CN113575752B - 一种利用食品多酚强化大豆淀粉样蛋白纤维水凝胶功能特性的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用食品多酚强化大豆淀粉样蛋白纤维水凝胶功能特性的方法属于大豆功能性蛋白结构应用技术，该方法包括以下步骤：(1)大豆淀粉样蛋白纤维的制备(2)可逆性抗菌蛋白水凝胶的制备。首次提出利用食品多酚对大豆淀粉样蛋白纤维的形态结构进行调控重构，重塑了大豆淀粉样蛋白纤维水凝胶网络结构，有效强化了大豆淀粉样蛋白纤维水凝胶机械强度，凝胶强度提高了8倍，同时改善了水凝胶的抑菌性能，成功制备了可逆性抗菌蛋白水凝胶(含水量≥96％)。因此，该方法制备的水凝胶可广泛应用于保健及其他功能性食品，而且本发明对于其他食品淀粉样蛋白纤维在软物质材料及食品中的应用起到很好的借鉴作用，具备较强的实用性。
Description
技术领域
本发明属于大豆功能性蛋白结构应用技术，主要涉及一种利用食品多酚强化大豆淀粉样蛋白纤维水凝胶功能特性的方法。
背景技术
食品蛋白(多为球状蛋白)经过特殊加工处理可以形成纤维状蛋白，即食品源淀粉样蛋白纤维，不同来源的淀粉样蛋白纤维具备各异的外观形貌特征。大豆是重要的植物蛋白及油脂来源，大豆蛋白功能性结构研究一直以来是大豆产品增值转化的核心研究领域，也是创新型大豆蛋白功能材料研发的重要突破口。大豆淀粉样蛋白纤维中高度有序的β-折叠结构使之成为极为特殊的热力学稳定构象，同时赋予其较强的机械性能。现阶段，利用淀粉样蛋白纤维作为基础构件制备先进功能材料(如药物载体、细胞支架、水凝胶、可降解生物膜等)处于功能性蛋白结构应用研究前沿领域，然而，大豆淀粉样蛋白纤维研究进度相对滞后，仍未实现高价值应用。
近年来，利用淀粉样蛋白纤维制备水凝胶的相关报道中都突显出一个重要问题，就是淀粉样蛋白纤维水凝胶网络结构的机械强度偏低，严重限制其在功能性蛋白材料或食品配料中的应用。目前最为有效的策略之一就是对淀粉样蛋白纤维基本结构进行重新构筑(重构)或者强化，以达到对网络结构重构的目的，从而实现韧性增强，包括弹性和硬度等机械性能增强。例如，利用去质子化方法转变淀粉样多肽纤维二级结构形成螺旋状淀粉样多肽纤维，进而对水凝胶网络结构进行重构。近期，Cao等利用生物硅化法对β-乳球蛋白淀粉样蛋白纤维基本结构进行芯-鞘强化，强化后纤维的杨氏模量可以由3.7GPa左右增加到20GPa，利用强化后淀粉样蛋白纤维制备的水凝胶及气凝胶都具备卓越的机械性能。
食品多酚是合成功能性材料领域一类非常独特的结构单元，其优异的本质特性是吸引研究者关注的重要原因，如金属离子螯合作用、氢键结合、pH响应特性、氧化还原电位、自由基清除能力、分子聚合作用以及光吸收特性等。表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)已被充分证明具有调控淀粉样蛋白纤维形成过程的能力，并且EGCG无毒，已被多项流行病学和动物研究证实具有预防癌症的作用，EGCG具有显著的自由基清除能力，可发挥抗氧化、抗炎等治疗功效，在功能性食品、营养药品中发挥着重要作用。多项权威研究报道了EGCG正是淀粉样蛋白纤维形态结构的重要调节剂之一，其他食品多酚如白藜芦醇、单宁、原花青素等也可能同样具有类似的功能。然而，利用食品多酚重构或者强化大豆淀粉样蛋白纤维，从而达到水凝胶网络结构重构及增韧的目的，目前尚属研究空白。
本发明首次提出利用食品多酚对大豆淀粉样蛋白纤维的形态结构进行调控重构，有效强化了大豆淀粉样蛋白纤维水凝胶机械强度，凝胶强度提高了8倍，同时改善了水凝胶的抑菌性能，成功制备了可逆性抗菌蛋白水凝胶(含水量≥96％)。因此，该方法制备的水凝胶可广泛应用于保健及其他功能性食品，而且本发明对于其他食品淀粉样蛋白纤维在软物质材料及食品中的应用起到很好的借鉴作用，具备较强的实用性。
发明内容
