CN101600357B - 用于活性成分的保护性水胶体 - Google Patents

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Abstract

(经修饰的)水稻胚乳蛋白被用作为活性成分的新颖保护性水胶体,所述活性成分尤其是脂溶性活性成分和/或着色剂。本发明包括组合物及其生产方法,所述组合物包含(经修饰的)水稻胚乳蛋白和至少一种活性成分,本发明还包括(经修饰的)水稻胚乳蛋白本身及其生产方法。这些组合物可用于对食品、饮料、动物饲料、个人护理组合物和药物组合物的富集、强化和/或着色,本发明还涉及分别含有此类(经修饰的)水稻胚乳蛋白和此类组合物的食品、饮料、动物饲料、个人护理组合物和药物组合物。

Description

用于活性成分的保护性水胶体
本发明涉及(经修饰的)水稻胚乳蛋白用作为活性成分的新颖保护性水胶体的用途,所述活性成分尤其是脂溶性活性成分和/或着色剂。此外,本发明涉及下述组合物及其生产方法,所述组合物包含(经修饰的)水稻胚乳蛋白和至少一种活性成分,本发明还涉及(经修饰的)水稻胚乳蛋白本身及其生产方法。本发明还涉及此类组合物用于对食品、饮料、动物饲料、个人护理组合物和药物组合物进行富集、强化和/或着色的用途,以及涉及分别含有此类(经修饰的)水稻胚乳蛋白和此类组合物的食品、饮料、动物饲料、个人护理组合物和药物组合物。
活性成分,尤其是脂溶性活性成分或着色剂,通常不原样添加至食品、饮料、动物饲料、个人护理组合物和药物组合物中,而是以在水性保护性胶体中活性成分的制剂形式添加,这是为了增强化学稳定性、(水)溶解度、自由流动性和受控释放等性质。已知的水性保护性胶体是,例如,不同来源(禽、牛、猪、鱼)的明胶和淀粉。由于宗教方面或过敏反应方面的原因,动物来源的水性保护性胶体通常是人们不想要的,而对无玉米(corn)和无麦麸(gluten)产品感兴趣的消费者不喜欢基于淀粉的水性保护性胶体,因此,人们仍需要替代性的水性保护性胶体。
水稻胚乳蛋白被认为是营养性的、低变应原性(hypoallergenic)的,因此其是用于活性成分制剂的保护性水胶体的合适的替代性来源。但是,水稻胚乳蛋白在中性pH时的高度不溶性和较差的功能性限制了其作为功能性成分在食品和药物产品中的工业应用。本发明克服了这些局限,将(经修饰的)水稻胚乳蛋白作为活性成分(尤其是脂溶性活性成分和/或着色剂)制剂的保护性水胶体并入。
水稻蛋白较之其它谷物(包括玉米和小麦)而言,在营养品质方面的排名很高,因此被认为在作为食品成分的用途方面极具潜力。谷物颗粒蛋白富含必要氨基酸——半胱氨酸和甲硫氨酸。赖氨酸是谷物蛋白中主要的局限氨基酸,但是水稻却比其它谷物蛋白(小麦2.3,玉米2.5g/16g N)含有更多的赖氨酸(3.8g/16g N)(见下文引用的参考文献4)。虽然水稻通常被认为是常见谷粒(小麦10.6%,玉米9.8%,大麦11.0%,小米11.5%)中蛋白质含量最低的(7.3%),但是水稻蛋白的净蛋白利用(73.8%)却是谷物谷粒中最高的(小麦53.0%,玉米58.0%,大麦62.0%,小米56.0%)。
较之其它谷物蛋白,对水稻蛋白的分离是困难的,并且因此耗费成本。占主要地位的水稻蛋白——谷蛋白是疏水性的,并通过二硫键交联。提取的蛋白本质上高度不可溶,蛋白分离中使用的条件还会进一步降低它们的溶解度,由此它们在作为功能性成分方面的应用是有所局限的。可通过碱提接着在蛋白等电点pH下的沉淀,来从米粉中获得高蛋白的水稻产品。通常用淀粉水解酶,例如α-淀粉酶、葡糖淀粉酶和支链淀粉酶,通过溶解和除去淀粉来分离米粉中的蛋白。除了淀粉水解酶之外,还已经用纤维素酶和半纤维素酶来进一步增加水稻蛋白浓缩物中的蛋白含量。但是,关于合适的提取方法和此类分离物功能性的信息很有限。使用经批准的食品级酶和化学物质进行的高效提取方法对于商业生产和应用水稻蛋白来说是必要的。
该需要由本发明的包含水稻胚乳蛋白和活性成分的组合物来满足。
背景技术信息
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发明详述
本发明的组合物
本发明的组合物可以是固体组合物,即稳定的水溶性或水可分散性粉末,或者它们可以是液体组合物,即上述粉末的水性胶体溶液或水包油分散体系。可通过下文所述的方法或通过类似手段,来制备经稳定的水包油分散体系,其可以是水包油乳液或者可以是悬浮的(即,固体)颗粒和乳化的(即,液体)液滴的混合物。
更具体地,本发明涉及粉末形式的稳定组合物,其包含处于(经修饰的)水稻胚乳蛋白基质中的一种或多种(脂溶性)活性成分和/或一种或多种着色剂。
优选地,(经修饰的)水稻胚乳蛋白的量为1至70重量%,更优选地,5至50重量%,进一步更优选地,10至40重量%,最优选地,10至20重量%(其中20重量%是最优选的量),和/或,(脂溶性)活性成分和/或着色剂的量是0.1至90重量%,优选地,1至80重量%,更优选地,1至20重量%,上述量都基于组合物总重。如果存在额外佐剂和/或赋形剂,例如生育酚和/或棕榈酸抗坏血酸酯,它们以基于组合物总重而言0.01至50重量%的量存在,优选地,0.1至30重量%的量,更优选地,0.5至10重量%的量。
(经修饰的)水稻胚乳蛋白
在本发明的一些优选实施方式中,水稻胚乳蛋白是经修饰的水稻胚乳蛋白,其生产方法如下文所述(见,第13页第26行至第18页第23行和实施例1-7)。一种尤其优选的水稻蛋白是通过下述步骤获得的:碱提,(酶促修饰,尤其是用Alkalase进行),离心和超滤。如果由此获得的经修饰的水稻胚乳蛋白需要被进一步使用,那么还可以对其加以干燥。
但是,本发明并不仅限于使用这样生产的经修饰的水稻胚乳蛋白。
进一步更优选的是具有≥220的乳化能力的(经修饰的)水稻胚乳蛋白,优选地,≥350,更优选地,≥500,进一步更优选地,500至1000。此外,在本发明的一些优选实施方式中,所用的(经修饰的)水稻胚乳蛋白具有≥0.2的乳化活性,优选地,≥0.45,更优选地,≥0.5,进一步更优选地,0.5至1.0。对乳化能力的测定如实施例8所述,对乳化活性的测定如实施例9所述。本发明还涉及这些(经修饰的)水稻胚乳蛋白本身。
在本发明的进一步优选的组合物中,(经修饰的)水稻胚乳蛋白与选自还原糖、糖蛋白或糖肽构成的组的至少一种化合物交联。
活性成分
一般而言,活性成分是具有药理学作用的那些成分或者对人或动物体提供健康益处的那些。优选地,活性成分是脂溶性活性成分和/或着色剂。
脂溶性活性成分和/或着色剂优选选自胡萝卜素和结构相关的多烯化合物、脂溶性维生素、辅酶Q10、多不饱和脂肪酸(例如二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA))及其酯(例如,乙酯或甘油三酸酯(含有相同或不同的脂肪酸))、富含多不饱和脂肪酸的甘油单/二/三酸酯、脂溶性UV-A滤光剂、UV-B滤光剂以及其生理学可接受衍生物(例如其酯,尤其是与C1-20碳酸的)以及它们的任何混合物。
最优选的脂溶性维生素是维生素A或维生素E。
胡萝卜素和结构相关的多烯化合物的优选例子是类胡萝卜素,例如,α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、8’-阿朴-β-胡萝卜醛(carotenal)、8’-阿朴-β-胡萝卜素酸酯(例如乙酯)、斑蝥黄(canthaxanthin)、虾青素、番茄红素、叶黄素、玉米黄质、藏花酸、α-玉米胡萝卜素(zeacarotene)、β-玉米胡萝卜素及它们的生理学可接受的衍生物,例如它们的酯,尤其是与C1-20碳酸的,以及它们的任何混合物。
最优选的类胡萝卜素是β-胡萝卜素。
术语“β-胡萝卜素”包括全顺式和全反式异构体以及所有可能的混合顺反异构体。这同样应用于其它类胡萝卜素。
术语“玉米黄质”包括天然的R,R-玉米黄质以及S,S-玉米黄质、内消旋玉米黄质以及它们的任何混合物。这同样适用于叶黄素。
(脂溶性)活性成分可以是天然来源的,即,从植物中分离/提取的,纯化和/或浓缩的,以及通过化学和/或微生物(发酵)途径合成的那些。
其它组分
除了活性成分和(经修饰的)水稻胚乳蛋白之外,优选地,本发明的组合物还可含有至少一种水溶性抗氧化剂和/或脂溶性抗氧化剂。
水溶性抗氧化剂可以例如是抗坏血酸或其盐,优选地,抗坏血酸钠,水溶性多酚,例如羟基酪醇(hydroxytyrosol)和橄榄多酚配醣体(oleuropein aglycon);表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)或迷迭香或橄榄的提取物。
脂溶性抗氧化剂可以例如是生育酚,例如dl-α-生育酚(即,合成生育酚)、d-α-生育酚(即,天然生育酚)、β-生育酚或γ-生育酚或它们中两种或多种的混合物;丁基化羟基甲苯(BHT);丁基化羟基茴香醚(BHA);乙氧喹啉、没食子酸丙酯、叔丁基羟基喹啉;或6-乙氧基-1,2-二羟基-2,2,4-三甲基喹啉(EMQ)或脂肪酸的抗坏血酸酯,优选是棕榈酸抗坏血酸酯或硬脂酸抗坏血酸酯。
本发明的组合物还可含有选自脂肪酸的甘油单/二酸酯、脂肪酸的多甘油酯、卵磷脂;N-酰化氨基酸及其衍生物、具有烷基或烯基的N-酰化肽及其盐;烷基或烯基醚或硫酸酯及其衍生物和盐;聚氧乙烯化烷基或烯基脂肪醚或酯;聚氧乙烯化烷基或烯基羧酸及其盐;N-烷基或N-烯基甜菜碱;烷基三甲基铵或烯基三甲基铵及其盐;多醇烷基或烯基醚或酯;及其混合物构成的组的共乳化剂(co-emulgator)。
多醇烷基或烯基醚或酯的优选例子是被至少20个单元的乙撑氧聚氧乙烯化的山梨聚糖烷基或烯基酯,例如,山梨聚糖棕榈酸酯20EO或聚山梨糖40(Seppic公司以商品名Montanox 40DF销售)、山梨聚糖月桂酸酯20EO或聚山梨糖20(ICI公司以商品名Tween 20销售)和山梨聚糖单硬脂酸酯。
根据本发明的制剂还可被压为片剂,其中可以加入选自单糖、二糖、寡糖和多糖、甘油和甘油三酸酯构成的组的一种或多种赋形剂和/或佐剂。
可存在于本发明组合物中的单糖和二糖的优选例子是蔗糖、转化糖、木糖、葡萄糖、果糖、乳糖、麦芽糖、甘蔗糖(saccharose)和糖醇。
