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多糖对大豆蛋白的修饰及其界面、乳化和凝胶性质的研究

作　者: 张晋博
导　师: 杨晓泉
学　校: 华南理工大学
专　业: 粮食、油脂及植物蛋白工程
关键词: 大豆蛋白 糖基化 界面吸附 乳化性 凝胶性
分类号: TS201.2
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


多糖对蛋白质的修饰能够改善蛋白质的多种功能性质，可以作为功能配料应用于食品及医药领域，已经受到越来越多的关注。多糖与蛋白质发生相互作用的主要方式有共价接枝和静电相互作用。本文采用高温、短时干热法制备了大豆分离蛋白-麦芽糊精糖基化产物，研究了糖基化产物的乳化性质，为工业化生产蛋白质-多糖糖基化产物提供了一定的理论依据。利用Maillard反应和限制性酶解对大豆蛋白进行两亲性修饰，得到了具有两亲性结构的接枝共聚物，并且考察了其界面和乳化性质。采用反溶剂法制备了大豆蛋白-葡聚糖糖基化产物的纳米颗粒，研究了纳米颗粒的结构、界面和乳化性质。制备了大豆蛋白-葡聚糖糖基化产物凝胶，考察了凝胶的流变学和质构性质。利用蛋白质与多糖的静电相互作用，制备了大豆蛋白/甜菜果胶可溶性复合物，分析了复合物稳定水包油型乳液的机理。本文通过多糖对蛋白质的修饰作用来提高大豆蛋白的界面、乳化和凝胶性质，为其作为功能性配料应用于食品工业提供理论指导。主要研究结果如下：（1）采用高温（90、115和140℃）、短时（2h）干热Maillard反应制备了大豆分离蛋白（SPI）-麦芽糊精（MD）糖基化产物样品。利用蛋白质中游离氨基减少的数量和SDS-PAGE证实了糖基化产物的生成，并且发现提高热处理的温度可以增加糖基化产物的接枝度。与SPI、SPI-MD糖基化产物（90和115℃）稳定的水包油型乳液相比，SPI-MD糖基化产物（140℃）稳定的乳液对于pH的改变，离子强度和热处理，均表现出较高的稳定性。这是由于SPI-MD糖基化产物（140℃）具有较高的接枝度，较多的接枝的MD可以吸附到乳液液滴表面，为液滴间提供了较强的空间排斥作用，提高了乳液的稳定性。（2）采用胰蛋白酶对β-伴大豆球蛋白（7S）-葡聚糖糖基化产物进行水解，得到了水解度（DH）为2.2%和6.5%的糖基化产物水解物。与7S、7S-葡聚糖糖基化产物和DH为6.5%的糖基化产物水解物相比，DH为2.2%的7S-葡聚糖糖基化产物水解物在油-水界面具有较高的界面压和吸附量。这是由于限制性酶解可以使蛋白质分子展开，暴露出部分疏水基团，导致DH为2.2%的7S-葡聚糖糖基化产物水解物具有较高表面疏水性。与7S、7S-葡聚糖糖基化产物和DH为6.5%的糖基化产物水解物稳定的乳液相比，DH为2.2%的7S-葡聚糖糖基化产物水解物稳定的乳液对于环境因素（pH、离子强度和热处理）的改变，均表现出较高的稳定性，经过4周的储藏后，未出现明显的乳析现象。这是因为DH为2.2%的7S-葡聚糖糖基化产物水解物具有较高的吸附量，较多的接枝的葡聚糖增强了乳液液滴间的空间排斥作用，抑制了乳液的聚集和絮凝。（3）利用反溶剂法制备了7S、7S-葡聚糖糖基化产物和DH为2.2%的糖基化产物水解物的纳米颗粒。动态光散射、小角X-光散射和透射电镜结果显示，所有的纳米颗粒均为球形，并且DH为2.2%的7S-葡聚糖糖基化产物水解物纳米颗粒具有核壳结构。此外，与7S、7S-葡聚糖糖基化产物及其纳米颗粒相比，DH为2.2%的7S-葡聚糖糖基化产物水解物纳米颗粒在油-水界面具有较高的界面压和膨胀模量。这是由于DH为2.2%的7S-葡聚糖糖基化产物水解物纳米颗粒具有较高的表面疏水性。DH为2.2%的7S-葡聚糖糖基化产物水解物纳米颗粒稳定的水包油型乳液具有较高的储藏稳定性，经过30天的储藏后，乳液的微观结构未发生明显的变化。（4）研究了微生物转谷氨酰胺酶（MTGase）交联7S-葡聚糖糖基化产物的凝胶性。实验发现，与7S、干热7S和7S-葡聚糖混合物形成的凝胶相比，7S-葡聚糖糖基化产物具有较高的储存模量和损耗模量，并且具有较高的硬度、脆性、弹性和内聚性。7S-葡聚糖糖基化产物中的接枝的葡聚糖可以抑制MTGase交联过程中蛋白质分子间发生过度的相互作用，导致形成更加有序的和较强的凝胶网络结构。