CN116355427A - 银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶及其制备方法和应用，复合凝胶由银杏果分离蛋白和透明质酸热诱导形成；复合凝胶的制备方法为：(1)配制银杏果分离蛋白储备液；(2)配制透明质酸储备液；(3)将银杏果分离蛋白储备液和透明质酸储备液混合搅拌形成混合溶液，热诱导后冷却，于低温下储存形成银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶。本发明将具有独特生理功能的透明质酸多糖与银杏果分离蛋白复合以改善蛋白凝胶的力学性能、水化性能、微观结构和热稳定性，解决了银杏蛋白凝胶性差，银杏果利用率低的问题，实现了银杏果分离蛋白加工性能的提高，也为透明质酸在食品加工中的应用提供了新方向。
Description
技术领域
本发明涉及凝胶材料技术领域，具体涉及一种银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
银杏(Ginkgo biloba L.)在中国具有广泛种植和利用果实的悠久历史，其果中蛋白组分含量丰富，在10％-15％，蛋白质中氨基酸组成及比例合理，必需氨基酸含量远高于粮农组织/世卫组织推荐的优质蛋白质标准，银杏果蛋白中不含限制性氨基酸，且富含甲硫氨酸、半胱氨酸等氨基酸，这些氨基酸在植物源蛋白中普遍不存在，此外还富含谷氨酸、天冬氨酸和精氨酸，是一种较为优质的食品蛋白质，具有良好的食用价值和显著的食品开发利用潜力。但目前由于银杏果蛋白在水中的溶解度较低，从而导致它们的功能较差，特别是凝胶性差。因此其在食品工业中的广泛使用受到了限制，凝胶特性是食品蛋白质的重要功能特性，蛋白质的胶凝行为及其流变性质是形成某些食品独特的质构、感官和风味的决定性因素。对银杏蛋白凝胶性能进行深入的研究，推动银杏蛋白产业的发展，能够有效的提高银杏资源的利用价值。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术存在的技术问题，本发明旨在提供一种具有优异的凝胶性能的银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶，并且，本发明还提供了该银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶的制备方法和应用。
技术方案：本发明所述的银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶由银杏果分离蛋白和透明质酸热诱导形成。
进一步地，所述透明质酸的分子量为50-1500kDa。
进一步地，所述银杏果分离蛋白和透明质酸的质量比为120:0.1-5。
本发明所述的银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶的制备方法包括以下步骤：
(1)配制银杏果分离蛋白储备液；
(2)配制透明质酸储备液；
(3)将银杏果分离蛋白储备液和透明质酸储备液混合搅拌，热诱导后冷却，于低温下储存形成银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶。
进一步地，步骤(1)中，所述银杏果分离蛋白的制备方法为：将新鲜银杏果脱壳去皮后干燥处理，磨碎成粉后，过筛，得银杏果粉；将银杏果粉与正己烷混合，进行脱脂处理，得脱脂银杏果粉；采用碱溶酸沉的方法从脱脂银杏果粉中提取银杏果分离蛋白，得银杏果分离蛋白粉。
进一步地，上述银杏果分离蛋白的制备方法具体为：选取无腐败变质的新鲜银杏果，将银杏果剥壳去皮得银杏种子，在40-60℃的烘箱中干燥50-60小时，再研磨成粉，过80目筛得银杏果粉，使用正己烷对银杏果粉进行脱脂2-4次，银杏果粉与正己烷的质量体积比为1:8-10kg/L；再采用碱溶酸沉的方法提取银杏果分离蛋白：将干燥后的脱脂银杏果粉分散在去离子水中得混合溶液，脱脂银杏果粉与去离子水的质量体积比为1:10-12kg/L，用1mol/LNaOH溶液将混合溶液的pH调至9.0，室温下搅拌30-40分钟，然后4-6℃，10000g离心15-20分钟，取上清液，用1mol/LHCl溶液将其pH调至4.4，在4-6℃，10000g离心15-20分钟，取沉淀分散于水中，用1mol/LNaOH溶液将其pH调至7.0，冷冻干燥后于4-6℃冰箱保存；采用碱溶酸沉的方法中采用的NaOH溶液和HCl溶液的浓度过低会导致使用量多不利于操作，浓度过高会导致蛋白发生颗粒感沉淀，因此，NaOH溶液和HCl溶液的浓度为1mol/L为宜。
