CN108178844B - 羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了羟丙基木薯淀粉‑玉米醇溶蛋白复合物及其制备方法，是利用玉米醇溶蛋白在羟丙基木薯淀粉表面缠绕包裹制备而成。本发明利用玉米醇溶蛋白能够溶于60％‑95％的乙醇溶液不溶于水和无水乙醇的特性，先在70％的乙醇溶液中溶解，然后将羟丙基木薯淀粉加入完全溶解的玉米醇溶蛋白溶液中，充分混合后，加入冷水中，降低乙醇浓度，玉米醇溶蛋白会从乙醇溶液中析出，发生自我组装，利用自身的黏附性以及其在自我组装过程中空间结构的重新排列整合，将羟丙基木薯淀粉进行粘黏缠裹，形成羟丙基木薯淀粉‑玉米醇溶蛋白复合物。该复合物在颗粒的形貌、平均粒径、糊化特性、热特性等方面有所改变，可以赋予食品体系一些独特的加工、功能特性，提高产品的质量。

Description

羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物及其制备方法，属于粮食加工技术领域。
背景技术
淀粉是一种价格低廉、资源丰富的天然高分子化合物，被广泛的应用在各种工业中。淀粉使用时会受高温、机械剪切、低pH、盐类和低温等因素的影响，因而常常采用化学、物理或酶转化的方法对淀粉进行修饰，提高淀粉的加工应用适用性。
羟丙基淀粉是一种重要的醚化变性淀粉，是淀粉与环氧丙烷在碱性条件下反应制得，其具有优良的理化性能，无毒、无味，糊化温度低、速度快、凝胶稳定透明，对酸、碱、电解质均较为稳定，属非离子型淀粉衍生物，具有亲水性、良好的冻融稳定性，是国内外公认的一种安全的变性淀粉，可用于饮料、果酱、冰激凌、果冻等食品中作为增稠剂和稳定剂，能代替或部分代替昂贵的天然胶(包括阿拉伯胶、琼脂、明胶、果胶等)。
玉米醇溶蛋白由于它自身的组成和结构，含有大量的非极性氨基酸，所以不溶于水，而且还缺乏色氨酸和赖氨酸，营养价值较低，很难被生物体利用。但是玉米醇溶蛋白有很好的成膜性和保湿、阻水能力。由于玉米醇溶蛋白既有疏水性氨基酸又有亲水性氨基酸，还有非共价键的作用，所以该蛋白具有较好的乳化性和乳化稳定性，所以可以将玉米醇溶蛋白部分代替奶油，用于制作冰激凌和奶油甜点等。小麦粉中加入玉米醇溶蛋白制备面团时，其面团的力学性质尤其是延展性明显得到改善。并且玉米醇溶蛋白作为一种工业高聚物受到了广泛关注，被应用于药物输送系统，如微球结构、膜结构，用于抗癌药物、阻凝剂、杀寄生虫的药物输送，它与药物之间呈现出较好的相容性。
目前国内外关于羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的研究鲜有报道，本发明目的在于为食品工业提供新型质构改良剂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物及其制备方法，该方法得到的复合物在形貌、热稳定性、黏度等特性有所改变，这种复合物应用于食品中，可以赋予食品体系一些独特的加工、功能特性，提高产品的质量，改善加工工艺等作用，从而扩大淀粉-蛋白质共聚物在工业中的应用。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物，是利用玉米醇溶蛋白在羟丙基木薯淀粉表面缠绕包裹制备而成。
所述的羟丙基木薯淀粉的取代度为0.121。
一种羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玉米醇溶蛋白溶解在70％(v/v)乙醇溶液中，制成玉米醇溶蛋白溶液；
(2)将羟丙基木薯淀粉加入玉米醇溶蛋白溶液中，调节pH至9，恒温水浴混合，混合结束后加入到0℃的冷水中，搅拌后，真空抽滤，烘干，即得。
步骤(1)中玉米醇溶蛋白溶液的质量浓度为5-20％。
步骤(2)中羟丙基木薯淀粉和玉米醇溶蛋白溶液中玉米醇溶蛋白的重量比1-8:1。
步骤(2)中混合的温度为30-60℃，时间为0.5-2h。
步骤(2)中冷水用量为玉米醇溶蛋白重量的20-80倍。
步骤(2)中烘干的温度为45℃。
步骤(2)还包括烘干后过80目筛。
本发明的有益效果
本发明利用玉米醇溶蛋白能够溶于60％-95％的乙醇溶液不溶于水和无水乙醇的特性，先在70％的乙醇溶液中溶解，然后将羟丙基木薯淀粉加入完全溶解的玉米醇溶蛋白溶液中，充分混合后，加入冷水中，降低乙醇浓度，玉米醇溶蛋白会从乙醇溶液中析出，发生自我组装，由于玉米醇溶蛋白自身的粘黏性以及其在自我组装过程中空间结构的重新排列整合，从而将羟丙基木薯淀粉进行粘黏缠裹，形成羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物。新形成的羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白的复合物在颗粒的形貌、平均粒径、糊化特性、热特性等方面有所改变。
