CN1326868C - 脱酰胺谷类蛋白质－铬元素螯合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物及其制备方法。按重量百分比计，铬元素在螯合物中的含量为0.5～1.5%。其制备方法是利用脱酰胺谷类蛋白质的化学基团的活性，将人体必需的微量元素铬与蛋白质复合，制成含活性Cr³⁺离子的脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物，经离心分离、过滤或者喷雾干燥制成固态粉末。该方法工艺流程简单，生产成本低廉，易于推广实施。基于本发明制得的脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物，具有有机铬含量高、稳定性强且易吸收等特点，是一种理想的食品补铬剂以及食品功能补充剂。

Description

脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物及其制备方法。

背景技术

铬是人体必需的微量元素之一，对人体生理机能的贡献主要表现在以下方面：

1)Cr³⁺离子是葡萄糖耐受因子(GIF)活性中心的组成部分，在人体内发挥着重要的生理功能。Cr³⁺离子能协助胰岛素维持正常糖耐量，使体内糖元合成速度增加，血糖迁移率提高，从而使葡萄糖从肝脏快速转移到其它组织并被利用。同时，Cr³⁺离子协同胰岛素参与脂类、蛋白质和核酸的代谢，改善血脂状况，具有显著的降脂和降胆固醇作用。

2)人体缺铬会产生葡萄糖、脂肪、蛋白质代谢障碍，引起各种疾病如糖尿病、动脉粥样硬化、冠心病、末梢神经炎、近视眼等。补铬是降低高胰岛素、高血糖和高血脂水平、预防糖尿病的便捷途径之一。而且，补铬还可以改善与糖代谢和脂代谢有关的症状，如脂肪肝、肥胖和粉刺等，甚至可促进人体发育、增强体质和预防近视。

3)随着人们的生活水平的提高，糖尿病的发病率猛增，已成为全球性的、危害人类健康的第三大疾病。Cr³⁺在糖尿病的发生、发展、预防、治疗等方面处于不可忽视的地位。在糖尿病治疗方面，含铬有机化合物具有辅助性的效果。

铬在自然界中有+6、+3和+2三种价态，其中Cr⁶⁺生物毒性大，Cr²⁺不够稳定，均不适合用于人群补铬。三价无机铬价格低廉，安全性较高，可溶性好，但在体内吸收率低，仅为0.4～3％甚至更低。目前补铬剂多采用三价有机铬，如烟酸铬、吡啶羧酸铬、氨基酸螯合铬、酵母铬等。有机铬的生物吸收率较高，最高可达25～30％，有效性为无机铬的十倍以上，其缺点是价格昂贵。

人体对微量元素铬的需求量方面，目前国际上尚无明确的结论。根据美国1989年制定的饮食推荐量(RDA)，成人铬摄入量应为50～200μg/d。但美国的调查表明，许多人从饮食中摄入的铬量低于饮食推荐量的下限，也就是说绝大多数人处于贫铬状态，其中老年人和糖尿病人缺铬现象更加严重。

铬在谷物种皮中的含量高于内层，因而粮食加工愈精其铬含量愈小。小麦面粉与商品稻米中铬等微量元素含量较低，且铬元素在面粉与稻米加工精制过程流失率很高。我国小麦与早稻糙米中铬元素含量分别为130μg/kg与80μg/kg，而面粉与商品稻米中铬元素平均含量均为30μg/kg左右。

我国居民习惯食用以谷物精细加工后的产品为主。长期食用精制食品会使体内储存的铬元素过渡排泄，对健康产生不良影响甚至导致疾病。在不改变人类膳食结构的基础上，应用安全有效的补铬制品，是改善人类健康、防治糖尿病的有效途径。补铬可以采取药物补铬与食品补铬等形式，其中药物补铬的高费用是显而易见的。蛋白质是谷物食品的主要成份之一，富含人体所需的氨基酸。同时，谷类蛋白质含有大量的活性化学基团，可以与三价铬离子反应而生成蛋白质铬盐，这为开发安全的食品补铬制品提供了科学依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物及其制备方法。

脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物，按重量百分比计，铬元素在螯合物中的含量为0.5～1.5％。

脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物的制备方法包括以下步骤：

1)将谷类蛋白质粉置于去离子水中配成5～15％的悬浮液，在搅拌的同时添加浓盐酸调节pH值至1～4，在120～126℃、0.11～0.15MPa条件下进行脱酰胺反应5～30min；

