基于酪蛋白胶束表面重构的浓缩乳蛋白热诱导失稳机理与控制

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基本信息

  • 批准号:
    31901613
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C2001.食品原料学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The concentrated dispersion of high-protein-containing milk protein concentrate is susceptible to destabilization such as sedimentation and gelation during heat processing and subsequent storage. This is mainly caused by aggregation of casein micelle, and the suggested contributors include heat-induced acidification and active calcium bridging, while both theories have limitations. Based on previous research, we propose a hypothesis based on micelle surface reorganization, and divide the MPC destabilization mechanism into two processes: micelle surface κ-casein dissociates and the micelle swells, resulting in a decreased inter-micellar energy barrier as well as an exposure of micelle’s internal calcium sensitive site and hydrophobic microdomain; the surface-reorganized micelle reaches a critical inter-micellar distance driven by Brownian motion, and then aggregates via calcium bridging and hydrophobic interaction. Based on micelle’s stress factors encountered during MPC production and application as well as from the perspective of thermo-kinetics and updated micelle structure model, this project will investigate key factors inducing the micelle surface reorganization behavior and their effects on micelle aggregation behavior as well as the MPC destabilization mechanism. Moreover, from the perspective of colloidal and interface science, this project will explore strategies regulating the micelle surface reorganization behavior induced by sensitive factors based on micelle surface decoration in terms of covalent cross-link, steric hindrance and charge density, and the corresponding mechanism on improving MPC heat stability will be investigated. This project will refine the MPC destabilization mechanism, and establish strategies to improve the heat stability of MPC while maintaining its unique features such as the intact micelle structure and high colloidal calcium content.
高蛋白含量浓缩乳蛋白(MPC)的液态浓缩体系在热加工及随后贮藏中易产生沉淀、胶凝等失稳现象,这主要是由酪蛋白胶束聚集导致,相关机理假说有热诱导酸化和活性钙离子桥连,两者都有局限性。结合前期研究,我们提出胶束表面重构假说,将MPC失稳机理分为两步:胶束表面κ-酪蛋白解聚,胶束溶胀,导致胶束间能垒降低、及内部钙敏感位点和疏水微区暴露;表面重构的胶束在布朗运动驱使下相互靠近到临界距离,通过钙桥和疏水作用聚集。项目针对MPC生产应用中胶束所受胁迫,从热动力学和胶束结构学角度,揭示导致胶束表面重构行为的关键因素及其对胶束聚集行为的影响规律,解析MPC失稳机理;进而从胶体和界面学角度,探究基于表面共价交联修饰、表面空间位阻修饰、表面电荷密度修饰的敏感影响因素下胶束表面重构行为调控策略,解析其对MPC的增稳机理。项目将完善MPC热诱导失稳机理,建立能保持完整胶束结构、高胶束钙含量等MPC特性的增稳策略。

结项摘要

浓缩乳蛋白(MPC)的液态浓缩体系在热加工及随后贮藏中易失稳,针对该应用缺陷,我们根据既定计划开展了以下两方面的研究:探究热处理温度、pH、离子强度、钙含量等关键因素对牛羊乳胶束、MPC体系在热处理过程中胶束表面重构行为和胶束聚集行为的影响,解析MPC失稳机理;进而探究如何通过胶束表面修饰、胶束适度脱钙等策略来提高MPC在热处理过程中的稳定性,解析其增稳机理。..研究结果表明:在MPC液态浓缩体系的高温热处理过程中,温度、pH、离子强度、钙含量、乳清蛋白的存在等关键因素都显著影响胶束表面κ-酪蛋白的解离,pH、离子强度、钙含量等关键因素都显著影响钙离子的活度,进而影响胶束的聚集行为,而胶束内部结构受热处理影响较小,羊乳MPC热稳定性比牛乳MPC更低,主要归因于前者更高程度的κ-酪蛋白解离、更高的钙离子活度,升高pH、添加柠檬酸盐、添加一定量氯化钠都能提高MPC的热稳定性;相比于谷氨酰胺转移酶交联、葡聚糖接枝、磷脂添加等胶束表面修饰策略,离子交换脱钙策略对MPC热稳定性的改善效果更优,当脱钙率为28%时,MPC热稳定性得到显著改善,且胶束结构仍保持较好;离子交换、添加柠檬酸盐等适度脱钙的增稳策略还能显著改善胶束在婴儿、成年、老年人群胃肠道中的絮凝行为和消化性。本研究结果将为今后提高MPC液态浓缩体系的热稳定性提供进一步的理论依据,同时对推动MPC在高蛋白乳饮料等功能性液态食品中的应用具有重要意义。..项目执行期间,邀请了乳品领域专家荷兰瓦赫宁根大学Thom Huppertz教授、美国康奈尔大学Joe M. Regenstein教授、深圳大学Hemar Yacine教授,以线上方式展开合作并联合指导学生,先后共培养了4名研究生,与Thom Huppertz教授共同申获了科技部2022-2023年高端外国专家引进计划。目前,所取得的与本项目相关的研究成果如下:发表SCI论文5篇,参编英文专著1章节,申请专利5项。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Decalcification strongly affects in vitro gastrointestinal digestion of bovine casein micelles under infant, adult and elderly conditions
脱钙强烈影响婴儿、成人和老年人条件下牛酪蛋白胶束的体外胃肠道消化
  • DOI:
    10.1016/j.foodhyd.2023.108515
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
    Food Hydrocolloids
  • 影响因子:
    10.7
  • 作者:
    Wang Keyu;Liu Dasong;Tao Xiumei;Zhang Jie;Huppertz Thom;Regenstein Joe M.;Liu Xiaoming;Zhou Peng
  • 通讯作者:
    Zhou Peng
Physico-chemical and functional properties of milk protein concentrates obtained using a two-stage decalcification approach
使用两阶段脱钙方法获得的浓缩乳蛋白的物理化学和功能特性
  • DOI:
    10.1016/j.idairyj.2021.105216
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
    International Dairy Journal
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Liu Dasong;Yang Tingting;Hemar Yacine;Regenstein Joe M.;Zhou Peng
  • 通讯作者:
    Zhou Peng
The heat stability of caprine and bovine micellar casein dispersions
山羊和牛胶束酪蛋白分散体的热稳定性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    International Dairy Journal
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Yuan Jiajie;Liu Dasong;Peng Xiaoyu;Jiang Yile;Gao Yu;Liu Xiaoming;Regensteind Joe M.;Zhou Peng
  • 通讯作者:
    Zhou Peng

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其他文献

低温微滤技术制备富含β-酪蛋白和乳清蛋白的新型功能性乳蛋白配料
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  • 通讯作者:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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