CN101098631A - 具有改良聚集特性的修饰蛋白 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有结合二价阳离子的增强的能力的修饰蛋白的制备方法。例如通过使蛋白质处于美拉德反应的条件下，钙离子诱导聚集发生时的钙离子的浓度增加。这种修饰蛋白用于制备钙强化食品。

Description

具有改良聚集特性的修饰蛋白
技术领域
本发明涉及蛋白的化学修饰领域以及包含这些修饰蛋白的食品。本发明尤其涉及制备阳离子强化食品，以及包含具备调节溶解的阳离子的增强的能力的蛋白或蛋白片段的食品的方法。
背景技术
在医药和食品领域。已经对蛋白质聚集和影响蛋白质聚集的因素有了广泛的研究。如升高的温度(热处理)，PH值和/或钙离子的有效性等因素常常诱发蛋白质聚集。钙离子的有效性被描述为影响天然乳清蛋白混合物的聚集(Barbut and Foegeding1993，J Food Sci 5：867-871；Haggett 1976，J Dairy Sci and Technol 11：244-250；Juand Kilara 1998，J Dairy Sci 81：925-931；Morr and Josephson 1968，J Dairy Sci 51：1349-1451；Sherwin and Foegeding 1997，Milchwissenschaft 52：93-96；Varunsatianet al.1983，J Food Sci 48：42-47；Zhu and Damodaran 1994，J Agric and FoodChem 42：856-862)，并且已经表明它影响β-乳球蛋白的聚集性，这是乳清的一个主要的蛋白成分(Simons et al.2002，Arch Biochem Biophys 406(2)：143-152)。
在食品生产过程中，蛋白聚集对于生产过程和最终产品的组合物有重要的意义。已经表明(Simons et al.，Arch.Biochem.Biophys 2002 406(2)：143-52)蛋白聚集对钙存在的敏感度直接与蛋白质中的羧基的有效性有关，例如可以通过蛋白的甲基化或者琥珀酰化而获得。然而，可选择的、更多的食物分级方法也是非常需要的。
为了在生产和储藏过程中避免蛋白聚集或者蛋白沉降，在含有对钙诱导聚集敏感的蛋白质的产品中，钙应该保持在较低的水平。然而这会导致低钙水平的制品，比如豆奶制品，并且可能导致受体体内钙的缺乏，例如一些人，其由于对牛奶敏感或者乳糖不耐受等原因不能消耗奶制品。以前试图提供含有高水平钙的稳定的豆奶，但是由于蛋白-离子钙的相互作用引起了豆蛋白的聚集和沉降。
已经应用了各种不同的化学药品螯合钙离子，阻止豆蛋白的沉降。
美国专利第1,210,667号和第1,265,227号提出了含有作为钙离子螯合剂的磷酸钠的饮料。Weingartner等提出了柠檬酸钙作为螯合剂(J Food Sci.256-263(1983))。Hirotsuka等人提出了一种加工工艺，在含有EDTA的溶液中使用卵磷脂(超)声波降解法来包裹存在于溶液中的钙离子(J.Food Sci.1111-1127(1984))。EP0195167公开了在豆奶中添加多磷酸盐会增加钙的结合但避免豆蛋白-钙复合物的沉降。WO03/053995讲授了豆蛋白磷酸化(作用)之后发生水解和钙结合反应，导致蛋白高的钙结合能力并伴随良好的水溶解性能。
以往使用的几种螯合剂降低了奶溶液中钙离子的生物利用率。因而，当牛奶中总钙离子浓度增加并超过未强化豆奶时，增加的钙中的大部分，其营养价值还是不能获取到。
除了豆奶以外，其他许多食品也受益于丰富的钙。例如，动物的奶制品(尤其是那些牛奶形成的产品)已经被认为是钙的一个好的食物来源。然而在每一份中仅含有有限的钙的含量，这要求一般的人需要消费大量的此类产品来获得钙的每日推荐需要量(RDA)。而且，一些人患有医学疾病(例如骨质疏松症)，他们需要消耗比其他的人更多的钙。因此，那些增加每一份奶制品中钙的含量并且对奶制品的质量没有负面影响的补充的产品总是有需求。
健康的营养除了钙以外，还需要提供其他的必需元素。尤其是，考虑到需要强化钙，为了保持钙/镁比例的平衡，在食品中需要考虑镁的含量，这引起了人们很大的兴趣。
因此，希望提供一种强化食品的方法，尤其是奶制品，例如含有阳离子的牛奶和豆奶制品，尤其是含有钙和镁，但是不引起蛋白质和阳离子的凝聚。更希望的是使用一种方法防止凝聚，避免使用降低奶制品溶液中阳离子生物利用率的试剂，从而使食品中的阳离子的生物利用率下降量达到最小。
发明内容
本发明人发现，将蛋白处于美拉德反应条件下会导致蛋白质对诱导蛋白聚集的钙离子(Ca2+)的敏感性降低。也就是说，当溶解钙的浓度上升的时候，发生美拉德反应的蛋白质保留在溶液中。在一个美拉德反应中，糖的还原末端同伯胺基发生反应。特别的是，豆蛋白-大豆球蛋白(11S球蛋白)的赖氨酸残基以及大豆蛋白分离物(SPI)的赖氨酸残基通过受控制的美拉德反应进行修饰，从而大大降低了钙诱导的聚集发生。如果乳清蛋白通过受控的美拉德反应进行修饰，就能获取更好的效果。有效的是，受控的美拉德反应导致了赖氨酸残基糖基化的蛋白产物。在没有理论的支持下，推测赖氨酸残基的修饰导致了蛋白表面的早先离子配对的羧酸盐处于“自由”状态。根据这个发现，可能生产含有高水平阳离子如钙镁离子的产品，因为修饰的蛋白增加了阳离子诱导蛋白聚集发生的阈值。由于在美拉德反应时，没有导入螯合剂，钙和/或镁的生物利用率没有受到负面的影响。