2)在搅拌的同时，用饱和碱溶液调节步骤1)所获得的悬浮液的pH值至脱酰胺谷类蛋白质的等电点，然后进行离心分离或过滤分离，获得脱酰胺谷类蛋白质固体；

3)将脱酰胺谷类蛋白质固体分散于去离子水中，在50～90℃、搅拌条件下提取水溶性脱酰胺谷类蛋白质，采用离心分离或过滤分离方法收集上清液；

4)将铬元素重量占脱酰胺谷类蛋白质固体重量0.5～1.5％的铬盐加入上述的上清液，在120～126℃、0.11～0.15MPa条件下反应5～30min，冷却后，离心分离或过滤分离，经去离子水反复冲洗或透析后，自然凉晒干燥、低于80℃温度下烘干、或喷雾干燥，研磨至小于300目，得到含水量小于10％的粉体。

谷类蛋白质是谷朊粉、大米蛋白粉或玉米醇溶蛋白。铬盐为无机铬盐或有机铬盐，无机铬盐是氯化铬、硝酸铬、硫酸铬或它们的水合物，有机铬盐是烟酸铬、吡啶羧酸铬或甘氨酸铬。碱性溶液为NaOH、NaHCO₃、Na₂CO₃水溶液或氨水。离心机离心速度为3000～5000g，离心分离时间为10～20min。喷雾干燥采用的分散剂是失水山梨醇单月桂酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯或失水山梨醇三油酸酯。

本发明的优点是：

1)利用脱酰胺谷类蛋白质亲水基团的化学活性与三价铬元素复合而形成螯合物，生产工艺简单；

2)利用高压锅或高压反应釜为反应控制器具，在120～126℃、0.11～0.15MPa条件下制备脱酰胺谷类蛋白质及其与三价铬元素的螯合物，生产成本低；

3)脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物与胃肠道粘膜的亲和性高，大大提高了Cr³⁺离子在人体内的吸收率，同时也降低了环境残留量；只有脱酰胺谷类蛋白质在胃肠道中被消化、水解后，Cr³⁺离子才会释放出来并发挥其生理机能，否则Cr³⁺离依然与脱酰胺谷类蛋白质牢固结合，不易引起副作用，提高了Cr³⁺离子的使用安全性；

4)脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物粉体易于与面粉混合，形成均匀分散系，使用方便。

具体实施方式

本发明使用蛋白质是谷朊粉、大米蛋白粉或玉米醇溶蛋白。

谷朊粉也称活性小麦面筋，是以小麦面粉为原料深加工提取的一种天然植物蛋白质。合适的谷朊粉可以从蛋白质含量≥75％(干基)的商业产品中选择，如可从上海旺味食品有限公司、河南省天冠植物蛋白有限公司、安徽省桐城市乐健食品有限公司购买谷朊粉。

大米蛋白粉是从大米粉、米渣或米糟中制取的一种高纯度的大米蛋白产品，其蛋白含量≥80％(干基)。从大米粉、米渣或米糟中提取大米蛋白质的技术是公知的，如在如下文献中有述，该文献引入本文作为参考：“王章存，姚惠源：大米蛋白质提取技术.研究粮食与饲料工业，2003，(8)：37-38.”另外，中国专利03134973.0公开了“从大米中提取大米蛋白的方法”，中国专利03134972.2公开了“碱法提取大米蛋白的方法”，中国专利200410039303.0公开了“以大米为原料提取大米蛋白并制大米淀粉的工艺方法”。合适的大米蛋白粉也可以从蛋白质含量≥80％(干基)的商业产品中选择，如可从桂林红星生物科技有限公司购买大米蛋白粉。

从玉米蛋白粉(也称玉米麸质粉)中提取玉米醇溶蛋白的技术使公知的，如在如下文献中有述，该文献引入本文作为参考：“张钟，齐爱云：玉米醇溶蛋白提取工艺及功能性质研究，粮食与饲料工业，2004(9)：21-23.”中国专利00101222.3公开了“用玉米谷朊制备醇溶玉米蛋白膜”的技术，其中描述了从玉米蛋白粉中提取玉米醇溶蛋白的方法。

脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物的制备分两步进行，第一步在谷类蛋白质溶液或悬浮液中添加盐酸，在高温、高压条件下使谷类蛋白质发生高压变性与脱酰胺反应，使蛋白质中的天冬酰氨和谷氨酰胺脱去酰胺基而生成天冬氨酸和谷氨酸，从而使蛋白质大分子的电荷密度增大，溶解性提高。脱酰胺谷类蛋白质具有大量羧基，可与金属离子螯合。盐酸的加入方式和使用量的要求不是很严格，一般而言，可以在搅拌条件下直接倒入适量的稀盐酸，也可以逐渐滴加浓盐酸，将pH值控制在1～4，本发明推荐pH应控制在2左右。