(1)本发明在加入淀粉后，调pH至9，在此pH值条件下，玉米醇溶蛋白溶解，蛋白质的α-螺旋结构减少，β-折叠结构增多，在蛋白与淀粉混合的过程中β-折叠含量的增加会增加蛋白的黏附作用；并且碱性条件下，有助于淀粉颗粒的溶胀，增大蛋白与淀粉的接触机会。
(2)本发明在混合结束后加入到0℃的冷水中，是因为在0℃的冷水中，玉米醇溶蛋白更易沉淀，且在沉淀的过程中不易发生变性，在冷水中进行自我组装，从而将淀粉进行包裹缠绕黏附在一起。
(3)本发明采用真空抽滤，经过真空抽滤后可以得到含水量较多的粉末状复合物，相比于直接沉淀得到的是絮状物或是团状物，在烘箱干燥的过程中，真空抽滤后的粉末状复合物在烘箱中受热比较均匀，不会出现局部成膜的现象，而冷水沉淀直接烘干时，由于复合物是团状结构，易在表面形成一种蛋白膜，使蛋白变性，从而降低了制得的复合物中的蛋白含量。
(4)羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物平均粒径的改变。经过不同的处理条件得到的复合物与羟丙基木薯淀粉相比较其平均粒径不相同，但均比原淀粉颗粒大，不同处理条件对于复合物的颗粒大小有一定的影响，这说明玉米醇溶蛋白将淀粉进行包裹或是将淀粉粘连在一起，使得复合物的颗粒尺寸均大于原淀粉的颗粒尺寸。
(5)羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的扫描电镜图可以看出，不同的处理条件下，羟丙基木薯淀粉表面包裹缠绕的玉米醇溶蛋白的多少薄厚不同。
(6)羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物蛋白含量的改变。不同处理条件复合物中的蛋白含量也随之不同。
(7)不同处理条件下羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的RVA曲线表明，复合物的糊化温度均高于羟丙基木薯淀粉的糊化温度，并且原木薯淀粉和蛋白形成的复合物的稳定性要低于羟丙基木薯淀粉和蛋白形成的复合物的稳定性。
本发明的玉米醇溶蛋白-羟丙基木薯淀粉复合物的制备方法，所用设备简单，加工方便，利于工业化生产。
附图说明
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为不同玉米醇溶蛋白浓度制得复合物的平均粒径。
图2为不同淀粉添加量制得复合物的平均粒径。
图3为不同混合温度制得复合物的平均粒径。
图4为不同混合时间制得复合物的平均粒径。
图5为不同冷水用量制得复合物的平均粒径。
图6为不同玉米醇溶蛋白浓度制得复合物的扫描电镜图片。图中，上排为木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物，下排为羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物。
图7为不同淀粉添加量制得复合物的扫描电镜图片。图中，上排为木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物，下排为羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物。
图8为不同混合温度制得复合物的扫描电镜图片。图中，上排为木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物，下排为羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物。
图9为不同混合时间制得复合物的扫描电镜图片。图中，上排为木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物，下排为羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物。
图10为不同冷水用量制得复合物的扫描电镜图片。图中，上排为木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物，下排为羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物。
图11为不同玉米醇溶蛋白浓度制得木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的RVA黏度曲线。图中，A代表温度，B代表剪切速率，下同。
图12为不同玉米醇溶蛋白浓度制得羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的RVA黏度曲线。
图13为不同淀粉添加量制得木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的RVA黏度曲线。
