CN110623250B - 一种纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶的制备方法 - Google Patents
一种纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及食品加工技术领域，具体涉及一种纤维素纳米晶体‑乳清分离蛋白复合热凝胶的制备方法。本发明制备方法的步骤为：1）制备纤维素纳米晶体‑乳清分离蛋白混合溶液；2）制备纤维素纳米晶体‑乳清分离蛋白复合热凝胶。本发明制备方法可提高乳清分离蛋白复合热凝胶的保水性、强度和弹性。
Description
一、技术领域：
本发明涉及食品加工技术领域，具体涉及一种纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶的制备方法。
二、背景技术：
纤维素由β-D-葡萄糖分子通过β-(1-4)糖苷键连接而成，是自然界中分布最广、含量最丰富的一种多糖。随着纳米技术的蓬勃发展，以各种各样的纤维资源为原料制备纤维素纳米晶体，并探索它的应用，正在持续引起人们的强烈关注。纤维素纳米晶体由于其独特的理化性质，包括高长径比和结晶度、大比表面积、富含羟基基团从而形成氢键、安全无毒、以及良好的生物可降解性和生物相容性，使其在各个领域得到了广泛应用。更有趣的是，天然来源的纤维素纳米晶体在食品领域也展现出了广阔的应用前景，其中包括：稳定皮克林乳液、改善流变和乳化特性、作为一种功能性食品成分或包装材料、以及调控蛋白质的消化和凝胶特性。
乳清分离蛋白主要由β-乳球蛋白(60～70％)以及少部分的α-乳白蛋白和牛血清蛋白组成。除了具有较高的营养价值和生物活性以外，乳清分离蛋白由于其杰出的功能性，也被认为是一种改变食品加工特性的理想成分。其中，热致凝胶的能力是其最重要的功能性之一，因为它在很大程度上决定了食品最终的质构和感官品质。然而，单独的乳清分离蛋白凝胶具有对外界环境的变化(如盐离子浓度、pH和温度等)较为敏感、结构不稳定等缺点，从而极大地限制了它在食品领域的应用。因此，提高乳清分离蛋白凝胶体系的稳定性是设计和开发新型食品的关键。
蛋白质和多糖的相互作用为丰富蛋白凝胶的功能性以及扩大其应用提供了有效策略。有研究发现，包括纤维素在内的不溶性膳食纤维，能够通过诱导形成稳定的网络结构从而改善蛋白凝胶的凝胶特性。考虑到纤维素纳米晶体的纳米尺寸效应及其独特的理化性质，研究纤维素纳米晶体对蛋白凝胶特性的影响将会非常有趣。此外，纤维素纳米晶体的引入还可以平衡蛋白凝胶体系的膳食营养。然而，据我们所知，目前尚未见到关于由纤维素纳米晶体复合的乳清分离蛋白热凝胶的相关报道。
三、发明内容
本发明提供一种纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶的制备方法，其可提高乳清分离蛋白复合热凝胶的保水性、强度和弹性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶的制备方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
1)制备纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白混合溶液
将纤维素纳米晶体、乳清分离蛋白和去离子水按比例混合均匀，将混合液的pH值调整为5～9，充分搅拌后，4℃条件下静置10～12h使蛋白质完全水化，得到纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白混合溶液；
2)制备纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶
取8～10g步骤1)中的纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白混合溶液转移至10mL的小烧杯中，用保鲜膜封口，水浴加热，冰水浴快速冷却1～2h，冷藏静置，得到纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶。
步骤1)混合液中乳清分离蛋白的质量浓度为10.5％(w/v)，纤维素纳米晶体的质量浓度为0.25～1.0％(w/v)。
步骤1)中pH值通过1M的盐酸溶液和1M的氢氧化钠溶液调节。
步骤1)中的充分搅拌是在25℃条件下磁力搅拌2～4h。
步骤2)中的水浴加热在85～95℃水浴中加热30～40min。
步骤2)中的冷藏静置在4℃条件下静置10～12h。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：
1)本发明的纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶，其保水性大于85％，凝胶强度大于35g，储能模量大于4000Pa，均高于单独乳清分离蛋白形成的凝胶；
2)本发明的凝胶制备工艺简单，过程可控，安全环保，有利于形成稳定性较高的乳清分离蛋白凝胶；
3)本发明为纤维素纳米晶体和乳清分离蛋白在食品工业中的创新应用提供新的视角；
4)本发明纤维素纳米晶体还可以平衡蛋白凝胶体系的膳食营养。
四、附图说明：
图1为实施例3中不同浓度纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶的宏观形貌；CNC为纤维素纳米晶体；
图2为实施例3中不同浓度纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶的保水性；
图3为实施例3中不同浓度纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶的凝胶强度；
图4为实施例3中不同浓度纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶的储能模量；(a)是升温过程的储能模量；(b)是降温过程的储能模量。
图5为实施例3中不同浓度纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶的扫描电镜图。
五、具体实施方式：
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。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。
实施例1：
一种纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶的制备方法：
(1)制备纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白混合溶液
