CN104788686A - 一种马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法 - Google Patents

一种马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法 Download PDF

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刘昀
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Abstract

本发明公开了一种马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其包括如下步骤：a、将马铃薯蛋白与蒸馏水混合，配制0.02-0.06g/ml的马铃薯蛋白溶液，用NaOH溶液将马铃薯蛋白溶液的pH调至7.5-8.5；b、将多糖加入步骤a调整pH之后的马铃薯蛋白溶液中，马铃薯蛋白与多糖的质量比为4:1—2:1，用NaOH溶液调pH至7.5-8.5；c、将步骤b得到的混合溶液采用超声波处理；d、将步骤c中超声处理后的混合溶液真空冷冻干燥后粉碎，转入干燥器中，干燥器底部放置饱和KBr或KI溶液，然后置干燥器于培养箱内反应得到马铃薯蛋白-多糖共价复合物。本发明方法改性得到的马铃薯蛋白-多糖共价复合物在溶解性、乳化活性、稳定性等方面均得到了较大提高。

Description

一种马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法
技术领域
本发明涉及一种马铃薯蛋白的改性方法，特别是涉及一种马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法。
背景技术
马铃薯蛋白系马铃薯淀粉加工过程中的副产物，在淀粉精制过程中被分离进入工艺废水。工艺废水中固形物含量为2-5％，其中，粗蛋白约占35％。有数据显示：中国有大、中、小型上千家马铃薯淀粉生产厂家，每年加工马铃薯量约为396万吨，在淀粉加工过程中排出约60万吨废水，其中所含蛋白仅有少量能被企业回收，其余约7.2万吨马铃薯蛋白均随废水排出，造成严重的环境污染与资源浪费。
作为一种优质的植物蛋白资源，马铃薯蛋白为全价蛋白，氨基酸组成均衡，必需氨基酸占其氨基酸总量的47.9％，高于大豆分离蛋白的38.5％，与鸡蛋蛋白(49.7％)相当，明显高于FAO/WHO的标准蛋白(36.0％)，与来自于其它蔬菜或谷物的蛋白相比较，赖氨酸含量更为丰富。此外，马铃薯蛋白含有大量的黏体蛋白质，能预防心血管系统的脂肪沉积，保持动脉血管的弹性，防止过早发生动脉粥样硬化，并可预防肝脏、肾脏中结缔组织的萎缩，保持呼吸道、消化道的润滑，因此，马铃薯蛋白作为营养配料、功能性配料在食品、食品添加剂工业及生物制品工业中具有潜在应用前景。
然而，由于马铃薯蛋白的高疏水性以及回收过程导致的轻微变性，致使马铃薯蛋白在水溶液中的溶解性较差，影响了乳化性及其它功能性质的表现，进而限制了其在食品行业中的进一步应用。目前其应用基本限于动物饲料，资源浪费严重。
利用物理改性、化学改性、酶法改性、生物工程改性等方法，可以通过修饰、改变蛋白质分子结构达到改善蛋白质功能性质的作用。其中，利用美拉德反应，通过蛋白质-多糖共价键和技术，即在控制的条件下，使蛋白质分子中的氨基与多糖分子链中还原末端的醛羟基共价交联形成相对稳定的蛋白一多糖共价复合物，来改善蛋白质功能特性是为数不多的蛋白质安全改性技术之一，得到的蛋白-多糖复合物符合现代社会对食品与日俱增的要求。目前国内外研究中涉及的糖基化改性蛋白质多为乳清蛋白、β-乳球蛋白、牛血清蛋白、酪蛋白、溶菌酶、小麦面筋蛋白、大豆分离蛋白以及大米(米渣)蛋白，但针对马铃薯蛋白的相关研究未见报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，改性后的马铃薯蛋白溶解性、乳化活性、稳定性均得到较大提高，并且，本发明的方法为蛋白质-多糖共价复合拓展了其应用领域，为开发新型食品添加剂提供了一条新的途径。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其包括如下步骤：
a、将马铃薯蛋白与蒸馏水混合，配制0.02-0.06g/ml的马铃薯蛋白溶液，用NaOH溶液将马铃薯蛋白溶液的pH调至7.5-8.5，优选8.0；
b、将多糖加入步骤a调整pH之后的马铃薯蛋白溶液中，马铃薯蛋白与多糖的质量比为4:1—2:1，用NaOH溶液调pH至7.5-8.5，优选8.0；
c、将步骤b得到的混合溶液采用超声波处理；