第二步将铬盐加入脱酰胺谷类蛋白质的溶液中，在高温、高压条件下使溶液中的Cr³⁺离子与脱酰胺谷类蛋白质的羧基发生离子反应。所说的铬盐为无机铬盐或有机铬盐，无机铬盐是氯化铬、硝酸铬、硫酸铬或它们的水合物，有机铬盐是烟酸铬、吡啶羧酸铬或甘氨酸铬。考虑到成本，本发明推荐使用氯化铬、硝酸铬、硫酸铬或它们的水合物，其用量应使铬元素重量相当于脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物重量的0.5～1.5％，推荐值为1.0％。将铬盐加入脱酰胺谷类蛋白质溶液后，在室温下即可观察到白色沉淀出现，本发明所采用的高温、高压反应条件可以加快脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物的形成。

防止铬盐在脱酰胺谷类蛋白质溶液中发生水解是本发明的关键之一。可以将铬盐固体粉末或铬盐水溶液直接加入脱酰胺谷类蛋白质溶液中，然后在高温、高压条件下进行反应。在使用铬盐水溶液的场合，若铬盐水溶液储存时间超过1天，应往铬盐水溶液中滴入适量的稀酸，目的是使铬盐水溶液稳定。

采用高温、高压条件控制谷类蛋白质的脱酰胺反应与脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物的制备是本发明的关键之一。在本发明的小批量生产可以采用高压锅，而大批量生产应采用高压反应釜。为防止酸性挥发气氛所造成的腐蚀，高压锅或高压反应釜内需配备防腐蚀衬里或涂层。谷类蛋白质的脱酰胺反应与脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物的制备可以采用煤气灶明火加热，也可以采用电炉加热。

脱酰胺谷类蛋白质的分离以及脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物的分离工艺，可因地制宜，选用滤布过滤、离心机或压滤机进行分离。

脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物为固体粉末，分离后应用去离子水反复冲洗，以除去残余的游离铬离子。清洗完毕后可自然凉晒干燥、在低于80℃温度下烘干、或喷雾干燥，研磨至小于300目，得到含水量小于10％的白色粉体。

为保证脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物作为食品补铬剂的安全性，本发明推荐将清洗后的脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物置于透析袋中，采用去离子水进行透析，然后将透析的脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物进行干燥、研磨、包装。

如选用喷雾干燥，则需将经清洗或透析处理的脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物制浆，并加入分散剂。适用于本发明的分散剂有严格的要求，应是食品级的，其用量应在食品添加剂的允许量之内。推荐使用的分散剂是失水山梨醇单月桂酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯或失水山梨醇三油酸酯。加入分散剂的目的，是降低浆料的粘度，使高浓度浆料的喷雾干燥容易实施，从而降低干燥能耗。适用于本发明的喷雾干燥设备是常规性的，技术上是众所周知的。

以下结合具体实例进一步说明本发明。

实施例1：

以谷朊粉、三氯化铬为原料制备脱酰胺小麦蛋白质-铬元素螯合物的制备方法，包括以下步骤：

1)称取20g谷朊粉置于烧杯中，用去离子水中配成5％的悬浮液，在电磁搅拌的同时添加浓盐酸使悬浮液酸化，调节悬浮液pH值至1，将悬浮液置于高压锅内，在120℃、0.11MPa条件下进行脱酰胺反应5min，冷却至室温；

2)在搅拌的同时，用饱和NaOH溶液调节脱酰胺小麦蛋白质悬浮液的pH至pH＝4.5，然后在3000g条件下进行离心分离10min，倾掉上清液，获得脱酰胺小麦蛋白质固体；

3)将脱酰胺小麦蛋白质固体分散于400ml去离子水中，在50℃、高速搅拌条件下提取水溶性脱酰胺小麦蛋白质，在5000g条件下离心分离20min，收集上清液；将剩余的脱酰胺小麦蛋白质固体重新分散于400ml去离子水中，在相同条件下提取水溶性脱酰胺小麦蛋白质。将两次分离所得到的上清液合并(水溶性脱酰胺小麦蛋白质的重量为6.7g)；

