CN110204908A - 一种大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大豆分离蛋白‑壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，属于食品加工技术领域。一种大豆分离蛋白‑壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，通过热处理的方式，以大豆分离蛋白溶液在1mg/ml‑10mg/ml浓度下与壳聚糖组合制备静电凝胶，其具有很高的稳定性，实现了大豆分离蛋白溶液在极低浓度下制备稳定复合静电凝胶的可能，进而提高了静电凝胶的经济效益和应用价值，节省了生产成本。

Description

一种大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法
技术领域
本发明涉及一种大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，属于食品加工技术领域。
背景技术
目前，科研人员对单组分物质有了深厚的了解，单组分物质在各个方面得到了充分的运用，随着各行业发展愈发成熟，如何设计和制备出有更优性能、更高技术的多组分物质是各行业发展的本质要求，于食品行业，制造出有高品质、低成本、多功能、具有特殊微结构等特性的新型食品是该行业的发展趋势。本世纪以来，蛋白质和多糖在食品、个人护理、制药和生物工程产业中占据极为重要的地位，基于其不仅来源广泛、资源丰富，还带有一系列合成高分子聚合物无法比拟的优良性能，对食品的稳定性、流变性、口感等理化性质起了决定性的作用，引起了各行业科研人员的关注。
大豆蛋白是目前应用十分广泛的蛋白质资源，是植物蛋白中为数不多的可以替代动物蛋白的品种之一。对压榨后的低温脱脂豆粕利用碱沉酸溶的原理，通过简单的处理便能得到大豆分离蛋白(Soy Protein Isolate，SPI)，其具有较高的商用价值、有良好的发展前景。
壳聚糖(Chitosan，CS)为甲壳素的降解产物，是世界上存在的第二大类有机化合物，常见于动物和真菌中，是一种安全无毒、价格便宜和丰富的天然资源。由于是天然存在的唯一的阳离子多糖且具有增稠性、保水性、抗氧化性、抗菌性、能与金属离子形成螯合物等重要性质，在各领域有较好的应用前景，其在美国和日本已经工业化生产，学者们均有研究其在各自领域的进一步应用。
目前，国内外对大豆分离蛋白-壳聚糖复合物的研究，主要涉及对其以溶液状态存在时的乳化性质的研究，与凝胶相关的研究，仅停留在单一的蛋白，且需要较高的蛋白浓度。近年来，国内外还未在极低浓度下通过热处理的方式、以大豆分离蛋白与壳聚糖的组合形成凝胶的报道。
发明内容
大豆分离蛋白分子结构上含有许多活性基团，与多种物质反应均能提供反应位点，有助于多组分物质的合成；同时，大豆分离蛋白是两性电解质，具有高于其等电点时的净负电荷和低于其等电点的净正电荷，在不同的pH条件下，与同一物质能够产生不同的反应。
本发明的目的在于克服现有技术的不足之，提供一种通过热处理的方式，以1mg/ml-10mg/ml的极低浓度大豆分离蛋白与壳聚糖组合制备稳定静电凝胶的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别取大豆分离蛋白溶液和壳聚糖溶液；
(2)将步骤(1)所述的大豆分离蛋白溶液与所述的壳聚糖溶液混合制备成混合储备液；
(3)于室温下，调整步骤(2)所述的混合储备液的pH值为6.3～6.7，随后将混合储备液于低温下水化过夜；
(4)将步骤(3)水化过夜后的混合储备液通过水浴加热的方式，进行固液分离，即可制得大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶。
优选地，所述步骤(1)中所述的壳聚糖溶液采用以下方法配置而成：称取壳聚糖，溶于乙酸缓冲液中，于室温下搅拌并充分溶解，即可配置得到壳聚糖溶液。
优选地，步骤(2)中，所述混合储备液中大豆分离蛋白溶液的浓度为1mg/ml-10mg/ml。
优选地，步骤(2)中，所述混合储备液中壳聚糖溶液的浓度为0.2mg/ml-2mg/ml。
优选地，所述混合储备液中所述的大豆分离蛋白溶液与所述的壳聚糖溶液的浓度比为5:1。
优选地，所述步骤(3)中调整后的混合储备液的pH值为6.5，所述低温为2℃-6℃。
优选地，所述步骤(3)中采用HCL溶液和NaOH溶液调整所述混合储备液的pH值。
优选地，所述步骤(3)中采用的HCl溶液的浓度为1mol/L、NaOH溶液的浓度为1mol/L。
优选地，步骤(4)中，所述混合储备液水浴加热的温度为60℃-70℃，加热时间为10-20min。
