CN113061170A - 一种苜蓿抗氧化糖蛋白及其制备方法和应用 - Google Patents
一种苜蓿抗氧化糖蛋白及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种苜蓿抗氧化糖蛋白及其制备方法和应用，涉及蛋白改性技术领域，以苜蓿叶蛋白、还原性糖和水混合后，进行湿热美拉德反应，从而制备得到一种苜蓿抗氧化糖蛋白。当pH＝9，底物配比为1:3，反应温度为80℃，反应时间为30min时所述苜蓿抗氧化糖蛋白的抗氧化活性最显著，总还原能力达到1.25，DPPH·清除率达到47.55％，HO·清除率达到20.49％。利用本发明所述方法，可显著拓宽苜蓿叶蛋白的应用范围，为苜蓿叶蛋白的资源开发与利用及其在食品工业中的应用以及开发新型、天然的抗氧化剂提供了参考依据。
Description
技术领域
本发明属于蛋白改性技术领域，具体涉及一种苜蓿抗氧化糖蛋白及其制备方法和应用。
背景技术
紫花苜蓿(Medicago sativa L.)是世界上被广泛种植的一种多年生优质豆科牧草，因其营养价值高，草质优良，适口性好，蛋白含量高等特点享有“牧草之王”的美誉。苜蓿含有包括矿物质在内的50多种营养物质，其营养成分比其他植物丰富许多，且苜蓿价格低廉，其作为良好的天然植物资源备受人们关注。
一般从紫花苜蓿新鲜茎叶中提取的叶蛋白粗蛋白含量约为50％～60％，高者可达70％左右，而且其氨基酸种类齐全，含有人体必需氨基酸占氨基酸总含量的40％～40.6％，必需氨基酸与非必需氨基酸含量的比值约为0.663～0.683，分别高于联合国粮农组织/世界卫生组织(FAO/WHO)标准规定的40％、0.6。因紫花苜蓿叶蛋白具有来源广泛、营养丰富、不含动物性胆固醇等特点被联合国粮农组织(FAO)认为是一种高品质的食品，是具有开发价值的蛋白质资源。研究表明，紫花苜蓿叶蛋白的食用价值很高，但由于其抗氧化性等功能性质比较差，在应用中往往需添加人工合成的抗氧化剂，这在一定程度上限制了其在食品及其它领域的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种苜蓿抗氧化糖蛋白及其制备方法和应用，在苜蓿叶蛋白上接枝糖链，增加苜蓿叶蛋白的抗氧化性，为苜蓿叶蛋白的资源开发与利用及其在食品工业中的应用以及开发新型、天然的抗氧化剂提供了参考依据。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种提高苜蓿叶蛋白抗氧化性的方法，所述方法包括以下步骤：将苜蓿叶蛋白与还原性糖混合后进行湿热美拉德反应，得苜蓿抗氧化糖蛋白。
优选的，所述湿热美拉德反应的pH值为8～10，反应时间为30～150min，反应温度为80～120℃。
优选的，所述湿热美拉德反应的pH值为9，反应时间为30min，反应温度为80℃。
优选的，所述苜蓿叶蛋白与还原性糖的质量比为2:1～1:3。
优选的，所述苜蓿叶蛋白与还原性糖的质量比为1:3。
优选的，所述还原性糖包括：核糖、木糖、葡萄糖、半乳糖、麦芽糖、乳糖、黄原胶或亚麻籽胶。
本发明还提供了一种利用所述方法制备得到的苜蓿抗氧化糖蛋白，所述苜蓿抗氧化糖蛋白的总还原能力为1.25，DPPH·清除率为47.55％，HO·清除率为20.49％。
本发明还提供了所述苜蓿抗氧化糖蛋白在食品工业中的应用。
本发明还提供了所述苜蓿抗氧化糖蛋白在制备抗氧化剂中的应用。
有益效果：本发明提供了一种提高苜蓿叶蛋白抗氧化性的方法，以苜蓿叶蛋白和还原性糖为原料进行湿热美拉德反应，从而制备得到一种苜蓿抗氧化糖蛋白。在本发明实施例中，当pH＝9，底物配比(m紫花苜蓿叶蛋白：m木糖)为1:3，反应温度为80℃，反应时间为30min时所述苜蓿抗氧化糖蛋白的抗氧化活性最显著，总还原能力达到1.25，DPPH·清除率达到47.55％，HO·清除率达到20.49％。与未改性的紫花苜蓿叶蛋白相比总还原能力提高了0.44倍，DPPH·清除率提高了46.10倍，HO·清除率提高了18.31倍。利用本发明所述方法，可显著拓宽苜蓿叶蛋白的应用范围，为苜蓿叶蛋白的资源开发与利用及其在食品工业中的应用以及开发新型、天然的抗氧化剂提供了参考依据。
附图说明