（5）利用MTGase和漆酶（La）交联7S/甜菜果胶（SBP）可溶性复合物，制备了7S-SBP-MTGase、7S-SBP-La和7S-SBP-MTGase-La三种交联产物。实验发现，与7S-SBP、7S-SBP-MTGase和7S-SBP-La稳定的水包油型乳液相比，7S-SBP-MTGase-La稳定的乳液对于添加盐离子和热处理，均表现出较高的稳定性，经过1个月的储藏后，未发生明显的乳析现象。这是由于7S/SBP相继经过MTGase和La的交联后，可以在乳液液滴表面形成具有层层沉积结构的界面膜，增强了液滴间的空间排斥作用，提高了乳液对盐离子和热处理的稳定性。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
目录  10-16
第一章 绪论  16-39
  1.1 引言  16
  1.2 蛋白质改性  16-19
    1.2.1 物理改性法  16-17
    1.2.2 化学改性法  17-18
    1.2.3 酶法改性  18-19
  1.3 多糖对蛋白质的修饰  19-22
    1.3.1 共价接枝  19-20
    1.3.2 静电相互作用  20-22
  1.4 多糖对蛋白质的修饰在界面上的吸附  22-24
  1.5 多糖对蛋白质的修饰在食品体系中的应用  24-26
    1.5.1 泡沫体系  24
    1.5.2 乳液体系  24-26
    1.5.3 凝胶体系  26
  1.6 多糖对蛋白质的修饰用于包埋和输送生物活性物质  26-27
  1.7 本文的立题依据和研究内容  27-29
    1.7.1 立题依据  27-28
    1.7.2 研究内容  28-29
  参考文献  29-39
第二章 高温、短时干热法制备大豆蛋白-麦芽糊精糖基化产物及其乳化性质的研究  39-57
  2.1 引言  39-40
  2.2 实验材料与设备  40-41
    2.2.1 实验材料  40
    2.2.2 仪器设备  40-41
  2.3 实验方法  41-44
    2.3.1 SPI 的制备  41
    2.3.2 SPI-MD 糖基化产物的制备  41-42
    2.3.3 SPI-MD 糖基化产物接枝度的测定  42
    2.3.4 SDS-PAGE 分析  42-43
    2.3.5 乳液的制备  43
    2.3.6 pH 对 SPI 和 SPI-MD 糖基化产物稳定乳液的性质的影响  43
    2.3.7 离子强度对 SPI 和 SPI-MD 糖基化产物稳定乳液的性质的影响  43
    2.3.8 热处理对 SPI 和 SPI-MD 糖基化产物稳定乳液的性质的影响  43
    2.3.9 乳液 zeta-电位和平均粒径的测定  43-44
    2.3.10 乳析稳定性的测定  44
    2.3.11 乳液微观结构的观察  44
    2.3.12 统计分析  44
  2.4 结果与讨论  44-53
    2.4.1 SPI-MD 糖基化产物的接枝度  44-45
    2.4.2 SDS-PAGE 分析  45
    2.4.3 pH 对 SPI 和 SPI-MD 糖基化产物稳定乳液的性质的影响  45-48
    2.4.4 NaCl 浓度对 SPI 和 SPI-MD 糖基化产物稳定乳液的性质的影响  48-50
    2.4.5 热处理对 SPI 和 SPI-MD 糖基化产物稳定乳液的性质的影响  50-51
    2.4.6 乳液微观结构的观察  51-53
  2.5 本章小结  53
  参考文献  53-57
第三章 限制性酶解对大豆蛋白-葡聚糖糖基化产物界面及乳化性质的影响  57-82
  3.1 引言  57-58
  3.2 实验材料与设备  58-59
    3.2.1 实验材料  58
    3.2.2 仪器设备  58-59
  3.3 实验方法  59-64
    3.3.1 大豆 7S 蛋白的分离制备  59
    3.3.2 7S-葡聚糖糖基化产物的制备  59-60
    3.3.3 7S-葡聚糖糖基化产物水解物的制备  60