本发明提供一种利用食品多酚强化大豆淀粉样蛋白纤维水凝胶功能特性的方法，该方法操作过程简单，蛋白水凝胶性稳定性好，实现了对大豆功能性蛋白结构即淀粉样蛋白纤维的有效利用。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：
一种利用食品多酚强化大豆淀粉样蛋白纤维水凝胶功能特性的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)大豆淀粉样蛋白纤维的制备：利用pH为2-6的过膜去离子水溶解大豆分离蛋白，蛋白浓度为20-100mg/mL，使用6M盐酸溶液校正pH为2-6后，冷冻离心，离心条件为4000-8000g，10-20min，将上层大豆分离蛋白溶液在搅拌状态下进行酸热长时水解，制备得到大豆淀粉样蛋白纤维溶液；(2)可逆性抗菌蛋白水凝胶的制备：在4-85℃，pH为2-6条件下添加EGCG，EGCG与蛋白质量比为0-1，混合均匀，4-20℃静置12-24h得到水凝胶。
所述的大豆淀粉样蛋白纤维的制备工艺为：利用pH为2的过膜去离子水溶解大豆分离蛋白，蛋白浓度为35mg/mL，使用6M盐酸溶液校正pH为2后，冷冻离心，离心条件为4500g，15min，将上层大豆分离蛋白溶液在搅拌状态下进行酸热长时水解，即pH＝2，85℃，磁力搅拌200rpm，20h，制备得到大豆淀粉样蛋白纤维溶液。
所述的可逆性抗菌蛋白水凝胶的制备工艺为：在85℃，pH为2条件下添加EGCG，EGCG与蛋白质量比为0.05，混合均匀，4℃静置12h得到水凝胶。
所述的大豆分离蛋白(SPI)，纯度≥89％。
所述的儿茶素为表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)，纯度≥98％。
本发明方法利用EGCG对大豆淀粉样蛋白纤维的形态结构进行调控重构，重塑了大豆淀粉样蛋白纤维水凝胶网络结构，增强了网络结构单元之间的连接强度和密度，有效强化了大豆淀粉样蛋白纤维水凝胶机械强度，凝胶强度提高了8倍，EGCG的抗氧化、抗菌等性能同时改善了水凝胶的生物功能特性，制备得到的蛋白水凝胶(含水量≥96％)具备抗菌性、可注射性、可逆性等优良特性。因此，该方法制备的水凝胶可广泛应用于保健及其他功能性食品，而且本发明对于其他食品淀粉样蛋白纤维在软物质材料及食品中的应用起到很好的借鉴作用，具备较强的实用性。
附图说明
图1为本发明总工艺路线图。
图2为实施例1蛋白浓度对淀粉样蛋白纤维溶液流变特性的影响。
图3为实施例2EGCG浓度对淀粉样蛋白纤维水凝胶流变特性的影响。
图4为实施例2EGCG增强淀粉样蛋白纤维水凝胶机械强度现象。
图5为实施例2大豆淀粉样蛋白纤维-EGCG水凝胶可逆性与可注射性。
图6为实施例3大豆淀粉样蛋白纤维-EGCG水凝胶的细胞毒性。
图7为实施例3大豆淀粉样蛋白纤维-EGCG水凝胶的抗菌特性。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施例进行详细描述。
一种利用食品多酚强化大豆淀粉样蛋白纤维水凝胶功能特性的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)大豆淀粉样蛋白纤维的制备：利用pH为2-6的过膜去离子水溶解大豆分离蛋白，蛋白浓度为20-100mg/mL，使用6M盐酸溶液校正pH为2-6后，冷冻离心，离心条件为4000-8000g，10-20min，将上层大豆分离蛋白溶液在搅拌状态下进行酸热长时水解，制备得到大豆淀粉样蛋白纤维溶液；(2)可逆性抗菌蛋白水凝胶的制备：在4-85℃，pH为2-6条件下添加EGCG，EGCG与蛋白质量比为0-1，混合均匀，4-20℃静置12-24h得到水凝胶。
所述的大豆淀粉样蛋白纤维的制备工艺为：利用pH为2的过膜去离子水溶解大豆分离蛋白，蛋白浓度为35mg/mL，使用6M盐酸溶液校正pH为2后，冷冻离心，离心条件为4500g，15min，将上层大豆分离蛋白溶液在搅拌状态下进行酸热长时水解，即pH＝2，85℃，磁力搅拌200rpm，20h，制备得到大豆淀粉样蛋白纤维溶液。