寡糖和多糖的优选例子是淀粉、改性淀粉和淀粉水解产物。淀粉水解产物的优选例子是糊精和麦芽糊精(尤其是具有5至65范围内的葡糖当量(DE)的那些)和葡萄糖浆(尤其是具有20至95范围内的DE的那些)。术语“葡萄当量”(DE)指水解程度,其是还原糖的量的量度,被计算为基于干重的D-葡萄糖;该标度基于:DE接近于0的天然淀粉和DE为100的葡萄糖。
合适地,甘油三酸酯是植物油或脂肪,优选地,玉米油、葵花籽油、大豆油、红花油、油菜籽油、花生油、棕榈油、棕榈仁油、棉籽油、橄榄油或椰油。
固体组合物可以额外含有抗结块剂(例如硅酸或磷酸三钙等)以及至多为10重量%,通常是2-5重量%的水。
组合物的生产方法
本发明的一个目的还是生产本发明组合物的工艺,所述工艺包括下述步骤:
I)制备(经修饰的)水稻胚乳蛋白的水性溶液或胶体溶液,
II)可选地,向步骤I)中制备的溶液中至少加入水溶性赋形剂和/或佐剂,
III)制备至少有活性成分(优选地,至少有脂溶性活性成分和/或着色剂)以及可选地至少有脂溶性佐剂和/或赋形剂的溶液或分散体系,
IV)将步骤I)至III)中制备的溶液互相混合起来,
V)均质由此得到的混合物,
VI)可选地,加入交联剂用于交联(经修饰的)水稻胚乳蛋白,
VIa)可选地,对进行步骤VI)之后得到的混合物进行酶促处理或热处理,以交联(经修饰的)水稻胚乳蛋白,
VII)可选地,将步骤V)和/或VI)中获得的分散体系转化为粉末,
VIII)可选地,干燥步骤VII)中获得的粉末,
IX)可选地,对干燥粉末进行热处理或酶促处理,以交联(经修饰的)水稻胚乳蛋白,
同时满足下述条件:在进行步骤VI)的情况下,仅进行步骤VIa)或步骤IX)之一,而非两者都进行。
步骤I
该步骤通过将水加入(经修饰的)水稻胚乳蛋白或者反过来操作来简单地进行,可选地,在搅拌下进行。或者,可以通过超声波处理来进行均质。
优选地,使用具有上文所述的优选级(preferences)的(经修饰的)水稻胚乳蛋白。
步骤II
可加入水溶性赋形剂和/或佐剂,例如单糖、二糖、寡糖和多糖、甘油和水溶性抗氧化剂。它们的例子在上文中给出。
步骤III
活性成分是上文描述过的。
(脂溶性)活性成分和/或着色剂以及可选地脂溶性赋形剂和佐剂原样使用,或者溶解或悬浮于甘油三酸酯和/或(有机)溶剂中使用。
合适的有机溶剂是卤代脂肪族碳氢化合物、脂肪族醚、脂肪族碳酸酯和环状碳酸酯、脂肪族酯和环状酯(内酯)、脂肪族酮和环状酮、脂肪族醇及其混合物。
卤代脂肪族碳氢化合物的例子是单卤代或多卤代的、线性或带支链或环状的C1至C15的链烃。尤其优选的例子是单氯代或多氯代或单溴代或多溴代的、线性或带支链或环状的C1至C15的链烃。更优选的是单氯代或多氯代的、线性或带支链或环状的C1至C15的链烃。最优选的是二氯甲烷和氯仿。
脂肪族酯和环状酯(内酯)的例子是乙酸乙酯、乙酸异丙酯和乙酸正丁酯以及γ-丁内酯。
脂肪族酮和环状酮的例子是丙酮、二乙基甲酮和异丁基甲基甲酮;以及环戊酮和异佛乐酮。
环状碳酸酯的例子尤其是碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯及其混合物。
脂肪族醚的例子是二烷基醚,其中烷基部分具有1至4个碳原子。一个优选例子是二甲基醚。
脂肪族醇的例子是乙醇、异丙醇、丙醇和丁醇。
此外,任何油(甘油三酸酯)、橙油、柠檬油精(limonen)等和水可用作为溶剂。
可加入的脂溶性赋形剂和/或佐剂是,例如,玉米油、脂肪酸的甘油单/二酸酯、多甘油脂肪酸酯以及中链甘油三酸酯(“MCT”)。
步骤IV
在本发明的一种备选工艺中,不进行步骤III),而是直接向步骤I)或II)的溶液中加入活性成分和可选的脂溶性赋形剂和/或佐剂。
步骤V
为进行均质,可以应用传统技术,例如高压均质、高剪切力乳化(转子-定子系统)、微粉化、湿碾磨、微通道乳化、膜乳化或超声波处理。用于制备含有(脂溶性)活性成分和/或着色剂(对食品、饮料、动物饲料、化妆品和药物组合物的富集、强化和/或着色)的组合物的其它技术公开于EP-A 0937412(尤其是[0008]、[0014]、[0015]、[0022]至[0028]段)、EP-A1008380(尤其是[0005]、[0007]、[0008]、[0012]、[0022]、[0023]至[0039]段)和US 6,093,348(尤其是第2栏第24行至第3栏第32行;第3栏第48-65行;第4栏第53行至第6栏第60行)中,这些文献的内容都通过引用并入本文。
步骤VI
交联剂优选选自还原糖、糖蛋白和糖肽构成的组。因此,(经修饰的)水稻胚乳蛋白和糖蛋白/糖肽的糖或糖部分之间形成分子间交联。交联剂的优选例子是还原糖,例如葡萄糖、果糖、甘蔗糖和木糖。
步骤VIa
交联可以通过对额外含有上文所述交联剂的混合物进行热处理,使得糖与蛋白在Maillard型的反应中交联来实现,即,通过热处理,优选在大约30至大约160℃的温度下进行,更优选地,大约70至大约100℃的温度,最优选地,大约80至大约90℃的温度。
用交联剂交联(经修饰的)水稻胚乳蛋白还可通过用交联酶(酰基转移酶,EC 2.3,例如,转谷氨酰胺酶,EC 2.3.2.13,蛋白质-谷氨酰胺:γ-谷氨酰转移酶)的处理来实现,即通过酶促处理,其方便地进行于大约0至大约70℃的温度下,优选地,大约20至大约40℃的温度下。优选地,根据步骤VIa)的酶促处理是用交联酶,特别是转谷氨酰胺酶进行的处理。
酶促交联导致产生稳定的含蛋白多糖网络,在用转谷氨酰胺酶的情况下,这是通过ε-(γ-谷氨酰)-赖氨酸异肽键的形成来实现的。对于酶促交联来说,使用糖蛋白或糖肽是优选的。
使得糖和蛋白在Maillard型反应中交联的热处理和酶促交联这两种技术都可用于将亲脂性部分并入,并且可以在干燥形式的组合物(步骤IX)或水性溶液或悬浮液(步骤VIa)中进行。酶促交联优选在水性溶液或悬浮液中进行。
步骤VII
由此获得的分散体系(其是水包油分散体系)可在除去有机溶剂(如果存在的话)之后被转化为固体组合物,例如干粉,这通过使用任何传统技术来进行,例如,喷雾干燥,喷雾干燥与流床制粒(后者通常作为流式喷雾干燥或FSD已知)的组合或者通过粉末捕捉技术(喷雾的乳液液滴由此被捕捉于吸收剂,例如淀粉、硅酸钙和二氧化硅的床中并随后被干燥)来实现。
喷雾干燥可在大约100至大约250℃的进口温度(优选地,大约150℃至大约200℃,更优选地,大约160至大约190℃)和/或大约45至大约160℃的出口温度(产物温度)(优选地,大约55至大约110℃,更优选地,大约65至大约95℃)下进行。
步骤VIII
对步骤VII中获得的粉末的干燥优选在≤100℃的温度下进行,优选地,20至100℃的温度下,更优选地,60至70℃的温度下。如果干燥在真空下进行,那么温度会更低。
步骤IX
通过热处理进行的交联按照上文中针对步骤VIa所述的来进行。这同样应用于酶促处理,但是酶促处理优选在溶液/悬浮液中进行。
(经修饰的)水稻胚乳蛋白的生产方法
本发明还涉及从经碾磨水稻来生产(经修饰的)水稻胚乳蛋白的工艺,其中,在碾磨之前除去稻麸,所述工艺包括下述步骤a)至e),并且满足下述条件:步骤b)、c)和d)至少要进行一个。
a)制备经碾磨水稻的水性溶液或悬浮液,其中,在碾磨之前除去稻麸,其中,溶液或悬浮液优选具有基于水性溶液或悬浮液总重而言0.1至30重量%的干物质含量,优选地,10至15重量%;
b)可选地,移出经碾磨水稻的非蛋白部分或蛋白部分,以获得水稻胚乳蛋白,其中在碾磨之前除去稻麸;
c)可选地,修饰经碾磨水稻的蛋白部分,以获得经修饰的水稻胚乳蛋白,其中在碾磨之前除去稻麸;
d)可选地,分离(经修饰的)水稻胚乳蛋白;
e)可选地,将(经修饰的)水稻胚乳蛋白转化为固体形式。
在本发明的上下文中,“水稻胚乳蛋白”尤其表示通过进行步骤a)和b);或步骤a)和d);或步骤a)、b)和e);或步骤a)、b)和d);或步骤a)、d)和e);或步骤a)、b)、d)和e)获得的产物。优选地的是进行步骤a)和b)(和d)和/或e))的实施方式,尤其优选的是进行步骤a)、b)和d)(和e))的实施方式。
在本发明的上下文中,“经修饰的水稻胚乳蛋白”尤其表示进行步骤c)获得的产物,即,通过进行步骤a)和c);或步骤a)、b)和c);或步骤a)、c)和d);或步骤a)、c)和e);或步骤a)、b)、c)和d);或步骤a)、c)、d)和e);或步骤a)、b)、c)和e)或步骤a)、b)、c)、d)和e)获得的产物。
经修饰的水稻胚乳蛋白(及其优选级)较水稻胚乳蛋白更优选。最优选的是通过进行步骤a)、b)、c)和d)(和e))获得的产物。
步骤a)
经碾磨的水稻(其中在碾磨之前除去稻麸)也被表示成“米粉”(rice flour)。
该步骤通过向米粉中加入水或者反过来操作简单地进行,可选地,通过剧烈搅拌(用机械搅拌器)来进行,直到米粉完全分散,或者通过用均质机对米粉悬浮液进行均质(例如,室温下5分钟)来进行。
步骤b)
移出非蛋白部分
优选地,步骤b)可这样来实现:用非蛋白降解酶处理米粉,例如,用Termamyl的0.5%水性悬浮液在90℃处理2小时以及然后用纤维素酶的0.1%水性悬浮液在50℃处理30分钟——没有任何pH调节(pH 6-7),灭活酶,从米粉的蛋白部分分离并移出非蛋白部分。
非蛋白降解酶的优选例子是淀粉降解酶,例如,α-淀粉酶和纤维素酶(即,纤维素降解酶)及其混合物。α-淀粉酶的优选例子是Termamyl120,L型,其可从Novo NordiskBiochem,North America,Inc.,USA商业获得。其它优选的酶是LiquzymeSupra(可从NovoNordisk Biochem,NorthAmerica,Inc.,USA商业获得)、Amylase S″Amano″35G(可从AmanoPharmaceutical Co.Ltd.,Nagoya,Japan商业获得)、Multifect Cellulase(可从Genencor International,Inc.,USA商业获得)和Cellulase T″Amano″4(可从AmanoPharmaceutical Co.Ltd.,Nagoya,Japan商业获得)。
如果用无机酸(例如氢氯酸)或有机酸(例如柠檬酸)或碱时,可通过对溶液或悬浮液加以中和来终止酶反应,或者通过加热使酶变性来终止酶反应。
可通过将溶液加热至80℃至95℃的温度10-15分钟来实现变性,优选地,80至85℃的温度(尤其是在3.5至4.5的低pH下)。之后溶液可被冷却至50℃。