图1为不同还原性糖对于提高苜蓿叶蛋白抗氧化性的影响，图中：1-核糖，2-木糖，3-葡萄糖，4-半乳糖，5-麦芽糖，6-乳糖，7-黄原胶，8-亚麻籽胶；
图2为羰基含量对于苜蓿抗氧化糖蛋白的DPPH·清除率和HO·清除率的影响；
图3为羰基含量对于苜蓿抗氧化糖蛋白总还原能力的影响；
图4为pH值对于苜蓿抗氧化糖蛋白的DPPH·清除率和HO·清除率的影响；
图5为pH值对于苜蓿抗氧化糖蛋白总还原能力的影响；
图6为反应时间对于苜蓿抗氧化糖蛋白的DPPH·清除率和HO·清除率的影响；
图7为反应时间对于苜蓿抗氧化糖蛋白总还原能力的影响；
图8为反应温度对于苜蓿抗氧化糖蛋白的DPPH·清除率和HO·清除率的影响；
图9为反应温度对于苜蓿抗氧化糖蛋白总还原能力的影响。
具体实施方式
本发明提供了一种提高苜蓿叶蛋白抗氧化性的方法，所述方法包括以下步骤：将苜蓿叶蛋白、还原性糖和无菌水混合后进行湿热美拉德反应，得苜蓿抗氧化糖蛋白；所述无菌水的体积为所述苜蓿叶蛋白和还原性糖总质量的250倍。
本发明所述方法中，所述苜蓿叶蛋白优选为紫花苜蓿叶蛋白。本发明对所述苜蓿叶蛋白的来源并没有特殊限定，优选的利用刘海彬等的方法对紫花苜蓿叶蛋白进行提取，分离、浓缩、干燥(HaibinL,Wei Z,Yuantao C,et al.Technology optimization ofMedicago sativa leaf protein separation with foam fractionation[J].Transactions ofthe Chinese Society ofAgricultural Engineering,2016,32(9):271-276)，得紫花苜蓿叶蛋白。
本发明所述湿热美拉德反应的pH值优选为8～10，更优选为9。
本发明所述湿热美拉德反应的反应时间优选为30～150min，更优选为30min。
本发明所述湿热美拉德反应的反应温度优选为80～120℃，更优选为80℃。
本发明所述苜蓿叶蛋白与还原性糖的质量比优选为2:1～1:3，更优选为1:3。本发明所述还原性糖优选包括：核糖、木糖、葡萄糖、半乳糖、麦芽糖、乳糖、黄原胶或亚麻籽胶，更优选为木糖。
本发明还提供了一种利用所述方法制备得到的苜蓿抗氧化糖蛋白，所述苜蓿抗氧化糖蛋白的总还原能力为1.25，DPPH·清除率为47.55％，HO·清除率为20.49％。
在本发明中，当反应的pH值为9，底物配比(m紫花苜蓿叶蛋白：m木糖)为1:3，反应温度为80℃，反应时间为30min时，制备得到的苜蓿抗氧化糖蛋白的总还原能力为1.25，DPPH·清除率为47.55％，HO·清除率为20.49％。
本发明对所述总还原能力、DPPH·清除率以及HO·清除率的计算方法并没有特殊限定，所述DPPH·清除率优选参考韦献雅等人的方法(韦献雅,殷丽琴,钟成,等.DPPH法评价抗氧化活性研究进展[J].食品科学,2014,35(9):317-322.)。在本发明实施例中，测定DPPH·清除率时，DPPH·乙醇溶液在517nm处有强吸收峰，用DPPH·与质量分数为95％的乙醇溶液配制0.1mmol/L的DPPH·乙醇溶液(避光保存)。测定方法如下：取2.0mL的样品溶液于10mL的离心管中，向其加入4.0mL DPPH·乙醇溶液，轻微摇晃使其充分混匀，避光反应30min后在517nm处测定其吸光值Ac。相同条件下，用4.0mL去离子水代替DPPH·乙醇溶液作为对照组，测定其吸光值Ab。以去离子水代替样品溶液作为空白溶液，测定吸光值A0。以蒸馏水作为参比溶液。均做三次平行试验。DPPH·清除能力计算公式如式I所示
其中：Ac为样品与DPPH·乙醇溶液反应之后的吸光度；Ab为样品本底吸光度；A0为DPPH·乙醇溶液的本底吸光度。
本发明所述HO·清除率的测定优选参考Wang H等人的方法(Wang H,Gao X D,Zhou G C,et al.In vitro and in vivo antioxidant activity of aqueous extractfrom Choerospondiasaxillarisfruit[J].Food Chemistry,2008,106(3):888-895.)，测定方法如下：取2mL样品溶液于10mL的离心管中，依次加入9mmol/L水杨酸-乙醇溶液2mL，9mmol/L FeSO4溶液2mL，8.8mmol/L H2O2溶液2mL，轻微摇晃使其充分混匀，避光条件下在37℃水浴中加热30min后在510nm处测定其吸光度，记作A1。在相同条件下，用蒸馏水代替H2O2溶液，在510nm处测定其吸光度，记作A2。用蒸馏水代替样品溶液，在510nm处测定其吸光度，记作A3。以蒸馏水作为参比溶液。均做三次平行试验。HO·清除能力计算公式如式II所示；