图14为不同淀粉添加量制得羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的RVA黏度曲线。
图15为不同混合温度制得木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的RVA黏度曲线。
图16为不同混合温度制得羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的RVA黏度曲线。
图17为不同混合时间制得木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的RVA黏度曲线。
图18为不同混合时间制得羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的RVA黏度曲线。
图19为不同冷水用量制得木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的RVA黏度曲线。
图20为不同冷水用量制得羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的RVA黏度曲线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
羟丙基木薯淀粉的取代度为0.121。
玉米醇溶蛋白的纯度为92.59％。
实施例1
一种羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玉米醇溶蛋白溶解在70％(v/v)乙醇溶液中，制成质量浓度分别为5％、10％、15％、20％的玉米醇溶蛋白溶液；
(2)将羟丙基木薯淀粉加入玉米醇溶蛋白溶液中(羟丙基木薯淀粉和玉米醇溶蛋白的重量比2:1)，调节pH至9，在40℃条件下恒温水浴混合1h，混合结束后缓慢加入到0℃的冷水中，冷水用量为玉米醇溶蛋白重量的80倍，搅拌后，真空抽滤，45℃烘干，过80目筛，即得。
采用同样的方法，以未改性的木薯淀粉为对照，制备木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物。
实施例2
一种羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玉米醇溶蛋白溶解在70％(v/v)乙醇溶液中，制成质量浓度为5％的玉米醇溶蛋白溶液；
(2)将羟丙基木薯淀粉加入玉米醇溶蛋白溶液中(羟丙基木薯淀粉和玉米醇溶蛋白的重量比分别为2:1、4:1、6:1、8:1)，调节pH至9，在40℃条件下恒温水浴混合1h，混合结束后缓慢加入到0℃的冷水中，冷水用量为玉米醇溶蛋白重量的80倍，搅拌后，真空抽滤，45℃烘干，过80目筛，即得。
采用同样的方法，以未改性的木薯淀粉为对照，制备木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物。
实施例3
一种羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玉米醇溶蛋白溶解在70％(v/v)乙醇溶液中，制成质量浓度为10％的玉米醇溶蛋白溶液；
(2)将羟丙基木薯淀粉加入玉米醇溶蛋白溶液中(羟丙基木薯淀粉和玉米醇溶蛋白的重量比2:1)，调节pH至9，分别在30℃、40℃、50℃、60℃条件下恒温水浴混合1h，混合结束后缓慢加入到0℃的冷水中，冷水用量为玉米醇溶蛋白重量的80倍，搅拌后，真空抽滤，45℃烘干，过80目筛，即得。
采用同样的方法，以未改性的木薯淀粉为对照，制备木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物。
实施例4
一种羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玉米醇溶蛋白溶解在70％(v/v)乙醇溶液中，制成质量浓度为10％的玉米醇溶蛋白溶液；
(2)将羟丙基木薯淀粉加入玉米醇溶蛋白溶液中(羟丙基木薯淀粉和玉米醇溶蛋白的重量比2:1)，调节pH至9，在40℃条件下分别恒温水浴混合0.5h、1h、1.5h、2h，混合结束后缓慢加入到0℃的冷水中，冷水用量为玉米醇溶蛋白重量的80倍，搅拌后，真空抽滤，45℃烘干，过80目筛，即得。
采用同样的方法，以未改性的木薯淀粉为对照，制备木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物。
实施例5
一种羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玉米醇溶蛋白溶解在70％(v/v)乙醇溶液中，制成质量浓度为10％的玉米醇溶蛋白溶液；
(2)将羟丙基木薯淀粉加入玉米醇溶蛋白溶液中(羟丙基木薯淀粉和玉米醇溶蛋白的重量比2:1)，调节pH至9，在40℃条件下恒温水浴混合1h，混合结束后缓慢加入到0℃的冷水中，冷水用量分别为玉米醇溶蛋白重量的20、40、60、80倍，搅拌后，真空抽滤，45℃烘干，过80目筛，即得。