重要的是，营养蛋白的修饰不会引起功能的损失。例如，在每个蛋白中引入2-3个琥珀酰基后，蛋白的琥珀酰化常常很快发生，引起结构的稳定性下降。伴随这原始结构的失去，蛋白的功能也就失去了。但是，比如说，乳清的主要组成成分β-乳球蛋白的16个赖氨酸残基，在美拉德反应的条件下会被糖基化，但是并未显示出分子原始结构的缺失。因此，有利的是，美拉德反应通常不会损害修饰蛋白的结构完整性。
因此，本发明涉及一种增加蛋白的阳离子结合能力的方法，所述的方法包括了使蛋白处于美拉德反应的条件。也就是说，本发明是关于一种修饰蛋白的制备，相对于没有修饰的蛋白来说，它能够提高阳离子的结合能力，所述的方法包括使没有修饰的蛋白处于美拉德反应的条件。阳离子结合能力的增加应该是这样，就是在阳离子浓度增加后，蛋白的聚集并不发生。在本发明的一个实施例中，阳离子指的是二价的阳离子。在一个优选的实施例子中，阳离子指的指的是Ca2+和/或Mg2+。
通常，美拉德反应可以描述为在水中温和地加热糖和氨基酸。在本发明中，美拉德反应条件是指未知的蛋白与包含有还原羰基部分的化合物发生的反应，尤其是那种可以和未知蛋白的伯胺基相互作用形成一个schiff base的羰基部分。通常未知蛋白的伯胺基是赖氨酸残基的氨基。优选的，包含羰基部分的化合物是一种糖，其可以一种醛醣也可以是一种酮醣。在一个实施例中，所述糖是一种具有功能性的还原羰基的单糖。单糖的例子包括甘油醛，赤藓糖，苏糖，核糖，阿拉伯糖，木糖，来苏糖，阿洛糖，阿卓糖，甘露糖，葡萄糖，古洛糖，艾杜糖，半乳糖，tallose，二羟基丙酮，赤藓酮糖，核酮糖，木酮糖，阿洛酮糖，山梨糖，塔格糖，和果糖。二糖例如乳糖和麦芽糖，以及较低程度的蔗糖，考虑到它的还原性能，或者更高的低聚糖也可以使用。优选的，包含还原羰基部分的化合物选自葡萄糖和果糖。
影响美拉德反应的因素是温度，水/湿度的存在和pH值。
通常启动美拉德反应至少必须加热反应混合物。可以是提供足够的热量启动这个反应后，然后反应可以在室温下继续。然而，如实施例中所示，加热也可以继续。为了防止蛋白的不可逆变性，应该小心不要加热过度。足够的和适度的加热程度取决于未知蛋白以及用于修饰蛋白的糖。为了本发明的目的，反应混合物应该加热到至少40℃，并优选不得超过比水溶液中蛋白变性温度低5度的温度。为了合理的控制美拉德反应，最好不要使用太高的温度，例如不要加热超过65℃。
美拉德反应需要水分才可以继续。方便的是，水以空气中水分的形式存在，反应需要在潮湿的条件下进行，合适的湿度至少是55％。这个反应也可以在水溶液中进行，但是这通常重复性较小，认为会引起蛋白的高度变性。
在pH低于6的条件下，美拉德反应不能进行，在接近中性或者碱性的条件下，反应更可能进行。优选的是在pH为6-9的范围内，更优选在7-8的范围内。
而且所用的含有还原羰基部分的化合物的类型会影响美拉德反应。不同的化合物具有不同的还原能力。尤其单糖的还原能力明显不同；还原能力越强，反应发生越快。根据例如蛋白质的理想的修饰程度，或者说是美拉德反应，和/或者是可以反应的时间，本领域的技术人员可以选择一个合适的糖类物质。具有还原能力的糖可以通过实施例中描述的Luff试剂来确定。在一个优选的实施例中，在Luff分析中糖检测为阳性。尤其是优先使用葡萄糖或果糖。
正如实施例中所显示的那样，通过改变反应的时间，可以改变未知蛋白的修饰程度，这由被修饰的赖氨酸残基的数量来确定。根据未知蛋白的类型和该蛋白的理想的阳离子耐受程度，对于熟悉本技术的人来说，在给定的条件，如温度，水和pH值下，这是一个常规的试验来确定美拉德反应进行的程度，也就是说要多久。典型的，对于葡萄糖的孵化时间在55℃，PH为7的条件下，2-5小时足以获得适合的修饰的程度。
在方便的条件下实施本发明的方法时，在干燥或者固态时，阳离子结合蛋白的混合物要增加，也就是说，需要修饰的蛋白，以及包含还原羰基部分的化合物在空气湿度大于55％的条件下至少加热到40℃。在这种情况下，干燥的混合物并不是说完全的没有水，而是说缺乏溶剂。优选的，包含还原羰基部分的化合物选自葡萄糖和果糖。
优选的，将所述蛋白置于美拉德反应条件下并达到这样一个程度，使得在热诱导展开过程中，相对于非美拉德反应的蛋白来说，蛋白产物还会有最小90％的焓变。这种标准的热量测定在是在一个对于本技术熟练的人理解的范围内。或者，在周围条件下，斯托克斯半径的增加优选不得超过5％。斯托克斯半径可以在标准光散射试验下来确定，这也在本技术熟练的人理解的范围内。
如前面所提到的那样，控制的美拉德反应有效地使蛋白产物的赖氨酸残基糖基化。除了美拉德反应外，其他糖基化赖氨酸残基的合成方法也是本领域所熟知，如以下所描述，Christopher et al.，1980.Advances in Carbohydrate chem.Biochem.37，225-28，Caer et al.，1990，J.Agric.Food Chem.38，1700-1706，Colas et al.，1993，J.Agric.Food.Chem.41，1811-1815，Hattori et al.，1996，J.Food Sci.61，1171-1176.
