《Food Hydrocolloids》：Enhanced emulsification of rice glutelin via hydrolysis and deamidation: Mechanisms and potential for rutin delivery
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张梦媛|王一琳|王佳佳|史海川|秦敏|刘宣博|周一斌|王永全农业农村部江淮农产品精深加工与资源化利用重点实验室，安徽农业大学食品与营养学院特色农产品高值化利用工程技术研究中心，中国安徽省合肥市230036摘要本研究探讨了水解和脱酰胺作用如何增强米谷蛋白（RG）的乳化性能，并评估了
张梦媛|王一琳|王佳佳|史海川|秦敏|刘宣博|周一斌|王永全
农业农村部江淮农产品精深加工与资源化利用重点实验室，安徽农业大学食品与营养学院特色农产品高值化利用工程技术研究中心，中国安徽省合肥市230036
摘要
本研究探讨了水解和脱酰胺作用如何增强米谷蛋白（RG）的乳化性能，并评估了由此制备的乳液作为芦丁递送载体的效果。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）中酰胺A带的红移证实了水解和脱酰胺作用破坏了氢键。这种改性导致RG结构展开，表现为β-折叠片减少15%–20%，β-转角增加8%–15%。与脱酰胺后的RG（DRG）相比，水解后的RG（HRG）具有更高的结构灵活性，这体现在其更高的β-转角含量、回转半径和可溶剂接触表面积上。这种灵活的结构促进了在油水界面上的更快、更自发的吸附，分子动力学模拟也证实了这一现象。而DRG相对紧凑的结构导致界面层厚度增加，范围为4.3至5.3纳米。DRG界面层的增厚抑制了乳液的乳化分层，有效提高了其在储存和离子强度条件下的稳定性。虽然HRG乳液具有冻融稳定性，但它们对酸性环境和离子强度较为敏感。酸诱导的絮凝作用使芦丁的胃部释放率降至21.8%–32.4%，最终生物利用率为64.8%–72.1%。通过包封技术，芦丁的生物利用率提高了87.1%，光稳定性提高了67.0%，表明这些乳液是一种有效的递送载体。这些发现表明，水解和脱酰胺作用分别通过促进快速界面吸附和形成更厚的界面层来增强RG的乳化性能。本研究为基于蛋白质的芦丁递送乳液的结构设计提供了宝贵的见解。
引言
米谷蛋白（RG）约占大米总蛋白质的80%，是一种从大米淀粉生产过程中获得的丰富植物蛋白。历史上，这种副产品要么被丢弃，要么用作动物饲料（Zhao等人，2020年）。由于其价格亲民、低致敏性、高消化率和生物价值，RG是一种有前景的高质量植物蛋白候选者（Yang等人，2022年）。然而，由于其高度聚集的结构，其应用受到限制。这种结构主要由二硫键和非共价相互作用维持，尤其是由于谷氨酰胺和天冬酰胺残基的丰富（Amagliani等人，2017年）。这种结构导致其功能特性较差，如溶解度低和乳化性能弱。因此，必须调节其聚集结构以增强其功能特性，从而扩大其在食品系统中的应用潜力。
水解是一种有效的破坏刚性球状结构的方法，它可以将大分子结构分解为低分子量的肽。有限程度的水解显著改善了RG的界面和乳化性能，使其能够稳定小液滴大小的乳液（Xu等人，2016a）。然而，与乳清蛋白分离物等传统乳化剂稳定的乳液相比，水解后的RG（HRG）乳液在面对环境压力（如pH波动和热处理）时稳定性较低（Xu等人，2016b）。蛋白质球状结构的变化影响了乳液的稳定性。脱酰胺是一种有效抑制蛋白质聚集同时最小化蛋白质主链断裂的技术。它通过将谷氨酰胺和天冬酰胺残基分别转化为谷氨酸和天冬氨酸来破坏氢键（Wang等人，2017年）。脱酰胺提高了米蛋白的乳化活性和稳定性，这一点通过粗乳液随时间变化的浊度得到验证（Shi等人，2024年；Zhang, You, Zhang, Li, & Zhang, 2025年）。尽管有这些改进，但脱酰胺后的RG（DRG）乳液在环境压力下的稳定性尚未得到证实。此外，目前缺乏关于水解和脱酰胺如何影响这些特性的机制比较分析。基于不同的修饰目标和产生的分子量，我们假设水解通过增加RG的结构灵活性来提高其吸附速率，而脱酰胺则通过增强分子相互作用在乳液中形成更坚固的界面层。