采用同样的方法，以未改性的木薯淀粉为对照，制备木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物。
羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物分析：
1、粒径分析
淀粉颗粒的大小形状与淀粉的种类、生长环境、加工处理条件等密切相关，而其大小形状将直接影响本身的性质，如淀粉的热特性、糊化特性、溶胀特性等。对实施例1-5不同条件下制备的复合物的平均粒径进行分析(图1-5)。结果发现，经过不同处理条件得到的复合物的平均粒径，均大于原木薯淀粉和羟丙基木薯淀粉的平均粒径，且原木薯淀粉与玉米醇溶蛋白形成的复合物的平均粒径，基本上均小于羟丙基木薯淀粉与玉米醇溶蛋白形成复合物的平均粒径，这主要是因为羟丙基基团的存在，使得淀粉颗粒表面的活化基团增加，促进了淀粉和蛋白之间的结合，所以淀粉颗粒表面黏附的蛋白增加，颗粒尺寸变大。
2、扫描电镜分析
图6-10分别是实施例1-5不同条件下制备的复合物的扫描电镜图片。从图中可以看出，不同条件下玉米醇溶蛋白均可以对羟丙基木薯淀粉进行粘黏缠裹，且羟丙基木薯淀粉与蛋白形成复合物的团聚现象更加明显，相比于原木薯淀粉，玉米醇溶蛋白对于羟丙基木薯淀粉的颗粒形貌改变更大些，这主要因为玉米醇溶蛋白溶液在加入一定量的冷水时，降低了乙醇溶液的浓度，玉米醇溶蛋白在冷水中发生自我组装，而由于羟丙基木薯淀粉颗粒表面有更多羟丙基的存在，其和玉米醇溶蛋白发生了结合，并且蛋白还具有粘黏缠裹作用而出现较多的团聚现象。且随着玉米醇溶蛋白浓度、淀粉添加量、混合温度和时间以及复合物冷沉时的用水量的增加，玉米醇溶蛋白的黏结作用使淀粉颗粒聚集在一起，还有聚集在一起的淀粉颗粒表面有蛋白进行粘黏缠裹的现象增加。
3、蛋白含量分析
对不同处理条件下复合物的蛋白含量进行分析。结果表明，经玉米醇溶蛋白包裹后的原/羟丙基木薯淀粉中的蛋白含量均显著(p<0.05)的高于原/羟丙基木薯淀粉，说明在不同处理条件下复合物中均含有蛋白。且随着蛋白浓度的增加，复合物中的蛋白含量也逐渐增加，这与扫描电镜图所观察到的结果保持一致。而随着淀粉含量的增加，复合物中蛋白含量逐渐降低，这主要是由于淀粉含量过高时，淀粉与淀粉颗粒相互接触，从而减小了蛋白质与淀粉颗粒接触的机会，所以在水溶液中，更多的是淀粉颗粒之间相互聚集，因此玉米醇溶蛋白在冷水中自我组装的过程中，蛋白与淀粉接触的机会减小，从而玉米醇溶蛋白不能很好的将淀粉进行黏结包裹，在抽滤过程中，造成大部分蛋白流失。而随着混合时间的增加，原木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物中的蛋白含量出现先降低后增加的趋势，而羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物中的蛋白含量出现逐渐增加的趋势。这主要是由于前期混合时间较短，玉米醇溶蛋白没有充分与淀粉混合，导致只是淀粉、蛋白质各自进行组分内的聚集，因此复合物中蛋白含量降低。随着复合物混合温度的增加以及蛋白质和水比例的增加，原/羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物中蛋白质的含量均不断增加。这主要是由于随着温度的增加，淀粉颗粒开始溶胀，增大了与蛋白的接触机会，蛋白质能够更好的与淀粉进行包裹粘黏，而随着水量的增加，蛋白在冷水沉淀的过程中，使得颗粒分散的更加均匀，蛋白可以更好的与淀粉接触，所以复合物中蛋白含量增加。
4、不同条件下复合物RVA测试
图11-20和表1-10是不同条件下复合物的RVA黏度变化情况。
表1不同玉米醇溶蛋白浓度制得木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物RVA黏度特征值
Figure BDA0001568063140000071
注：a、b、c、d依次表示玉米醇溶蛋白溶液的质量浓度为5％、10％、15％、20％。
表2不同玉米醇溶蛋白浓度制得羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物RVA黏度特征值
Figure BDA0001568063140000072
注：a、b、c、d依次表示玉米醇溶蛋白溶液的质量浓度为5％、10％、15％、20％。
表3不同淀粉添加量制得木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物RVA黏度特征值
Figure BDA0001568063140000073
注：a、b、c、d依次表示木薯淀粉：玉米醇溶蛋白重量比为2:1、4:1、6:1、8:1。
表4不同淀粉添加量制得羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物RVA黏度特征值
