发明内容
鉴于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种抗氧化组合物及其制备方法和抗氧化食品,旨在解决现有抗氧化保健食品存在的问题。
本发明的技术方案如下:
一种抗氧化组合物,其中,所述抗氧化组合物的基础组成成分为乳清肽、茶多酚以及维生素A、C、E;
其中,所述乳清肽为通过蛋白酶对乳清蛋白溶液的催化水解得到;
每千克乳清蛋白水解液含有200至2000mg茶多酚、200至1000mg维生素C、5至20mg维生素A和5mg至40mg维生素E。
所述的抗氧化组合物,其中,所述蛋白酶为胰蛋白酶;胰蛋白酶和乳清蛋白溶液的质量比为0.5-1.5:100。
所述的抗氧化组合物,其中,所述胰蛋白酶的活性为20至100U/mg,所述乳清蛋白溶液的质量浓度为1-5%
所述的抗氧化组合物,其中,所述水解过程为在温度36-38℃、PH值6.8-7.5中孵育2至4小时后,高温中断反应,得到含有乳清肽的乳清蛋白水解液。
一种如上所述的抗氧化组合物的制备方法,其中,包括以下步骤:
将乳清蛋白溶解于水中,制成质量浓度为1%-5%的乳清蛋白溶液;将所述乳清蛋白溶液进行膜过滤脱盐;加入蛋白酶进行水解;加热使蛋白酶钝化;降温至30-45℃;加入定量的茶多酚和维生素A、C、E。
所述的抗氧化组合物的制备方法,其中,所述蛋白酶为胰蛋白酶,活性为20至100U/mg;胰蛋白酶和乳清蛋白溶液的质量比为0.5-1.5:100。
所述的抗氧化组合物的制备方法,其中,所述水解的过程为在温度36-38℃、PH值6.8-7.5中孵育2至4小时后,高温中断反应,得到含有乳清肽的乳清蛋白水解液。
一种抗氧化食品,其中,所述抗氧化食品中包含如上所述的抗氧化组合物。
有益效果:本发明所提供的抗氧化组合物,通过特定工艺激活后的抗氧化活性肽段和茶多酚、维生素A、C、E有机结合,在抗氧化、去清除自由基,保护、恢复细胞功能的基础上,使营养物达到人体最需要部位而使机体迅速得到恢复。还在可所述抗氧化组合物的基础上,选择性地加入维生素、矿物质、果汁、茶及其他植物提取物的一种或多种原料,制成抗氧化食品。
具体实施方式
本发明提供一种抗氧化组合物及其制备方法和抗氧化食品,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明所提供的抗氧化组合物,其基础组成为具有抗氧化活性的乳清肽、茶多酚、维生素A、C、E组成,本发明所述抗氧化组合物中的各组分不仅起到抗氧化作用,而且含有人体中必不可少的营养素。通过特定工艺激活后的抗氧化活性肽段和茶多酚、维生素A、C、E有机结合,在抗氧化、去清除自由基,保护、恢复细胞功能的基础上,使营养物达到人体最需要部位而使机体迅速得到恢复。在配方工艺方面,针对不同人群的营养功能配方通常会应用一些脂类物质,而抗氧化组合物的抗氧化性可以很好地保护了以本抗氧化组合物为基础的配方中的其它脂类物质。
所述乳清肽是通过胰蛋白酶对乳清蛋白的催化得到,乳清蛋白的营养保健功能,富含人体需要的所有必需氨基酸,它具有纯度高、氨基酸配比恰当、易被人体消化吸收等特点。另一方面,乳清蛋白价格比较适中,使得本发明抗氧化组合物具有高性价比。同时具有抗氧化活性的乳清肽为蛋白水解物,很好地克服了蛋白质在酸性条件下的变性而产生紊状沉淀,提高了饮剂的品质。本发明为以抗氧化为基础的功能食品提供一个新的契机,这个抗氧化组合物可以为不同人群的配方制定提供有力的抗氧化及补给的保证。
具体地,所述抗氧化组合物的基础组成成分为乳清肽、茶多酚以及维生素A、C、E;
其中,所述乳清肽为通过蛋白酶对质量浓度为1-5%乳清蛋白溶液的催化水解得到;
每千克乳清蛋白水解液含有200至2000mg茶多酚、200至1000mg维生素C、5至20mg维生素A和5mg至40mg维生素E。
本发明中还提供所述抗氧化组合物的制备方法,具体包括以下步骤:
将乳清蛋白原料溶解,制成1%-5%溶液;进行膜过滤脱盐;加胰蛋白酶水解;加热使酶钝化;降温至30-45℃;加入定量的茶多酚和维生素A、C、E。
蛋白酶的选择和酶催化条件均影响到所述抗氧化组合物的抗氧化性。因此,在设计水解步骤中最为关键的因素是蛋白酶的选择和催化条件的优化,这关系到最终抗氧化组合物的特性。同时,从消化吸收的角度出发,肽段的大小应该适中,研究表明,大小在1000道尔顿左右的肽段能迅速被机体吸收并协同其它组分发挥功效。
本发明中为了取得制备所述抗氧化组合物的最佳反应条件,经过多次的实验验证,最终确定了胰蛋白酶作为分解酶,酶催化反应的条件为:酶活性为20至100U/mg的胰蛋白酶,按酶/底物(质量浓度为1%-5%的乳清蛋白液)0.5-1.5:100的配比关系,在温度36-38℃、PH值6.8-7.5中孵育2至4小时,然后反应混合物高温中断反应(70-100℃加热5分钟,高温灭活),最终得到含有乳清肽的乳清蛋白水解液。
本发明中还提供一种抗氧化食品,所述抗氧化食品是在所述抗氧化组合物选择性地加入维生素、矿物质、果汁、茶及其他植物提取物的一种或多种原料,混合溶解并利用酸液调PH值,并根据需要加入辅料如风味剂、色素后定容即可制成具备抗氧化功能的营养饮剂。
为了验证乳清蛋白胰蛋白酶分解物的抗氧化性及肽段大小,本发明中对乳清蛋白的重要组成部分--ß-乳球蛋白,结合优化催化条件对其进行胰蛋白酶分解。
ß-乳球蛋白分子具有三维空间的结构。它的一级结构由162个氨基酸组成,分子量为18.3kDa。通过结构分析的方法得知它含有10-30% α-螺旋结构,20-30% ß-箭板结构, 50-60% ß-转角结构及其他不规则结构,极性、非极性残基均匀分布,憎水基团分布在分子平面上,并通过结合或相互作用力和其它蛋白分子相互影响而固定,两个双硫桥(介于位置106和119及66和160之间)和一个硫羟基提供了稳定的空间结构。如表1所示,为ß-乳球蛋白的一级结构。
表1 ß-乳球蛋白分子氨基酸顺序表
1 L I V T Q T M K G L D I Q K V A G T W Y S L A M A A S D I S
31 L L D A Q S A P L R V Y V E E L K P T P E G D L E I L L Q K
61 W E N G E C A Q K K I I A E K T K I P A V F K I D A L N E N
91 K V L V L D T D Y K K Y L L F C M E N S A E P E Q S L A C Q
121 C L V R T P E V D D E A L E K F D K A L K A L P M H I R L S
151 F N P T Q L E E Q C H I
胰蛋白酶属于肽酶,它催化分解蛋白质或肽链中含有赖氨酸(Lys)或精氨酸(Arg)连接的肽键。如图1所示,图1中描述了胰蛋白酶活性中心跟蛋白质中精氨酸(Arg)基团结合的反应机理。
要确定肽段的抗氧化性,可以首先将ß-乳球蛋白在确定的条件下进行胰蛋白酶分解,然后通过RP-HPLC-MS进行肽段的鉴别。具体实验步骤如下:
1、缓冲液的制备:
HPLC-测试缓冲液:
原料:6M 尿素溶液;0.1M氯化钠溶液;0.1M磷酸盐溶液;0.1% CHAPS;pH=6.8;
制备过程:在微热条件下将360.36克尿素,5.84克氯化钠,17.8克脱水磷酸二钠和1.00克CHAPS加于800ml双蒸馏水中并轻摇至溶解,用浓盐酸将溶液PH值调整至6.8,然后将溶液转加至1000ml容量瓶中并加蒸馏水至刻度线。溶液经醋酸纤维素滤纸(1.2μm)过滤。
ß-乳球蛋白缓冲液:
原料:6M 尿素溶液;0.1M 氯化钠溶液;0.1M 磷酸盐溶液; 1% DTT ;0.1% CHAPS;pH=6.8;
制备过程:样品缓冲液要新鲜制备。需要时将1克DTT加入至100ml HPLC测试缓冲液中。