可通过离心(5000g 15分钟)(由此使得非蛋白部分在水相中),接着用去离子水洗来实现对非蛋白部分的分离。水稻胚乳蛋白留在沉淀团中。
移出蛋白部分
或者,在离心或过滤之前可以进行所谓的“碱提”或所谓的“盐提”。
“碱提”表示:首先用碱溶液(例如,NaOH水溶液)将米粉溶液或悬浮液的pH调节至7至12的值,优选地,8至10的值,更优选地,大约9的值,这在40至60℃进行3小时。
当蛋白产率比蛋白功能性更重要的情况下,将pH优选调节至8至12,更优选9至12,进一步更优选10至12可能是有利的。
优选地,此类碱具有大约0.1至5M之间的浓度,优选地,大约0.5至大约2M。碱可以是无机碱。无机碱的例子是碱(土)金属氢氧化物,例如氢氧化钠(优选的)、氢氧化钾和氢氧化钙。
“盐提”与“碱提”类似,但是除碱之外,还使用盐,例如氯化钠。在本发明的一种优选实施方式中,使用0.08M氯化钠水溶液(用NaOH调节至pH 11)作为提取溶剂。
在两种情况(碱提或盐提)下,蛋白部分都被转移至水相。然后可通过离心或过滤将蛋白部分与非蛋白部分分离。
步骤c)
可通过用(商业可获得的)食品级碱性、中性和/或酸性蛋白酶处理米粉(的蛋白部分),来实现对米粉的修饰。实施例中给出了针对一些蛋白酶的酶规格和最优条件。
蛋白酶可来自细菌或真菌,以及来自水果,或者可以是动物来源的。碱性蛋白酶的例子是商业可获得的Alkalase(Novo Nordisk Biochem,Franklinton,NC,USA)、Alkaline Protease(Enzyme DevelopmentCorporation,New York,NY,USA)、Protex 6L(GenencorBacterialAlkaline Protease,Genencor International,Inc.,Rochester,NY,USA)和GenencorProtease 899(Genencor International,Inc.,Rochester,NY,USA)。
中性蛋白酶的例子是商业可获得的Bromelain(EnzymeDevelopmentCorporation,New York,NY,USA)、Liquipanol(EnzymeDevelopmentCorporation,New York,NY,USA)和细菌中性蛋白酶(GenencorInternational,Inc.,Rochester,NY,USA)。中性蛋白酶的另一例子是商业可获得的、DSM Food Beverages,Delft,Netherlands的Collupilin,其是从Carica木瓜(一种植物)生产的,即,水果来源的酶。
酸性蛋白酶的例子是Pepsin(胃蛋白酶,Sigma,USA)和AcidProtease(AmanoPharma-ceutical Co.Ltd.,Nagoya,Japan)。
在本发明的工艺的一种优选实施方式中,随后通过两种不同的碱性蛋白酶,在7至10的pH范围下,40至60℃的温度下,对米粉的蛋白部分进行10至80分钟的处理。
优选地,这两种蛋白酶之一是丝氨酸特异性蛋白酶,例如,Alkalase、Protex 6L或Alkaline Protease,另一种是半胱氨酸特异性蛋白酶,例如,Liquipanol或Bromelain
该步骤还可改变为:不一次加入酶,而是分部分加入它们(随后或同时)。
步骤c)还可以在步骤d)之后进行,即,先分离水稻胚乳蛋白,然后再对其加以修饰。
步骤d)
优选地,通过离心和/或过滤来进行步骤d),优选地,通过超滤来进行。超滤可以在之前不进行离心的情况下进行。
酶失活后,可对水解产物进行低速离心(1000g 10分钟),以分离不可溶蛋白和杂质。
然后可将蛋白水解产物的可溶级分滤经Whatman#.4滤纸,并对滤液顺序进行超滤(UF)和渗滤(DF),这用分子量分离点(MWCO)≥5kDa的膜来进行,优选地,用分子量分离点≥30kDa的膜来进行,更优选,用分子量分离点≥50kDa的膜来进行,最优选地,用分子量分离点为50至750kDa的膜来进行。
超滤和渗滤可在室温下,20至25psi的进口压力和10psi的出口压力下进行。然后可将溶液超滤至浓缩因子为5。超滤后,可立刻用两倍体积的去离子水对滞留物进行两次渗滤。在超滤和渗滤期间,溶液pH可保持为pH 8.0至9.0之间,以使得蛋白保持为可溶状态。
步骤e)
可通过本领域技术人员已知的任何干燥方法来实现向固体形式(例如干粉)的转化。优选的是喷雾干燥或冷冻干燥。喷雾干燥优选在大约200℃至大约210℃的进口温度和大约70℃至大约75℃的出口温度下进行。冷冻干燥优选在大约-20℃至大约-50℃的温度下进行10至48小时。
本发明还有一个目的是可通过上文所述的任何工艺获得的(经修饰的)水稻胚乳蛋白。
工业应用
本发明涉及上文所述的组合物用于对食品、饮料、动物饲料、个人护理组合物和药物组合物进行富集、强化和/或着色的用途,以及涉及含有上文所述的组合物的食品、饮料、动物饲料、个人护理组合物和药物组合物本身。
本发明还涉及含有上文所述的(经修饰的)水稻胚乳蛋白的食品、饮料、动物饲料、个人护理组合物和药物组合物,以及涉及此类(经修饰的)水稻胚乳蛋白(优选地,例如上文所述的)作为活性成分(尤其是脂溶性活性成分和/或着色剂)的保护性水胶体的用途。
在本发明的上下文中,动物(包括人)除人之外还包括,尤其是农场动物,例如绵羊、奶牛、马、禽类(肉鸡和蛋的色素沉着)、虾和鱼(尤其是鲑鱼和虹鳟鱼)以及宠物,例如猫、狗、鸟(例如,火烈鸟)和鱼。
其中可使用本发明的组合物(尤其是作为着色剂或功能性成分)的饮料可以是碳酸饮料(例如调味苏打水、软饮或矿物饮料)以及非碳酸饮料(例如,调味水、果汁、水果宾治)以及这些饮料的浓缩形式。它们可以基于天然水果或蔬菜汁,或者基于人工香料。其还包括酒精饮料和速溶饮料粉。此外,还包括含糖饮料、无糖饮料(无卡路里,有人工增甜剂)。
此外,从天然来源获得的或合成的奶制品也在其中可使用本发明的组合物(尤其是作为着色剂或功能性成分)的食物产品的范围内。此类制品的典型例子是奶饮料、冰淇淋、奶酪、酸奶等。奶替代制品,例如豆奶饮料和豆腐制品也包括于此应用的范围内。
本发明还包括含有作为着色剂或功能性成分的本发明的组合物的糖,例如甜食制品、糖果、口香糖、甜点,例如冰淇淋、果冻、布丁、速溶布丁粉等。
本发明还包括含有作为着色剂或功能性成分的本发明的组合物的谷类、零食、曲奇饼干、通心粉、汤和酱料、蛋黄酱、沙拉酱等。此外,用于奶和谷类的水果制品也包括在内。
通过本发明的组合物加入到食物产品中的(脂溶性)活性成分和/或着色剂的终浓度可以是0.1至500ppm,特别地,1至50ppm,这基于食品组合物的总重,并且取决于将被着色或强化的特定食物产品以及想要着色或强化的程度。
本发明的食品组合物优选这样获得:将本发明组合物形式的(脂溶性)活性成分和/或着色剂加入到食物产品中。为对食品或药物产品进行着色或强化,可按照本身已知用于应用本发明的水可分散性固体组合物的方法,来使用本发明的这种组合物。
通常,根据特定的应用,组合物可作为水性贮液、干粉混合物或与其他合适的食品成分的预掺合物加入。混合可以例如使用干粉掺合机、低剪切力混合机、高压均质机或高剪切力混合机来进行,这取决于最终应用的配方。显而易见,此类技术是本领域技术人员已知的。
其中组合物用作为着色剂的药物组合物,例如,片剂或胶囊,也在本发明的范围内。对片剂的着色可这样进行:向片剂包衣混合物中单独加入液体或固体着色剂组合物形式的本发明组合物,或者将着色组合物加入片剂包衣混合物的一种组分中。着色硬壳胶囊或软壳胶囊可通过将着色剂组合物并入胶囊物质的水溶液来进行。
其中组合物用作为活性成分的药物组合物,例如,片剂(例如,可咀嚼片剂、泡腾片或膜衣片)或胶囊(例如硬壳胶囊)也在本发明的范围内。典型地,本发明的组合物作为粉末加入到压片混合物中,或者以本身已知用于生产胶囊的手段填装进胶囊。
其中组合物用作为用于色素沉着的着色剂或用作为活性成分的动物饲料产品(例如,用于蛋黄、肉禽、肉鸡或水生动物(尤其是虾、鲑鱼、虹鳟鱼)),例如,营养成分的预混合料、复合饲料、奶代替品、液体膳食或饲料制剂,也在本发明的范围内。
其中组合物被用作为着色剂或用作为活性成分的个人护理组合物:化妆品、清洁用品和皮肤产品,即,皮肤和头发护理产品,例如,霜、化妆水、浴液、唇膏、香波、护发素、喷雾或凝胶,也在本发明的范围内。
本发明被下述实施例进一步阐述。
实施例
使用了下述缩写:
UF=超滤
DF=渗滤
DH=水解程度
DI水=去离子水
MWCO=分子量分离点
SDS=十二烷基磺酸钠
米粉从Riceland Foods(Stuttgart,AR)获得。在对蛋白的分离中使用下述食品级酶:(1)Termamyl-热稳定的α淀粉酶,Novo NordiskBiochem,North America,Inc,USA,(3)Multifect Cellulase-真菌纤维素酶,2,000IU/g,Genencor International,Inc.,USA。使用具有下述规格的食品级蛋白酶(表1a和1b)。
表1a-酶规格I
蛋白酶类型 来源 偏好的特异性
Protex 6L 丝氨酸蛋白酶 Bacilluslicheniformis 针对肽键以广特异性水解蛋白
Bromelain 半胱氨酸蛋白酶 菠萝的茎 广特异性,但是对肽中的Arg-Arg有强烈偏好
Alkalase 丝氨酸蛋白酶 Bacilluslicheniformis 广特异性,对大的不带电荷残基的羧基位点有偏好
Liquipanol 半胱氨酸蛋白酶 浓缩的木瓜蛋白酶 广特异性
AlkalineProtease 丝氨酸蛋白酶 细菌蛋白酶 针对肽键以广特异性水解蛋白
Pepsin(胃蛋白酶) 天冬氨酸蛋白酶 猪胃 酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸残基的C末端位点
表1b-酶规格II
pH范围 活性/g 公司
Protex 6L 6-10 580000 Genencor International,Inc.,Rochester,NY 14618,USA
Bromelain 5-8 150000 Enzyme Development Corporation,New York,NY 10001,USA.