优选地，步骤(4)中，所述混合储备液水浴加热的温度为65℃，所述加热时间为15min。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过热处理的方式，以大豆分离蛋白溶液在1mg/ml-10mg/ml浓度下与壳聚糖组合制备静电凝胶，其具有很高的稳定性，实现了大豆分离蛋白溶液在极低浓度下制备稳定静电凝胶的可能，进而提高了静电凝胶的经济效益和应用价值；本发明以的大豆分离蛋白溶液与壳聚糖溶液混合制备成的混合储备液对温度和pH具有显著响应，有利于在最适宜的pH和温度条件下制备出稳定性和强度最好的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶，当温度为65℃、混合储备液pH为6.5时，本发明制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶储能模量、损能模量和黏度性能最优；本发明制备大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的工艺操作简单，以极低浓度的大豆分离蛋白溶液和壳聚糖溶液为原料，节省了生产成本。
附图说明
图1不同pH条件下制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪测定其模量及黏度的结果示意图；
图2不同温度条件下制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪测定其模量及黏度的结果示意图；
图3不同水浴加热条件下制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪测定其模量及黏度的结果示意图；
图4浓度为0.5mg/ml、1mg/ml、5mg/ml、10mg/ml的大豆分离蛋白溶液制备大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的成胶结果示意图；
图5浓度为1mg/ml、5mg/ml、10mg/ml的大豆分离蛋白溶液制备大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪测定其模量及黏度的结果示意图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实验1：不同pH条件下制备大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶
实施例1
一种本发明所述的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取1g的大豆分离蛋白样品，溶于500ml的蒸馏水中，于室温下用磁力搅拌器搅拌使样品充分溶解，配制成2mg/ml的大豆分离蛋白溶液；称取0.2g的壳聚糖样品，溶于100ml、100mM的乙酸缓冲液中，于室温下用磁力搅拌器搅拌使样品充分溶解，配制成2mg/ml的壳聚糖溶液；
(2)将步骤(1)所述的大豆分离蛋白溶液与所述的壳聚糖溶液在室温下混合，加入400ml乙酸缓冲液，制备成大豆分离蛋白浓度为1mg/ml的混合储备液；
(3)于室温下，用1mol/L HCl溶液和1mol/L NaOH溶液将步骤(2)所述的混合储备液的pH值调整为6.3，随后将溶液放入2℃下水化过夜；
(4)将步骤(3)水化过夜后的混合储备液在65℃条件下水浴加热15min，进行固液分离，即可制得大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶。
将上述制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪分别测定其模量及黏度，结果分别如图1所示。
实施例2
一种本发明所述的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，其制备步骤，除步骤(3)中，将混合储备液的pH调整为6.5之外，其他步骤内容同实施例1。
将上述制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪分别测定其模量及黏度，结果如图1所示。
实施例3
一种本发明所述的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，其制备步骤，除步骤(3)中，将混合储备液的pH调整为6.7之外，其他步骤内容同实施例1。
将上述制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪分别测定其模量及黏度，结果如图1所示。
实验结果：一般认为通过储能模量(G’)和损能模量(G”)的数值、黏度、硬度的性质，就能够证明得到的产物是否为静电凝胶。由图1的储能模量(G’)和损能模量(G”)随剪切应变(γ)的变化可知，当大豆分离蛋白-壳聚糖(SPI-CS)在不同的pH条件下，经过相同的热处理，G’和G”的大小与大豆分离蛋白-壳聚糖体系的状态关联，通过G’、G”的数值、黏度、硬度的性质，证明通过本发明的制备方法得到的产物即为大豆分离蛋白-壳聚糖静电凝胶；