因此，上文描述的受到控制的美拉德反应或者其他使赖氨酸残基糖基化的合成方法，提供了修饰过的蛋白。在本发明中，一种修饰过的蛋白质产物定义为富含赖氨酸的蛋白，其中至少20％，优选至少30％，更优选至少40％的赖氨酸残基被糖基化。富含赖氨酸定义为包含赖氨酸残基的蛋白，优选每克蛋白至少含有4.5重量％的赖氨酸。这些定义与非修饰蛋白中可糖基化的赖氨酸残基有关，可以通过OPA试验来确定。因此在一个实施例中，本发明涉及一种修饰蛋白产物组合物，其包含基于物质干重至少是80％，优选至少90％，更优选至少95％的糖基化富含赖氨酸蛋白，在所述的每一克蛋白中，所述的富含赖氨酸蛋白优选包含至少4.5重量％的赖氨酸，其中至少20％，优选至少30％，更优选至少40％的存在于富含赖氨酸蛋白中的赖氨酸残基已经糖基化。在一个实施例中，修饰的蛋白产物组合物实际上是干物形式，比如说冷冻干燥后的干物质。
在本发明的前提下，一个修饰蛋白定义为其中至少20％，或者至少30％或者至少40％的可利用的赖氨酸残基被修饰的蛋白，也就是说，与非修饰蛋白相比较，许多赖氨酸残基不再存在，其由OPA测试确定，参见实施例。在其他的实施例中，至少45％，或者至少50％或者至少55％，例如达到60％或者65％的赖氨酸残基被修饰。而且有更高比例的赖氨酸残基可能被修饰。然而优选的，蛋白结构完整性并未损害和/或蛋白功能没有丧失。应当注意的是，由于美拉德反应，结构的完整性受到影响，但是在肠胃处理过程中，所述修饰的蛋白保持或者重新获得功能(营养)特性，或者至少是部分获得。然而如上述描述的那样，在热诱导展开中，这些蛋白可能不符合焓变的原则，但可以理解的是，这类修饰的蛋白还是落入本发明的范围内。
在这个特定的例子糖基化中，基于邻苯二甲醛(OPA)与蛋白质中自由伯胺基之间的特异反应，OPA测试适合确定蛋白修饰的程度，其记载于Church et al.(1983)Dairy Sd，66，1219-1227。
简单来说，OPA试剂是通过在1毫升的甲醇中溶解40mg的OPA制备而成的，然后加入25ml 0.1M的Borax缓冲液，200mg的DMA和5ml 10％的SDS。在2-(二甲基氨基)乙硫醇(DMA)存在的情况下，蛋白中的伯胺基与340nm显示有吸收的烷基-异吲哚的衍生物反应。用去离子水调节体积到50ml。用石英比色皿装入3ml的这种试剂，确定在340nm处的吸光度。然后，加入15μl样品溶液(通过测定在280nm处的吸光度，确定蛋白的浓度，ε280＝0.712ml*mg-1*cm-1)，然后在室温下孵育30min后，再在340nm处测定吸光度。通过添加10，20，30，40，80，100和150ul的2mM L-亮氨酸溶液到3ml的OPA-试剂中，得到其校准曲线，得到6.6-95.0μM L-亮氨酸范围内的浓度。所有的测量至少要两份，最好是3份。
或者，除了赖氨酸修饰的百分比外，这项发明的一种修饰蛋白是一种蛋白质，在95℃下加热60分钟，最好在至少55％湿度的空气下，使蛋白褐化。这种褐化能够通过测定514nm的吸光度来量化。由此知道，在浓度为5mg/ml的情况下，修饰后的蛋白显示每cm光程至少0.10吸光单位的吸光度。
同样，蛋白中赖氨酸残基的修饰引起了蛋白等电点(IEP)的改变。因此，除了赖氨酸修饰和/或进一步受热产物在514nm处的吸光度，在本发明中，修饰的蛋白是这样一种蛋白，他们呈现出来的蛋白等电点比未修饰的蛋白的等电点低，可以通过凝胶电泳来确定。优选的，等电点至少低0.2pKa，但是不得超过1.0pKa。
一旦蛋白中可利用的赖氨酸残基的数目确定，例如通过OPA检测，修饰的百分比也可以通过质谱分析来确定，例如MALDI-TOF MS。可以预计，蛋白修饰后质量的增加与使用的糖分子总数目有关。
在本发明的一个实施例中，提供了一种修饰蛋白产物，当增加食品到一定的数量时，食品中的阳离子的耐受性的能力显著增加。为了应用或者增加到食品中，有必要从美拉德反应中纯化和/或分离已修饰的蛋白。纯化和/或分离的方法可以是本技术领域内的常规的方法，例如透析，离心，层析，结晶，冷冻干燥，低压冻干等，只要在过程中材料不会失去功能就可以。因此这项发明也涉及富含赖氨酸的蛋白的应用，在制备水性的阳离子强化食品中，其中至少20％，优选至少30％，更优选至少40％的赖氨酸残基已经糖基化，糖基化的富含赖氨酸的蛋白充分溶解，未糖基化的富含赖氨酸的蛋白随着阳离子复合蛋白盐沉淀，在每克所述的蛋白中，所述的富含赖氨酸的蛋白优选包含至少4.5重量％的赖氨酸。在一个实施例中，阳离子是二价的阳离子。在一个特定的例子中，阳离子是Ca2+或Mg2+，或者是Ca2+与Mg2+的混合。