d、将步骤c中超声处理后的混合溶液真空冷冻干燥后粉碎，转入干燥器中，干燥器底部放置饱和KBr或KI溶液，然后置干燥器于培养箱内反应得到马铃薯蛋白-多糖共价复合物。
上述马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其中，所述步骤a中，配制的马铃薯蛋白溶液的浓度为0.03g/ml。
上述马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其中，所述步骤b中多糖为果胶、海藻酸钠、壳聚糖或黄原胶。
上述马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其中，所述步骤c中，采用超声波处理10-40分钟，优选20-30分钟。
上述马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其中，所述步骤c中，超声波的功率为100-500瓦，优选300-400瓦。
上述马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其中，所述步骤d中，将超声处理后的混合溶液于2-6℃下放置20-30小时，真空冷冻干燥后粉碎，转入干燥器中，干燥器底部放置饱和KBr或KI溶液以保持相对湿度为65-79％，然后置干燥器于培养箱内在50-55℃下反应4-7天，得到马铃薯蛋白-多糖共价复合物。
本发明的马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，具有如下有益效果：
1、本发明的方法为马铃薯蛋白的利用提供了新途径，减少了资源浪费；
2、本发明的方法采用超声波处理，有利于马铃薯蛋白分子的展开，得到的马铃薯蛋白-多糖共价复合物在溶解性、乳化活性、稳定性等方面均得到了明显提高；
3、本发明的方法得到的马铃薯蛋白-多糖共价复合物能够应用于食品、食品添加剂工业及生物制品工业中。
具体实施方式
实施例1
将马铃薯蛋白和蒸馏水混合，配制成浓度为0.03g/ml的马铃薯蛋白溶液，用NaOH溶液调pH至8，在30℃水浴下搅拌30分钟使其分散溶解。将黄原胶添加至马铃薯蛋白溶液中，使马铃薯蛋白与黄原胶的质量比为2:1，在30℃水浴下搅拌20分钟，使其均匀分散，用NaOH溶液调pH至8。将得到的混合溶液用超声波处理30分钟，超声功率为300瓦，于4℃下放置24小时，真空冷冻干燥后粉碎，转入干燥器中。干燥器底部放置饱和KBr溶液以保持相对湿度为70％，然后置干燥器于培养箱内在55℃下反应5天，得到马铃薯蛋白-黄原胶共价复合物。
实施例2
将马铃薯蛋白和蒸馏水混合，配制成浓度为0.02g/ml的马铃薯蛋白溶液，用NaOH溶液调pH至8.5，在40℃水浴下搅拌20分钟使其分散溶解。将果胶添加至马铃薯蛋白溶液中，使马铃薯蛋白与果胶的质量比为3:1，在40℃水浴下搅拌10分钟，使其均匀分散，用NaOH溶液调pH至8.5。将得到的混合溶液用超声波处理20分钟，超声功率为400瓦，于2℃下放置20小时，真空冷冻干燥后粉碎，转入干燥器中。干燥器底部放置饱和KI溶液以保持相对湿度为65％，然后置干燥器于培养箱内在50℃下反应7天，得到马铃薯蛋白-果胶共价复合物。
实施例3
将马铃薯蛋白和蒸馏水混合，配制成浓度为0.06g/ml的马铃薯蛋白溶液，用NaOH溶液调pH至7.5，在30℃水浴下搅拌20分钟使其分散溶解。将海藻酸钠添加至马铃薯蛋白溶液中，使马铃薯蛋白与海藻酸钠的质量比为4:1，在30℃水浴下搅拌20分钟，使其均匀分散，用NaOH溶液调pH至7.5。将得到的混合溶液用超声波处理10分钟，超声功率为500瓦，于6℃下放置30小时，真空冷冻干燥后粉碎，转入干燥器中。干燥器底部放置饱和KI溶液以保持相对湿度为79％，然后置干燥器于培养箱内在53℃下反应6天，得到马铃薯蛋白-海藻酸钠共价复合物。
实施例4
将马铃薯蛋白和蒸馏水混合，配制成浓度为0.03g/ml的马铃薯蛋白溶液，用NaOH溶液调pH至8，在30℃水浴下搅拌30分钟使其分散溶解。将壳聚糖添加至马铃薯蛋白溶液中，使马铃薯蛋白与黄原胶的质量比为2:1，在30℃水浴下搅拌20分钟，使其均匀分散，用NaOH溶液调pH至8。将得到的混合溶液用超声波处理40分钟，超声功率为100瓦，于4℃下放置24小时，真空冷冻干燥后粉碎，转入干燥器中。干燥器底部放置饱和KBr溶液以保持相对湿度为70％，然后置干燥器于培养箱内在55℃下反应5天，得到马铃薯蛋白-壳聚糖共价复合物。
对比例1
对比例1与实施例1的方法相同，不同之处在于没有采用超声波处理。
对比例2
对比例2与实施例2的方法相同，不同之处在于没有采用超声波处理。