4)称取0.15g CrCl₃(含铬元素0.05g)，加入步骤3)所得的上清液，搅拌直至CrCl₃全部溶解，在126℃、0.15MPa条件下反应30min，冷却后，采用漏斗过滤，获得脱酰胺小麦蛋白质-铬元素螯合物固体，置于透析袋中，用去离子水透析3天，每天换水一次，将透析产物过滤，在70℃温度下烘干，研磨至粒径小于300目，装袋。产品中铬元素含量为0.75％。

实施例2：

以大米蛋白粉、硝酸铬为原料制备脱酰胺大米蛋白粉-铬元素螯合物的制备方法，包括以下步骤：

1)称取20g大米蛋白粉置于烧杯中，用去离子水中配成15％的悬浮液，在电磁搅拌的同时添加浓盐酸，调节悬浮液pH值至3，将悬浮液置于高压反应釜内加热，在126℃、0.15MPa条件下进行脱酰胺反应30min，冷却至室温；

2)在搅拌的同时，用饱和NaHCO₃溶液调节脱酰胺大米蛋白质悬浮液的pH值至pH＝4.2，采用漏斗过滤分离获得脱酰胺大米蛋白质固体；

3)将脱酰胺大米蛋白质固体分散于400ml去离子水中，在90℃、高速搅拌条件下提取水溶性脱酰胺大米蛋白质，在4000g条件下离心分离15min，收集上清液；将剩余的脱酰胺大米蛋白质固体重新分散于400ml去离子水中，在相同条件下提取水溶性脱酰胺大米蛋白质。将两次分离所得到的上清液合并(水溶性脱酰胺大米蛋白质的重量为4.2g)；

4)称取0.23g Cr(NO₃)₃(含铬元素0.05g)粉末，用去离子水配成2％的溶液，加入步骤3)所得的上清液，搅拌直至Cr(NO₃)₃全部溶解，在124℃、0.13MPa条件下反应20min，冷却后，采用漏斗过滤，并在过滤时用去离子水冲洗5次，获得脱酰胺大米蛋白质-铬元素螯合物固体，在常温下自然凉干，研磨至粒径小于300目，装袋。产品中铬元素含量为1.1％。

实施例3：

以玉米醇溶蛋白、硫酸铬为原料制备脱酰胺玉玉米蛋白质-铬元素螯合物的制备方法，包括以下步骤：

1)称取20g玉米醇溶蛋白置于烧杯中，用去离子水中配成10％的悬浮液，在电磁搅拌的同时添加浓盐酸，调节悬浮液pH值至2，将悬浮液置于高压反应釜内加热，在126℃、0.15MPa条件下进行脱酰胺反应10min，冷却至室温；

2)在搅拌的同时，用饱和Na₂CO₃溶液调节脱酰胺玉米蛋白质悬浮液的pH值至pH＝4.6，然后在4000g条件下进行离心分离15min，倾掉上清液，获得脱酰胺玉米蛋白质固体；

3)将脱酰胺玉米蛋白质固体分散于400ml去离子水中，在90℃、高速搅拌条件下提取水溶性脱酰胺玉米蛋白质，在4000g条件下离心分离15min，收集上清液；将剩余的脱酰胺玉米蛋白质固体重新分散于400ml去离子水中，在相同条件下提取水溶性脱酰胺玉米蛋白质。将两次分离所得到的上清液合并(水溶性脱酰胺玉米蛋白质的重量为5.6g)；

4)称取0.19g Cr₂(SO₄)₃(含铬元素0.05g)粉末，加入步骤3)所得的上清液，搅拌直至Cr(NO₃)₃全部溶解，在124℃、0.13MPa条件下反应5min，冷却后，采用漏斗过滤，并在过滤时用去离子水冲洗5次，获得脱酰胺玉米蛋白质-铬元素螯合物固体；

5)将步骤4)所得到的脱酰胺玉米蛋白质分散于300ml水中，加入0.017g失水山梨醇三硬脂酸酯，充分搅拌，使混合均匀，在进风温度200℃、出风温度95℃条件下喷雾干燥，装袋。产品中铬元素含量为0.88％。