在此所理解的“食物”或者“食品”或“食物原料”，指的是固体，半固体或者液体的营养组合物或者营养增补剂，比如，一种饮料，如食用/健康饮料以及运动饮料和维生素饮料，复原乳，UHT牛乳，炼乳，乳清蛋白水解产物和分离产物，酸乳酪，甜点心，酱油等，以液体形式的，举例来说，包括临床的营养物，例如用于管喂养物，凝胶物，粉状物(例如牛奶配方)，如，速溶奶粉，婴儿奶粉，片剂，胶囊等。特别感兴趣的是基于大豆的乳制品，尤其是豆奶和其衍生产品。更有兴趣的是基于乳清蛋白的乳制品和其衍生物。考虑到阳离子耐受的增强，根据所述的修饰蛋白成分中阳离子诱导的聚集特性，熟悉技术的人能很容易确定所使用的修饰蛋白成分的合适的用量。
在本发明的进一步的实施方式中，涉及一种基于阳离子强化水的食品，所述食品包含占水重量至少0.2％的富含赖氨酸蛋白，其中在每克所述的蛋白质中，富含赖氨酸的蛋白含有至少4.5重量％的赖氨酸，并且其中至少20％，优选至少30％，更优选至少40％的存在于富含赖氨酸的蛋白中的赖氨酸残基已经糖基化，所述的食品实质上是不存在不溶解的阳离子复合物的富含赖氨酸的蛋白盐，并且含有一定的数量的溶解的阳离子会导致非糖基化形式的富含赖氨酸的蛋白沉淀为阳离子复合蛋白盐。在一个实施例中，阳离子是二价的阳离子。在具体的实施例中，阳离子是Ca2-或Mg2+，或者Ca2+与Mg2+的混合。
在进一步的实施例中，阳离子强化基于水的食品包含基于水重的至少0.4％，或者至少0.6％，或者至少0.8％，或者至少1.0％，或者至少1.5％，或者至少2.0％，或者至少2.5％，或者至少3％，或者至少3.5％，或者至少4.0％直至5.0％的富含赖氨酸蛋白。
优选的，阳离子强化基于水的食品含有一定数量的溶解的Ca2+离子，并且比非修饰的蛋白在其中形成沉淀的Ca2+浓度高至少5％，优选至少10％，更优选至少15％，进一步优选至少20％。或者，阳离子强化基于水的食品含有一定数量的溶解的Ca2+和Mg2+离子，并且比非修饰的蛋白在其中形成沉淀的Ca2+和Mg2+浓度高至少5％，优选至少10％，更优选至少15％，进一步优选至少20％。在另一选择中，阳离子强化基于水的食品含有一定数量的溶解的Mg2+，并且比非修饰的蛋白在其中形成沉淀的Mg2+浓度高至少5％，优选至少10％，更优选至少15％，进一步优选至少20％。或者，根据本发明，阳离子强化基于水的食品中，阳离子的增加可调节并表达为ppm。例如，含有2重量％的富含赖氨酸的蛋白的食品，其中存在于富含赖氨酸蛋白的至少20％的赖氨酸残基已经被糖基化，与非修饰蛋白在其中形成沉淀的二价阳离子的浓度相比，所述食品优选含有多100ppm的二价的阳离子，优选至少多150ppm，更优选至少多200ppm的二价阳离子，尤其是Ca2+和Mg2+或者是他们的混合。具有高水平的赖氨酸修饰的富含赖氨酸的蛋白也是这种情况，例如富含赖氨酸蛋白，其中至少30％，或者至少40％的存在于富含赖氨酸蛋白中的赖氨酸残基己糖基化。
在一个实施例中，阳离子强化基于水的食品含有溶解的Ca2+离子和/或Mg2+离子，其浓度至少是2％，或者至少是4％(以富含赖氨酸蛋白重量计算)。在另外一个实施例中，尤其是在具有较高的修饰度的富含赖氨酸的蛋白中，阳离子强化基于水的食品含有溶解钙离子和/或镁离子的浓度至少是5％，或者至少是6％，甚至至少是7％或者超过8％(以富含赖氨酸蛋白重量计算)。在一个有利的实施例中，阳离子强化基于水的食品含有溶解的钙离子和镁离子。在这个实施例子中，含有钙离子和镁离子的摩尔比率在范围为1∶1到6∶1之间有益的，更适合是2∶1到4∶1之间，例如摩尔比率为3∶1。
在一个实施例中，阳离子强化基于水的食品含有至少50重量％，优选至少80重量％的水。通过OPA分析确定的情况，与非修饰的蛋白比较而言，至少20％，优选至少30％，更优选至少40％的富含赖氨酸蛋白中的赖氨酸残基已经被修饰。例如，至少是45％或50％，或者至少是55％直到60％或65％的赖氨酸残基已经被修饰。进一步的实施例中，其中富含赖氨酸的蛋白在变性过程中发生焓变，为其非修饰的类似物的至少90％。在一个实施例中，富含赖氨酸的蛋白是豆蛋白，任意地选自大豆球蛋白及豆蛋白分离物。在另一个实施例中，富含赖氨酸蛋白是乳清蛋白。
在另一个实施例中，本发明是关于一种阳离子强化基于水的食品，在食品的总重量中含有至少0.2％的富含赖氨酸蛋白，以及至少0.05％的溶解的Ca2+离子和/或Mg2+离子，所述的食品实质上不存在不溶解的阳离子复合物的富含赖氨酸的蛋白盐，其中在每克所述的蛋白中，富含赖氨酸的蛋白优选含有至少4.5重量％的赖氨酸，其中至少是20％，优选至少30％，更优选至少40％的存在于富含赖氨酸蛋白中的赖氨酸残基被糖基化。优选的，所述食品中含有占食品总重量的至少0.02重量％，更优选至少0.04重量％的溶解的Ca2+离子和/或Mg2+离子。在一个实施例子中，所述食品中含有占食品总重量的至少0.06重量％，或者至少0.08重量％的溶解的Ca2+离子和/或Mg2+离子。