静电凝胶制备的过程中，pH会改变蛋白-多糖混合储液中蛋白质与多糖的静电相互作用的强度，适当的pH条件下会使两者的静电作用强度达到有利于静电凝胶形成的强度。由图1还可知，除pH以外的其他因素均相同的条件下，当pH为6.5时储能模量、损能模量、黏度性能为最优，由此说明了，说明pH的变化能够影响静电凝胶的形成，本发明提供的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法能够在大豆分离蛋白溶液为1mg/ml浓度下形成稳定凝胶，其中，pH为6.5的制备条件下大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶储能模量、损能模量、黏度性能为最优，即pH为6.5，制备本发明的大豆分离蛋白-壳聚糖静电凝胶强度最好。
实验2：不同水浴加热温度条件下制备大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶
实施例4
一种本发明所述的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取1g的大豆分离蛋白样品，溶于500ml的蒸馏水中，于室温下用磁力搅拌器搅拌使样品充分溶解，配制成2mg/ml的大豆分离蛋白溶液；称取0.2g的壳聚糖样品，溶于100ml、100mM的乙酸缓冲液中，于室温下用磁力搅拌器搅拌使样品充分溶解，配制成2mg/ml的壳聚糖溶液；
(2)将步骤(1)所述的大豆分离蛋白溶液与所述的壳聚糖溶液，在室温下混合，加入400ml乙酸缓冲液，制备成大豆分离蛋白浓度为1mg/ml的混合储备液；
(3)于室温下，用1mol/L HCl溶液和1mol/L NaOH溶液将步骤(2)所述的混合储备液的pH值调整为6.5，随后将溶液均放入6℃下水化过夜；
(4)将步骤(3)水化过夜后的混合储备液在60℃条件下水浴加热15min，进行固液分离，即可制得大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶。
将上述制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪分别测定其模量及黏度，结果如图2所示。
实施例5
一种本发明所述的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，其制备步骤，除步骤(4)中，混合储备液在65℃条件下水浴加热之外，其他步骤内容同实施例4。
将上述制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪分别测定其模量及黏度，结果如图2所示。
实施例6
一种本发明所述的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，其制备步骤，除步骤(4)中，混合储备液在70℃条件下水浴加热之外，其他步骤内容同实施例4。
将上述制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪分别测定其模量及黏度，结果如图2所示。
实验结果：适当的温度会是使蛋白质-多糖的混合储液中的蛋白质发生变性，从而使蛋白质结构中更多的疏水基团暴露，疏水基团间会因此发生疏水作用，产生交联效果，进一步形成立体网状结构从而增强凝胶的强度。由图2可知，温度的变化会影响大豆分离蛋白-壳聚糖(SPI-CS)复合静电凝胶的性能。当大豆分离蛋白-壳聚糖体系的反应温度为60℃、70℃时，产物大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的储能模量(G’)、损能模量(G”)和黏度均弱于65℃时得到的产物对应的性能，当温度高于65℃时，对凝胶的形成起抑制作用，大豆分离蛋白-壳聚糖(SPI-CS)凝聚物在较高的温度被破坏，分离成不稳定的小凝胶物质。当温度低于该值时，体系中形成凝胶所需的能量不足。由此可知温度对形成复合静电凝胶的影响不是单一的趋势，当温度适当时能促进体系形成稳定的凝胶，当温度过高时则会抑制大豆分离蛋白-壳聚糖(SPI-CS)合成。通过本实验证明，加热温度对用本发明所述的制备方法制备的大豆分离蛋白-壳聚糖形成凝胶的稳定性有一定影响，当加热温度为65℃时，用本发明所述的制备方法制备的大豆分离蛋白-壳聚糖形成静电凝胶最稳定。
实验3：不同水浴加热时间条件下制备大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶
实施例7
一种本发明所述的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取1g的大豆分离蛋白样品，溶于500ml的蒸馏水中，于室温下用磁力搅拌器搅拌使样品充分溶解，配制成2mg/ml的大豆分离蛋白溶液；称取0.2g的壳聚糖样品，溶于100ml、100mM的乙酸缓冲液中，于室温下用磁力搅拌器搅拌使样品充分溶解，配制成2mg/ml的壳聚糖溶液；
