[01214480]牦牛乳酪蛋白胶束结构形成机理研究

1.课题来源与背景 本项目来源于国家自然科学基金项目。牦牛乳是青藏高原特有资源,是藏区重要经济支柱。由于牦牛乳基础研究缺乏,严重制约了牦牛乳产品开发。酪蛋白胶束结构决定乳制品品质和功能,但目前缺乏牦牛乳酪蛋白胶束结构形成机理研究,无法正确指导牦牛乳制品加工。 2.研究目的与意义 本项目针对青藏高原独有的牦牛乳资源,系统研究酪蛋白胶束化学组成、 酪蛋白主要单体构象,从分子层面深入剖析单体间相互作用及胶束结构形成机理, 旨在为牦牛乳的开发与利用提供科学依据,以更好地指导牦牛乳加工,开发出品质更高、功能特性更优的牦牛乳制品,从而推动牦牛乳产业升级。 3.主要论点与论据 本项目系统研究了牦牛乳酪蛋白单体（CN）结构和单体间相互作用,探讨了牦牛乳酪蛋白胶束结构形成机理。研究表明： ①牦牛乳酪蛋白单体结构与荷斯坦牛乳酪蛋白单体存在差异。牦牛乳αs1-CN、β-CN磷酸化位点数分别为9和1,与荷斯坦牛乳αs1-CN、β-CN单体一致;牦牛乳κ-CN磷酸化位点数为2,荷斯坦牛乳κ-CN磷酸化位点数为3。 ②酪蛋白单体均以β-折叠结构含量最高,α-螺旋结构含量最低（牦牛乳β-CN除外）。牦牛乳酪蛋白单体的焓变低于相应的荷斯坦牛乳酪蛋白单体;牦牛乳酪蛋白单体变性温度高于相应的荷斯坦牛乳酪蛋白单体。牦牛乳αs1-CN和β-CN以不同比例混合后产生相互作用,结构改变,ABTS自由基清除活力也随之改变。 ③牦牛乳酪蛋白胶束由αs1-CN、αs2-CN、β-CN、κ-CN4种单体构成,单体间由磷酸钙形成的钙桥、次级键作用而相互聚集;κ-CN含有糖基,位于胶束表面,阻止了胶束增长,赋予胶束较好的亲水性。牦牛乳酪蛋白胶束粒径约150nm,随着pH由6.8升高至8.2时粒径基本不变,但游离酪蛋白单体含量迅速增加。胶束内部αs1-CN、αs2-CN、β-CN 3种单体的分布具有随机性。伴随着胶束的解离,磷酸钙也逐步解离。 ④牦牛乳中钙和磷的解离程度线性相关,其比例为1.87,与荷斯坦牛乳酪蛋白胶束一致,说明牦牛乳酪蛋白胶束结构与荷斯坦牛乳酪蛋白胶束结构相似。 ⑤共发表研究论文 9 篇,其中 SCI 论文 4 篇,中文核心期刊论文 5 篇;共申请发明专利 4 件;出版专著 1 部;培养硕士研究生3名,本科生12名。 4.创见与创新 本项目基于利用化学、生物学技术改善酪蛋白及其制品品质的新理念,从分子生物学和蛋白质科学的全新视角,开展牦牛乳酪蛋白胶束化学组成、内部结构、主要单体构象、单体间相互作用、胶束结构形成机理的基础科学研究,探明了各单体间相互作用区域分布、作用方式及其变化规律,初步揭示了酪蛋白胶束结构形成机理,填补了牦牛乳酪蛋白胶束结构及其形成机理研究的空白。研究结果可为牦牛乳酪蛋白的结构修饰、改性等深加工技术提供理论依据;可用于调控牦牛乳酪蛋白胶束结构,指导牦牛乳制品产业化开发;也可为其他乳资源研究及产品开发提供参考依据。 5.社会经济效益,存在的问题 本项目研究结论可用于指导牦牛乳制品开发,对推动高寒地区畜牧业的发展, 同时延伸酪蛋白深加工产业链、提高青藏高原牦牛乳加工企业和其他相关行业的国际市场竞争力具有促进作用。 6.历年获奖情况 项目“牦牛乳功能酪蛋白”荣获2018年第三届“中国创翼”创业创新大赛甘肃省总选拨赛三等奖及“省级优秀创业创新项目”称号;项目“牦牛乳加工厂”荣获 2019 年“温氏杯”全国大学生畜产品创新创业大赛优秀奖。