姜发堂教授团队匡映副教授在Food Hydrocolloids发表重要研究成果
近日，湖北工业大学湖北省工业微生物重点实验室、国家“111”细胞调控与分子药理学研究中心、Glyn O. Phillips亲水胶体研究中心的姜发堂教授团队在食品领域顶级期刊《Food Hydrocolloids》（IF11.0）在线发表了题为“Schiff base type casein-konjac glucomannan conjugates with improved stability and emulsifying properties via mild covalent cross-linking”（席夫碱型酪蛋白-魔芋葡甘露聚糖偶联物：通过温和的共价交联提高稳定性和乳化性能）的研究论文（原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.108733），揭示了通过温和共价交联制备的新型酪蛋白-魔芋葡甘露聚糖结合物（CAS-DAK）在乳化性能和稳定性方面的卓越表现，为食品工业和生物医学领域带来了新的希望。匡映副教授为第一作者，湖北工业大学为第一通讯单位，诺丁汉大学为第二通讯单位。
该研究先利用魔芋葡甘聚糖（KGM）高碘酸钠氧化制备具有高反应活性的DAK，然后利用希夫碱反应与酪蛋白（CAS）进行温和的共价交联。深入探究CAS-DAK结合物的结构和性能，研究团队采用了一系列先进的表征技术，测试了CAS-DAK偶联物的分子结构、理化性质、微观形态和乳化性质。
图1为CAS-DAK偶联物及乳液稳定原理图
CAS是牛奶中的一种主要乳蛋白，因其安全性、可食用性、易工业化生产以及高应用价值而被广泛应用于食品行业。针对CAS在应用中存在一些局限性，如溶解性差、对pH和离子浓度的耐受范围窄，以及易聚集沉淀等，亲水性多糖 （PS） 通过美拉德反应和酶促反应等共价相互作用结合，可以有效克服CAS的应用缺陷。由于大分子量和空间位阻效应，KGM在低反应温度 （< 75 °C） 下很难通过美拉德反应与蛋白质进行共价交联，并且仅诱导微弱的非共价相互作用，复合物大多处于亚稳态。在较高的温度 （> 90 °C） 下长时间能够实现，但在美拉德反应的最后阶段容易形成晚期糖基化终产物 （AGEs），这对人体健康有害。针对以上问题，本研究通过NaIO4 氧化KGM制备的低分子量二醛魔芋葡甘露聚糖 （DAK）显示出比KGM更高的共价偶联活性。在低热诱导下，低分子量寡糖片段很容易通过羰基-氨基反应与蛋白质相互作用。本研究测试了CAS-DAK偶联物的分子结构、理化性质、微观形态和乳化性质。进一步研究了不同CAS-DAK浓度和含油分数的CAS-DAK稳定乳液的液滴尺寸、界面行为、流变性能和物理稳定性。
图2 CAS-DAK合成及乳液形成机理图
本研究提供了一种在低热交联下制备无AGEs蛋白-多糖偶联物的温和偶联方法，以及构建Schiff碱型乳化剂稳定的水包油乳液的理论基础。
匡映，湖北工业大学“南湖学者”，主要从事食品软物质结构与功能的研究，主持国家自然科学基金、湖北省自然科学基金课题等10余项。在Advanced Functional Materials, Nano Today, Biomaterials, Journal of Controlled Release, Food Hydrocolloids, Carbohydrate Polymers等国际期刊发表SCI论文60余篇（含1区43篇，2区10篇），申请国家发明专利8项（已授权5项）。
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