对比例3
对比例3与实施例3的方法相同，不同之处在于没有采用超声波处理。
对比例4
对比例4与实施例4的方法相同，不同之处在于没有采用超声波处理。
实施例1-4与对比例1-4得到的马铃薯蛋白-多糖共价复合物以及未改性的马铃薯蛋白的溶解性、乳化活性、乳化稳定性比对数据见表1。
表1
项目 溶解性(S％) 乳化活性(EA) 乳化稳定性(ES)
实施例1 72.3％ 0.592 18.2
对比例1 52.1％ 0.487 16.8
实施例2 69.3％ 0.576 17.5
对比例2 50.2％ 0.461 16.7
实施例3 56.3％ 0.421 18.4
对比例3 48.9％ 0.379 16.9
实施例4 58.4％ 0.498 19.8
对比例4 49.7％ 0.401 17.9
马铃薯蛋白 46.2％ 0.356 16.3
通过表1中的数据比对，本发明中采用超声处理后改性得到马铃薯蛋白与多糖共价复合物同未采用超声处理得到的共价复合物相比，超声处理后得到的马铃薯蛋白与多糖共价复合物在溶解性、乳化活性、乳化稳定性上得到了明显提高，并且同未改性的马铃薯蛋白相比更是得到了显著提高。由于本发明方法改性得到的马铃薯蛋白-多糖共价复合物在溶解性、乳化活性、乳化稳定性上得到显著提高，因此改性得到的马铃薯蛋白-多糖共价复合物能够应用于食品、食品添加剂工业及生物制品工业中，为马铃薯蛋白的利用提供了新途径，减少了资源浪费。
实施例5
实施例5的方法与实施例1相同，不同之处在于采用超声波处理10分钟。
实施例6
实施例6的方法与实施例1相同，不同之处在于采用超声波处理20分钟。
实施例7
实施例7的方法与实施例1相同，不同之处在于采用超声波处理40分钟。
实施例1、实施例5-7与对比例1得到的马铃薯蛋白-多糖共价复合物的溶解性、乳化活性、乳化稳定性比对数据见表2。
表2
项目 对比例1 实施例5 实施例6 实施例1 实施例7
超声时间(分钟) 0 10 20 30 40
溶解性(S％) 52.1％ 56.7％ 62.4％ 72.3％ 61.8％
乳化活性(EA) 0.487 0.518 0.607 0.592 0.549
乳化稳定性(ES) 16.8 17.5 17.8 18.2 18.5
通过表2中的数据对比，本发明中采用了超声波对马铃薯蛋白和多糖混合溶液进行处理，显著提高了马铃薯蛋白-多糖共价复合物的溶解性、乳化活性和乳化稳定性。发明人在试验过程中发现，随着超声时间的增加，马铃薯蛋白-多糖共价复合物的溶解性随着超声时间的增加而逐渐提高，当超声时间达到30分钟时，溶解性可以达到72.3％，随后随着时间的增加溶解性呈现下降趋势；马铃薯蛋白-多糖共价复合物的乳化活性随着时间的增加而逐渐提高，当超声时间达到20分钟时，乳化活性可以达到0.607，之后随着时间的增加乳化活性呈现下降趋势；马铃薯蛋白-多糖共价复合物的乳化稳定性随着时间的增加而逐渐提高，超声时间达到40分钟时可以达到18.5。综合超声时间对马铃薯蛋白-多糖共价复合物溶解性、乳化活性和乳化稳定性的影响，超声时间优选为20-30分钟。
实施例8
实施例8的方法与实施例1相同，不同之处在于采用超声波处理时的超声功率为100W，超声时间为20分钟。
实施例9
实施例9的方法与实施例1相同，不同之处在于采用超声波处理时的超声功率为200W，超声时间为20分钟。
实施例10
实施例10的方法与实施例1相同，不同之处在于采用超声波处理时的超声功率为400W，超声时间为20分钟。
实施例11
实施例11的方法与实施例1相同，不同之处在于采用超声波处理时的超声功率为500W，超声时间为20分钟。
实施例6、实施例8-11与对比例1得到的马铃薯蛋白-多糖共价复合物的溶解性、乳化活性、乳化稳定性比对数据见表3。
表3
通过表3中的数据对比，本发明中采用了超声波对马铃薯蛋白和多糖混合溶液进行处理，显著提高了马铃薯蛋白-多糖共价复合物的溶解性、乳化活性和乳化稳定性。发明人在试验过程中发现，随着超声功率的增加，马铃薯蛋白-多糖共价复合物的溶解性随着超声功率的增加而逐渐提高，当超声功率达到400瓦时，溶解性可以达到63.1％，随后随着超声功率的增加溶解性呈现下降趋势；马铃薯蛋白-多糖共价复合物的乳化活性随着超声功率的增加而逐渐提高，当超声功率达到400瓦时，乳化活性可以达到0.610，之后随着超声功率的增加乳化活性呈现下降趋势；马铃薯蛋白-多糖共价复合物的乳化稳定性随着超声功率的增加而逐渐提高，当超声功率达到300瓦时，乳化稳定性可以达到17.8，之后随着超声功率的增加乳化稳定性呈现下降趋势。综合超声功率对马铃薯蛋白-多糖共价复合物溶解性、乳化活性和乳化稳定性的影响，超声功率优选为300-400瓦。