    3.3.4 7S-葡聚糖糖基化产物接枝度的测定  60
    3.3.5 SDS-PAGE 分析  60
    3.3.6 排阻色谱（SEC）测定分子量分布  60-61
    3.3.7 表面疏水性（H0）分析  61
    3.3.8 界面张力的测定  61
    3.3.9 乳液的制备  61-62
    3.3.10 pH 对 7S、7S-葡聚糖糖基化产物及其水解物稳定乳液的性质的影响  62
    3.3.11 盐离子对 7S、7S-葡聚糖糖基化产物及其水解物稳定乳液的性质的影响  62
    3.3.12 热处理对 7S、7S-葡聚糖糖基化产物及其水解物稳定乳液的性质的影响  62
    3.3.13 蛋白质在乳液液滴表面吸附量的测定  62-63
    3.3.14 乳液 zeta-电位和平均粒径的测定  63
    3.3.15 乳析稳定性的测定  63
    3.3.16 乳液微观结构的观察  63
    3.3.17 统计分析  63-64
  3.4 结果与讨论  64-76
    3.4.1 SDS-PAGE 分析  64-65
    3.4.2 7S、7S-葡聚糖糖基化产物及其水解物的分子量分布  65-66
    3.4.3 7S、7S-葡聚糖糖基化产物及其水解物的表面疏水性（H0）  66-67
    3.4.4 7S、7S-葡聚糖糖基化产物及其水解物在油-水界面的界面压  67-68
    3.4.5 7S、7S-葡聚糖糖基化产物及其水解物在乳液液滴表面的吸附量  68-69
    3.4.6 pH 对 7S、7S-葡聚糖糖基化产物及其水解物稳定乳液的性质的影响  69-71
    3.4.7 NaCl 浓度对 7S、7S-葡聚糖糖基化产物及其水解物稳定乳液的性质的影响  71-72
    3.4.8 热处理对 7S、7S-葡聚糖糖基化产物及其水解物稳定乳液的性质的影响  72-74
    3.4.9 乳液微观结构的观察  74-76
  3.5 本章小结  76-77
  参考文献  77-82
第四章 大豆蛋白-葡聚糖糖基化产物纳米颗粒的制备及其界面和乳化性质的研究  82-109
  4.1 引言  82-83
  4.2 实验材料与设备  83-84
    4.2.1 实验材料  83
    4.2.2 仪器设备  83-84
  4.3 实验方法  84-88
    4.3.1 大豆 7S 蛋白的分离制备  84
    4.3.2 7S-葡聚糖糖基化产物的制备  84
    4.3.3 7S-葡聚糖糖基化产物水解物的制备  84
    4.3.4 纳米颗粒的制备  84-85
    4.3.5 表面疏水性（H0）分析  85
    4.3.6 纳米颗粒粒度和 zeta-电位的测定  85
    4.3.7 纳米颗粒微观结构的观察  85-86
    4.3.8 小角 X-光散射（SAXS）分析  86
    4.3.9 界面张力的测定  86
    4.3.10 界面膨胀流变学性质的测定  86-87
    4.3.11 乳液的制备  87
    4.3.12 纳米颗粒在乳液液滴表面吸附量的测定  87
    4.3.13 乳液 zeta-电位和平均粒径的测定  87
    4.3.14 乳液微观结构的观察  87
    4.3.15 统计分析  87-88
  4.4 结果与讨论  88-104
    4.4.1 表面疏水性（H0）  88-89
    4.4.2 纳米颗粒的粒度分布  89-90
    4.4.3 纳米颗粒的微观结构  90-91
    4.4.4 纳米颗粒的结构分析  91-93
    4.4.5 纳米颗粒的稳定性分析  93-96
    4.4.6 纳米颗粒在油-水界面的吸附动力学  96-98
    4.4.7 纳米颗粒在油-水界面的界面膨胀流变学性质  98-100
    4.4.8 纳米颗粒在乳液液滴表面的吸附量（Fads）  100
    4.4.9 纳米颗粒的乳化性质  100-102
    4.4.10 乳液的微观结构  102-104
  4.5 本章小结  104-105
  参考文献  105-109