其中：A1为样品与HO·溶液反应之后的吸光度；A2为样品本底吸光度；A3为HO·溶液的本底吸光度。
本发明所述总还原能力的测定优选参考Dorman H J D等人的方法(Dorman H JD,Kosar,Müberra,Kahlos K,et al.Antioxidant Properties and CompositionofAqueous Extracts from\r,Mentha\r,Species,Hybrids,Varieties,and Cultivars[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2003,51(16):4563-4569.)，测定方法如下：取2mL的样品于10mL的离心管中，依次向其中加入1mL pH＝6.6的磷酸盐缓冲溶液，3mL 0.3％的铁氰化钾溶液，轻微摇晃使其充分混匀，在50℃水浴中反应20min后加入2mL10％的三氯乙酸溶液，随后放入离心机内以4000r/min离心5min，离心结束后取3mL上清液于10mL的离心管中，向其中加入1mL 0.3％的三氯化铁溶液，静置10min后在700nm处测定其吸光度。测得的吸光度值越大产物的总还原能力越强。
本发明还提供了所述苜蓿抗氧化糖蛋白在食品工业中的应用。
由于肉类产品在贮藏过程中容易发生氧化导致食品变质，缩短肉类产品的保质期，肉类产品的保质期和品质主要受脂质和蛋白质氧化的影响，因此可将美拉德反应制备出来的所述苜蓿抗氧化糖蛋白添加到猪肉饼中可增加其抗氧化性。
本发明还提供了所述苜蓿抗氧化糖蛋白在制备抗氧化剂中的应用。利用美拉德反应生产的天然的抗氧化剂可用来包裹虾青素，制备微胶囊，可以有效地改善被包埋物质的物理性质，保护芯材的有效成分，甚至达到缓释的效果。
下面结合实施例对本发明提供的苜蓿抗氧化糖蛋白及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例中应用到的材料、试剂和仪器说明：
1、材料与试剂
紫花苜蓿叶(青海大学农牧学院试验田采集“青大一号”紫花苜蓿盛花期植株)；核糖、木糖、葡萄糖、半乳糖、麦芽糖、乳糖、黄原胶、亚麻籽胶(北京索莱宝科技有限公司，分析纯)；铁氰化钾(上海麦克林生物化学科技有限公司，分析纯)；硫酸亚铁(天津市天感化学试剂有限公司)；过氧化氢(天津市天力化学试剂有限公司，分析纯)；邻苯二甲醛(上海麦克林生化科技有限公司，分析纯)；三氯乙酸(天津凯通化学试剂厂，分析纯)；三氯化铁(天津市大茂化学试剂厂，分析纯)；四硼酸钠(天津市永大化学试剂有限公司，分析纯)；1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH·)(上海源叶生物科技有限公司，色谱纯)；磷酸(国药试剂公司，分析纯)；冰乙酸(天津凯通化学试剂厂，分析纯)；实验中所用的水均为去离子水。
2、仪器与设备
TU-1901双光束紫外分光光度仪(北京普析通用仪器有限公司)；高速离心机(Cence湘仪H1850湖南湘仪实验仪器开发有限责任公司)；RCT加热磁力搅拌器(IKA(广州)仪器设备有限公司)；BSA224-CW分析天平(北京赛多利斯科学仪器有限公司)；PB-10PH计(上海梅特勒-托利多仪器有限公司)；101A-1E电热鼓风干燥箱(上海仪器实验厂有限公司)；LDZX-30KBS立式压力蒸汽灭菌器(上海审安医疗器械厂)；冷冻干燥机(北京博医康有限公司)；Nicolet iS50红外光谱仪(美国热电公司)。
实施例1
1、紫花苜蓿叶蛋白的提取
根据刘海彬等人(HaibinL,Wei Z,Yuantao C,et al.Technology optimizationof Medicago sativa leaf protein separation with foam fractionation[J].Transactions of the Chinese Society ofAgricultural Engineering,2016,32(9):271-276)的方法对紫花苜蓿叶蛋白进行提取，分离，浓缩，干燥。