(2)将步骤(1)所述的大豆分离蛋白溶液与所述的壳聚糖溶液在室温下混合，加入400ml乙酸缓冲液，制备成大豆分离蛋白浓度为1mg/ml的混合储备液；
(3)于室温下，用1mol/L HCl溶液和1mol/L NaOH溶液将步骤(2)所述的混合储备液的pH值调整为6.5，随后将溶液均放入5℃下水化过夜；
(4)将步骤(3)水化过夜后的混合储备液在65℃条件下，水浴加热10min，进行固液分离，即可制得大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶。
将上述制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪分别测定其模量及黏度，结果如图3所示。
实施例8
一种本发明所述的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，其制备步骤，除步骤(4)中，所述混合储备液水浴加热15min之外，其他步骤内容同实施例7。
将上述制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪分别测定其模量及黏度，结果如图3所示。
实施例9
一种本发明所述的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，其制备步骤，除步骤(4)中，所述混合储备液水浴加热20min之外，其他步骤内容同实施例7。
将上述制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪分别测定其模量及黏度，结果如图3所示。
实验结果：由图3可以看出，当其他因素均保持一致，仅水浴加热时间不同，分别为10min、15min和20min时，产物大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的损能模量(G”)均约为10000Pa，可见，加热时间对其的影响不显著；产物的储能模量(G’)、黏度差距均不显著，由此说明，当其他因素适宜的条件下，加热时间对形成大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的影响不显著，从工业化生产的角度，极低浓度下大豆分离蛋白-壳聚糖形成稳定凝胶的最佳加热时间为15min。
实验4：以浓度为0.5mg/ml、1mg/ml、5mg/ml、10mg/ml的大豆分离蛋白溶液制备大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶
实施例10
一种大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取0.5g的大豆分离蛋白样品，溶于500ml的蒸馏水中，于室温下用磁力搅拌器搅拌使样品充分溶解，配制成1mg/ml的大豆分离蛋白溶液；称取0.1g的壳聚糖样品，溶于100ml、100mM的乙酸缓冲液中，于室温下用磁力搅拌器搅拌使样品充分溶解，配制成1mg/ml的壳聚糖溶液；
(2)将步骤(1)所述的大豆分离蛋白溶液与所述的壳聚糖溶液在室温下混合，加入400ml乙酸缓冲液，制备成大豆分离蛋白浓度为0.5mg/ml的混合储备液；
(3)于室温下，用1mol/L HCl溶液和1mol/L NaOH溶液将步骤(3)所述的混合储备液的pH值调整为6.5，随后将溶液均放入2℃下水化过夜；
(4)将步骤(3)水化过夜后的混合储备液在65℃条件下，水浴加热15min，进行固液分离，即可制得大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶。
将上述制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪分别测定其模量及黏度，结果分别如图4所示。
实施例11
一种大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取5g的大豆分离蛋白样品，溶于500ml的蒸馏水中，于室温下用磁力搅拌器搅拌使样品充分溶解，配制成10mg/ml的大豆分离蛋白溶液；称取1g的壳聚糖样品，溶于100ml、100mM的乙酸缓冲液中，于室温下用磁力搅拌器搅拌使样品充分溶解，配制成10mg/ml的壳聚糖溶液；
(2)将步骤(1)所述的大豆分离蛋白溶液与所述的壳聚糖溶液在室温下混合，加入400ml乙酸缓冲液，制备成大豆分离蛋白浓度为5mg/ml的混合储备液；
(3)于室温下，用1mol/L HCl溶液和1mol/L NaOH溶液将步骤(3)所述的混合储备液的pH值调整为6.5，随后将溶液均放入2℃下水化过夜；
(4)将步骤(3)水化过夜后的混合储备液在65℃条件下，水浴加热15min，进行固液分离，即可制得大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶。