孵育缓冲液:
原料:0.2M 三醋酸缓冲液;PH
=7.5;
制备过程:将2.42克三(羟基甲基)-氨基甲烷加入至约80ml双蒸馏水中溶解,用醋酸调PH值至7.5,加双蒸馏水定容至100ml。
胰蛋白酶溶液:
将1mg酶活性为12.5U的胰蛋白酶(Sigma-Aldrich, USA )加入到6ml孵育缓冲液中。
2、胰蛋白酶分解:
胰蛋白酶按酶/底物1:100的配比关系反应,就是往1ml浓度为0.1%的蛋白溶液加入10μl胰蛋白酶溶液。反应混合物在37℃的干燥箱中孵育2.5小时,之后放置于85℃的水浴箱5分钟中断反应,反应物通过醋酸纤维素滤纸(0.45μm)过滤,滤液可进行HPLC-MS检测。
3、HPLC-MS检测:
仪器系统与参数:固定相:Zorbax 300 Extend-C18; 2.1×150mm; 3.5 Micron;固定相温度 :
45℃;样品浓度 : 0.1%蛋白质溶液;注入量: 100μl;流动速度: 0.25ml/min;检测器:
UV/Vis: λ = 220nm和λ =
280nm;质谱分析仪(MS):测量范围
100-3500Da。
洗脱缓冲液A:
原料:10mM 醋酸铵缓冲液,PH
5.5;
制备过程:将0.77克醋酸铵溶于800ml双蒸馏水中,用3%醋酸溶液将PH值调至5.5并用双蒸馏水定容至1000ml,溶液用醋酸纤维素滤纸(0.45μm)过滤并除气。
洗脱缓冲液B:
原料:84%乙腈,10mM醋酸铵溶液;
制备过程:将160ml洗脱液A加入至840ml乙腈中,溶液用亲水聚丙烷滤纸(0.45μm)过滤并除气。
HPLC-MS检测的样品准备:
HPLC-MS检测需要0.1%的蛋白质分解物溶液。胰蛋白酶分解物过滤后加入0.1%
DTT放置于冰箱中24小时以便反应充分进行,反应物过滤后可进行HPLC-MS检测。
梯度分离程序:如表2所示。
表2: 胰蛋白酶分解物的HPLC梯度分离程序
4、验证结果:胰蛋白酶属于肽酶,它催化分解含有赖氨酸(Lys)或精氨酸(Arg)连接的肽键。胰蛋白酶消化可以破坏乳清蛋白的三维空间结构,理论上可以得到17个肽段和2个氨基酸(见表3),通过质谱数据分析(见图2),所得到的大部分肽段的分子量在500-3000Da之间。经分析测定,确定具有抗氧化活性的肽段分别为:
肽段 1-8:L I V
T Q T M K
肽段 15-40:V A G
T W Y S L A M A A S D I S L L D A Q S A P L
肽段 61-69:W E N
G E C A Q
肽段 92-100:V L V
L D T D Y
肽段 102-124:Y L L
F C M E N S A E P E Q S L A C Q C L V
肽段 149-162:A L P
M H I R L S F N P T Q L E E Q C H I
这些肽段抗氧化性的确定为胰蛋白酶分解乳清蛋白其它成分激活组分的抗氧化能力提供了重要的依据。
表3: 胰蛋白酶催化分解ß-乳球蛋白质谱分析数据
确定所述抗氧化组合物的抗氧化性,其过程如下所述。
实验组分制备:
组合物一
将乳清蛋白原料溶解,制成1%溶液,进行膜过滤脱盐,配制20U/ml的胰蛋白酶催化液,将酶活性为20U的胰蛋白酶按酶/乳清蛋白1:100的配比关系加入溶液中,在37℃和PH7.0中孵育2.5小时,然后反应混合物高温中断反应,分解物冷却到40℃。
组合物二
在100ml的水中加入20mg的茶多酚,10mg的维生素C,摇均,然后加入0.5mg维生素A和1mg维生素E。
组合物三
将乳清蛋白原料溶解,制成1%溶液,进行膜过滤脱盐,配制20U/ml的胰蛋白酶催化液,将酶活性为20U的胰蛋白酶按酶/乳清蛋白1:100的配比关系加入溶液中,在37℃和PH7.0中孵育2.5小时,然后反应混合物高温中断反应,分解物冷却到40℃;按每100g的分解物溶液中加入20mg的茶多酚、10mg的维生素C,摇均,然后加入0.5mg维生素A和1mg维生素E。