进一步地，所述银杏果分离蛋白储备液的配制方法为：将银杏果分离蛋白粉溶于水中，搅拌3-6小时后置于2-4℃下保持12-24小时，得到完全水化的银杏果分离蛋白储备液，浓度为180g/L。
进一步地，步骤(2)中，所述透明质酸储备液的浓度为6-15g/L，当透明质酸的分子量为50-1000kDa，透明质酸储备液的浓度为12-15g/L，当透明质酸的分子量为1000-1500kDa，透明质酸储备液的浓度为6-9g/L。
进一步地，所述透明质酸储备液的配制方法为：将透明质酸粉溶于水中，搅拌3-6小时后置于2-4℃下保持12-24小时，得到完全水化的透明质酸储备液。
进一步地，步骤(3)中，所述银杏果分离蛋白储备液和透明质酸储备液在混合前，调节pH至6.0；所述混合溶液中，银杏果分离蛋白的浓度为100-140g/L，透明质酸的浓度为0.1-5g/L；所述热诱导的条件为：水浴，90-95℃，30-40分钟，所述低温储存的条件为：2-4℃，12-24小时。
本发明所述的银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶在食品加工中的应用
发明原理：透明质酸是一种天然的线性多糖，是由β-1,4-D-葡萄糖醛酸和β-1,3-N-乙酰-D-胺基葡萄糖双糖反复交替而形成的一种糖胺聚糖，其分子量在103-106Da之间变化很大，分子式为(C14H20NO11Na)n。透明质酸是一种具有-OH和-COOH官能团的亲水性大分子，因此其在水中的溶解度高，可以形成高粘性的溶液，可以捕获远大于自身重量的水，并形成凝胶，表现出独特的流变学性质，与银杏果分离蛋白复合后可以改变复合溶液的水化特性。透明质酸可以通过静电相互作用、疏水相互作用和氢键与银杏果分离蛋白结合，形成由聚集体和由多孔组成的连续的凝胶网络，从而改善蛋白凝胶的力学性能和微观结构，且随着透明质酸分子量的增加，银杏果分离蛋白与透明质酸之间的非共价作用增强，蛋白凝胶的功能性提高。
在本发明中，将银杏果分离蛋白和透明质酸进行复合，通过透明质酸对银杏果分离蛋白进行改性，能够改变凝胶的各项结构及性能，如力学性能、水化性能、微观结构和热性能等，赋予了复合凝胶功能性和多样性，以实现银杏蛋白在食品加工中的广泛应用。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明采用的银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶的制备方法能够提高凝胶的质构性、持水性、溶胀性和热稳定性，通过选用不同分子量和浓度的透明质酸可以生产出多样的凝胶，以适应不同人群，有利于提高银杏蛋白在食品中的应用，避免银杏资源的浪费；此外，本发明制备方法安全性好，无环境污染，工艺简单，无需复杂设备，易于工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1-实施例11和对比例1制得的凝胶溶液流变图；
图2为本发明实施例1-实施例11和对比例1制得的凝胶质构特性图；
图3为本发明实施例1-实施例11和对比例1制得的凝胶实物图；
图4为本发明实施例1-实施例11和对比例1制得的凝胶的扫描电镜图；
图5为本发明实施例1-实施例11和对比例1制得的凝胶的持水性和溶胀性；
图6为本发明实施例1-实施例11和对比例1制得的凝胶的热特性图。
具体实施方式
下面，结合具体实施例和附图进一步对本发明进行说明。
实施例1：本发明所述的银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶的制备方法包括以下步骤：
(1)配制银杏果分离蛋白储备液：选取无腐败变质的新鲜银杏果，将银杏果剥壳去皮得银杏种子，在40℃的烘箱中干燥50小时，再研磨成粉，过80目筛得银杏果粉，使用正己烷对银杏果粉进行脱脂3次，银杏果粉与正己烷的质量体积比为1:8kg/L；再采用碱溶酸沉的方法提取银杏果分离蛋白：将干燥后的脱脂银杏果粉分散在去离子水中得混合溶液，脱脂银杏果粉与去离子水的质量体积比为1:10kg/L，用1mol/L NaOH将混合溶液的pH调至9.0，室温下搅拌30分钟，然后4℃，10000g离心15分钟，取上清液，用1mol/L HCl将其pH调至4.4，再在4℃，10000g离心15分钟，取沉淀分散于水中，用1mol/L NaOH将其pH调至7.0，冷冻干燥后于4℃冰箱保存，得银杏果分离蛋白粉；将上述银杏果分离蛋白粉溶于水中，搅拌4小时后置于4℃下储存12小时，得到完全水化的银杏果分离蛋白储备液，浓度为180g/L；