所述的可逆性抗菌蛋白水凝胶的制备工艺为：在85℃，pH为2条件下添加EGCG，EGCG与蛋白质量比为0.05，混合均匀，4℃静置12h得到水凝胶。
所述的大豆分离蛋白(SPI)，纯度≥89％。
所述的儿茶素为表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)，纯度≥98％。
实施例1：
利用pH为2的过膜去离子水溶解大豆分离蛋白，蛋白浓度为20、40、60、80、100mg/mL，使用6M盐酸溶液校正pH为2后，冷冻离心，离心条件为4500g，15min，将上层大豆分离蛋白溶液在搅拌状态下进行酸热长时水解，即pH＝2，85℃，磁力搅拌200rpm，20h，制备得到大豆淀粉样蛋白纤维溶液。在85℃，pH为2条件下添加EGCG，EGCG与蛋白质量比为0.05，混合均匀，4℃静置12h得到水凝胶。蛋白浓度对淀粉样蛋白纤维溶液流变特性的影响结果见图2。
实施例2：
利用pH为2的过膜去离子水溶解大豆分离蛋白，蛋白浓度为35mg/mL，使用6M盐酸溶液校正pH为2后，冷冻离心，离心条件为4500g，15min，将上层大豆分离蛋白溶液在搅拌状态下进行酸热长时水解，即pH＝2，85℃，磁力搅拌200rpm，20h，制备得到大豆淀粉样蛋白纤维溶液。在85℃，pH为2条件下添加EGCG，EGCG与蛋白质量比为0、0.025、0.05、0.075、0.1、0.3、0.5，混合均匀，4℃静置12h得到水凝胶(含水量≥96％)。EGCG浓度对淀粉样蛋白纤维水凝胶流变特性的影响结果见图3，EGCG增强淀粉样蛋白纤维水凝胶机械强度现象见图4，大豆淀粉样蛋白纤维-EGCG水凝胶(EGCG与蛋白质量比为0.05)可逆性与可注射性结果见图5。
实施例3：
利用pH为2的过膜去离子水溶解大豆分离蛋白，蛋白浓度为35mg/mL，使用6M盐酸溶液校正pH为2后，冷冻离心，离心条件为4500g，15min，将上层大豆分离蛋白溶液在搅拌状态下进行酸热长时水解，即pH＝2，85℃，磁力搅拌200rpm，20h，制备得到大豆淀粉样蛋白纤维溶液。在85℃，pH为2条件下添加EGCG，EGCG与蛋白质量比为0.05，混合均匀，4℃静置12h得到水凝胶(含水量≥96％)。大豆淀粉样蛋白纤维溶液(SAFs)作为对照组，验证大豆淀粉样蛋白纤维-EGCG水凝胶(SAFs-E)以及经过体外模拟消化后水凝胶(SAFs-E-GID)的细胞毒性(小肠上皮细胞FHs 74Int)和抗菌性能(大肠杆菌E.coli ATCC25922和金黄色葡萄球菌S.aureus ATCC29213)。大豆淀粉样蛋白纤维水凝胶的细胞毒性实验结果见图6，抗菌特性结果见图7。
Claims (2)
1.一种利用食品多酚强化大豆淀粉样蛋白纤维水凝胶功能特性的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)大豆淀粉样蛋白纤维的制备：利用pH为2的过膜去离子水溶解大豆分离蛋白，蛋白浓度为35mg/mL，使用6M盐酸溶液校正pH为2后，冷冻离心，离心条件为4500g，15min，将上层大豆分离蛋白溶液在搅拌状态下进行酸热长时水解，即pH＝2，85℃，磁力搅拌200rpm，20h，制备得到大豆淀粉样蛋白纤维溶液；(2)可逆性抗菌蛋白水凝胶的制备：在85℃，pH为2条件下向大豆淀粉样蛋白纤维溶液中添加表没食子儿茶素没食子酸酯，表没食子儿茶素没食子酸酯与蛋白质量比为0.05，混合均匀，4℃静置12h得到水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种利用食品多酚强化大豆淀粉样蛋白纤维水凝胶功能特性的方法，其特征在于，所述的大豆分离蛋白的纯度≥89％。
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