Alkalase 6-9 2.4AU Novo Nordisk Biochem,Franklinton,NC 27525,USA
Liquipanol 5-8 125000 Enzyme Development Corporation,New York,NY 10001,USA.
Alkaline Protease 6-9 175000 Enzyme Development Corporation,New York,NY 10001,USA.
概括
对通过碱、盐和酶促方法分离水稻胚乳蛋白,以及针对它们的可提取性和物理化学性质以及功能性质对其加以评估的过程进行优化,来进行实验。目的是优化提取工艺,以及评估提取物的物理化学性质,以鉴定出针对改进的水稻蛋白功能性的最优提取方法。
通过化学和酶促方法来制备水稻蛋白分离物。进行初步试验,以优化蛋白提取条件,争取最大的产率和蛋白含量。图1中给出了水稻蛋白分离物制剂RPA的化学和酶促方法的流程例子,图2针对通过在90℃用Termamyl处理接着用纤维素酶处理获得的水稻蛋白分离物制剂RPET
通过过滤分离(经修饰的)水稻胚乳蛋白
用装备有1英寸直径中空管聚砜膜滤筒的Romicon超滤系统(Kochmembranesystems,USA)来进行超滤实验。将(经修饰的)水稻胚乳蛋白滤经Whatman#.4滤纸,用标称分子量分离点(MWCO)为50、30、10和5kDa的膜滤筒对滤出液进行顺序超滤。在每种MWCO滤筒中,以5的浓缩因子对溶液加以超滤。在超滤之后,立刻用两倍体积的去离子水对滞留物进行两次渗滤。合并第一次(50kDa)超滤(UF)和渗滤(DF)的渗滤液,对其进行下一次MWCO(30kDa)UF和DF。对来自每种MWCO滤筒的滞留物进行冷冻干燥,针对DH、溶解度和乳化性质加以评估。
(A)蛋白提取
实施例1:通过碱提(“化学提取”)来分离水稻胚乳蛋白
实施例1-1:(REP 1-1)
在室温下,设置为6的掺合机(Virtishear Tempest,The Virtis Co.,Gardiner,N.Y.,U.S.A.)中,用4L去离子水(1∶8,w/v)对500克米粉进行5分钟的均质。用1N NaOH将浆体调节至pH 11.0,在40℃对悬浮液进行3小时的搅拌。通过离心(5,000g,20分钟)分离溶液中的溶解蛋白。重复一次该流程,以从残余物中提取出更多。合并的第一次和第二次提取的上清液中的蛋白在pH 4.5被等电点沉淀出来,在4℃放置2小时。通过在10,000g离心20分钟来回收沉淀,用去离子水(1∶4,w/v,pH4.5)洗两次,调节至pH 7.0,冷冻干燥,并贮存于5℃。
另一实施例1-2:(REP 1-2)
用40L去离子水(1∶8,w/v)对5Kg米粉进行均质,用3N NaOH将浆体的pH调节至pH11,在40℃对悬浮液进行3小时的搅拌。通过离心(5,000g,15分钟)分离溶液中的溶解蛋白。重复一次该流程,以从残余物中提取出更多。合并的第一次和第二次提取的上清液中的蛋白在pH 4.5被等电点沉淀出来,在4℃放置2小时。通过在5000g离心20分钟来回收沉淀,用去离子水(1∶4,w/v,pH 4.5)洗两次,调节至pH 7.0,并贮存于5℃。
另一实施例1-3:(REP 1-3)
在均质机(Virtishear Tempest,The Virtis Co.,Gardiner,N.Y.,U.S.A.)中,用8L去离子水(1∶8,w/v)对1kg米粉进行5分钟的均质。用1NNaOH将浆体的pH调节至pH 11,在40℃对悬浮液进行3小时的搅拌。通过离心(2000g,15分钟)分离溶液中的溶解蛋白。重复该流程,以从残余物中提取出额外的蛋白。合并的第一次和第二次提取的上清液中的蛋白在pH 4.5被等电点沉淀出来,在4℃放置1小时。通过在5000g离心20分钟来回收沉淀,用去离子水(1∶4,w/v,pH 4.5)洗两次,调节至pH7.0,冷冻干燥(RPA),并贮存于5℃(图1)。
实施例1-4(REP 1-4):通过盐提来分离水稻胚乳蛋白
对水稻蛋白(RPS)的盐提类似于上述碱提方法(见REP 1-3),但是用0.08M氯化钠(用NaOH调节至pH 11)的合并溶液作为提取溶剂。
实施例2:通过酶促降解非蛋白部分(“酶促提取”)来分离水稻胚乳蛋
实施例2-1:(REP 2-1)
将500克米粉分散于3L蒸馏水(1∶6,w/v)中。在40℃对米粉-水进行15分钟搅拌,以形成浆体。用0.5%α-淀粉酶来处理浆体,将温度逐渐升高至90℃,在90℃温育2小时。通过在20℃以5,000xg离心15分钟来除去溶解的淀粉。将残余物再次与1.5L去离子水混合,用0.1%纤维素酶处理,在50℃温育30分钟。在90℃,通过将pH降低至3.5来使酶失活。通过在5000xg离心15分钟来除去溶解的淀粉和纤维素级分。用温暖的去离子水对沉淀的蛋白洗两次,以除去可溶的糖和残余的酶,调节至pH 7.0,冷冻干燥,并贮存于5℃。
另一实施例2-2:(REP 2-2)
用30L去离子水来均质5Kg米粉,在60℃进行15分钟搅拌。用0.2%Termamyl来处理浆体,将温度逐渐升高至90℃,在该温度温育2小时。通过用粗纱布(cheese cloth)过滤来除去溶解的淀粉。将沉淀再次与15L去离子水混合,与0.1%果胶酶在50℃温育30分钟,再加入另外的0.1%的Termamyl酶。将温度逐渐升高至90℃,在该温度温育30分钟。在90℃,通过将pH降低至5.0来使酶失活。通过用粗纱布过滤来除去溶解的细胞壁组分和残余淀粉。用温暖的去离子水对沉淀的蛋白洗两次,以除去残余的可溶的糖和酶,调节至pH 7.0,并贮存于5℃。
另一实施例2-3:(REP 2-3)
用6L去离子水来均质1Kg米粉,在60℃进行15分钟搅拌。用0.5%Termamyl来处理浆体,将温度逐渐升高至90℃,在该温度温育2小时。通过用离心(5000g,15分钟)来除去溶解的淀粉。将沉淀再次与3L去离子水混合,与0.1%纤维素酶在50℃温育30分钟。在90℃,通过将pH降低至4.5来使酶失活。通过离心来除去溶解的纤维素级分。用温暖的去离子水对沉淀的蛋白洗两次,以除去可溶的糖和残余的酶,调节至pH 7.0,冷冻干燥(RPET),并贮存于5℃(图2)。
另一实施例2-4:(REP 2-4)
淀粉酶S(RPEA)与Termamyl方法(见REP 2-3)基本相同,除了用淀粉酶S代替Termamyl。淀粉酶S在70℃具有最优活性,这提供了较之Termamyl方法(工作于90℃)来说更温和的提取条件。按照ApprovedMethods of the American Association of CerealChemists,8th Ed.,Vol.2,AACC,St.Paul,MN,1990,p 1-2;Method 46-08公开的内容,来测定蛋白分离物的水分、蛋白、淀粉、纤维、脂肪和灰分含量。
(B)蛋白修饰
实施例3:通过蛋白酶来修饰碱提的水稻胚乳蛋白(REP 3-1至3-8)
对制备REP 3-1至REP 3-5的详细描述
对经碱提的水稻胚乳蛋白分离物REP 1-1进行蛋白酶处理。将蛋白与去离子水(1∶12.5,w/v)混合,均质,调节至每种酶的最优pH,在50℃搅拌10分钟。在每种酶的最优条件下,用食品级的蛋白酶对分散体系加以处理。针对每种酶的最优条件示于表2。用商购食品级蛋白酶(Bromelain(REP 3-1)、Protex 6L(REP 3-2)、Pepsin(胃蛋白酶,REP 3-3)、Alkalase(REP 3-4)和Liquipanol(REP 3-5))来改进溶解度和功能性质。已通过OPA方法(Nielsen et al,Journal of Food Science 2001,66(5),642-646)对得到的水解产物的水解程度进行了优化,使得功能性质最大化。通过每种酶的特定失活条件在需要的DH下终止酶促反应。水解产物被喷雾干燥,并贮存于5℃。
表2:用于蛋白水解的最优酶条件
酶的量[重量%,基于蛋白重量] pH 温度[℃] 时间[分钟]
Liquipanol 1.0 8.0 50 60
Bromelain 1.0 7.0 50 60
Alkalase 1.0 9.0 60 60
Protex 6L 1.0 10.0 60 60
Pepsin 0.5 3.0 37 30
图4显示了用Alkalase、Liquipanol或Pepsin处理的水稻胚乳蛋白的水解情形,其作为水解时间的函数。
图7显示了通过用Pepsin、Liquipanol和Alcalase处理产生的水稻蛋白和水解产物的分子量情形,这是通过SDS PAGE凝胶电泳测定的:
道1-标准标记;
道2-水稻蛋白(对照);
道3-Pepsin 2.2%DH;
道4-Pepsin 6.5%DH;
道5-Liquipanol 3.9%DH;
道6-Liquipanol 10.5%DH;
道7-Alcalase 7.7%DH;
道8-Alcalase 14.7%DH。
图8显示了经Alcalase处理的水稻蛋白水解产物的分子量情形,这是通过SDSPAGE凝胶电泳测定的:
道1-标准标记;
道2-水稻蛋白(对照);
道3-Alcalase 5.2%DH;
道4-Alcalase 7.7%DH;
道5-Alcalase 11.2%DH;
道6-Alcalase 13.5%DH;
道7-Alcalase 14.7%DH。
关于制备REP 3-6、3-7和3-8的详细描述
用REP 1-2来制备REP 3-6、REP 3-7和REP 3-8,而非实施例REP 3-1、REP 3-2、REP3-3、REP 3-4和REP 3-5中采用的REP 1-1。
REP 3-6
用DI水(8%w/v)来均质碱提的水稻蛋白分离物REP 1-2,调节至pH 8.0。用1%Alcalase在50℃对蛋白溶液进行3.5分钟的处理。在70℃于pH 5.0处理15分钟以使酶失活。对蛋白水解产物(REP 3-6)进行喷雾干燥,并贮存于5℃。
REP 3-7
用DI水(8%w/v)来均质碱提的水稻蛋白分离物REP 1-2,调节至pH 8.0。用1%Alcalase在50℃对蛋白溶液进行7.5分钟的处理。在70℃于pH 5.0处理15分钟以使酶失活。对蛋白水解产物(REP 3-7)进行喷雾干燥,并贮存于5℃。
REP 3-8
用DI水(8%w/v)来均质经碱提的水稻蛋白分离物REP 1-2,调节至pH 8.0。用1%Alcalase在50℃对蛋白溶液进行11分钟的处理。在70℃于pH 6.0处理15分钟以使酶失活。对蛋白水解产物(REP 3-8)进行喷雾干燥,并贮存于5℃。
实施例4:通过两种类型的蛋白酶来修饰经碱提的水稻胚乳蛋白(REP 4)
