CN106750393A - 一种酶法与热处理复合制备双网络凝胶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种酶法与热处理复合制备双网络凝胶的方法，首先以小麦麸皮为原料碱提制备阿拉伯木聚糖，并与大豆分离蛋白溶液充分混合，经漆酶作用一定时后，再置于水浴锅恒温静置一定时间，迅速冷却至室温既得小麦麸皮阿拉伯木聚糖/大豆分离蛋白双网络凝胶。本发明的优点是：原材料易得、天然无毒性、成本较低；其次，该方法制备的双网络凝胶与常规的单网络凝胶相比具有良好的械性能；此外，阿拉伯木聚糖作为一种非淀粉多糖，具有良好的生理功能，而大豆分离蛋白富含八种人体必需氨基酸，具有动物蛋白不可比拟的功能特性，因此更利于本发明在食品加工的应用。本发明为可食性凝胶在食品及药物包埋等领域的应用提供一个新的有效途径。

Description

一种酶法与热处理复合制备双网络凝胶的方法
技术领域
本发明属于食品工程领域和多糖与蛋白产品开发领域，具体涉及到一种利用酶法与热处理复合制备小麦阿拉伯木聚糖/大豆分离蛋白双网络凝胶的方法。
背景技术
阿拉伯木聚糖作为一种可再生的半纤维素，广泛的存在于小麦、大麦、玉米、稻米、高粱、燕麦等谷物组织中，其结构复杂多样，主要表现在取代方式、聚合度及阿魏酸含量等的不同。此外阿拉伯木聚糖还具有抗氧化、降血糖以及调节肠道等生理功能。生物酶(如漆酶、过氧化物酶/H2O2体系等)以及一些化学试剂(过硫酸铵等)可通过自由基氧化，使得阿拉伯木聚糖中的阿魏酸基团共价交联形成高粘度的溶液及凝胶。基于阿拉伯木聚糖凝胶具有的良好的亲水性及生物相容性，因而受到了广泛关注。但由于阿拉伯木聚糖凝胶自身结构不稳定且机械性能差等原因，因此限制了其在食品加工中的应用。
大豆分离蛋白亦被称为等电点蛋白，它是以低温脱脂大豆粕为原料，通过浸提及沉淀的方法除去非蛋白质成分，最终得到蛋白质含量在90％之上的高纯度大豆蛋白制品，主要包括7S(β-伴大豆球蛋白)和11S(大豆球蛋白)两种蛋白，具有良好的生物相容性、生物降解性及加工特性。大豆分离蛋白中氨基酸种类有20中，包含人体所需要的8种必须氨基酸，具有动物蛋白不可比拟的功能特性。是一种全价蛋白质。具有较高的营养性质及功能特性，因此被广泛应用于食品工业。凝胶性是大豆分离蛋白的主要性质之一。大豆分离蛋白形成凝胶过程会受到温度、pH、离子强度等影响。大豆分离蛋白在加热过程中伴随有变性，聚合及凝胶化作用的发生，使得蛋白质结构展开，一些功能基团暴露出来，蛋白质分子通过二硫键、氢键、静电相互作用、疏水作用力等交联形成凝胶。而蛋白质水凝胶网络呈开放式，在食品加工贮藏中极易形成絮凝物，亦存在械性能差、质构单一等问题亟待解决。
因此基于蛋白质和多糖各自成交胶特性，构建蛋白质/多糖双网络水凝胶引起许多研究者的关注。双网络水凝胶是由两种独立的亲水性聚合物交联网络结合在一起形成的水凝胶，一种为交联密度较高的聚电解质网络结构，另一种为低交联度或不交联的中性网络结构，两者相辅相成，既能够保持凝胶外形，又能起到吸收外界应力的作用。相对于传统的或单一网络水凝胶，双网络凝胶的复杂结构赋予其良好的溶胀性及机械性能，在食品工业具有广阔的应用前景。
现有的双网络水凝胶易发生絮凝、相分层，虽然凝胶机械性能有所改善，但两者间热力学不兼容易导致分离，使水凝胶体系机械强度减弱，且制备凝胶的原料成本较高、不易获取。因此，本发明以成本低廉、来源广泛的农业副料制备阿拉伯木聚糖，并与大豆分离蛋白复合构建一种结构稳定、机械性能较好的新型双网络水凝胶。
发明内容
本发明提供了一种酶法与热处理复合制备双网络凝胶的方法。所要解决的技术问题是：提供一种成本低廉、无污染、安全、结构稳定、机械性能较好的双网络凝胶的制备方法。
