CN114029038B - 高离子吸附量的乳白色玉米醇溶蛋白胶体纳米颗粒 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高离子吸附量的乳白色玉米醇溶蛋白胶体纳米颗粒，通过本方法制备的纳米颗粒具有乳白色的特点，具有较高的离子吸附能力，而且通过改变梯度加热的酸度、时间和温度可以调控该纳米颗粒对离子吸附能力的大小，在中温环境下加热时，需要增加酸的强度，其目的至增加酸与蛋白质的相互作用，让蛋白质的构象发生剧烈的变化；在高温的环境下加热玉米醇溶蛋白，需要将玉米醇溶蛋白处于强酸环境下，而且需要让介质的极性发生变化，其目的是赋予构象改变了的玉米醇溶蛋白进行自组装形成纳米颗粒。得到的乳白色纳米胶体颗粒具有较高的离子吸附能力，尤其是对二价离子具有较高的吸附能量，吸附量可以提高53％‑89％。

Description

高离子吸附量的乳白色玉米醇溶蛋白胶体纳米颗粒
技术领域
本发明涉及蛋白质自纳米胶体颗粒制备技术，具体涉及一种高离子吸附量的乳白色玉米醇溶蛋白胶体纳米颗粒。
背景技术
一些醇溶蛋白如玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白、小米醇溶蛋白等在合适的浓度范围内，通过改变介质极性可以诱导其自组装形成纳米颗粒。玉米醇溶蛋白是一种典型的醇溶性蛋白质，相对于动物蛋白如β-乳球蛋白、牛血清蛋白、α-乳白蛋白，来源更广泛，成本低廉。对于玉米醇溶蛋白而言，玉米醇溶蛋白是玉米储藏蛋白中的重要组成成分，其具有较高的疏水特性而具有较强的自组装能力。传统的玉米醇溶蛋白纳米颗粒制备的具体条件：玉米醇溶蛋白分散在80％乙醇水溶液配制成浓度为1％的浓度，然后利用反溶剂法制备了传统的玉米醇溶蛋白纳米颗粒。但是，单纯借助于控制蛋白浓度和介质极性诱导其自组装形成的纳米颗粒只能控制颗粒的大小，无法控制纳米颗粒的颜色、表面吸附离子基团的多少和表面积的大小。传统玉米醇溶蛋白纳米颗粒有叶黄素，影响其界面活性，对离子的吸附能力较差。由于玉米醇溶蛋白和叶黄素以非共价键作用相互结合，很难将两者分离，所以玉米醇溶蛋白自组装形成的纳米颗粒呈现黄色特性。并且，叶黄素存在明显改变了玉米醇溶蛋白胶体颗粒的性质，降低了纳米胶体颗粒的界面活性。
发明内容
基于以上不足之处，本发明的目的是提供一种高离子吸附量的乳白色玉米醇溶蛋白胶体纳米颗粒，具有乳白色的特点，具有较高的离子吸附能力。
本发明的目的采用如下技术方案来实现：一种高离子吸附量的乳白色玉米醇溶蛋白胶体纳米颗粒，是采用如下方法制得的，步骤如下：
步骤一：将玉米醇溶蛋白分散至含有0.01～0.02mol/L乙酸的乙醇的水溶液中，配制成含有玉米醇溶蛋白质量百分数为0.1～2.5％溶液，其中，乙醇的水溶液中乙醇质量百分数为50％～95％；
步骤二：将玉米醇溶蛋白溶液在温度30℃～50℃，密闭恒温放置5～12h；
步骤三：向玉米醇溶蛋白质溶液中添加盐酸至盐酸溶液浓度为0.01～0.05mol/L，再将玉米醇溶蛋白溶液加热到80℃，加热时间保持在2～5h；
步骤四：再将玉米醇溶蛋白溶液在90℃条件下继续加热0.5～2h，让溶液中的乙醇得到挥发，使得含有的乙醇质量百分数低于40％；
步骤五：将梯度加热后的玉米醇溶蛋白溶液迅速冷却，然后在-20℃冷冻12h后，进行冻干24h，得到乳白色玉米醇溶蛋白胶体纳米颗粒。
