CN101429226B - 一种蛋白质-糖接枝耦联技术改善大米蛋白功能性质的方法 - Google Patents
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Abstract
一种蛋白质-糖接枝耦联技术改善大米蛋白功能性质的方法，属于疏水性植物蛋白改性技术领域。本发明以生产大米淀粉、大米糖浆的副产物——大米蛋白为原料，采用不同的糖基供体，以湿法对其进行糖基化改性。通过大米蛋白与糖的接枝反应，实现大米蛋白溶解性、乳化性、起泡性等各项功能性质的有效改善和充分利用。相对于烷基化、磷酸化、脱酰胺化等对植物蛋白的化学修饰方法，此法安全、环保，大米蛋白-糖接枝耦联产物可作为天然的大分子乳化剂或蛋白营养增强剂，使大米蛋白低敏性和高营养特性得到充分体现和发挥，有效拓展了其应用领域。同时，为疏水性植物蛋白的深入研究与开发提供理论参考。
Description
技术领域
一种蛋白质-糖接枝耦联技术改善大米蛋白功能性质的方法，本发明涉及应用大米蛋白与糖的接枝耦联对大米蛋白进行改性，属疏水性植物蛋白改性技术领域。
背景技术
大米蛋白是蛋白质中的佼佼者。它的氨基酸配比合理，含有人体和动物生长所必需的各种氨基酸，与FAO/WHO所推荐的营养配比模式相近。大米蛋白质中赖氨酸含量在谷物蛋白中最高，很适宜在婴幼儿食品中添加。大米蛋白的生物价为77，不但在各种粮食中居第一位(包括大豆)，而且可以与鱼(生物价76)、虾及牛肉相媲美。很多植物性蛋白中含有抗营养因子，而大米蛋白不含类似致敏因子，安全可靠。近年来的研究发现，大米蛋白不仅具有重要营养价值，还具有重要保健功能，如抗糖尿病、抗胆固醇、抗癌变等。
尽管大米蛋白具有诸多优异特性，但它在食品行业的应用却十分有限。大米蛋白是高疏水性植物蛋白的代表，由于其溶解性较差，不能在水中与其他物料形成均匀的体系，影响了大米蛋白在溶液体系中的应用，另外其较差的溶解性也会导致其稳定性、乳化性、发泡性等性能不佳，目前其应用基本限于动物饲料，资源浪费严重。
目前，植物蛋白增溶改性常采用烷基化、磷酸化、脱酰胺化等化学修饰方法，但其改性效果及安全性始终受到质疑。通过Maillard反应形成蛋白质和多糖的接枝耦联，是近十年来蛋白质增溶与功能特性改善技术研究领域新兴的一个分支。该技术的主要原理是，采用美拉德反应，不添加任何化学试剂，在控制的条件下，使蛋白质的分子中氨基酸侧链的自由氨基(主要是赖氨酸侧链上的ε-氨基基团)与多糖的还原性羰基末端反应得到共价复合物，利用生物大分子多糖的多羟基本质改善共价复合物的亲水-亲油平衡，利用多糖的无规线团结构特质改善复合物的热稳定性，同时利用多糖的大分子本质改善复合物的界面空间稳定效果。该复合物在溶解性、乳化性、热稳定性、抗菌性等功能特性方面都有不同程度的提高，有较大的抵抗外界环境变化的能力。并且，它是一种“绿色”的改性蛋白，符合现代社会对食品与日俱增的要求。应该说，这种采用生物大分子多糖来改善蛋白质功能特性的技术是为数不多的蛋白质安全改性技术之一。
目前，蛋白质与还原糖通过美拉德反应进行接枝改性的方法主要有干法和湿法两种。国内外研究主要集中在干热变性反应方面，而对湿热反应的研究很少。在液相体系中，蛋白与多糖之间接触的几率更大，在蛋白-蛋白接触面上存在重要的结构改变，在相对较短反应时间下，反应的程度更高。
发明内容