本发明的酶法与热处理复合制备双网络凝胶的方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)以粉碎成粉的小麦麸皮原料，浸泡于4～5倍质量的蒸馏水，置于沸水浴加热20～40min(充分糊化淀粉分子，易于酶解)，待温度降至70～85℃时，加入α-淀粉酶并置于80～85℃水浴酶解除淀粉(碘液检测酶解程度)。待淀粉分解完全，过滤富集沉淀，沸腾蒸馏水冲洗沉淀4～5次，60～70℃烘箱干燥4～6h，得到除淀粉的小麦麸皮；
(2)将除淀粉的小麦麸皮与0.2～0.5mol/L的氢氧化钠溶液1∶4～1∶5(w/v)混合，室温条件下，避光(防止酚类物质氧化)旋转震荡4～5h，6000～8000r/min离心15～30min，除去麸皮沉淀物，上清液调节pH3.8～4.0，6000～8000r/min离心15～30min除去酸不溶半纤维素，收集上清液，与无水乙醇1∶3～1∶4(v/v)混合，得白色絮状沉淀，冷冻干燥后，得到小麦阿拉伯木聚糖；
(3)选用市售大豆分离蛋白配制浓度为7～9％(w/v)的溶液，均匀搅拌3～4h防止气泡产生，4℃静置12～18h使蛋白充分水合，得到大豆分离蛋白溶液；
(4)按2％～5％的重量比将小麦阿拉伯木聚糖溶解于7～9％(w/v)大豆分离蛋白溶液，均匀搅拌溶解并防止气泡产生，加入漆酶(0.1U/mg的小麦阿拉伯木聚糖)，35～40℃静置1.5～2.5h，再置于80～85℃加热30～35min，以流动水冷却至室温，得到小麦阿拉伯木聚糖/大豆分离蛋白双网络凝胶。
所述方法采用原料来源广泛，易获得且成本低廉。
所述方法是基于酶法与热处理两种反应机制构建双网络凝胶，操作过程安全，无污染，且混合体系均发生交联反应。在加热情况下，形成的大豆分离蛋白网络结构提供刚性支架，可保持凝胶外形，而漆酶作用下，阿拉伯木聚糖共价交联形成的网络结构填补于刚性网络中，起到吸收外界应力的作用，两者相辅相成，克服了以往研究中双网络凝胶易发生絮凝、相分层及热力学不兼容等缺陷，因此制备的凝胶机械性能稳定。
所述的小麦麸皮为市售小麦的任意一种或两种以上混合物。
所述的大豆分离蛋白为市售任意一种。
本发明的优点是：
(1)本发明所用的方法采用酶法与热处理结合来制备双网络凝胶，工艺相对简单、安全、无污染，且基于酶法与热处理双重反应，所形成凝胶结构更为稳定。
(2)本发明采用的原料成本低廉、来源广泛，易获得，有利于农业副料的回收利用；
(3)本发明所制备的小麦阿拉伯木聚糖/大豆分离蛋白双网络凝胶结构稳定、机械性能较好，可用于部分生物活性物质包埋；
(4)本发明所制备的小麦阿拉伯木聚糖/大豆分离蛋白双网络凝胶具有一定的营养价值。
具体实施方式
为了更好地展示本发明，结合以下实施例来进一步阐述本发明的内容，而本发明内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
(1)以粉碎成粉的郑麦9023麸皮原料，浸泡于4倍质量的蒸馏水，置于沸水浴加热30min，待温度降至70℃时，加入α-淀粉酶并置于85℃水浴酶解除淀粉(碘液检测酶解程度)。待淀粉分解完全，过滤富集沉淀，沸腾蒸馏水冲洗沉淀4～5次，70℃烘箱干燥4h，得到除淀粉的小麦麸皮；将除淀粉的小麦麸皮与0.25mol/L的氢氧化钠溶液1∶4(w/v)混合，室温条件下，避光旋转震荡4h，6000r/min离心30min，上清液调节pH4.0，6000r/min离心30min后，收集上清液，与无水乙醇1∶3(v/v)混合，得白色絮状沉淀，冷冻干燥后，得到小麦阿拉伯木聚糖；选用市售大豆分离蛋白配制浓度为9％(w/v)的溶液，均匀搅拌4h防止气泡产生，4℃静置12h使蛋白充分水合，得到大豆分离蛋白溶液；按2％的重量比将小麦阿拉伯木聚糖溶解于9％(w/v)大豆分离蛋白溶液，均匀搅拌溶解并防止气泡产生，加入漆酶(0.1U/mg的小麦阿拉伯木聚糖)，40℃静置1.5h，再置于85℃加热30min，以流动水冷却至室温，得到小麦阿拉伯木聚糖/大豆分离蛋白双网络凝胶。以11％的大豆分离蛋白热致凝胶为对比，质构分析测得本发明制备的凝胶具有良好的硬度、弹性、咀嚼性。