如上所述的纳米颗粒，是采用如下方法制得的，步骤优选如下
步骤一：将玉米醇溶蛋白分散至含有0.02mol/L乙酸的乙醇的水溶液中，配制成含有玉米醇溶蛋白质量百分数2.5％溶液，其中，乙醇的水溶液中乙醇质量百分数为90％；
步骤二：将玉米醇溶蛋白溶液在温度30℃下，密闭恒温放置12h；
步骤三：向玉米醇溶蛋白质溶液中添加盐酸至盐酸溶液浓度为0.05mol/L，再将玉米醇溶蛋白溶液加热到80℃，加热时间保持在5h；
步骤四：再将玉米醇溶蛋白溶液在90℃条件下继续加热5h，让溶液中的乙醇得到挥发，使得含有的乙醇质量百分数至19％；
步骤五：将梯度加热后的玉米醇溶蛋白溶液迅速冷却，然后在-20℃冷冻12h后，进行冻干24h，得到乳白色玉米醇溶蛋白胶体纳米颗粒。
本发明的原理如下：本发明以玉米深加工的副产物玉米醇溶蛋白为原料，通过特殊处理方式，使其能够形成非常规的乳白色胶体纳米颗粒。本发明不同于传统玉米醇溶蛋白自组装形成纳米颗粒的条件，其加热采用梯度加热方式，先采用低温长时间加热，然后采用中温较长时间加热，最后采用高温短时间加热。加热的环境时需要伴随着介质环境的改变，其中低温加热时，需要保持介质的极性不变，而且需要将玉米醇溶蛋白处于弱酸环境下，其目的是让酸和蛋白质进行缓慢的相互作用。然后在中温环境下加热时，需要增加酸的强度，其目的至增加酸与蛋白质的相互作用，让蛋白质的构象发生剧烈的变化；在高温的环境下加热玉米醇溶蛋白，需要将玉米醇溶蛋白处于强酸环境下，而且需要让介质的极性发生变化，其目的是赋予构象改变了的玉米醇溶蛋白进行自组装形成纳米颗粒。
本发明的优点及有益效果：本发明采用简单的梯度加热方法，只需要对玉米醇溶蛋白所处的介质环境的酸度和介质极性进行处理，便可使其形成乳白色纳米颗粒。本发明制备过程简单，容易操作，不需要复杂的设备，节约成本，易于推广，有利于拓宽玉米醇溶蛋白的应用领域。通过本方法制备的纳米颗粒具有乳白色的特点，具有较高的离子吸附能力，而且通过改变梯度加热的酸度、时间和温度可以调控该纳米颗粒对离子吸附能力的大小。得到的乳白色纳米胶体颗粒具有较高的离子吸附能力，尤其是对二价离子(如钙离子、镁离子、锌离子等)具有较高的吸附能量，吸附量可以提高53％-89％。
附图说明
图1为天然玉米醇溶蛋白纳米颗粒的形态对比图，(a)为天然玉米醇溶蛋白通过介质极性变化形成的传统纳米颗粒的形态图；(b)为本发明的方法制备的纳米颗粒的形态图。
图2钙离子对天然的和本发明的玉米醇溶蛋白纳米颗粒的导电率对比图。
图3钙离子对对天然的和本发明的玉米醇溶蛋白纳米颗粒吸附量的影响对比图。
具体实施方式
下面举例对本发明做进一步说明。
实施例1
以醇溶蛋白中的玉米醇溶蛋白为原料，将其分散至含有0.01mol/L乙酸的乙醇水溶液中，乙醇的水溶液中乙醇质量百分数为50％，配制成含有玉米醇溶蛋白质量百分数为0.1％溶液，置于丝口瓶；首先将溶液在温度30℃，密闭恒温储藏5h，此过程保持丝口瓶瓶盖紧扣，防止乙醇挥发：将低温储藏一定时间后的玉米醇溶蛋白溶液中添加盐酸浓度至0.01mol/L的盐酸，转移到中温条件下进行加热到60℃，加热时间保持在2h，在中温加热过程中仍然保持丝口瓶瓶盖紧扣，防止乙醇挥发；在中温条件下加热规定时间后的玉米醇溶蛋白溶液迅速转移到90℃条件下继续加热0.5h，加热过程需要打开丝口瓶的瓶口，诱导乙醇挥发，改变乙醇浓度，使得含有的乙醇质量百分数至39％；将梯度加热后的玉米醇溶蛋白溶液迅速冷却，然后放置-20℃冰箱冷冻12h后，利用冻干机进行冻干24h，得到乳白色胶体纳米颗粒。该条件下所得纳米胶体颗粒对钙的吸附量提高了53％。