在一个实施例中，阳离子强化基于水的食品是牛奶或者他们的派生的食品，或者其他的派生的奶制品，包括乳清蛋白，例如复原乳，UTH牛乳，炼乳，乳清蛋白水解产物及分离物，以及含有乳清蛋白水解产物及分离物的制品，酸乳酪，速溶奶粉，婴儿奶粉等。在一个实施例中，  钙强化水产品是豆奶或者豆奶的衍生品。
有待于修饰的蛋白可以是任何蛋白，例如从天然资源中分离的蛋白，合成的或者使用重组DNA技术表达的蛋白，并且是本文所定义的富含赖氨酸的蛋白。应用于阳离子强化产品的蛋白的例子有鸡蛋，乳清，大豆和豌豆蛋白。在本发明的一个优选的实施例中，所述蛋白是大豆蛋白，尤其是选自大豆球蛋白和大豆蛋白分离物或者它们的组合。大豆蛋白本质上呈现出水溶性的问题。因此，更优选使用水溶性的大豆蛋白。在另一个实施例中，所述蛋白是β-乳球蛋白或者更普通的乳清蛋白。
注意到在本发明中，二价的阳离子，例如钙，并不能认为他们是蛋白聚集的驱动力，而是认为他们是诱发剂或引发剂。认为钙离子，屏蔽了蛋白质的电荷，导致了排斥力较小的品种间碰撞和/或发生疏水作用。这些相同的作用归功于镁。通过美拉德反应的蛋白修饰可以说是屏蔽了蛋白质形成沉淀，这在未修饰的蛋白中，却会有过量的或者过度的钙和/或镁。
尽管美拉德反应在食品的颜色，香气和口味中可能有负面影响，本发明的方法并没有引起不能被自然或者人工香气克服的有害的影响。
附图说明
图1为由钙引发的大豆球蛋白聚集。
图2为由钙诱发的SPI聚集。
实施例
通过OPA确定自由伯胺基
原理：
为了确定赖氨酸修饰的程度，采用了Church et al.(1983)Dairy Sd，66，1219-1227中描述的方法。这种方法是基于在2-(二甲基氨基)盐酸乙硫醇(DMA)存在的情况下，在邻苯二甲醛(OPA)和蛋白中自由伯胺基之间的特定的反应，并给予在340nm处显示吸光的烷基-异吲哚衍生物其。这能特异地确定赖氨酸和精氨酸蛋白N-末端的基团。
材料：
0.1M Borax：溶解19.07克十水硼酸二钠(Na2B4O7·10H2O)到500毫升的Milli-Q纯净水中。
10％SDS：溶解10克的十二烷基硫酸钠到100ml的Milli-Q纯净水中。(戴上细小的防尘手套)。
OPA试剂：OPA试剂的制备：溶解40mg的OPA(Sigma，P-0657)到1ml甲醇中，然后添加25ml的0.1M的Borax缓冲液，200mg的DMA(Aldrich，D14.100-3)和5ml的10％SDS..用Milli-Q纯净水调节体积到50ml。
2mM L-亮氨酸：溶解13.1mg的L-亮氨酸(Pierce，Mw.131.18)到50ml的Milli-Q纯净水中。计算准确的浓度。
过程：
校准曲线：
1：用六个石英比色皿分别装入3ml的OPA试剂，称重并确定340nm处的吸光度(Ablanc)。
2：向3ml的OPA-试剂中加入10，20，40，80，120和150μl的2mM的L-亮氨酸储备液(全部称重)，产生浓度范围从0.0066到0.095mM的L-亮氨酸溶液。
3：在室温下孵育10min.
4：确定在340nm处的吸光度。
5.用线性回归处理数据。计算烷基-异吲哚衍生物的摩尔消光系数(ε)(＝线性函数的斜率，应该是7000±500M-1*cm-1)
样品的测量：
1.用石英比色皿装入3ml的OPA试剂，称重并确定340nm处的吸光度(Ablance)。
2：加入50μl的5mM的NH2-溶液(大约10mg/ml的蛋白溶液)，称重并混合。
3：在室温下孵育10min.
4：确定在340nm处的吸光度(Asampie)。
5：计算NH2的摩尔浓度：ΔA340/ε
6：采用分光光度法确定在280nm处的摩尔蛋白浓度。
7：通过NH2的摩尔浓度除以摩尔蛋白浓度，计算蛋白中自由NH2基团的数量。
注：
所有的测量至少进行两次。
如果在添加蛋白前，OPA试剂变为粉红色而不是黄色，很可能DMA被仲胺污染。
豆蛋白
大豆球蛋白
大豆球蛋白(ca.12克；PR004，参见以下)在4℃下深度透析(4×12L millQ纯净水)(终体积是235mLl)。用0.1M的氢氧化钠调节浅棕色/浅褐色蛋白溶液的pH到8.0。等分试样(～58ml；ca.3克)作为对照，在剩余的蛋白溶液中(ca.9克)，添加果糖(3.3克，Merck reinst)，并将溶液分为3个58ml的部分。冷冻干燥后，在一个孵化器中加热(55℃)褐色的易脆蛋白片，孵化器中含有饱和的NaNO2以确保整个美拉德反应在湿度为65％的条件下。在2，5及26小时后，大豆球蛋白样品冷却至4℃。所有的蛋白样品用milliQ纯净水溶解(60ml；如果需要，样品调节到PH为8.0来溶解蛋白)，用milliQ纯净水透析(4×12L)，冷冻干燥，储藏在-20℃的条件下待用。
美拉德反应后，赖氨酸的修饰由OPA测试来确定(WCFS协议，版本为B-009/B-010，AP12_1，第30页，也可参见以下)。对照定义为0％的修饰。大豆球蛋白中，2小时后3％，5小时后14％，26小时后54％的可利用赖氨酸已经被修饰了。