实施例2
以粉碎成粉的矮抗58麸皮原料，浸泡于5倍质量的蒸馏水，置于沸水浴加热20min，待温度降至80℃时，加入α-淀粉酶并置于80℃水浴酶解除淀粉(碘液检测酶解程度)。待淀粉分解完全，过滤富集沉淀，沸腾蒸馏水冲洗沉淀4～5次，60℃烘箱干燥6h，得到除淀粉的小麦麸皮；将除淀粉的小麦麸皮与0.5mol/L的氢氧化钠溶液1∶3(w/v)混合，室温条件下，避光旋转震荡5h，8000r/min离心15min，上清液调节pH4.0，8000r/min离心15min后，收集上清液，与无水乙醇1∶3(v/v)混合，得白色絮状沉淀，冷冻干燥后，得到小麦阿拉伯木聚糖；选用市售大豆分离蛋白配制浓度为8％(w/v)的溶液，均匀搅拌3h防止气泡产生，4℃静置18h过夜使蛋白充分水合，得到大豆分离蛋白溶液；按3％的重量比将小麦阿拉伯木聚糖溶解于8％(w/v)大豆分离蛋白溶液，均匀搅拌溶解并防止气泡产生，加入漆酶(0.1U/mg的小麦阿拉伯木聚糖)，40℃静置2h，再置于80℃加热30min，以流动水冷却至室温，得到小麦阿拉伯木聚糖/大豆分离蛋白双网络凝胶。以11％的大豆分离蛋白热致凝胶为对比，质构分析测得本发明制备的凝胶具有良好的硬度、弹性、咀嚼性。
实施例3
以粉碎成粉的周麦27麸皮原料，浸泡于5倍质量的蒸馏水，置于沸水浴加热40min，待温度降至85℃时，加入α-淀粉酶并置于85℃水浴酶解除淀粉(碘液检测酶解程度)。待淀粉分解完全，过滤富集沉淀，沸腾蒸馏水冲洗沉淀5次，65℃烘箱干燥5h，得到除淀粉的小麦麸皮；将除淀粉的小麦麸皮与0.25mol/L的氢氧化钠溶液1∶5(w/v)混合，室温条件下，避光旋转震荡4h，6000r/min离心20min，上清液调节pH3.9，6000r/min离心20min后，收集上清液，与无水乙醇1∶4(v/v)混合，得白色絮状沉淀，冷冻干燥后，得到小麦阿拉伯木聚糖；选用市售大豆分离蛋白配制浓度为7％(w/v)的溶液，均匀搅拌4h防止气泡产生，4℃静置15h使蛋白充分水合，得到大豆分离蛋白溶液；按4％的重量比将小麦阿拉伯木聚糖溶解于7％(w/v)大豆分离蛋白溶液，均匀搅拌溶解并防止气泡产生，加入漆酶(0.1U/mg的小麦阿拉伯木聚糖)，35℃静置2.5h，再置于85℃加热35min，以流动水冷却至室温，得到小麦阿拉伯木聚糖/大豆分离蛋白双网络凝胶。以11％的大豆分离蛋白热致凝胶为对比，质构分析测得本发明制备的凝胶具有良好的硬度、弹性、咀嚼性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在不脱离本发明的原理和原则之下，所做的任何修改、等同替换、润饰等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种酶法与热处理复合制备双网络凝胶的方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
SS1.以粉碎成粉的小麦麸皮为原料，将其浸泡于4～5倍质量的蒸馏水，置于沸水浴加热20～30min以充分糊化小麦麸皮中的淀粉分子，
待小麦麸皮和蒸馏水的混合物的温度降至70～85℃时，在混合物中加入α-淀粉酶并置于80～85℃水浴中酶解除小麦麸皮中的淀粉，