乳液由不相溶的液体组成，在热力学上是不稳定的，容易发生相分离。因此，维持乳液的稳定性对于基于乳液的产品和递送系统至关重要。两亲性蛋白质分子是有效的稳定剂，符合消费者对天然、可持续和健康意识食品产品的偏好（Jadhav等人，2024年）。然而，蛋白质结构对pH值、离子强度、高温和冻融循环的变化非常敏感（Guldiken等人，2023年；Zhang, Herneke, Langton, Johansson, & Corredig, 2025年；Shen, Ding, & Xu, 2025年）。这些变化会降低表面电荷，导致蛋白质聚集，最终影响基于蛋白质的乳液的稳定性。此外，斯托克斯定律指出，乳化分层会在重力或离心力作用下发生，这取决于液滴半径和连续相的粘度（Zhang等人，2025年）。因此，在评估蛋白质基乳液作为亲脂成分递送载体的有效性之前，必须先确定其稳定性。本研究使用芦丁作为模型化合物来验证RG稳定乳液的实用性。尽管芦丁具有强大的抗氧化和抗炎生物活性，但由于其水溶性差和生物利用率低，其应用受到限制（Lv等人，2026年）。将芦丁包封在乳液系统中是一种克服这些障碍的战略方法。
在本研究中，通过水解或脱酰胺对RG进行了改性以增强其乳化性能。研究了改善乳化作用的机制及其对芦丁递送的影响。为了阐明潜在机制，监测了蛋白质在水相和油水界面处的动态结构演变。系统地表征了界面性质和乳化性能，以评估水解和脱酰胺的影响。通过分析芦丁的保留和释放曲线来评估该系统作为递送载体的有效性。这项工作建立了结构设计策略，以增强蛋白质的乳化性能，从而扩大其递送亲脂化合物的潜力。
章节摘录
材料
破碎的大米来自安徽联合有限公司（安徽省安庆市）。蛋白质含量为7.17%（N × 5.95，干基）。BCA蛋白测定试剂盒购自北京生物技术有限公司（中国上海）。酒石酸、芦丁（纯度98%）和聚苯乙烯乳胶珠购自上海麦克林生物科技有限公司。胃蛋白酶、胰酶和胆盐来自云南生物科技有限公司。氯化钠、氢氧化钠等试剂也来自该公司。
构象
傅里叶变换红外光谱中的宽酰胺A带（3500–3200 cm-1）反映了蛋白质中显著的N–H伸缩以及分子内和分子间的氢键振动（Zeng等人，2011年）。图1A显示，3412 cm-1处的宽峰归因于米谷蛋白（RG）中的分子间氢键和OH伸缩。经过水解和脱酰胺后，酰胺A带移至3385–3405 cm-1区域。
结论
水解和脱酰胺破坏了RG中的氢键，使其结构变得更加伸展，减少了整体聚集。HRG比DRG具有更高的灵活性，这可能促进在油水界面上的更快、更自发的吸附。相比之下，DRG相对紧凑的结构导致界面层厚度增加。这些不同的界面行为使DRG能够抑制乳化分层并有效稳定乳液。
CRediT作者贡献声明
王永全：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，研究，资金获取，概念构思。周一斌：项目管理。刘宣博：撰写 – 审稿与编辑。秦敏：可视化处理。史海川：数据分析。王佳佳：方法学研究。王一琳：数据分析。张梦媛：方法学研究，研究实施
Zhang等人，2025年；Zhang等人，2025年。
本文未发现可能影响研究工作的已知财务利益或个人关系。
本研究得到了国家自然科学基金（编号32502245）、安徽农业大学人才稳定与引进基金会（编号rc352221）以及安徽省重点研发计划（编号2023n06020038）的支持。