第五章 大豆蛋白-葡聚糖糖基化产物凝胶性质的研究  109-126
  5.1 引言  109-110
  5.2 实验材料与设备  110-111
    5.2.1 实验材料  110-111
    5.2.2 仪器设备  111
  5.3 实验方法  111-113
    5.3.1 大豆 7S 蛋白的分离制备  111
    5.3.2 7S-葡聚糖糖基化产物、干热 7S 和 7S-葡聚糖混合物的制备  111-112
    5.3.3 SDS-PAGE 分析  112
    5.3.4 MTGase 诱导形成凝胶  112
    5.3.5 浊度测定  112
    5.3.6 低振幅动态振荡测试  112-113
    5.3.7 凝胶质构性质的测定  113
    5.3.8 凝胶微观结构的分析  113
    5.3.9 统计分析  113
  5.4 结果与讨论  113-120
    5.4.1 SDS-PAGE 分析  113-114
    5.4.2 MTGase 诱导形成凝胶过程中浊度的变化  114-115
    5.4.3 MTGase 诱导的凝胶动态形成过程  115-118
    5.4.4 凝胶的质构性质  118-119
    5.4.5 凝胶微观结构分析  119-120
  5.5 本章小结  120-121
  参考文献  121-126
第六章 大豆蛋白/甜菜果胶复合物的制备及其乳化性质的研究  126-143
  6.1 引言  126-127
  6.2 实验材料与设备  127-128
    6.2.1 实验材料  127
    6.2.2 仪器设备  127-128
  6.3 实验方法  128-130
    6.3.1 大豆 7S 蛋白的分离制备  128
    6.3.2 7S 和 SBP 储备液的制备  128
    6.3.3 MTGase 交联 7S/SBP 混合物  128
    6.3.4 La 交联 7S/SBP 混合物  128
    6.3.5 MTGase 和 La 交联 7S/SBP 混合物  128-129
    6.3.6 Zeta-电位、浊度和粒度的测定  129
    6.3.7 乳液的制备  129
    6.3.8 离子强度对 7S、7S/SBP 和酶交联的 7S/SBP 稳定乳液的性质的影响  129
    6.3.9 热处理对 7S、7S/SBP 和酶交联的 7S/SBP 稳定乳液的性质的影响  129-130
    6.3.10 乳液 zeta-电位和平均粒径的测定  130
    6.3.11 乳液稳定性的测试  130
    6.3.12 乳液微观结构的观察  130
    6.3.13 统计分析  130
  6.4 结果与讨论  130-138
    6.4.1 7S、SBP 和 7S/SBP 混合物的 zeta-电位  130-131
    6.4.2 7S/SBP 复合物的形成过程  131-132
    6.4.3 7S、7S/SBP 和酶交联的 7S/SBP 的平均水力学直径  132-133
    6.4.4 NaCl 浓度对 7S、7S/SBP 和酶交联的 7S/SBP 稳定乳液的性质的影响  133-135
    6.4.5 热处理对 7S、7S/SBP 和酶交联的 7S/SBP 稳定乳液的性质的影响  135-137
    6.4.6 乳液微观结构的观察  137-138
  6.5 本章小结  138-139
  参考文献  139-143
结论与展望  143-146
  7.1. 结论  143-144
  7.2. 本文的主要创新点  144
  7.3. 展望  144-146
攻读博士学位期间取得的研究成果  146-147
致谢  147-148
答辩委员会对论文的评定意见  148

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中图分类: > 工业技术 > 轻工业、手工业 > 食品工业 > 一般性问题 > 基础科学 > 食品化学
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