实施例4：

以谷朊粉、CrCl₃·6HO₂为原料制备脱酰胺小麦蛋白质-铬元素螯合物的制备方法：

用氨水代替饱和NaOH溶液调pH值、用0.26g CrCl₃·6HO₂代替0.15g CrCl₃进行螯合反应，其余条件同实例1。

实施例5：

以大米蛋白粉、烟酸铬为原料制备脱酰胺大米蛋白质-铬元素螯合物的制备方法：

用0.40g烟酸铬代替0.23g Cr(NO₃)₃进行螯合反应，其余条件同实例2。

实施例6：

以玉米醇溶蛋白、吡啶羧酸铬为原料制备脱酰胺玉米蛋白质-铬元素螯合物的制备方法：

用0.40g吡啶羧酸铬代替0.19g Cr₂(SO₄)₃进行螯合反应、用失水山梨醇三油酸酯代替失水山梨醇三硬脂酸酯作为喷雾干燥的分散剂，用其余条件同实例3。

实施例7：

以玉米醇溶蛋白、甘氨酸铬为原料制备脱酰胺玉米蛋白质-铬元素螯合物的制备方法：

用0.27g甘氨酸铬代替0.19g Cr₂(SO₄)₃进行螯合反应、用失水山梨醇单月桂酸酯代替失水山梨醇三硬脂酸酯作为喷雾干燥的分散剂，用其余条件同实例3。

实施例8：

以玉米醇溶蛋白、Cr(NO₃)₃·9HO₂为原料制备脱酰胺玉米蛋白质-铬元素螯合物的制备方法：

用0.38g Cr(NO₃)₃·9HO₂代替0.19g Cr₂(SO₄)₃进行螯合反应、失水山梨醇单棕榈酸酯代替失水山梨醇三硬脂酸酯作为喷雾干燥的分散剂，用其余条件同实例3。

实施例9：

称取25kg小麦面粉、5g按实施例1方法制备的脱酰胺小麦籽粒蛋白质-铬元素螯合物，在搅拌器中均匀混合，包装。此时面粉中铬元素含量约为1.5mg/kg。

实施例10：

称取施例9方法制备的含铬面粉500g、水250g、酵母5g，置于面盆中，手工和面调制面团，常温下发酵1h。将发酵的面团作成馒头，在常温下醒发30min，然后装入锅中蒸至水沸腾后15min，制成含铬元素的馒头。

本发明提供了一种脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物及其制备方法和用法。本发明涉及的原料来源丰富，制备方法与工艺流程简单，生产成本低廉，易于推广实施。基于本发明制得的脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物，可应用于面粉以及各种面粉食品的补铬添加剂，提供人体所必需的铬元素，具有降低高胰岛素、高血糖和高血脂水平等功效，在防治糖尿病方面具有辅助效果。本发明制得的脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物在面粉以及面粉食品中的添加量极低，不会改变面粉食品的色泽、外观和口味，对居民膳食结构不会产生影响。

Claims (6)

1.一种脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1)将谷类蛋白质粉置于去离子水中配成5～15％的悬浮液，在搅拌的同时添加浓盐酸调节pH值至1～4，在120～126℃、0.11～0.15MPa条件下进行脱酰胺反应5～30min；

2)在搅拌的同时，用饱和碱溶液调节步骤1)所获得的悬浮液的pH值至脱酰胺谷类蛋白质的等电点，然后进行离心分离或过滤分离，获得脱酰胺谷类蛋白质固体；

3)将脱酰胺谷类蛋白质固体分散于去离子水中，在50～90℃、搅拌条件下提取水溶性脱酰胺谷类蛋白质，采用离心分离或过滤分离方法收集上清液；

4)将铬元素重量占脱酰胺谷类蛋白质固体重量0.5～1.5％的铬盐加入上述的上清液，在120～126℃、0.11～0.15MPa条件下反应5～30min，冷却后，离心分离或过滤分离，经去离子水反复冲洗或透析后，自然凉晒干燥、低于80℃温度下烘干、或喷雾干燥，研磨至小于300目，得到含水量小于10％的粉体。

2.根据权利要求1所述的脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物的制备方法，其特征在于所说的谷类蛋白质是谷朊粉、大米蛋白粉或玉米醇溶蛋白。

3.根据权利要求1所述的脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物的制备方法，其特征在于所说的铬盐为无机铬盐或有机铬盐，无机铬盐是氯化铬、硝酸铬、硫酸铬或它们的水合物，有机铬盐是烟酸铬、吡啶羧酸铬或甘氨酸铬。

4.根据权利要求1所述的脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物的制备方法，其特征在于，所说的碱性溶液为NaOH、NaHCO₃、Na₂CO₃水溶液或氨水。

5.根据权利要求1所述的脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物的制备方法，其特征在于所说的离心分离，其离心速度为3000～5000g，离心分离时间为10～20min。

6.根据权利要求1所述的脱酰胺谷类蛋白质-铬元素螯合物的制备方法，其特征在于，所说的喷雾干燥采用的分散剂是失水山梨醇单月桂酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯或失水山梨醇三油酸酯。