到广泛的推广。总的来说，本研究对不同分子量的壳聚糖-酪蛋白复合物的研究结果为引入多糖以提高乳制品加工过程中的稳定性提供了研究支持。生成的信息将有助于选择基于多糖的参数，以设计用于乳制品生产领域的各种形式的产品。
DOI: //www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0268005X22009067
责任编辑：唐长波、鲍雅倩