选用体重为450±30的SD大鼠40只,分成4组,每组10只,自由摄食和饮水,试用组分别经胃管灌服各组合物(每日一次,清晨灌服),剂量为10ml/kg体重,对照组灌服等体积水。连续灌服和饲养30天。第31天,4组动物摘眼球取血,离心,取血清,测定如下生化指标:血中过氧化脂降解产物丙二醛(MDA)含量,血中超氧化物歧化酶(SOD)活力及谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)。具体结果见表4、5、6。
表4:样品对动物体重的影响
组别 |
动物数(只) |
初始体重(g) |
中期体重(g) |
终期体重(g) |
组合物一 |
10 |
458±17 |
491±11 |
531±13 |
组合物二 |
10 |
465±12 |
495±12 |
534±12 |
组合物三 |
10 |
460±11 |
494±14 |
530±14 |
空白对照 |
10 |
467±15 |
497±8 |
536±10 |
表4的结果表明,与空白对照组相比,各配方组无显著性差异(P<0.05)。
表5:血中过氧化脂降解物丙二醛(MDA)含量
组别 |
动物数 |
MDA含量(nmol/ml) |
组合物一 |
10 |
1.79±0.13 |
组合物二 |
10 |
1.80±0.16 |
组合物三 |
10 |
1.75±0.17 |
空白对照 |
10 |
2.58±0.13 |
MDA(malondiadehycle)是细胞膜脂质过氧化的终产物之一,测其含量可间接估计脂质过氧化的程度。表5的结果表明,,与空白对照组相比,各组分有显著性差异(P<0.05)。
表6:血中超氧化物歧化酶(SOD)活力及谷胱甘肽过氧化物酶含量
组别 |
动物数 |
超氧化物歧化酶活力(μ/ml) |
谷胱甘肽过氧化物酶(nmol/ml) |
组合物一 |
10 |
123.2±12.1 |
108.5±6.5 |
组合物二 |
10 |
135.7±13.7 |
115.7±6.3 |
组合物三 |
10 |
145.5±11.4 |
117.8±5.8 |
空白对照 |
10 |
110.3±10.6 |
88.5±6.2 |
SOD催化超氧阴离子自由基(O2·-)生成H2O2,再由其它抗氧化酶如谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)和过氧化氢酶作用生成水,这样可以清除O2·-对细胞的毒害作用。
谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)是体内存在的一种含硒清除自由基和抑制自由基反应的系统。对防止体内自由基引起膜脂质过氧化特别重要。
SOD、GSH-Px在动物某些器官和人体血红细胞中的含量均有明显的增龄变化,酶活性与生物年龄的增长成反比。消除自由基的能力与酶活性成正比。
表6的结果表明,各组分与空白对照组相比,差别有显著性意义(P<0.05),同时可以看出,组合物三的效果明显,即复合各组分有增效作用。
通过胰蛋白酶对乳清蛋白的催化,所得分解物的热稳定性、水溶性得到了很大提高,而这些特性对成品的工艺加工起到很大促进作用;胰蛋白酶分解物使得组分更好地被机体消化吸收,它可以更迅速地配合其它组分发挥其功效,分解物在营养学上对特定阶段的机体起到很好的调节作用;部分乳清蛋白分子空间结构发生改变,实验证明含有高阶抗氧化特性的氨基酸在肽段中的抗氧化能力被激发出来,混合物中的抗氧化肽和茶多酚、维生素A、C、E抗氧化组合定量配比,起到协同增效的作用,使乳清蛋白营养成分得到优化配合,组合物可进一步应用于针对不同人群在不同阶段的功能营养组合配方中。
以下通过实施例对本发明做进一步说明,但不限制本发明的应用范围。