实施例2
以醇溶蛋白中的玉米醇溶蛋白为原料，将其分散至含有0.01mol/L乙酸的乙醇水溶液中，乙醇的水溶液中乙醇质量百分数为60％，配制成含有玉米醇溶蛋白质量百分数为0.5％溶液，置于丝口瓶；首先将溶液在温度30℃，密闭恒温储藏5h，此过程保持丝口瓶瓶盖紧扣，防止乙醇挥发：将低温储藏一定时间后的玉米醇溶蛋白溶液中添加盐酸浓度至0.02mol/L的盐酸，转移到中温条件下进行加热到60℃，加热时间保持在3h，在中温加热过程中仍然保持丝口瓶瓶盖紧扣，防止乙醇挥发；在中温条件下加热规定时间后的玉米醇溶蛋白溶液迅速转移到90℃条件下继续加热1h，加热过程需要打开丝口瓶的瓶口，诱导乙醇挥发，改变乙醇浓度，使得含有的乙醇质量百分数至32％；将梯度加热后的玉米醇溶蛋白溶液迅速冷却，然后放置-20℃冰箱冷冻12h后，利用冻干机进行冻干24h，得到乳白色胶体纳米颗粒。该条件下所得纳米胶体颗粒对钙的吸附量提高了71％。
实施例3
以醇溶蛋白中的玉米醇溶蛋白为原料，将其分散至含有0.01mol/L乙酸的乙醇水溶液中，乙醇的水溶液中乙醇质量百分数为70％，配制成含有玉米醇溶蛋白质量百分数为0.5％溶液，置于丝口瓶；首先将溶液在温度30℃，密闭恒温储藏10h，此过程保持丝口瓶瓶盖紧扣，防止乙醇挥发：将低温储藏一定时间后的玉米醇溶蛋白溶液中添加盐酸浓度至0.03mol/L的盐酸，转移到中温条件下进行加热到60℃，加热时间保持在5h，在中温加热过程中仍然保持丝口瓶瓶盖紧扣，防止乙醇挥发；在中温条件下加热规定时间后的玉米醇溶蛋白溶液迅速转移到90℃条件下继续加热1.5h，加热过程需要打开丝口瓶的瓶口，诱导乙醇挥发，改变乙醇浓度，使得含有的乙醇质量百分数至28％；将梯度加热后的玉米醇溶蛋白溶液迅速冷却，然后放置-20℃冰箱冷冻12h后，利用冻干机进行冻干24h，得到乳白色胶体纳米颗粒。该条件下所得纳米胶体颗粒对钙的吸附量提高了79％。
实施例4
以醇溶蛋白中的玉米醇溶蛋白为原料，将其分散至含有0.02mol/L乙酸的乙醇水溶液中，乙醇的水溶液中乙醇质量百分数为90％，配制成含有玉米醇溶蛋白质量百分数为2.5％溶液，置于丝口瓶；首先将溶液在密闭30℃，密闭恒温储藏12h，此过程保持丝口瓶瓶盖紧扣，防止乙醇挥发：将低温储藏一定时间后的玉米醇溶蛋白溶液中添加盐酸浓度至0.05mol/L的盐酸，转移到中温条件下进行加热到80℃，加热时间保持在5h，在中温加热过程中仍然保持丝口瓶瓶盖紧扣，防止乙醇挥发；在中温条件下加热规定时间后的玉米醇溶蛋白溶液迅速转移到90℃条件下继续加热5h，加热过程需要打开丝口瓶的瓶口，诱导乙醇挥发，改变乙醇浓度，使得含有的乙醇质量百分数至19％；将梯度加热后的玉米醇溶蛋白溶液迅速冷却，然后放置-20℃冰箱冷冻12h后，利用冻干机进行冻干24h，得到乳白色胶体纳米颗粒。该条件下所得纳米胶体颗粒对钙的吸附量提高了89％。
实施例5