2、湿热美拉德反应
按照1:1的底物配比(m紫花苜蓿叶蛋白：m糖)，分别选用核糖、木糖、葡萄糖、半乳糖、麦芽糖、乳糖、黄原胶、亚麻籽胶等在反应pH值为9.0，时间为1h，温度为100℃时与紫花苜蓿叶蛋白进行湿热美拉德反应，测定反应产物的总还原能力。
结果如图1所示，木糖-紫花苜蓿叶蛋白体系抗氧化产物的抗氧化性最显著，所以后续实施例中，继续选用木糖对紫花苜蓿叶蛋白进行改性，制备出抗氧化活性比较好的抗氧化产物。
实施例2
原料不同配比对产物的抗氧化性的影响
按照1:1、2:1、3:1、1:2、1:3的底物(m紫花苜蓿叶蛋白：m木糖)配比分别准确称取质量为0.1g、0.2g、0.3g、0.1g、0.1g的紫花苜蓿叶蛋白于五个规格相同的锥形瓶并向其中分别对应加入质量为0.1g、0.1g、0.1g、0.2g、0.3g的木糖，加入100mL蒸馏水，搅拌、超声将其溶解均匀。用0.1mol/L的HCl、NaOH溶液分别调节上述五份溶液的pH值为9.0。将调节好pH值的五份溶液放入高压反应釜中进行美拉德反应，设定初始反应温度为100℃，反应时间为1h，待反应完成后立刻取出，并且用循环的冷水中断反应，待锥形瓶中的溶液冷却至室温时将其各个不同配比下的产物以8000r/min高速离心5min，并且对其剩余上清液抽滤以除去未反应的杂质，得到液态的抗氧化产物，保留，备用，对其进行抗氧化活性的测定。
结果如图2和图3所示，其中图2显示随着羰基含量的增加，DPPH·清除率和HO·清除率都基本呈现稳步上升趋势，而随着氨基含量的增加，DPPH·清除率与HO·清除率都呈现下降趋势。总体上在同一条件下的DPPH·清除率要远大于HO·清除率。这可能是因为紫花苜蓿叶蛋白与木糖之间的质量比直接影响美拉德反应中反应物分子之间的有效碰撞，进而影响反应速率及抗氧化产物对自由基的清除能力。
图3显示随着羰基含量的增加，总还原能力呈现上升的趋势，而随着氨基含量的增加，总还原能力有明显下降的趋势。
综合得出，在配比为1:3时，抗氧化产物的抗氧化活性最好。
实施例3
不同pH值对产物的抗氧化性的影响
准确称取质量为0.1g紫花苜蓿叶蛋白于五个规格相同的锥形瓶并向其中加入质量为0.3g的木糖，加入100mL蒸馏水，搅拌、超声将其溶解均匀。用0.1mol/L的HCl、NaOH溶液调节五份溶液的pH值分别为7.0、8.0、9.0、10.0、11.0。将调节好pH值的五份溶液放入高压反应釜中进行美拉德反应，设定初始反应温度为100℃，反应时间为1h，待反应完成后立刻取出，并且用循环的冷水中断反应，待锥形瓶中的溶液冷却至室温时将其各个不同pH值下的产物以8000r/min高速离心5min，并且对其剩余上清液抽滤以除去未反应的杂质，得到液态的抗氧化产物，保留，备用，对其进行抗氧化活性的测定。
结果如图4和图5所示，其中图4显示随着pH值的增加DPPH·清除率与HO·清除率都基本呈现先增加后降低的趋势。pH＝8时DPPH·清除率达到最高，pH＝9时HO·清除率达到最高。实验结果表明不同pH值下抗氧化产物对两种自由基清除率的影响具有差异性，这是因为抗氧化产物对两种自由基的清除机理不同。但从总体上讲，碱性条件下生成的产物具有更好的抗氧化活性且DPPH·清除率要远大于HO·清除率。
图5显示，随着pH的升高，抗氧化产物的总还原能力呈现一直上升的趋势。这是因为美拉德反应在初级阶段的Amadori热解产物，中间产物还原酮，高级阶段产物及高级阶段产物裂解产物都具有一定的还原能力。
综合考虑，在pH为9时，抗氧化产物的对自由基的清除能力较好，在pH为11时抗氧化产物的总还原能力较好。
实施例4
不同时间对产物的抗氧化性的影响
准确称取质量为0.1g紫花苜蓿叶蛋白于五个规格相同的锥形瓶并向其中加入质量为0.3g的木糖，加入100mL蒸馏水，搅拌、超声将其溶解均匀。用0.1mol/L的HCl、NaOH溶液调节五份溶液的pH值均为9.0。将调节好pH值的五份溶液放入高压反应釜中进行美拉德反应，设定初始反应温度为100℃，反应时间为30min、60min、90min、120min、150min，待反应完成后立刻取出，并且用循环的冷水中断反应，待锥形瓶中的溶液冷却至室温时将其各个不同反应时间下的产物以8000r/min高速离心5min，并且对其剩余上清液抽滤以除去未反应的杂质，得到液态的抗氧化产物，保留，备用，对其进行抗氧化活性的测定。