(2)配制透明质酸储备液：将分子量为50kDa的透明质酸粉溶于水中，搅拌4小时后置于4℃下储存12小时，得到浓度为15g/L的低分子量的透明质酸储备液；
(3)将银杏果分离蛋白储备液和透明质酸储备液调节pH至6.0后混合搅拌，得混合溶液，加去离子水调节至混合溶液中透明质酸的浓度为1g/L，银杏果分离蛋白的浓度为120g/L；将混合溶液在恒温水浴锅中90℃加热30分钟后自然冷却至室温，再在4℃下储存12小时，形成银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶。
实施例2：与实施例1的不同之处在于，步骤(2)中，步骤(3)中，所述混合溶液中，透明质酸的浓度为3g/L。
实施例3：与实施例1的不同之处在于，步骤(3)中，所述混合溶液中，透明质酸的浓度为5g/L。
实施例4：与实施例1的不同之处在于，步骤(2)中，所述透明质酸的分子量为500kDa，得到浓度为15g/L的中分子量的透明质酸储备液；步骤(3)中，所述混合溶液中，透明质酸的浓度为1g/L。
实施例5：与实施例4的不同之处在于，步骤(3)中，所述混合溶液中，透明质酸的浓度为3g/L。
实施例6：与实施例4的不同之处在于，步骤(3)中，所述混合溶液中，透明质酸的浓度为5g/L。
实施例7：与实施例4的不同之处在于，步骤(2)中，所述透明质酸的分子量为1500kDa，得到浓度为9g/L的高分子量的透明质酸储备液；步骤(3)中，所述混合溶液中，透明质酸的浓度为0.1g/L。
实施例8：与实施例7的不同之处在于，步骤(3)中，所述混合溶液中，透明质酸的浓度为0.3g/L。
实施例9：与实施例7的不同之处在于，步骤(3)中，所述混合溶液中，透明质酸的浓度为0.5g/L。
实施例10：与实施例4的不同之处在于，步骤(3)中，所述混合溶液中，透明质酸的浓度为1g/L。
实施例11：与实施例4的不同之处在于，步骤(3)中，所述混合溶液中，透明质酸的浓度为3g/L。
对比例1：银杏果分离蛋白凝胶。
实施例12：对实施例1-实施例11和对比例1制得的凝胶材料进行性能测定，包括：
(1)黏度的测定：使用MARS60流变仪在室温下分析凝胶溶液的黏度。使用直径为40mm的平板和1mm的间隙进行粘度分析，上样量为500-800μL，剪切速率从0.1到100s-1。
(2)质构特性测定：使用TA-XT Plus Texture Analyzer进行单轴双压缩实验来测定凝胶的质构特性，选用P/0.5圆柱形探头。设置各参数，1mm/s预试速度(样品接触前的速度)，2mm/s压缩速度；下压距离7mm；触发力5.0g。测定每个样品的硬度、弹性、粘聚性、胶黏性、咀嚼性和回复性。
(3)外观：将凝胶样品从烧杯从小心取出，置于黑色幕布上拍照。
(4)扫描电镜图测定：将凝胶进行真空冷冻干燥，采用KBr压片法对样品进行预处理，将约1mg的冻干凝胶样品与KBr以质量比1：99(g/g)的比例混合，研磨成粉末并压制成片。采用VERTEX 80V红外光谱仪测定每个样品的红外光谱，所有样品扫描在4000至400cm-1的波数范围内，扫描64次，分辨率为4cm-1。
(5)持水性和溶胀性的测定：
取4g凝胶置于50mL的离心管中，3000×g离心20分钟。根据公式计算持水性(WHC)：
m0为离心管的质量；m1为离心前凝胶和离心管的质量；m2为离心后凝胶和离心管的质量。
取一块直径8mm(直径)×5mm(高度)的圆柱形凝胶，称重后在室温下置于水中30分钟，用镊子取出，用滤纸将凝胶表面水分吸干，再称重。凝胶的溶胀率(Swelling ratio)根据公式计算：
W1为凝胶的初始重量，W2为膨胀凝胶的重量。
(6)热稳定性的测定：将凝胶样品进行真空冷冻干燥。采用热重分析法研究凝胶的热稳定性。取5-8mg冻干样品，置于氧化铝坩埚中，放入样品架，设定起始温度20℃，终止温度600℃，升温速率10℃/分钟，氮气流速20mL/分钟，仪器记录升温过程中样品质量随时间及温度的变化曲线。
上述测定结果如图1-图6所示。如图1所示，银杏果分离蛋白/透明质酸混合溶液的表观粘度随着剪切速率的增加而下降，这表明了一种经典的剪切稀释非牛顿流体行为。带负电的银杏果分离蛋白与带负电的透明质酸之间的静电排斥力影响了混合溶液的黏度，低分子量透明质酸的加入增强了静电排斥力，阻碍了蛋白质间的相互作用，从而降低黏度。中分子量和高分子量的透明质酸能够明显提高混合溶液的黏度，这可能是由于透明质酸自身黏度较高，从而增加了溶液的黏度。