以醇溶蛋白中的玉米醇溶蛋白为原料，将其分散至含有0.02mol/L乙酸的乙醇水溶液中，乙醇的水溶液中乙醇质量百分数为95％，配制成含有玉米醇溶蛋白质量百分数为0.5％溶液，置于丝口瓶；首先将溶液在密闭30℃，密闭恒温储藏12h，此过程保持丝口瓶瓶盖紧扣，防止乙醇挥发：将低温储藏一定时间后的玉米醇溶蛋白溶液中添加盐酸浓度至0.02mol/L的盐酸，转移到中温条件下进行加热70℃，加热时间保持在5h，在中温加热过程中仍然保持丝口瓶瓶盖紧扣，防止乙醇挥发；在中温条件下加热规定时间后的玉米醇溶蛋白溶液迅速转移到90℃条件下继续加热2h，加热过程需要打开丝口瓶的瓶口，诱导乙醇挥发，改变乙醇浓度，使得含有的乙醇质量百分数至21％；将梯度加热后的玉米醇溶蛋白溶液迅速冷却，然后放置-20℃冰箱冷冻12h后，利用冻干机进行冻干24h，得到乳白色胶体纳米颗粒。该条件下所得纳米胶体颗粒对钙的吸附量提高了85％。
实施例6
由于酸和梯度加热的共同作用坏了叶黄素，即玉米醇溶蛋白颗粒溶液呈乳白色。而且随着钙离子浓度的增加，溶液一直呈现乳白色的颜色。蛋白质中带负电的氨基酸残基可以被Ca2+中和，与钙进行结合。如图2所示，当Ca2+浓度从0增加至15mmol/L时，天然玉米醇溶蛋白纳米颗粒的导电率从297.87μs/cm增加至1055.67μs/cm，玉米醇溶蛋白形成的乳白色纳米颗粒的导电率保持在1082μs/cm到1190.33μs/cm范围内。由于屏蔽静电相互作用，钙离子可能导致电导率的变化。添加钙离子对乳白色纳米的导电率影响不大，是因为本发明的玉米醇溶蛋白分子可以很好的和钙离子结合。本发明采用弱酸、强酸结合梯度加热修饰玉米醇溶蛋白诱导发生脱酰胺反应，生产更多的谷氨酸和天冬氨酸，羧基可以很好的和钙离子结合。这种结合能力也可以体现在天然和柔性玉米醇溶蛋白对钙离子的吸附量。利用原子吸收测定2者对钙离子的吸附量，如图3所示，当Ca2+浓度从0增加至15mmol/L时，天然玉米醇溶蛋白纳米颗粒的对钙的吸附量从0增加至3.04％，本发明的柔性玉米醇溶蛋白的纳米颗粒对钙离子的吸附量从0增加至4.09％。电导率和吸附量的结果均表明柔性玉米醇溶蛋白可以更好的吸附钙离子。

Claims (1)

1.一种高离子吸附量的乳白色玉米醇溶蛋白胶体纳米颗粒，其特征在于，是采用如下方法制得的，步骤如下：以醇溶蛋白中的玉米醇溶蛋白为原料，将其分散至含有0.02mol/L乙酸的乙醇水溶液中，乙醇的水溶液中乙醇质量百分数为90%，配制成含有玉米醇溶蛋白质量百分数为2.5%溶液，置于丝口瓶；首先将溶液在密闭30℃，密闭恒温储藏12h，此过程保持丝口瓶瓶盖紧扣，防止乙醇挥发：将低温储藏一定时间后的玉米醇溶蛋白溶液中添加盐酸浓度至0.05mol/L 的盐酸，转移到中温条件下进行加热到80℃，加热时间保持在5h，在中温加热过程中仍然保持丝口瓶瓶盖紧扣，防止乙醇挥发；在中温条件下加热规定时间后的玉米醇溶蛋白溶液迅速转移到90℃条件下继续加热5h，加热过程需要打开丝口瓶的瓶口，诱导乙醇挥发，改变乙醇浓度，使得含有的乙醇质量百分数至19%；将梯度加热后的玉米醇溶蛋白溶液迅速冷却，然后放置-20℃冰箱冷冻12h后，利用冻干机进行冻干24h，得到乳白色玉米醇溶蛋白胶体纳米颗粒。
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