结果如图6和图7所示，图6显示，随着时间的增长，产物对DPPH·清除率呈现先缓慢降低后上升的趋势，在时间为30min、60min、120min、150min时产物对DPPH·清除率比较显著。而随着时间的增长，产物对HO·的清除率呈现先上升后趋于平缓的趋势。这可以说明抗氧化产物中具有抗氧化活性的物质在反应初期可能已形成，并随着反应时间的延长产物对自由基的清除率保持相对稳定的状态。
图7显示，随着时间的增长，总还原能力呈现基本不变的趋势。
综合得出在反应时间为30min时产物的抗氧化活性最好。
实施例5
不同温度对产物的抗氧化性的影响
准确称取质量为0.1g紫花苜蓿叶蛋白于五个规格相同的锥形瓶并向其中加入质量为0.3g的木糖，加入100mL蒸馏水，搅拌、超声将其溶解均匀。用0.1mol/L的HCl、NaOH溶液调节五份溶液的pH值均为9.0。将调节好pH值的五份溶液放入高压反应釜中进行美拉德反应，设定反应时间为30min，反应温度为20℃、40℃、60℃、80℃、100℃，待反应完成后立刻取出，并且用循环的冷水中断反应，待锥形瓶中的溶液冷却至室温时将其各个不同反应温度下的产物以8000r/min高速离心5min，并且对其剩余上清液抽滤以除去未反应的杂质，得到液态的抗氧化产物，保留，备用，对其进行抗氧化活性的测定。
结果如图8和图9所示，其中图8显示，随着温度的升高，DPPH·清除率与HO·清除率都呈现先缓慢上升后降低的趋势，在80℃时两种自由基清除率达到最大值。这是由于随着反应的进行及温度的不断升高，反应产物中的高级产物不断增多，产物对自由基的清除能力不断增大。当反应温度过高时产物对自由基的清除能力下降，这可能是因为过度的热处理导致蛋白质发生剧烈聚集，不利于自由基反应的进行。
图9显示，随着温度的升高，产物的总还原能力呈现先迅速增加后下降的趋势，这是因为温度升高会加快蛋白质分子中自由氨基与糖分子中羰基的反应，致使反应速率加快，生成具有一定还原性的物质，当温度过高时，反应生成的抗氧化产物有部分分解使产物的总还原能力下降。
综合得出在80℃时美拉德反应产物的抗氧化活性最好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种提高苜蓿叶蛋白抗氧化性的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将苜蓿叶蛋白、还原性糖和无菌水混合后进行湿热美拉德反应，得苜蓿抗氧化糖蛋白；所述无菌水的体积为所述苜蓿叶蛋白和还原性糖总质量的250倍。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述湿热美拉德反应的pH值为8～10，反应时间为30～150min，反应温度为80～120℃。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述湿热美拉德反应的pH值为9，反应时间为30min，反应温度为80℃。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述苜蓿叶蛋白与还原性糖的质量比为2:1～1:3。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述苜蓿叶蛋白与还原性糖的质量比为1:3。
6.根据权利要求1或4或5所述方法，其特征在于，所述还原性糖包括：核糖、木糖、葡萄糖、半乳糖、麦芽糖、乳糖、黄原胶或亚麻籽胶。
7.一种利用权利要求1～6任一项所述方法制备得到的苜蓿抗氧化糖蛋白，其特征在于，所述苜蓿抗氧化糖蛋白的总还原能力为1.25，DPPH·清除率为47.55％，HO·清除率为20.49％。
8.权利要求7所述苜蓿抗氧化糖蛋白在食品工业中的应用。
9.权利要求7所述苜蓿抗氧化糖蛋白在制备抗氧化剂中的应用。
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