如图2所示，添加低分子量透明质酸对凝胶的硬度影响不大，而添加中分子量和高分子量透明质酸时，凝胶的硬度明显增加。在添加3g/L中分子量透明质酸和0.5g/L高分子量透明质酸时，凝胶的硬度达到最大，之后随着浓度的增加，凝胶的硬度略微减小；低分子量的透明质酸能够提高凝胶的弹性，而中分子量和高分子量透明质酸在浓度高于1g/L时，便会对凝胶的弹性产生负效应；浓度低于1g/L的透明质酸可以提高凝胶的黏聚性、胶黏性、咀嚼性和回复性。总的来说，通过调节透明质酸的浓度和分子量，可以获得多样性的银杏果分离蛋白凝胶，高分子量透明质酸能够明显的提升凝胶的质构特性，在浓度为0.5g/L时效果最佳。
如图3所示，银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶的外观呈不透明的乳白色，形状完整，可以观察到胶体表明有明显的气泡，透明质酸的加入对凝胶的色泽无明显影响，但会在凝胶表明形成一些细小的小孔。
如图4所示，与凝胶外观相一致，透明质酸加入后在凝胶内部形成了一些细小的孔径，复合凝胶显示了一个由小聚集体和许多小孔组成的连续网络，其直径尺寸小于银杏果分离蛋白凝胶的球形颗粒，这是由于透明质酸与银杏果分离蛋白之间存在静电斥力。添加高浓度的透明质酸时凝胶的微观结构呈现3D网络状结构，这可能是由于过量的透明质酸分子引起分子间的交联。
如图5所示，透明质酸的加入提高了凝胶的持水性，透明质酸含有大量的羧基、羟基，让其在水溶液中形成分子间和分子内氢键，交联出网状空间结构，提高复合凝胶的持水性。透明质酸具有亲水性，能够结合远大于自身重量的水分，随着透明质酸浓度的增加，凝胶的溶胀性显著增加，但是在较高浓度时，透明质酸具有较高的黏度，使银杏果分离蛋白/透明质酸复合物形成小的聚集体，体系孔径减少，吸附水的能力变弱。
如图6所示，可以观察到凝胶在30-150℃和150-600℃范围内有两个主要的失重阶段，第一阶段主要是游离水和结合水的损失，第二阶段是凝胶的主要失重阶段，与蛋白质和多糖的热降解行为有关，随着透明质酸分子量的增加，复合凝胶的最大失重率逐渐减小，表明透明质酸的加入增强了凝胶的热稳定性，在添加3g/L高分子量透明质酸时效果最佳。
Claims (10)
1.一种银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶，其特征在于，所述复合凝胶由银杏果分离蛋白和透明质酸热诱导形成。
2.根据权利要求1所述的银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶，其特征在于，所述透明质酸的分子量为50-1500kDa。
3.根据权利要求1所述的银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶，其特征在于，所述银杏果分离蛋白和透明质酸的质量比为120:0.1-5。
4.一种权利要求1所述的银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制银杏果分离蛋白储备液；
(2)配制透明质酸储备液；
(3)将银杏果分离蛋白储备液和透明质酸储备液混合搅拌形成混合溶液，热诱导后冷却，于低温下储存形成银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述银杏果分离蛋白的制备方法为：将新鲜银杏果脱壳去皮后干燥处理，磨碎成粉后，过筛，得银杏果粉；将银杏果粉与正己烷混合，进行脱脂处理，得脱脂银杏果粉；采用碱溶酸沉的方法从脱脂银杏果粉中提取银杏果分离蛋白，得银杏果分离蛋白粉。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述透明质酸储备液的浓度为6-15g/L。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述银杏果分离蛋白储备液和透明质酸储备液在混合前，调节pH至6.0。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述混合溶液中，银杏果分离蛋白的浓度为100-140g/L，透明质酸的浓度为0.1-5g/L。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述热诱导的条件为：水浴，80-95℃，20-40分钟，所述低温储存的条件为：2-4℃，12-24小时。
10.一种权利要求1所述的银杏果分离蛋白/透明质酸复合凝胶在食品加工中的应用。
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