(修饰的)大豆球蛋白溶解(2mg/mL)在20mM BisTris pH为7.0和20mM Tris/HCLpH为8.0的溶液中，反复搅拌。在环境温度(22℃)，在540nm处，在1mL的一次性比色皿中，测定钙依赖性聚集。对于蛋白溶液来说，加入100mM在各缓冲液中的氯化钙溶液的等分溶液。
由钙引发的大豆球蛋白聚集如图1所示。
大豆蛋白分离物
在室温下，用去离子水透析大豆蛋白分离物(12克，SPI，见下文，管4于200ml20％的甘油)。用1M的氢氧化钠将水的PH值调节到8.0。透析液中，添加4.4克的果糖(Merck，reinst)，将混浊的褐色蛋白溶液冷冻和冷冻干燥。干燥的蛋白放入55℃的孵化器中的饱和硝酸钠的上方，以保证65％的湿度。在3，6和24小时后取出样品(每个3克)。样品用去离子水(3×12L)在4℃中透析，随后冷冻干燥。
SPI样品溶解(2mg/mL)于pH8.5的20mM的Tris/HCL。在更低的pH值时，蛋白不可溶解。在pH为8.5时，24小时的样品不可溶解，将PH调节到10时，溶解所有的材料。在以后的制备中，没有观察到钙诱导聚集，甚至在30mM氯化钙的浓度的情况下。由于聚集可能受到PH值的影响，这些数据没有包括在图2中。SPI制剂的修饰程度未测定。
由钙诱发的SPI聚集如图2所示。
SPI储藏测试
SPI样本须进行储藏测试。储藏测试的结果表明，在储藏前后几乎没有明显的自由伯胺基的数目的变化。这表明，在溶解状态下的美拉德产物在4℃下至少可以稳定一周。
大豆蛋白分离物的纯化，分离的大豆球蛋白以及从全豆中分离的去大豆球蛋白的大豆蛋白
选择了一种特定的大豆品种(Williams’82；1994收获)来确保分离的蛋白质组分的组合物的重复再现。大豆储藏在-40℃下，在使用前需要直接的解冻。Thanh，V.H.，and Shibasaki K.(1976)，J.Agric.Food Chem.24，1117-1121中已经描述了分馏的原理，但是在不同的阶段这个过程都适用。以下给出了分批的大豆蛋白分离物(PR001)，分离的大豆球蛋白(PR002)，去大豆球蛋白的大豆蛋白分离物(PR003)以及分离的大豆球蛋白(PR004)的、分离过程的详细描述。
方法说明：
1：60kg的全豆用削片滚筒在20℃下破碎，使用空气筛去除外壳。
2：破碎的豆在4℃下旋转研磨。
3：然后，大豆粗粉用不锈钢的圆筒分为2等分，每份±25kg(圆筒的大小±30×150cm)，在10-15℃下用3倍的60升的己烷反复冲洗圆筒，提取油和脂肪。然后，大豆粗粉在10-15℃的空气中干燥24小时。
4：在10℃下，通过连续不断的搅拌，脱脂的豆粉(43kg)用含有10mM 2-巯基乙醇的575升的30mM的Tris/HCl(PH＝8.0)抽提1.5小时。使用4M的氢氧化钠使PH值持续保持在8.0。悬浮液在4℃下储藏过夜，不搅拌。然后，在一个水冷的温度设定为15℃以下的连续离心机(Westfalia Separator AG，类型BKAS-85-076)中将悬浮液离心(9000g)。然后分为8和35kg两个部分，混合上清液。
5：使用6M的盐酸将上清液(蛋白提取物)的PH调低至4.8，然后材料在4℃下搅拌2小时。然后，通过上述离心去除颗粒状的物质。共有18.8千克的材料是颗粒状的。
大约2kg的这种材料，在10mM的2-巯基乙醇和20％的甘油存在的情况下，溶解在4℃，8.5升的10mM的磷酸缓冲液中，然后将他们以17等份、每份500ml储藏在-40℃。这种样品定义为大豆蛋白的分离物(批号PR001，±519g蛋白/8500ml)。
6：在5中获得的12.4kg的颗粒状物质，在10mM 2-巯基乙醇存在的情况下，于4℃并通过搅拌2小时，溶解于120L的10mM的磷酸缓冲液(PH7.8)。然后，使用6M的盐酸将溶液的PH值调低至PH为6.4，然后这些材料在4℃下再搅拌2小时。颗粒物质再通过连续的离心收集(9000g)。
7：在10mM 2-巯基乙醇存在的情况下，在4℃中，用12升10mM的磷酸缓冲液(PH7.8)将转子里面的颗粒物质(大约3.5升的材料)悬浮。加入硫酸铵，得到百分比为50％饱和的溶液。4℃搅拌1小时后将悬浮液离心(Sorvall GSA转子，30min，12000g)。然后，又加入硫酸铵到上清液中，达到饱和程度为70％，搅拌1小时后，上清液再次离心(Sorvall GSA转子，30min，12000g)，收集颗粒状的物质。
在10mM的2-巯基乙醇和20％的甘油存在的情况下，在4℃中，用1升的10mM的磷酸缓冲液(PH7.8)溶解这些颗粒状的物质，并且以4等分、每份250ml储藏在-40℃。这个样品定义为分离的大豆球蛋白(批号PR002，±56克蛋白/1000ml)。