待小麦麸皮中的淀粉分解完全，过滤富集沉淀，然后用沸腾蒸馏水冲洗所述沉淀4～5次，之后将冲洗后的所述沉淀置于60～70℃烘箱中干燥4～6h，得到除淀粉的小麦麸皮。
SS2.将步骤SS1中制备的除淀粉的小麦麸皮与0.2～0.5mol/L的氢氧化钠溶液以1∶4～1∶5(w/v)的比例混合，
之后，在室温条件下，对混合物避光旋转震荡4～5h，并以6000～8000r/min离心15～30min以除去小麦麸皮沉淀物，
然后，将上清液的pH值调节至3.8～4.0，并以6000～8000r/min离心15～30min除去酸不溶半纤维素后，收集上清液，将所述上清液与无水乙醇以1∶3～1∶4(v/v)的比例混合，得白色絮状沉淀，
最后，在-40～-35℃条件下冷冻干燥所述白色絮状沉淀后，得到小麦阿拉伯木聚糖。
SS3.选用大豆分离蛋白配制浓度为7～9％(w/v)的溶液，均匀搅拌所述溶液3～4h以防止气泡产生，在4℃条件下静置12～18h使蛋白充分水合，得到大豆分离蛋白溶液。
SS4.按2％～5％的重量比将小麦阿拉伯木聚糖溶解于所述7～9％(w/v)的大豆分离蛋白溶液，均匀搅拌溶解并防止气泡产生，加入漆酶，在35～40℃条件下静置1.5～2.5h，再置于80～85℃加热30～35min，以流动水冷却至室温，得到小麦阿拉伯木聚糖/大豆分离蛋白双网络凝胶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的小麦麸皮为市售小麦的任意一种或两种以上混合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的大豆分离蛋白为市售任意一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤SS1中，使用碘液检测淀粉的酶解程度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤SS4中，所述漆酶为0.1U/mg的小麦阿拉伯木聚糖。
6.一种酶法与热处理复合制备双网络凝胶的方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
SS1.将粉碎成粉的小麦麸皮浸泡于4～5倍质量的蒸馏水，经沸水浴加热20～30min淀粉糊化，加入α-淀粉酶并置于80～85℃水浴酶解除淀粉，
待小麦麸皮中的淀粉分解完全，过滤冲洗富集沉淀，
将冲洗后的所述沉淀置于60～70℃烘箱干燥，得到除淀粉的小麦麸皮。
SS2.将除淀粉的小麦麸皮与0.2～0.5mol/L的氢氧化钠溶液1∶4～1∶5(w/v)混合，室温条件下，避光旋转震荡4～5h，离心取上清液调节pH值为3.8～4.0，再离心收集上清液，与无水乙醇1∶3～1∶4(v/v)混合，得白色絮状沉淀，冷冻干燥后，得到小麦阿拉伯木聚糖。
SS3.选用市售大豆分离蛋白配制浓度为7～9％(w/v)的溶液，均匀搅拌3～4h防止气泡产生，4℃静置12～18h使蛋白充分水合，得到大豆分离蛋白溶液。
SS4.按2％～5％的重量比将小麦阿拉伯木聚糖溶解于7～9％(w/v)大豆分离蛋白溶液，均匀搅拌溶解并防止气泡产生，加入漆酶，35～40℃静置1.5～2.5h，再置于80～85℃加热30～35min，以流动水冷却至室温，得到小麦阿拉伯木聚糖/大豆分离蛋白双网络凝胶。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤SS4中，所述漆酶为0.1U/mg的小麦阿拉伯木聚糖。
8.一种根据权利要求1至7所述的方法制备的小麦阿拉伯木聚糖/大豆分离蛋白双网络凝胶。
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