对经碱提的水稻胚乳蛋白分离物(REP 1)进行丝氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶的组合处理。将蛋白与去离子水(1∶12.5,w/v)混合,均质,调节至pH 9.0,在60℃搅拌10分钟。用食品级的Alkalase 2.4L(0.5%)对分散体系加以处理,在60℃温育15分钟。然后向反应混合物中加入Liquipanol(0.5%),在50℃温育15分钟。通过在80℃保持10分钟来终止酶促反应,对经修饰的水稻胚乳蛋白进行喷雾干燥,并贮存于5℃。
实施例5:通过蛋白酶修饰经碱提的水稻胚乳蛋白,随后对所述经修饰的
水稻胚乳蛋白进行超滤和渗滤(REP 5)
通过丝氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶的组合处理,对经碱提的水稻胚乳蛋白分离物(REP 1)进行延伸水解。将蛋白与去离子水(1∶12.5,w/v)混合,均质,调节至pH 9.0,在60℃搅拌10分钟。用食品级的Alkalase 2.4L(0.5%)对分散体系加以处理,在60℃温育60分钟。然后向反应混合物中加入Liquipanol(0.5%),在50℃温育60分钟。通过在80℃保持10分钟来终止酶促反应。将由此得到的经修饰的水稻胚乳蛋白滤经Whatman#.5滤纸。用装备于Romicon超滤系统(Koch membranesystems,USA)(容量为2-10L)中的MWCO为50kDa的中空纤维聚砜膜滤筒,对滤出液进行超滤。以10的浓缩因子对溶液加以超滤。在超滤之后,立刻用两倍体积的去离子水对残余物进行两次渗滤。对得到的残余物进行喷雾干燥。
实施例6:通过酶促降解非蛋白部分来分离水稻胚乳蛋白,通过用蛋白酶
处理来修饰所述水稻胚乳蛋白,随后对所述经修饰的水稻胚乳蛋白进行超
滤和渗滤(REP 6-1至REP 6-5)
REP 6-1
通过丝氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶的组合处理,对实施例2中获得的经酶促提取的水稻胚乳蛋白分离物(REP 2-1)进行延伸水解。将蛋白与去离子水(1∶12.5,w/v)混合,均质,调节至pH 9.0,在60℃搅拌10分钟。用食品级的Alkalase 2.4L(0.5%)对分散体系加以处理,在60℃温育60分钟。然后向反应混合物中加入Liquipanol(0.5%),在50℃温育90分钟。通过在80℃保持10分钟来终止酶促反应。对水解产物进行低速离心(1000g,10分钟),以分离不可溶蛋白和杂质。将经修饰的水稻胚乳蛋白的可溶部分滤经Whatman#.4滤纸,并对其进行MWCO为50kDa的超滤。以10的浓缩因子对溶液加以超滤。在超滤之后,立刻用两倍体积的去离子水对滞留物进行两次渗滤。在酶促水解、离心和超滤期间,(经修饰的)水稻胚乳蛋白的pH被保持于8.0,以使得蛋白保持可溶。对得到的滞留物进行喷雾干燥(REP 6-1)。
制备REP 6-2的详细描述
对实施例2中获得的经酶促提取的水稻胚乳蛋白分离物(REP 2-2)进行Alcalase处理。将蛋白与DI水(4%)混合,均质,调节至pH 9.0,在50℃搅拌10分钟。用Alkalase 2.4L(1%)对分散体系加以处理,混合物在50℃温育8分钟。通过于pH 5.0在70℃保持15分钟来终止酶促反应。对水解产物进行低速离心(1000rpm,1分钟),以除去不可溶蛋白和杂质。用10kDa的MWCO膜对水解产物的可溶部分进行超滤。以5的浓缩因子对溶液加以超滤。对得到的滞留物(>10kDa)进行冷冻干燥,并贮存于5℃(REP 6-2)。
制备REP 6-3的详细描述
对实施例2中获得的经酶促提取的水稻胚乳蛋白分离物(REP 2-2)进行Alcalase处理。将蛋白分离物与DI水(4%)混合,均质,调节至pH9.0,在50℃搅拌10分钟。用Alkalase2.4L(1%)对分散体系加以处理,混合物在50℃温育12分钟。通过于pH 5.0在70℃保持15分钟来终止酶促反应。对水解产物进行低速离心(1000rpm,1分钟),以除去不可溶蛋白和杂质。用10kDa的MWCO膜对水解产物的可溶部分进行超滤。以5的浓缩因子对溶液加以超滤。对得到的滞留物(>10kDa)进行冷冻干燥,并贮存于5℃(REP 6-3)。
制备REP 6-4的详细描述
对实施例2中获得的经酶促提取的水稻胚乳蛋白分离物(REP 2-2)进行Alcalase处理。将蛋白分离物与DI水(4%)混合,加入偏亚硫酸氢钠(20mg/g蛋白),均质,调节至pH9.0,在50℃搅拌10分钟。用Alkalase 2.4L(1%)对分散体系加以处理,混合物在50℃温育8分钟。通过于pH 5.0在70℃保持15分钟来终止酶促反应。对水解产物进行低速离心(1000rpm,1分钟),以除去不可溶蛋白和杂质。用10kDa的MWCO膜对水解产物的可溶部分进行超滤。以5的浓缩因子对溶液加以超滤。对得到的滞留物(>10kDa)进行冷冻干燥,并贮存于5℃(REP 6-4)。
制备REP 6-5的详细描述
对实施例2中获得的经酶促提取的水稻胚乳蛋白分离物(REP 2-2)进行Alcalase处理。将蛋白分离物与DI水(4%)混合,加入偏亚硫酸氢钠(10mg/g蛋白),均质,调节至pH9.0,在50℃搅拌10分钟。用Alkalase 2.4L(1%)对分散体系加以处理,混合物在50℃温育30分钟。通过于pH 5.0在70℃保持15分钟来终止酶促反应。对水解产物进行低速离心(1000rpm,1分钟),以除去不可溶蛋白和杂质。用10kDa的MWCO膜对水解产物的可溶部分进行超滤。以5的浓缩因子对溶液加以超滤。对得到的滞留物(>10kDa)进行冷冻干燥,并贮存于5℃(REP 6-5)。
(C)Pepsin辅助的水稻蛋白提取,之后进行超滤
实施例7:通过酸性蛋白酶来修饰水稻胚乳蛋白,随后对所述经修饰的水
稻胚乳蛋白进行超滤(REP 7)
在掺合机中,于室温下用3L去离子水(1∶6,w/v)对500克米粉进行均质5分钟。用3NHCl将浆体调节至pH 2.4,在37℃对悬浮液进行30分钟的搅拌。用0.44%Pepsin处理浆体,在37℃温育130分钟。通过离心(5,000g,20分钟)来分离溶液中溶解的经修饰的水稻胚乳蛋白。将残余的米粉与500ml去离子水混合,通过离心分离可溶部分,以从残余物中提取出更多。第一次和第二次提取的上清液被合并,按照实施例5所述,用MWCO为50kDa的膜,对合并的上清液中的蛋白进行超滤。UF和DF的组合有效排除了小蛋白片段和其它杂质。
(D)分析方法
实施例8:测定乳化能力
按照Gbogouri et al,Journal of Food Science 2004,Vol.69,Nr.8,615的方法,基于油滴定,来测定(经修饰的)水稻胚乳蛋白的乳化能力。在去离子水中制备(经修饰的)水稻胚乳蛋白的分散体系(0.1%w/w,50mL,pH 7.0)。用设定为1的均质机(VirtishearTempest,The Virtis Co.,Gardiner,N.Y.,U.S.A.)来均质蛋白溶液。使用蠕动泵,以17g/分钟的流速向蛋白溶液中加入玉米油。通过电导率仪连续记录乳液的电导率,将其用作为测定乳化转化点(inversion point)的参数。用加至转化点的油的量来计算乳化能力。乳化能力被表示为乳化的油减去空白后相对于样品中蛋白的量的比。空白是在50mL去离子水中相转化之前加入的油的量。
或者,按照Vuillemard和他人的方法,基于油滴定,来测定蛋白水解产物REP 3-6、3-7、3-8、6-2、6-3、6-4、6-5的乳化能力。在蒸馏水中制备蛋白的分散体系(0.5%w/w,40mL,pH 7.0)。用设定为6的均质机(Virtishear Tempest,The Virtis Co.,Gardiner,N.Y.,U.S.A.)来均质蛋白溶液。使用泵,以12g/分钟的流速向蛋白溶液中加入玉米油。通过电导率仪连续记录乳液的电导率,将其用作为测定乳化转化点的参数。用加至转化点的油的量来计算乳化能力。乳化能力被表示为乳化的油减去空白后相对于样品中蛋白的量的比。空白是在40mL蒸馏水中相转化之前加入的油的量。
实施例9:测定乳化活性
通过Pearce and Kinsella,Journal of Agric Food Chem.1978,26:716-722的浊度方法来测定乳化活性。用设定为6的超声仪(Virtishear Tempest,The Virtis Co.,Gardiner,N.Y.,U.S.A.),对6mL 0.1%的(经修饰的)水稻胚乳蛋白(处于10mM磷酸盐缓冲液中,pH 7.0)溶液与2mL玉米油的混合物进行1分钟的均质。均质后0和10分钟时,将50微升混合物转入5mL 0.1%(w/v)的SDS水溶液中。用分光光度计(Shimadzu Model UV-1601,Kyoto,Japan),测定500nm处溶液的吸光度。均质后时间为0时的吸光度就是(经修饰的)水稻胚乳蛋白的乳化能力。
图9显示了用Alkalase、Liquipanol和Pepsin处理过的水稻蛋白水解产物的乳化性质,其表示为水解程度的函数。
实施例10:测定水解程度
通过Nielsen和他人(Nielsen,P.M.,Petersen,D.& Dambmann,C,2001.Improvedmethod for determining food protein degree of hydrolysis.Journal ofFoodScience,66(5),642-646)的方法来测定DH。按照下文所述来制备邻苯二甲醛(OPA)试剂:将7.620g十水合四硼酸二钠(Na2B4O7.10H2O)和200mg十二烷基磺酸钠(SDS)溶解于150mL去离子水中,然后与160mg OPA(预先溶解于4mL乙醇中的97%OPA)和176mg 99%的二硫苏糖醇(DTT)混合。用去离子水将终溶液定容至200mL。将0.1g经冷冻干燥的蛋白样品溶解于10mL去离子水中。为测量吸光度,向10mL管中加入3mL OPA,然后加入400μL样品溶液、丝氨酸标准物(10mg/100mL)和去离子水,针对每种样品、标准物和空白分别加四只管。这之后混合5秒,放置精确的2分钟。用分光光度计(Shimadzu ModelUV-1601,Kyoto,Japan)在340nm处读取吸光度。DH按照下文所述来计算:
DH=h/h*100%;其中,h是水解的键的数量,h是每个蛋白当量肽键的总数;h=(丝氨酸-NH2-β)/α当量/g蛋白);其中,h是水解的键的数量,h是每个蛋白当量肽键的总数;对于谷类蛋白而言,α是1.00,β是0.40,h是8.0。