8：在5中获取的剩余的4.4kg的颗粒物质同其它所有的在步骤6中获得的颗粒组分混合，然后在10mM的2-巯基乙醇存在的情况下，用120升10mM的磷酸缓冲液(PH7.8)溶解。用6M的盐酸将溶液的PH值调低至6.0(而不是步骤6的6.4)，在不断搅拌的情况下在4℃下孵育2小时。按照上述的相同的连续离心的步骤收集沉淀的物质，这次的颗粒物质更固体化。
9：在10mM 2-巯基乙醇存在的情况下，在4℃中，用16升的10mM的磷酸缓冲液(pH7.8)溶解颗粒物质(大约4kg)，在溶液中加入硫酸铵，获得饱和百分比为45％。在4℃中孵育1小时后，离心悬浮液(Sorvall GSA转子，30min，12000g)，然后在上清液中加入硫酸铵使得饱和度达到75％。在4℃中孵育1小时后，材料被再次离心(Sorvall GSA转子，30min，12000g)，收集颗粒物质。
这些颗粒物质在10mM的2-巯基乙醇和20％的甘油的存在的情况下，溶解在4℃，3.5升的10mM的磷酸缓冲液(PH7.8)中，将他们以17等份、每份500ml储藏在-40℃。该样品定义为分离的大豆球蛋白(批号PR004，±472.5g蛋白/3500ml)。
10：将步骤8中获得的大约120升的上清液的PH值从6.0降低到4.8，在不搅拌的情况下，在4℃中孵化72小时。然后，轻轻的除去顶部的上清液，沉淀物质(3.5升)储藏在-40℃的温度下。悬浮液然后解冻和离心(Beckman JA14，30min，4℃，18000g)。收集颗粒物质，用10mM的磷酸缓冲液(PH7.6)溶解4小时，用2N的氢氧化钠保持PH值为7.6。
这些颗粒物质在20％的甘油存在的情况下，溶解在2.1升的10mM的磷酸缓冲液(PH7.6)中，将他们以44等份的ca.50ml储藏在-40℃。该后者的材料定义为去大豆球蛋白的大豆蛋白分离物(批号PR003，150.4g蛋白/2191ml g)。
乳清蛋白
材料
实验采用乳清蛋白分离物(BiproDavisco)和Hiprotal 580G(由Friesland食品公司提供)。
美拉德反应
用去离子水透析27克乳清蛋白分离物(WPI；Bipro)。一个样品(对应于总蛋白的1/9，也就是3克)作为对照，剩余的蛋白分为两个部分。果糖加入到其中一个部分中，葡萄糖加入到另一个部分(4.5克)的蛋白中，并且PH值调节到5或者8。然后混合物被冻干。
在4℃用5mM PH8.0的Tris-HCl透析15克Hiprotal。5.3g葡萄糖加入到423ml的透析液中。调节透析液的PH值为8，然后冷冻干燥蛋白。
美拉德反应
使样品发生美拉德反应如下：冷冻干燥的蛋白-糖混合物在weiss箱中在50℃，相对湿度为65％的条件下孵育。取出样品(0，1，2，5，8和/或24小时)，储藏在-20℃中待用。然后，产品用去离子水重新溶解和透析。然后冷冻干燥，储藏待用(4或-20℃)。
OPA分析
修饰的程度由OPA分析的方式确定。
钙诱导的聚集分析研究
为了确定美拉德产物的钙诱导的聚集特征，用10mM的PH6.7+50mM Hepes溶解10mg/ml的样品。加热后(60-75℃，加热步骤的长度可以参看各自的试验)样品的混浊度可以通过在500nm由分光光度法来核定，其为增加的钙浓度的作用。这作为所有制剂的一个终点测定(Pharmacia Ultrospec 4000)来执行。通过使用Varian Cary(于10mMHepes pH6.7+50mM的NaCl中的10mg/ml的溶液)以基于乳清的美拉德产物进行聚集动力学的研究。
储藏时间测试
用溶液中的美拉德产物进行简单的储藏时间测试。SPI和WPI：10-40mg/ml的美拉德产物溶解在50mM的PH为7的Tris-HCl溶液中，或者在PH为4.5的琥珀酸缓冲液中。在样品中加入不同数量的氯化钙，在所有的样品中含有50mM的氯化钠。在样品储藏前后(4℃)用OPA分析来确定美拉德反应的程度。然后进行样品受热测试(类似于巴氏灭菌法；短时间的75℃)以确定样品的热稳定性/钙-诱导聚集。用SPI-W和Hiprotal来进行一个比较的测试。在这种情况下，PH为6.7(50mM Hepes+50mM NaCl)，温度在4℃。另外，一个测试在PH为8(50mM Tris-HCl+50mM NaCl)，储藏温度为30℃。
结果
WPI(Bipro)
比较而言，在葡萄糖存在的情况下比在果糖存在的情况下，WPI的美拉德反应具有更快的动力学以达到大范围的修饰。对于葡萄糖，孵化8小时后，大约20％的可利用赖氨酸被修饰，24小时后，超过80％的赖氨酸被修饰。
Bipro的钙诱导的聚集反应
从终点测试中我们了解到，在60℃时，与未处理的样品比较而言，经美拉德处理过的WPI(用葡萄糖；24小时)对于50mM的钙具有明显更低的敏感性。具有较高程度美拉德反应的样品，尤其是含有葡萄糖的WPI样品，在孵化24小时后，对钙诱导的聚集反应具有较低的敏感性。最大的聚集发生时的钙转移到更高的氯化钙的浓度下(从大约10到大约25mM).