一种蛋白质-糖接枝耦联技术改善大米蛋白功能性质的方法，是对现有的疏水性植物蛋白改性技术的改善和发展。通过大米蛋白与糖的接枝反应，实现大米蛋白溶解性、乳化性、起泡性等各项功能性质的有效改善和充分利用，拓展了其应用领域，同时为疏水性植物蛋白的深入研究与开发提供理论参考。
本发明的技术方案：一种蛋白质-糖接枝耦联技术改善大米蛋白功能性质的方法，以大米蛋白为原料，与糖基供体以一定比例在溶液中混合均匀，在一定的条件下进行美拉德接枝反应。具体工艺为：
(1)大米蛋白的溶解：称取一定量大米蛋白，加入去离子水(配制成1.2％w/v蛋白溶液)，用NaOH溶液调pH至12，在50℃水浴下搅拌使蛋白溶解，再将样品冷却至室温；
(2)大米蛋白与糖基供体的混合：在大米蛋白溶液中加入糖基供体，使大米蛋白、糖基供体的质量比为1∶1，搅拌20min；
(3)大米蛋白与糖基供体的反应：将大米蛋白与糖基供体的混合液用酸碱调节pH至11，90℃水浴下反应15-20min后立即放入冰浴中冷却5min；
(4)干燥：将反应以后的混合液进行冷冻干燥，至水分含量降到10％以下，即得大米蛋白-多糖接枝耦联产品。
糖基供体选用葡萄糖、乳糖、麦芽糊精或葡聚糖。
本发明使用了不同种类的糖基供体与大米蛋白在溶液中混合后进行美拉德接枝耦联反应。发明人发现大米蛋白与不同种类的糖通过Maillard反应得到的产物，其溶解性、乳化活性、乳化稳定性、起泡性均要优于未加糖的蛋白对照样。但各项功能性质的改善幅度与糖基供体的种类、分子量大小以及反应的程度有关。大米蛋白-葡萄糖的反应产物在反应10min时乳化活性达到最大；大米蛋白-乳糖的反应产物在反应进行15min时达到最大乳化活性；大米蛋白-麦芽糊精和大米蛋白-葡聚糖的反应产物则需要20min使乳化活性达到最高，且其乳化稳定性明显低于大米蛋白-葡萄糖和大米蛋白-乳糖的反应产物。而经过相同的反应时间，大米蛋白-葡萄糖反应产物的乳化稳定性和溶解性均优于大米蛋白-乳糖的反应产物。在最佳的反应条件下，大米蛋白-葡萄糖反应产物的乳化活性为未加糖的蛋白对照样的1.37倍，乳化稳定性为蛋白对照样的1.62倍，溶解度达90.3％。
本发明的有益效果：首次应用大米蛋白与糖之间的湿法接枝耦联反应，实现了大米蛋白功能特性的有效改善。不仅提高了大米蛋白的利用水平，发挥出大米蛋白低敏性、高营养价值的自身优势，还能拓展其在医药、化妆品等高附加值产品中应用，使大米蛋白作为一种健康概念的食品具有巨大的市场潜力。同时，该技术还可以推广应用到其它疏水性植物蛋白的功能修饰，为全面提升植物蛋白作为功能性食品配料的应用性能提供示范和带头作用。
具体实施方式
实施例1
称取一定量大米蛋白，加入去离子水(配制成1.2％w/v蛋白溶液)，用NaOH调pH至12，在50℃水浴下磁力搅拌使蛋白溶解，然后将样品冷却至室温，按一定配比加入葡萄糖，使蛋白-葡萄糖的质量比为1∶1，搅拌20min，使蛋白/糖充分混合均匀，用酸碱调节pH至11，将混合液加热至90℃并不断搅拌，保温15min后立即放入冰浴中冷却5min，将反应以后的混合液进行冷冻干燥，至水分含量降到10％以下，即得到改性大米蛋白产物。
实施例2
称取一定量大米蛋白，加入去离子水(配制成1.2％w/v蛋白溶液)，用NaOH调pH至12，在50℃水浴下磁力搅拌使蛋白溶解，然后将样品冷却至室温，按一定配比加入乳糖，使蛋白-乳糖的质量比为1∶1，搅拌20min，使蛋白/糖充分混合均匀，用酸碱调节pH至11，将混合液加热至90℃并不断搅拌，保温15min后立即放入冰浴中冷却5min，将反应以后的混合液进行冷冻干燥，至水分含量降到10％以下，即得到改性大米蛋白产物。