丝氨酸-NH2=[(A340样品-A340空白)/(A340标准-A340空白)]*0.9516meqv/L*0.01*100/(X*P);其中,丝氨酸-NH2=meqv丝氨酸NH2/g蛋白;X=g样品;P=样品中的蛋白%;0.01是以升(L)表示的样品体积。
实施例11:测定蛋白溶解度和总溶解度
通过Bera and Mukherjee(Bera,M.B.,Mukherjee,R.K.1989.Solubility,emulsifying,and foaming properties of rice bran protein concentrates.JFoodSci 54(1):142-145)的方法来测定蛋白溶解度,但有一些改动。将200mg蛋白样品分散于10mL去离子水中,通过1N HCl或1N NaOH将pH调节至7.0。对分散体系进行30分钟的连续搅拌,在5000rpm离心15分钟。(型号J2-21,Beckman,Fullerton,Calif.,U.S.A.)。回收上清液,通过自动Kieldahl方法(AACC 1990)来测定上清液中的蛋白含量。通过下式来计算蛋白溶解度百分比:
蛋白溶解度被计算为上清液中的蛋白与最初样品中总蛋白的百分比。
通过烘烤干燥方法来测定总溶解度,其被表示为上清液中总可溶部分与蛋白分离物总重的百分比。
图6显示了用Alkalase、Liquipanol和Pepsin处理过的水稻胚乳蛋白水解产物的溶解度,其表示为水解程度的函数。
实施例12:测定分子量
按照Laemmli,U.K.Cleavage of structural proteins during the assemblyofthe head of the bacteriophage T4.Nature 1970,227,680-686的方法,通过SDS-PAGE来测定蛋白的大致分子量。在SDS-Tris-甘氨酸不连续缓冲体系中,在凝胶平板上(4%成层胶、12%分离胶)进行SDS-PAGE。在非还原样品缓冲液(62.5mM Tris-HCl pH 6.8,2%SDS,10%甘油和0.05%溴酚蓝)中制备蛋白溶液(6-10μg蛋白/μL)。取20微升溶液上样到凝胶上。电泳在200V的恒定电压下进行大约40分钟。通过乙酸/乙醇/水溶液(10∶40∶50,v∶v∶v)中0.1%的考马斯亮蓝来对凝胶染色,并在没有考马斯亮蓝的同样的溶剂中褪色。通过Bio-Rad宽范围分子量标准物(6.5至200kDa的范围内)来测定大致的分子量。通过使用图像分析软件,windowsMac & Dos,Advanced American Biotechnology & BiomedicalInstruments Inc,CA,USA,来测定条带的分子量和密度。
实施例13:测定表面疏水性
通过Hayakawa and Nakai,Relationships of hydrophobicity and netchargeto the solubility of ilk and soy proteins,J.Food Sci.1985,50,486-491概括的方法,通过疏水性荧光探针1-苯胺基-8-萘磺酸盐(ANS),来测定蛋白分离物的表面疏水性。在0.01M磷酸盐缓冲液(pH 7)中制备四毫升蛋白溶液,其浓度范围是从0.008至0.025%w/v。向每种蛋白溶液中加入10微升8mM ANS(处于0.01M磷酸盐缓冲液(pH 7)中),用荧光分光光度计(Shimadzu Model RF-1501,Kyoto,Japan),以390nm的激发和470nm的发射来测量这些溶液的荧光强度。表面疏水性被表示为荧光强度相对于蛋白浓度的斜率,这通过线性回归来计算。
图5显示了用Alkalase、Liquipanol和Pepsin处理过的水稻胚乳蛋白水解产物的表面疏水性,其表示为水解程度的函数。
实施例14:测定粘度
通过装备有MVDIN测量杆(半径=19.36mm,高度=58.08mm)的转动式流变仪(Haake VT 550,Germany),在室温(26℃)测定蛋白分离物的粘度。将蛋白分离物与去离子水混合,以形成10%的浆体,在分析前令浆体放置60分钟以平衡。将样品(30ml)上样进圆柱形杯(半径=21.0mm),使用计算机控制的程序,对其应用3分钟从0变化至400l/s的剪切率。通过Rheowin Pro Data manager version 2.84(Haake Mess Tech,Germany)来分析数据。
实施例15:测定热性质
使用装备有热分析软件(Version 4.00,Pyris-1-DSC,Perkin-Elmer Corp.,Norwalk,Conn.,U.S.A.)的Pyris-1型差异扫描量热仪(Perkins-Elmer Corp.,Norwalk,Conn.,U.S.A.),来测定热性质。将200毫克蛋白分散于适量水中,形成蛋白含量为20%的浆体。对浆体进行良好混合,在分析前放置60分钟,以平衡。将浆体(大约50μL)精确称重进不锈钢盘(大体积胶囊),密封,在温度以10℃/分钟的速率从25升至140℃期间进行扫描。空盘被用作为对照。使用数据加工软件,从温谱图来计算峰值温度和焓。
使用实施例9的流程,通过Pearce和Kinsella的浊度方法,来测定乳化活性和稳定性。时间0时的吸光度被表示为水稻胚乳蛋白的乳化活性,按照下文所述来计算乳化稳定性(ES):
乳化稳定性=To×Δt/ΔT,其中,ΔT是Δt时间间隔(10分钟)期间最初吸光度(To)的混浊度(吸光度)降低。
所有实验都重复三次进行。用JMP 5.1软件(SAS Inst)SAS,2002,JMPUser′sGuide,Version 5.SAS Institute Inc.,Cary,NC来分析数据的方差和多种平均值。通过Tukey HSD流程,以5%的显著性水平(P<0.05),来确定平均值间差异的显著性。
(E)结果
在下表3a中,给出了分别通过实施例9和8所述的方法测量得到的、根据实施例1至7获得的(经修饰的)水稻配如蛋白(REP 1-1至REP 7)的乳化活性和能力。
对于REP 3而言,给出了8个值,因为该实施例进行了8次,每次用下述酶中的另一种:Bromelain、Protex 6L、Pepsin、Alkalase或Liquipanol(见REP 3-1至REP 3-8),对于REP 6而言,给出了5个值,因为该实施例进行了5次(见REP 6-1至REP 6-5),每次应用不同的工艺条件,如实施例6详细描述的。
表3a:根据实施例1-7的(经修饰的)水稻胚乳蛋白REP 1-1至REP 7的乳化活性和能力
(经修饰的)水稻胚乳蛋白 乳化活性 乳化能力[ml/g蛋白]
REP 1-1 0.221 228.1
REP 2-1 0.214 177.6
REP 3-1(Bromelain) 0.469 283.7
REP 3-2(Protex 6L) 0.507 346.5
REP 3-3(Pepsin) 0.584 363.8
REP 3-4(Alkalase) 0.527 357.1
REP 3-5(Liquipanol) 0.578 386.8
REP 3-6 0.409 477.5
REP 3-7 0.361 426.7
REP 3-8 0.370 439.1
REP 4 0.624 467.8
REP 5 0.643 541.7
REP 6-1 0.604 581.5
REP 6-2 0.341 388.9
REP 6-3 0.342 421.5
REP 6-4 0.365 436.8
REP 6-5 0.277 341.5
REP 7 0.473 228.7
在下表3b和3c中,给出了分别通过实施例10和11所述的方法测量的、根据实施例3和6获得的经修饰的水稻胚乳蛋白REP 3和6的蛋白溶解度和总溶解度以及水解程度。
表3b:根据实施例3和6获得的经修饰的水稻胚乳蛋白REP 3和6的蛋白溶解度和总溶解度
经修饰的水稻胚乳蛋白 蛋白溶解度(%) 总溶解度(%)
REP 3-6 31.1 45.0
REP 3-7 34.7 49.5
REP 3-8 36.9 53.0
REP 6-2 29.4 47.2
REP 6-3 33.3 56.4
REP 6-4 32.8 49.7
REP 6-5 38.3 58.2
表3c:根据实施例3和6获得的经修饰的水稻胚乳蛋白REP 3和6的水解程度
经修饰的水稻胚乳蛋白 *水解程度(DH) **水解程度(DH)
REP 3-6 3.7 -
REP 3-7 4.3 -
REP 3-8 5.9 -
REP 6-2 3.4 5.6
REP 6-3 4.6 6.7
REP 6-4 3.8 5.1
REP 6-5 6.7 8.8
*DH-酶促水解(在离心和超滤之前)
最终产物的**DH(酶促水解,在离心和超滤之后)
图1和2中分别示除了化学和酶促提取流程的总览。相对于米粉中的总蛋白而言,碱和盐方法分别以67.9和60.3%的产率提取出了87.2和89.4%蛋白含量的蛋白分离物。
在碱和盐方法中,pH对于蛋白提取有着强烈的影响。直到pH 12,仍可发现pH和可提取性的正相关。但是,高pH可能导致不想要的蛋白质修饰,并且增加对与蛋白共沉淀的非蛋白组分的提取,降低分离物品质。但是,pH 10或以下对于水稻蛋白提取来说是较差的溶剂。因此,pH 11被确定为最优的提取pH(考虑蛋白产率的话)。在考虑蛋白功能性——例如蛋白的乳化性质——的时候,较低的pH(优选地,pH 8至10)可能是人们感兴趣的。此外,在pH 11进行蛋白提取并结合3分钟均质或超声波处理的预处理提高了蛋白的可提取性。这些预处理可能使得疏水相互作用的蛋白-蛋白或蛋白-多糖相互作用分开,从而有助于蛋白提取。
在酶促提取中,热稳定的α淀粉酶、Termamyl,接着的纤维素酶处理以89.2%的产率分离出了85.8%的蛋白含量。Termamyl酶的最优活性在90℃发生。为了避免Termamyl处理期间90℃时大量蛋白变性,用另一种非热稳定的淀粉酶(淀粉酶S)对流程进行了改动,其最优活性是在70℃时出现。淀粉酶S组合纤维素酶处理以90.5%的产率分离出了81.7%的蛋白,如下表所示:
表4:采用最优条件时的蛋白含量和水稻蛋白分离物的回收a
水稻蛋白分离物 蛋白(%) 蛋白回收(%)
REP1-3:RPA(碱) 87.2±1.08 67.9±3.37
REP1-4:RPS(盐) 89.4±1.96 60.3±2.18
REP2-3:RPET(Thermamyl) 85.8±1.12 89.2±2.31
REP2-4:RPEA(Amylase S) 81.7±1.18 90.5±1.36
a值是三次重复测定的平均值,并且基于干重。