含有葡萄糖的WPI的美拉德反应产物，在孵化24小时后，在加热到60℃时，对于达到100mM的氯化钙的浓度表现出不敏感。而且在这个例子中，试验在70℃下进行，相对于非美拉德的对照来说，在WPI/葡萄糖/24小时的美拉德产物中，观察到钙诱导的聚集明显的下降。
来自WPI的美拉德反应产物的储藏测试
在选择WPI美拉德产物时，要进行储藏测试(PH7，温度4℃)。这些样品含有不同数量，可达到100mM的氯化钙。增加钙是为了看他们是否对美拉德产物有稳定的效应。储存样本，并于一周后通过OPA试验进行分析。
已经表明，24小时的样品在溶液中至少稳定一周的时间。氯化钙的存在好像并不会影响美拉德产物的稳定性。在PH为4的情况下，储藏测试中也可以观察到类似的趋势。3周后，样品中仍然观察到大量的美拉德产物的存在。
Hiprotal 580G
为了确认由Bipro建立的结果，使用Hiprotal进行第二系列的研究。有一个样品比现在的样品给与了更长的孵育的时间，并保留在Weiss箱中进行4天的美拉德反应(3天在50℃/相对湿度为65％；然后一天为55℃/相对湿度为65％)。在美拉德反应后样品没有透析，因此未结合的葡萄糖还是存在，并未进行以确定自由伯胺基数量的OPA的试验。这个样品为Hiprotal“长期”。
通过OPA试验，存在于Hiprotal试样中的自由伯胺基的确定表明，相对于Bipro而言，在蛋白试样中伯胺基数量下降相对较少(美拉德反应程度低)。8小时的孵育后，大约20％的可利用赖氨酸发生美拉德反应。24小时后，大约40％的发生反应。
Hiprotal的巴斯德杀菌试验
在Hiprotal/葡萄糖24小时的情况下，最大混浊度曲线转移至50mM的氯化钙。Hiprotal“长期”样品几乎对氯化钙不敏感。
由钙-引发聚集的动力学测试
Hiprotal的美拉德产物进行钙依赖性的聚集的动力学研究。Hiprotal24小时的样品在60℃几乎没有任何的聚集，这比对照组对钙的敏感性有明显的下降。Hiprotal8小时的样品在60℃实验时比对照效果好。但是Hiprotal24小时更好。最终，用Hiprotal“长期”样品获得了最吸引人的结果。动力学测试表明，在75℃时，几乎不能测量到混浊度。同样，在任何浓度的钙的样本中，都没有观察到沉淀。对比而言，在75℃的对照的样本中和(相同的程度)在t＝8小时的样本中观察到了混浊。
可以清楚看到的是，在60℃的试验中，与对照比较而言(25mM)，在t＝8和t＝24小时的样本中(50mM)，最大的混浊出现在较高的钙浓度下。这进一步的表明美拉德反应会降低对于钙的敏感性。随着钙浓度达到100mM时候，大程度的美拉德反应的Hiprotal在75℃时没有呈现出明显的混浊。
Hiprotal储藏测试
Hiprotal美拉德产物在4℃/PH6.7的情况下可以至少稳定一周。
使用Luff试剂确定还原性糖
以下描述的过程可以用于确定还原性糖的存在。方法是定性的。
Luff试剂
溶液：A 用100ml的去离子水配制的含有25g硫酸铜的溶液(CuSO4·5H2O)
B  用50ml的去离子水配制的含有50g柠檬酸的溶液
C  用400ml温水配制的含有143.8g碳酸钠的溶液
在平衡上述的溶液到室温后，溶液B和C添加到一起。然后，添加溶液A。然后添加去离子水定容到1升。这个试剂可以使用2天。
步骤：
1.配制1wt％的糖溶液。
2.用移液管移走1ml的糖溶液(稀释到0.1％(V/V))到2个反应管中。
3.每次向第一管中添加0.5ml的去离子水，向第二管中添加0.5ml 0.1N的碘溶液和2-3滴的1N的氢氧化钠。混合这些溶液，然后在室温下放置15分钟。
4.根据Luff，用移液管向所有的管中移入2ml的铜试剂。混合并且放置所有的管到沸腾的水浴中，加热5-10分钟。
5.出现红色的沉淀表明还原性糖的存在。

Claims (14)

1.一种二价阳离子强化基于水的食品，所述食品以水的重量计包含至少0.2％的富含赖氨酸的蛋白，其中每克所述的蛋白中，富含赖氨酸的蛋白含有至少4.5重量％的赖氨酸，其中，通过OPA试验确定，至少20％的存在于富含赖氨酸的蛋白中的赖氨酸残基被糖基化，所述的食品本质上不含有不溶解的二价阳离子复合的富含赖氨酸的蛋白盐，并且含有溶解的二价阳离子，导致非糖基化形式的富含赖氨酸的蛋白沉淀为二价阳离子复合蛋白盐。
2.根据权利要求1所述的食品，其中所述食品包含至少50重量％，优选至少80重量％的水。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的食品，其中所述富含赖氨酸蛋白在变性过程中至少90％的非修饰部分发生焓变。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的食品，所述的食品含有一定数量的溶解的二价阳离子，在超过该数量至少5％的二价阳离子的浓度下，非修饰的蛋白会发生沉淀。
5.根据前述的任意一项权利要求所述的食品，所述的食品包含溶解的二价阳离子，以所述富含赖氨酸蛋白的重量计，浓度至少为2％。
6.根据前述任意一项权利要求所述的食品，其中所述富含赖氨酸蛋白是大豆蛋白。
7.根据权利要求6的食品，其中所述食品是豆奶。
8.根据权利要求1-5中的任意一项所述的食品，其中所述富含赖氨酸的蛋白是乳清蛋白。
9.根据权利要求8所述的食品，其中所述食品是牛乳或者它的衍生物。
10.根据前述任意一项权利要求所述的食品，其中所述的二价阳离子包括Ca2+和/或Mg2+。
11.富含赖氨酸的蛋白的应用，其中在制备基于水的二价阳离子强化食品中至少20％的赖氨酸残基已经被糖基化，糖基化的富含赖氨酸的蛋白充分溶解，而非糖基化形式的富含赖氨酸的蛋白会成为二价阳离子复合的富含赖氨酸的蛋白盐而沉淀下来，在每克所述的蛋白中，所述的富含赖氨酸的蛋白含有至少4.5重量％的赖氨酸。
12.一种增加二价阳离子的蛋白结合能力的方法，所述的方法包括使蛋白质处于美拉德反应的条件。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述的方法包括提供干燥或固态的蛋白以及含有还原羰基部分的化合物的混合物的步骤，，以及在相对湿度至少为55％的环境下加热所述混合物到温度至少为40℃。
14.一种修饰的蛋白产品组合物，以糖基化的富含赖氨酸的蛋白干物质的重量计，所述组合物包含至少80％，在每克所述的蛋白中，所述的富含赖氨酸的蛋白含有至少4.5重量％的赖氨酸，其中存在于富含赖氨酸蛋白中至少有20％的赖氨酸残基被糖基化。
CNA2005800462527A 2004-12-15 2005-12-15 具有改良聚集特性的修饰蛋白 Pending CN101098631A (zh)

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