实施例3
称取一定量大米蛋白，加入去离子水(配制成1.2％w/v蛋白溶液)，用NaOH调pH至12，在50℃水浴下磁力搅拌使蛋白溶解，然后将样品冷却至室温，按一定配比加入麦芽糊精，使蛋白-麦芽糊精的质量比为1∶1，搅拌20min，使蛋白/糖充分混合均匀，用酸碱调节pH至11，将混合液加热至90℃并不断搅拌，保温20min后立即放入冰浴中冷却5min，将反应以后的混合液进行冷冻干燥，至水分含量降到10％以下，即得到改性大米蛋白产物。
实施例4
称取一定量大米蛋白，加入去离子水(配制成1.2％w/v蛋白溶液)，用NaOH调pH至12，在50℃水浴下磁力搅拌使蛋白溶解，然后将样品冷却至室温，按一定配比加入葡聚糖，使蛋白-葡聚糖的质量比为1∶1，搅拌20min，使蛋白/糖充分混合均匀，用酸碱调节pH至11，将混合液加热至90℃并不断搅拌，保温20min后立即放入冰浴中冷却5min，将反应以后的混合液进行冷冻干燥，至水分含量降到10％以下，即得到改性大米蛋白产物。
对实施例1制备的改性大米蛋白产物的性质进行测定。包括产物的乳化活性、乳化稳定性、溶解性、接枝度；表1列出了实施例1条件下制备的改性大米蛋白产物的性质与原大米蛋白性质的比较。
在反应初期(5min)时，体系乳化活性、乳化稳定性以及溶解性变化不大，当反应进行到15min后，体系乳化活性、乳化稳定性以及溶解性均快速增大，达到最大值。虽然随着反应的进行，接枝度度呈不断增大趋势，但到反应后期，接枝度增大减缓。
表1大米蛋白-葡萄糖反应产物在不同反应时间的功能性质与原大米蛋白的比较
| 原大米蛋白 | 反应5min | 反应10min | 反应15min | 反应20min | 反应30min | |
| 乳化活性EA | 0.461 | 0.539 | 0.631 | 0.642 | 0.599 | 0.563 |
| 乳化稳定性ES | 11.11 | 11.42 | 14.05 | 18.24 | 15.40 | 14.36 |
| 溶解性S％ | 10.88 | 18.62 | 85.61 | 90.30 | 90.05 | 89.90 |
| 接枝度％ | 0 | 21.84 | 30.02 | 34.01 | 38.21 | 38.98 |
Claims (1)
1.一种蛋白质-糖接枝耦联技术改善大米蛋白功能性质的方法，其特征是以大米蛋白为原料，与糖基供体以一定比例在溶液中混合均匀，在一定的条件下进行美拉德接枝反应；工艺为：
(1)大米蛋白的溶解：称取一定量大米蛋白，加入去离子水配制成重量体积百分1.2％的蛋白溶液，用NaOH溶液调pH至12，在50℃水浴下搅拌使大米蛋白溶解，再冷却至室温；
(2)大米蛋白与糖基供体的混合：在大米蛋白溶液中加入糖基供体，使大米蛋白、糖基供体的质量比为1∶1，搅拌20min；
(3)大米蛋白与糖基供体的反应：将大米蛋白与糖基供体的混合液用酸碱调节pH至11，90℃水浴下反应15-20min后立即放入冰浴中冷却5min；
(4)干燥：将反应以后的混合液进行冷冻干燥，至水分含量降到10％以下，即得大米蛋白-糖接枝耦联产品；
所述糖基供体选用葡萄糖或乳糖。
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