Figure BDA0001568063140000074
注：a、b、c、d依次表示羟丙基木薯淀粉：玉米醇溶蛋白重量比为2:1、4:1、6:1、8:1。
表5不同混合温度制得木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物RVA黏度特征值
Figure BDA0001568063140000081
注：a、b、c、d依次表示混合温度为30℃、40℃、50℃、60℃。
表6不同混合温度制得羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物RVA黏度特征值
Figure BDA0001568063140000082
注：a、b、c、d依次表示混合温度为30℃、40℃、50℃、60℃。
表7不同混合时间制得木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物RVA黏度特征值
注：a、b、c、d依次表示混合时间为0.5h、1h、1.5h、2h。
表8不同混合时间制得羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物RVA黏度特征值
Figure BDA0001568063140000084
注：a、b、c、d依次表示混合时间为0.5h、1h、1.5h、2h。
表9不同加水量制得木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物RVA黏度特征值
注：a、b、c、d依次表示玉米醇溶蛋白：水重量比为1:20、1:40、1:60、1:80。
表10不同加水量制得羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物RVA黏度特征值
注：a、b、c、d依次表示玉米醇溶蛋白：水重量比为1:20、1:40、1:60、1:80。
从表1-10中可以看出不同条件下羟丙基木薯-玉米醇溶蛋白淀粉复合物的糊化温度均低于原木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的糊化温度，且羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的糊化温度随着蛋白浓度的增大出现先增加后降低的趋势；随着淀粉含量的增加糊化温度逐渐增加，随着混合时间的延长以及混合温度的增加，糊化温度逐渐升高后趋于平缓；随着加水量的增加，糊化温度的增加趋势不明显。
从图11-20的RVA图谱可以看出，原木薯淀粉与蛋白形成的复合物的稳定性较差，在降温过程中，由于高速的搅拌，而使体系中复合物的稳定状态受到破坏，所以在图谱上出现较多的毛刺，而羟丙基木薯淀粉与玉米醇溶蛋白形成的复合物的曲线图谱则较为光滑，这是由于羟丙基基团的存在，玉米醇溶蛋白与羟丙基木薯淀粉之间的结合状态要比原木薯淀粉与蛋白之间结合的更加紧密。
以上所述仅为本发明最佳的实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的制备方法，其特征在于，所述的复合物是利用玉米醇溶蛋白在羟丙基木薯淀粉表面缠绕包裹制备而成；
所述的制备方法包括以下步骤：
(1)将玉米醇溶蛋白溶解在70％v/v乙醇溶液中，制成玉米醇溶蛋白溶液；
(2)将羟丙基木薯淀粉加入玉米醇溶蛋白溶液中，调节pH至9，恒温水浴混合，混合结束后加入到0℃的冷水中，搅拌后，真空抽滤，烘干，即得；
其中羟丙基木薯淀粉和玉米醇溶蛋白的重量比1-8:1；混合的温度为30-60℃，时间为0.5-2h。
2.根据权利要求1所述的羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的制备方法，其特征在于，所述的羟丙基木薯淀粉的取代度为0.121。
3.根据权利要求1所述的羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的制备方法，其特征在于，步骤(1)中玉米醇溶蛋白溶液的质量浓度为5-20％。
4.根据权利要求1所述的羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的制备方法，其特征在于，步骤(2)中冷水用量为玉米醇溶蛋白重量的20-80倍。
5.根据权利要求1所述的羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的制备方法，其特征在于，步骤(2)中烘干的温度为45℃。
6.根据权利要求1所述的羟丙基木薯淀粉-玉米醇溶蛋白复合物的制备方法，其特征在于，步骤(2)还包括烘干后过80目筛。
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