表4示出了水稻蛋白、清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶谷蛋白的组成。米粉含有7.8%的蛋白,总蛋白中有4.1%的清蛋白、11.8%的球蛋白、77.4%的谷蛋白和2.1%的醇溶谷蛋白。碱提和盐提具有相似的蛋白分布,只除了球蛋白;盐提的蛋白(6.2%)比碱提的蛋白(3.1%)含有更高的球蛋白。鉴于水稻中的主要蛋白是谷蛋白,碱提和盐提的蛋白都比酶提的蛋白(80.2%)含有更高百分比的谷蛋白,分别是87.9和86.7。相反,酶提取中,醇溶谷蛋白(2.8%)则高于碱提(0.5%)和盐提(0.7%)的。
表5:化学提取和酶提取的蛋白分离物中清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶谷蛋白含量a
a值是三次重复测定的平均值。
四种蛋白分离物的组成示于表6。RPA和RPS具有相似的组成,它们都比酶提取的蛋白,RPET(84.8%)和RPEA(81.7%),有更高的蛋白含量,分别是87.2和89.4%。碱提和盐提的蛋白中的非蛋白组分(包括淀粉、脂类、纤维、灰分)都比酶提取的蛋白中的要少。
表6:水稻蛋白分离物REP 1-3、1-4、2-3和2-4的近似组成
近似组成(%) REP 1-3:RPA REP 1-4:RPS REP 2-3:RPETTermamyl REP 2-4:RPEAAmylase S
水分 2.4±0.23a 2.5±0.09a 2.0±0.11a 2.3±0.07a
蛋白 87.2±1.08ab 89.4±1.96a 85.8±1.12b 81.7±1.08c
淀粉 2.1±0.48c 1.7±0.61c 5.1±0.38b 6.7±0.47a
脂类 0.3±0.04b 0.2±0.06b 1.1±0.05a 1.1±0.13a
纤维 0.6±0.43b 0.5±0.17b 4.8±0.46a 5.3±0.51a
灰分 0.4±0.07b 0.7±0.04b 3.7±0.13a 3.4±0.09a
a值是三次重复测定的平均值,并且基于干重。同一列中不同字母的平均值是显著不同的(P<0.05)。
水稻蛋白的电泳情况示于图3中。
通过SDS PAGE凝胶电泳来测定水稻蛋白的分子大小情况。
道1-标准标记(6.5-200kDa);
道2-RPA
道3-RPS
道4-RPET
道5-RPEA
水稻蛋白具有总共6条条带,分子大小从7至97kDa。在97kDa(2%)45kDa(3%)、33kDa(72%)、21kDa(7%)、14kDa(6%)和7kDa(8%)观察到了主要条带。在33kDa的分子大小处观察到了最主要的条带,其密度为72%(图3,道1和2)。这是主要水稻蛋白——谷蛋白。
表7示出了水稻蛋白分离物的热变性温度和焓值。
表7:水稻蛋白分离物REP 1-3、1-4、2-3和2-4以及米粉a的热性质
水稻蛋白分离物 变性温度(℃) 变性的焓值(Jg-1)
REP 1-3:RPA(碱) 81.4±1.1a 1.82±0.14b
REP 1-4:RPS(盐) 78.9±1.8ab 1.10±0.09c
REP 2-3:RPET(Termamyl) nd Nd
REP 2-4:RPEA(Amylase S) 79.9±2.1b 0.18±0.06d
米粉 78.8±2.7ab 7.31±0.19a
a值是三次重复测定的平均值。同一列中不同字母的平均值是显著不同的(P<0.05)。
*nd,不可探测。
RPA、RPS、RPET和RPEA的变性温度分别为81.4、78.9、79.9和78.8℃。RPA(1.82J/g)、RPS(1.10J/g)、RPET(不可探测)和RPEA(0.18J/g)的焓值显著不同,这表明提取方法使得蛋白不同程度的变性,这取决于提取条件。焓变可用于预测蛋白变性程度。Biliaderis,C.G.,Differential scanning calorimetry in food research:A review FoodChem.1983.10,239-265。当蛋白部分变性时,焓变减少,当蛋白完全变性,焓变为0。Yu,Z.Y.,Hettiarachchy,N.S.;Rath,N.,Extraction,denaturation andhydrophobicproperties of rice flour proteins,J.Food Sci.2001,66(2),229-232报道,清蛋白、球蛋白和谷蛋白的焓值分别为2.88、3.14和3.79J/g。在我们的研究中,碱提部分(RPA)具有最高的焓值(1.82J/g),其显著低于Yu et al的值(对清蛋白而言,2.88J/g,球蛋白,3.14J/g,以及谷蛋白,3.79J/g)。碱提和盐提中应用的物理处理可使得蛋白一定程度变性。在酶提取的蛋白中,RPET(Termamyl,90℃)没有显示出任何可探测到的焓变,这表明蛋白完全变性。
表面疏水性和溶解度
表8示出了水稻蛋白分离物的表面疏水性、溶解度和粘度。
表8:水稻蛋白分离物REP 1-3、1-4、2-3和2-4的表面疏水性、溶解度和粘度
REP 1-3:RPA REP 1-4:RPS REP 2-3:RPETTermamyl REP 2-4:RPEAAmylase S
表面疏水性 563.8±14.8c 544.2±13.1c 931.3±15.6a 771.6±12.3b
溶解度%(在pH 7.0时) 13.6±1.6a 11.6±1.5a 8.1±1.1b 9.3±2.0b
粘度(10%,w/v) 17.4±0.6a 17.2±0.9a 17.0±1.1a 18.2±1.4a
pH 7.0±0.2 6.8±0.6 6.8±02 6.9±0.3
a值是三次重复测定的平均值。同一列中不同字母的平均值是显著不同的(P<0.05)。
水稻蛋白分离物的疏水性在544至931之间变化。提取方法造成了这些蛋白疏水性的差异。酶提取的蛋白,RPET(931.3)和RPEA(791.6)的疏水性高于碱提和盐提的蛋白,它们分别是563.8和544.2。这可能是由于蛋白变性造成的,其增加了表面疏水性。热诱导的酶提取蛋白的解折叠使得表面疏水性增加。
水稻蛋白分离物的溶解度在4至10的pH宽范围内都很低(数据未示出)。氨基酸组成和疏水相互作用决定了溶解度。Tecson et al(8)对水稻谷蛋白亚分级分离的研究显示,水稻谷蛋白的高分子量具有过量的分子内和分子间二硫键和疏水相互作用,这降低了其溶解度。Wen and Luthe(9)也报道,水稻谷蛋白中最丰富的氨基酸是谷氨酸/谷氨酰胺、天冬氨酸/天冬酰胺、精氨酸、甘氨酸和丙氨酸。谷氨酰胺和天冬酰胺侧链中的酰胺基团促进了谷蛋白的聚集,降低了蛋白溶解度。相比较而言,酶提取的蛋白较之碱提和盐提的蛋白具有更低的溶解度,这可能是由于高水平变性、高表面疏水性以及水溶性蛋白(清蛋白)在提取中的损失造成的。
水稻蛋白分离物的乳化和泡沫化活性示于表9。
表9:水稻蛋白分离物的乳化和泡沫化活性a
REP 1-3:RPA(碱) REP 1-4:RPS(盐) REP 2-3:RPET(Termamyl) REP 2-4:RPEA(AmylaseS)
乳化活性 0.244±0.11a 0.215±0.01a 0.146±0.07b 0.176±0.21b
乳化稳定性(分钟) 19.6±0.91a 17.1±0.81b 13.2±2.11c 14.7±0.91c
泡沫化能力(ml) 12.6±1.2a 13.5±1.0a 8.4±0.8b 9.1±0.7b
泡沫化稳定性(分钟) 8.6±0.9a 8.2±0.6a 5.3±0.4b 6.8±0.9b
a值是三次重复测定的平均值。同一列中不同字母的平均值是显著不同的(P<0.05)。
碱提和盐提的蛋白的乳化和泡沫化性质都高于酶提取的蛋白。碱提和盐提的蛋白的乳化活性分别是0.224和0.216,稳定性分别是19.6和17.1分钟,这显著高于酶提取的蛋白。在泡沫化能力和稳定性方面观察到了相似的情形。蛋白要具有乳化和泡沫化性质,则应当能够在水相溶解,并且迅速解折叠,在界面形成粘性层。蛋白用以稳定乳化和泡沫的分子需求和物理需求是相似的(Damodarn,S.,Protein-stabilized foams and emulsions,J.Food Sci.205,70(3),54-66)。
关于通过不同提取方法获得的功能性质的差异的可能理由可能是:由于蛋白分离物的蛋白纯度、组成、表面疏水性和溶解度导致的。但这并不意味着申请人被这些理论束缚。
首先,两种酶提取的蛋白的热性质显示出比RPA和RPS的更高的变性程度。过度变性可能对乳化和泡沫化性质有害,这由促进蛋白聚集或者暴露更多数量的疏水氨基酸导致。表面疏水性数据证实了酶提取的蛋白疏水性的增加。过高的表面疏水性对于蛋白的乳化或泡沫化性质来说可能是不利的,因为其协助形成大量的疏水键合,降低蛋白溶解度和可弯曲性。
第二,极端提取条件,例如高温或pH可能促进二硫交联的形成。已有报道,水稻谷蛋白具有过度的二硫联结。提取的蛋白的极端低的溶解度表明:在提取期间热或pH诱导的蛋白解折叠可能导致蛋白内部硫醇基团的暴露。这些暴露的硫醇基团可能易于与相邻蛋白分子形成二硫联结。新形成的二硫键可能会降低分子可弯曲性、溶解度和蛋白的表面活性。蛋白某些片断的可弯曲性是决定蛋白乳化和泡沫化性质的主要性质之一。
第三,水稻蛋白分离物的组成显示,碱提和盐提的蛋白分离物较之酶提取的蛋白而言含有更高含量的蛋白以及更低含量的非蛋白物质。在酶提取的蛋白分离物(RPET和RPEA)中显著含量的纤维、灰分、脂类和残余淀粉可能降低了它们的乳化和泡沫化性质。这些非蛋白组分可能与蛋白相互作用,改变了蛋白的净电荷和疏水性,从而影响到蛋白的功能性。
最后,酶提取的蛋白的较低的溶解度对于乳化和泡沫化性质有不利影响。蛋白要具有乳化和泡沫化性质,则应当能够在水相溶解,并且解折叠,在界面形成粘性层。这需要蛋白溶解度和可弯曲性。酶提取的蛋白缺乏这些性质,从而使得乳化和泡沫化性质较碱提和盐提的蛋白减小。
从这些研究就可以看出,碱和盐方法分别以67.9和60.3%的产率提取出了87.2和89.4%的蛋白。用Termamyl和淀粉酶S进行的酶促方法则分别以89.2和90.5%的产率提取出了84.8和81.8%的蛋白。碱提和盐提的蛋白较之酶提取的蛋白而言具有更高的蛋白含量和更低的非蛋白组分,包括淀粉、纤维和灰分。相比较而言,碱提和盐提的蛋白有着更好的蛋白组成、更低的疏水性、更高的溶解度以及更低程度的热变性,这使得其乳化和泡沫化性质比酶提取的蛋白更高。因此,碱提和盐提方法是更为温和的提取条件,蛋白保留有更好的功能性质。