将上述制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪分别测定其模量及黏度，结果分别如图4和5所示。
实施例12
一种大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取10g的大豆分离蛋白样品，溶于500ml的蒸馏水中，于室温下用磁力搅拌器搅拌使样品充分溶解，配制成20mg/ml的大豆分离蛋白溶液；称取2g的壳聚糖样品，溶于100ml、100mM的乙酸缓冲液中，于室温下用磁力搅拌器搅拌使样品充分溶解，配制成20mg/ml的壳聚糖溶液；
(2)将步骤(1)所述的大豆分离蛋白溶液与所述的壳聚糖溶液在室温下混合，加入400ml乙酸缓冲液，制备成大豆分离蛋白浓度为10mg/ml的混合储备液；
(3)于室温下，用1mol/L HCl溶液和1mol/L NaOH溶液将步骤(3)所述的混合储备液的pH值调整为6.5，随后将溶液均放入2℃下水化过夜；
(4)将步骤(3)水化过夜后的混合储备液在65℃条件下，水浴加热15min，进行固液分离，即可制得大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶。
将上述制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶通过MCR 92流变仪分别测定其模量及黏度，结果如图4和5所示。
实验结果：由图4可知，当大豆分离蛋白溶液浓度0.5mg/ml时，还不能形成大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶，而当浓度为1mg/ml、5mg/ml、10mg/ml时均能形成。由图5的储能模量(G’)和损能模量(G”)可知，当大豆分离蛋白溶液浓度在1mg/ml的基础上增大5、10倍，大豆分离蛋白-壳聚糖(SPI-CS)组合形成的静电凝胶的性能与大豆分离蛋白溶液浓度在1mg/ml时形成的复合静电凝胶相比，仅有极为微小的变化，由此可知，以应用和产生经济效益的前景考虑，制备本发明所述的大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶，选择大豆分离蛋白溶液的浓度为1mg/ml为最优浓度。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)分别取大豆分离蛋白溶液和壳聚糖溶液；
(2)将步骤(1)所述的大豆分离蛋白溶液与所述的壳聚糖溶液混合制备成混合储备液；
(3)于室温下，调整步骤(2)所述的混合储备液的pH值为6.3～6.7，随后将混合储备液于低温下水化过夜；
(4)将步骤(3)水化过夜后的混合储备液通过水浴加热的方式，进行固液分离，即可制得大豆分离蛋白-壳聚糖复合静电凝胶。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述的壳聚糖溶液采用以下方法配置而成：称取壳聚糖，溶于乙酸缓冲液中，于室温下搅拌并充分溶解，即可配置得到壳聚糖溶液。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述混合储备液中大豆分离蛋白溶液的浓度为1mg/ml-10mg/ml。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述混合储备液中壳聚糖溶液的浓度为0.2mg/ml-2mg/ml。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述混合储备液中所述的大豆分离蛋白溶液与所述的壳聚糖溶液的浓度比为5:1。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中调整后的混合储备液的pH值为6.5，所述低温为2℃-6℃。
7.如权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中采用HCL溶液和NaOH溶液调整所述混合储备液的pH值。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中采用的HCl溶液的浓度为1mol/L、NaOH溶液的浓度为1mol/L。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述混合储备液水浴加热的温度为60℃-70℃，加热时间为10-20min。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述混合储备液水浴加热的温度为65℃，所述加热时间为15min。
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