将纤维素纳米晶体、乳清分离蛋白和去离子水按照一定比例混合均匀，使混合液中乳清分离蛋白的质量浓度为10.5％(w/v)，纤维素纳米晶体的质量浓度为0、0.25、0.50、0.75和1.00％(w/v)5个浓度梯度，混合液的pH用1M的盐酸溶液和1M的氢氧化钠溶液调为5，在25℃条件下磁力搅拌2h，4℃条件下静置10h使蛋白质完全水化，得到纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白混合溶液；
(2)制备纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶
取10g(1)中纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白混合溶液转移至10mL的小烧杯中，用保鲜膜封口，在85℃水浴中加热30min，冰水浴快速冷却2h，4℃条件下静置10h，得到纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶。
实施例2：
一种纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶的制备方法：
(1)制备纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白混合溶液
将纤维素纳米晶体、乳清分离蛋白和去离子水按照一定比例混合均匀，使混合液中乳清分离蛋白的质量浓度为10.5％(w/v)，纤维素纳米晶体的质量浓度为0、0.25、0.50、0.75和1.00％(w/v)5个浓度梯度，混合液的pH用1M的盐酸溶液和1M的氢氧化钠溶液调为9，在25℃条件下磁力搅拌4h，4℃条件下静置11h使蛋白质完全水化，得到纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白混合溶液；
(2)制备纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶
取9g(1)中纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白混合溶液转移至10mL的小烧杯中，用保鲜膜封口，在90℃水浴中加热35min，冰水浴快速冷却2h，4℃条件下静置11h，得到纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶。
实施例3
(1)制备纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白混合溶液
将纤维素纳米晶体、乳清分离蛋白和去离子水按照一定比例混合均匀，使混合液中乳清分离蛋白的质量浓度为10.5％(w/v)，纤维素纳米晶体的质量浓度为0、0.25、0.50、0.75和1.00％(w/v)5个浓度梯度，混合液的pH用1M的盐酸溶液和1M的氢氧化钠溶液调为7，在25℃条件下磁力搅拌2h，4℃条件下静置12h使蛋白质完全水化，得到纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白混合溶液；
(2)制备纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶
取8g(1)中纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白混合溶液转移至10mL的小烧杯中，用保鲜膜封口，在95℃水浴中加热30min，冰水浴快速冷却2h，4℃条件下静置12h，得到纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶。
3个实施例中选用的纤维素纳米晶体购于杭州语晗科技有限公司，乳清分离蛋白购于上海谱振生物科技有限公司(蛋白含量>90％)。
实施例3所生产的纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶的表征：
保水性：采用离心法测定凝胶的保水性。称取约3g左右的凝胶样品置于10mL离心管中，以10000×g的速度于25℃下离心10min，去除凝胶表面水分。保水性(％)表示为离心后凝胶质量占初始凝胶质量的百分比。保水性结果如图2所示。
凝胶强度：采用质构分析仪(TA-XT Plus，Stable公司，英国)测定凝胶强度。选用P/0.5R的探头在如下条件下进行测量：下降速度2.0mm/s；测试速度1.0mm/s；返回速度2.0mm/s；压缩距离5.0mm；触发力5.0g；凝胶强度以探针第一次压缩循环中的最大力来表示。凝胶强度结果如图3所示。
储能模量：采用流变仪(Discovery HR-1，TA公司，美国)测定凝胶化过程中的储能模量。平行板直径40mm，狭缝间距1mm，应变1％，振动频率1Hz。混合液以2℃/min的速度从25℃加热到95℃，随后以5℃/min的速度从95℃下降到25℃。储能模量结果如图4所示。
扫描电镜：凝胶样品用2.5％的戊二醛固定4h，用磷酸盐缓冲液(0.1M，pH7.0)冲洗3次，随后用乙醇进行梯度洗脱(30～100％)10min。经冷冻干燥后，用扫描电镜(S-4800，Hitachi公司，日本)进行观察凝胶样品的微观形貌。扫描电镜结果如图5所示。
Claims (2)
1.一种纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶的制备方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
1）制备纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白混合溶液
将纤维素纳米晶体、乳清分离蛋白和去离子水按比例混合均匀，将混合液的pH值调整为5~9，充分搅拌后，4°C条件下静置10~12h使蛋白质完全水化，得到纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白混合溶液；
步骤1）混合液中乳清分离蛋白的质量浓度为10.5%（w/v），纤维素纳米晶体的质量浓度为0.25~1.0%（w/v）；
步骤1）中pH值通过1M的盐酸溶液和1M的氢氧化钠溶液调节；
2）制备纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶
取8~10g步骤1）中的纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白混合溶液转移至10mL的小烧杯中，用保鲜膜封口，水浴加热，冰水浴快速冷却1~2h，冷藏静置，得到纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶；
步骤2）中的水浴加热在85~95°C水浴中加热30~40min；
步骤2）中的冷藏静置在4°C条件下静置10~12h。
2.根据权利要求1所述的一种纤维素纳米晶体-乳清分离蛋白复合热凝胶的制备方法，其特征在于：步骤1）中的充分搅拌是在25°C条件下磁力搅拌2~4h。
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