水稻蛋白是营养性的、低变应原性的,并且对于人类消耗来说是健康的。使用经批准的食品级酶和化学物质进行的高效提取对于水稻蛋白作为功能性成分商业生产和应用来说是必要的。通过碱、盐和酶促方法分离出了水稻胚乳蛋白,并针对可提取性和物理化学性质对它们加以评估。碱(RPA)和盐(RPS)方法分别以67.9和60.3%的产率提取出了87.2和89.4%的蛋白。用Termamyl(RPET)和淀粉酶S(RPEA)进行的酶促方法别以89.2和90.5%的产率提取出了84.8和81.8%的蛋白。通过差异扫描量热仪测定的RPA(1.82J/g)、RPS(1.10J/g)、RPET(不可探测)和RPEA(0.18J/g)的焓值表明,蛋白的不同变性水平依赖于提取方法。表面疏水性数据支持了这一观点。碱提和盐提的蛋白较之酶提取的蛋白具有更高的溶解度和乳化性质;因此,碱提和盐提的蛋白可能具有增强的功能用途以及用于制备定制水稻蛋白分离物的潜在起始材料。
用中性、酸性和/或碱性蛋白酶来处理用热稳定性α淀粉酶(Termamyl)分离的水稻胚乳蛋白。通过OPA方法优化水解产物的水解程度,以使得溶解度和乳化性质最大化。酶失活之后,通过离心(1000g,10分钟)分离可溶级分,将可溶的水解产物滤经特定分子量切割点(50kDa)的膜。得到的大于50kDa的水解产物被喷雾干燥,针对水解程度、溶解度、乳化能力、活性和稳定性对其加以评估。
用两种类型的蛋白酶——半胱氨酸(Liquipanol)和丝氨酸(Alkalase)蛋白酶进行组合处理,接着离心和超滤,显著提高了溶解度和乳化性质。得到的水解产物具有53.5%的溶解度;586.3ml/g的乳化能力,0.604的乳化活性以及24.8分钟的乳化稳定性,这显著高于未经修饰的水稻蛋白分离物(溶解度11.8%,177.6ml/g的乳化能力,0.214的乳化活性以及14.7分钟的乳化稳定性)。
用Alkalase和Liquipanol进行组合酶水解,接着进行超滤,提高了水稻胚乳蛋白的溶解度和乳化性质。经超滤的水稻胚乳蛋白水解产物具有均匀的高纯度分子级分,这增强了其溶解度和乳化性质。
实施例12:生产β-胡萝卜素的制剂
可以按照下文所述来制备包含水稻胚乳蛋白和β-胡萝卜素的制剂。
a)制备(基于油的)溶液1:
混合7.7g玉米油和1.4g dl-α-生育酚。将16.1g结晶β-胡萝卜素分散于180ml氯仿(三氯甲烷)中,将得到的分散体系加入玉米油和生育酚的混合物中。通过轻揉搅拌以及同时将混合物加热至大约60℃,获得溶液。
b)制备(水性)溶液2:
通过在60℃进行搅拌,将根据实施例1的35g REP 1(REP 1-1)重新溶解于250ml水中。或者,可以使用根据实施例1新鲜制备的REP 1-1,即不进行冷冻干燥和贮存的步骤,而是原样使用得到的REP 1-1溶液,令其达到60℃的温度。此外,加入2.1g棕榈酸抗坏血酸酯和42.7g蔗糖。用8ml水性1N NaOH将pH调节至7.9的值。可以使用REP 1-2来代替REP 1-1,用于制备水性溶液。
c)从溶液1和2制备乳液
在剧烈搅拌条件下,于53℃,将溶液1加入溶液2,对分散体系再进行30分钟的剧烈搅拌。将搅拌的分散体系保持于50至55℃,30分钟。在50至55℃除去残余的三氯甲烷。在通过离心除去夹带的气泡后,在50至55℃对乳液轻柔搅拌数分钟,然后针对内相的颗粒大小进行分析。通过激光衍射(Malvern Masersizer),乳液内相的平均颗粒大小(Sauter直径,D[3,2])被测量为380nm。
d)从乳液制备固体制剂
可将乳液喷雾进玉米淀粉的预冷却流化床。可通过过筛来除去过量的玉米淀粉,可在室温下于空气流中对获得的粉末加以干燥。可通过过筛收集0.16至0.50mm范围内的粉末颗粒级分,并针对水性分散体系中类胡萝卜素含量、颜色强度和颜色色度,玉米淀粉含量和残余水含量对其加以分析。
表10:计算出的经干燥制剂的组成
化合物 量[重量%,基于总干重]
REP 1-1:根据实施例1的水稻胚乳蛋白 25.0
蔗糖 30.5
棕榈酸抗坏血酸酯 1.5
β-胡萝卜素 11.5
玉米油 5.5
dl-α-生育酚 1.0
玉米淀粉流 25.0

Claims (33)

1.一种粉末形式的稳定组合物,其包含处于经修饰的的水稻胚乳蛋白的基质中的一种或多种脂溶性活性成分和/或一种或多种着色剂,所述脂溶性活性成分和/或着色剂是胡萝卜素或结构相关的多烯化合物、脂溶性维生素、富含多不饱和脂肪酸的甘油三酸酯、脂溶性UV-A滤光剂、UV-B滤光剂、它们的与C1-20碳酸的酯或它们的混合物,
其中所述经修饰的水稻胚乳蛋白是通过下述工艺从经碾磨水稻获得的,其中,在碾磨之前除去稻麸,所述工艺包括下述步骤a)至e):
a)制备经碾磨水稻的水性溶液或悬浮液,其中,在碾磨之前除去稻麸,其中,所述溶液或悬浮液具有基于水性溶液或悬浮液总重而言0.1至30重量%的干物质含量;
b)移出经碾磨水稻的非蛋白部分或蛋白部分,以获得水稻胚乳蛋白,其中在碾磨之前除去稻麸;
c)修饰经碾磨水稻的所述蛋白部分,以获得经修饰的水稻胚乳蛋白,其中在碾磨之前除去稻麸,所述工艺中的步骤c)通过用碱性蛋白酶对所述经碾磨水稻的蛋白部分加以处理来实现,其中,随后通过两种不同的碱性蛋白酶来处理所述经碾磨水稻的蛋白部分,这两种蛋白酶之一是丝氨酸特异性蛋白酶,另一种是半胱氨酸特异性蛋白酶;
d)分离所述经修饰的水稻胚乳蛋白,所述工艺中的步骤d)通过离心或过滤来进行或者所述工艺中的步骤d)通过超滤进行;
e)将所述经修饰的水稻胚乳蛋白转化为固体形式。
2.根据权利要求1所述的组合物,其中,所述水稻胚乳蛋白是经修饰的水稻胚乳蛋白,
其中,所述经修饰的水稻胚乳蛋白具有≥220的乳化能力,或者,
所述经修饰的水稻胚乳蛋白具有≥0.2的乳化活性。
3.根据权利要求2所述的组合物,其中所述经修饰的水稻胚乳蛋白具有≥350的乳化能力。
4.根据权利要求2所述的组合物,其中所述经修饰的水稻胚乳蛋白具有≥500的乳化能力。
5.根据权利要求2所述的组合物,其中,所述经修饰的水稻胚乳蛋白具有≥0.45的乳化活性。
6.根据权利要求2所述的组合物,其中,所述经修饰的水稻胚乳蛋白具有≥0.5的乳化活性。
7.根据权利要求1所述的组合物,其中,所述过滤通过使用标称分子量分离点≥5kDa的膜来进行。
8.根据权利要求2所述的组合物,其中,所述工艺中的移出经碾磨水稻的非蛋白部分的步骤b)通过用非蛋白降解酶处理所述经碾磨的水稻、灭活酶、从所述经碾磨水稻的蛋白部分分离并移出所述非蛋白部分来实现。
9.根据权利要求8所述的组合物,其中,所述非蛋白降解酶是淀粉降解酶、纤维素降解酶或其混合物。
10.根据权利要求8或9所述的组合物,其中,对所述非蛋白部分的分离通过离心接着洗掉来实现。
11.根据权利要求1所述的组合物,其中,所述工艺中的移出蛋白部分的步骤b)通过将“经碾磨水稻”溶液或悬浮液的pH调节至7至12的值来实现。
12.根据权利要求1所述的组合物,其中,所述工艺中的步骤e)通过干燥来实现。
13.根据权利要求1所述的组合物,其中,所述工艺中的步骤e)通过冷冻干燥或喷雾干燥来实现。
14.根据权利要求1或2所述的组合物,其中,所述胡萝卜素或结构相关的多烯化合物是类胡萝卜素。
15.根据权利要求14所述的组合物,其中,所述类胡萝卜素是α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、8’-阿朴-β-胡萝卜醛、8’-阿朴-β-胡萝卜素酸酯、斑蝥黄、虾青素、番茄红素、叶黄素、玉米黄质、藏花酸、α-玉米胡萝卜素、β-玉米胡萝卜素或它们的混合物。
16.根据权利要求14所述的组合物,其中,所述类胡萝卜素是β-胡萝卜素。
17.根据权利要求1或2所述的组合物,其中,所述脂溶性维生素是维生素A或维生素E。
18.根据权利要求1或2所述的组合物,其中,额外存在选自转化糖、单糖、二糖、寡糖、多糖、糖醇、甘油、甘油三酸酯、水溶性抗氧化剂和脂溶性抗氧化剂构成的组的至少一种化合物。
19.根据权利要求18所述的组合物,其中,所述单糖或二糖是蔗糖、木糖、葡萄糖、果糖、乳糖和麦芽糖。
20.根据权利要求18所述的组合物,其中,所述寡糖或多糖是淀粉、淀粉水解产物或改性淀粉。
21.根据权利要求20所述的组合物,其中,所述淀粉水解产物是糊精、麦芽糊精或葡萄糖浆。
22.根据权利要求1或2所述的组合物,其中,所述富含多不饱和脂肪酸的甘油三酸酯是植物油或脂肪。
23.根据权利要求18所述的组合物,其中,所述甘油三酸酯是植物油或脂肪。
24.根据权利要求1或2所述的组合物,其中,额外存在选自脂肪酸的甘油单/二酸酯、脂肪酸的多甘油酯、卵磷脂和山梨聚糖单硬脂酸酯构成的组的共乳化剂。
25.根据权利要求1或2所述的组合物,其中,所述脂溶性活性成分和/或着色剂选自类胡萝卜素、维生素A、维生素E和它们的与C1-20碳酸的酯组成的组。
26.根据权利要求1或2所述的组合物,其中,所述水稻胚乳蛋白的量为1至70重量%,和/或所述脂溶性活性成分和/或着色剂的量是0.1至90重量%,上述量基于所述组合物的总重。
27.根据权利要求1或2所述的组合物,其中,所述水稻胚乳蛋白与选自还原糖、糖蛋白或糖肽构成的组的至少一种化合物交联。
28.生产根据权利要求1-27中任意一项所述的组合物的工艺,所述工艺包括下述步骤:
I)制备经修饰的水稻胚乳蛋白的水性溶液或胶体溶液,
II)可选地,向步骤I)中制备的溶液中至少加入水溶性赋形剂和/或佐剂,
III)制备至少有脂溶性活性成分和/或着色剂,以及可选地至少有脂溶性佐剂和/或赋形剂的溶液或分散体系,
IV)将步骤I)至III)中制备的溶液互相混合起来,
V)均质由此得到的混合物,
VI)可选地,加入交联剂用于交联所述经修饰的水稻胚乳蛋白,
VIa)可选地,对进行步骤VI)之后得到的混合物进行酶促处理或热处理,以交联所述经修饰的水稻胚乳蛋白,
VII)将步骤V)或VI)或VIa)中获得的分散体系转化为粉末,
VIII)可选地,干燥步骤VII)中获得的所述粉末,
IX)可选地,对干燥粉末进行热处理或酶促处理,以交联所述经修饰的水稻胚乳蛋白,
同时满足下述条件:在进行步骤VI)的情况下,仅进行步骤VIa)或步骤IX)之一,而非两者都进行。
29.根据权利要求28所述的工艺,其中,根据步骤VIa)或步骤IX)的所述酶促处理是用交联酶进行的处理。
30.根据权利要求28所述的工艺,其中,根据步骤VIa)或步骤IX)的所述酶促处理是用转谷氨酰胺酶进行的处理。
31.根据权利要求28所述的工艺,其中,所述水稻胚乳蛋白是权利要求2中所定义的。
32.根据权利要求1-27中任意一项所述的组合物用于对食品、饮料、动物饲料、个人护理组合物或药物组合物进行富集、强化和/或着色的用途。
33.含有根据权利要求1-27中任意一项所述的组合物的食品、饮料、动物饲料、个人护理组合物和药物组合物。
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