Claims (10)

1.一种马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其包括如下步骤：
a、将马铃薯蛋白与蒸馏水混合，配制0.02-0.06g/ml的马铃薯蛋白溶液，用NaOH溶液将马铃薯蛋白溶液的pH调至7.5-8.5；
b、将多糖加入步骤a调整pH之后的马铃薯蛋白溶液中，马铃薯蛋白与多糖的质量比为4:1—2:1，用NaOH溶液调pH至7.5-8.5；
c、将步骤b得到的混合溶液采用超声波处理；
d、将步骤c中超声处理后的混合溶液真空冷冻干燥后粉碎，转入干燥器中，干燥器底部放置饱和KBr或KI溶液，然后置干燥器于培养箱内反应得到马铃薯蛋白-多糖共价复合物。
2.如权利要求1所述的马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其中，所述步骤a中，配制的马铃薯蛋白溶液的浓度为0.03g/ml。
3.如权利要求1所述的马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其中，所述步骤a中，马铃薯蛋白溶液用NaOH溶液调pH至8.0。
4.如权利要求1所述的马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其中，所述步骤b中多糖为果胶、海藻酸钠、壳聚糖或黄原胶。
5.如权利要求1所述的马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其中，所述步骤b中，用NaOH溶液将马铃薯蛋白与多糖混合溶液调pH至8.0。
6.如权利要求1所述的马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其中，所述步骤c中，采用超声波处理10-40分钟。
7.如权利要求6所述的马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其中，所述步骤c中，采用超声波处理20-30分钟。
8.如权利要求1或6所述的马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其中，所述步骤c中，超声波的功率为100-500瓦。
9.如权利要求8所述的马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其中，所述步骤c中，超声波的功率为300-400瓦。
10.如权利要求1所述的马铃薯蛋白与多糖共价复合改性的方法，其中，所述步骤d中，将超声处理后的混合溶液于2-6℃下放置20-30小时，真空冷冻干燥后粉碎，转入干燥器中，干燥器底部放置饱和KBr或KI溶液以保持相对湿度为65-79％，然后置干燥器于培养箱内在50-55℃下反应4-7天，得到马铃薯蛋白-多糖共价复合物。
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