米蛋白—葡聚糖微波加热接枝耦联反应的研究

论文摘要

本文为提高米蛋白的功能性质和应用价值,以米蛋白与葡聚糖为主要原料,利用微波加热进行美拉德反应,制备米蛋白-葡聚糖接枝耦联产物（以下简称接枝物）,较系统研究了反应的工艺条件、接枝物的结构及功能性质,并尝试采用喷雾干燥接枝物的方法,获得米蛋白的改性产物。以碱提酸沉法制备的米蛋白为原料,研究了微波加热的功率、温度、溶液的pH、反应时间、蛋白浓度、蛋白与糖的配比等不同因素对微波加热米蛋白-葡聚糖接枝耦联反应的影响。在此基础上,通过SAS软件进行响应面设计与分析,得到优化的工艺条件为:米蛋白与葡聚糖质量配比1:6、蛋白质浓度4.03mg/mL、反应时间22min。此时,最大接枝度达到48.1%。对不同接枝度的接枝物功能性质的分析表明,接枝反应可显著改善接枝物的溶解性、乳化性、起泡性和热稳定性,但接枝度不同对接枝物各功能性质的改善作用不同。在接枝度0～46.4%范围内,接枝物的溶解度随着接枝度的增加而增加。与原料米蛋白相比,在pH3～11范围内接枝物的溶解度显著提高。乳化性能最好的接枝物接枝度为26.7%,但接枝度越高接枝物乳化稳定性越好;起泡性最好的接枝物接枝度为18.0%,但接枝度越高接枝物泡沫稳定性越好。在pH5～9和60～95℃范围内,水浴加热30min,接枝物具有较好的热稳定性。研究了米蛋白-葡聚糖接枝反应对米蛋白分子结构的影响,初步探讨了反应机理。接枝耦联反应后,精氨酸、赖氨酸等的含量明显减少,且精氨酸损失较大,符合美拉德反应机理,即蛋白质分子中氨基酸侧链上的自由氨基参与了共价键的形成;聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）的亚基测定结果表明,接枝物在分离胶顶部出现新的高分子量谱带,米蛋白相对分子质量15,000和20,000两条谱带逐渐消失;HPLC及Sepharose CL-6B柱层析图谱均表明,接枝物的高分子量分布明显多于低分子量分布;柱层析纯化样品的傅立叶红外扫描（FTIR）分析结果表明,葡聚糖以共价键的形式与米蛋白进行接枝反应。这些实验事实都是葡聚糖与米蛋白发生接枝耦联反应的证据,亚基分子量提高不是蛋白分子间聚集的结果,而是生成了稳定的共价键。扫描电子显微镜（SEM）分析表明,米蛋白呈聚集状态;接枝物颗粒均匀,分散地附着在多糖分子的片层结构上。动态激光光散射（DLS）分析表明,与米蛋白相比,接枝物在溶液中的粒径分布范围较窄,且平均粒径较大。与冷冻干燥相比,采用喷雾干燥制备接枝物成本较低、易实现连续化生产,且颗粒均匀,粒径分布窄,但颜色微黄,功能性质如溶解性、起泡性等有所下降。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 米蛋白研究概况
• 1.1.1 米蛋白的分类及结构组成
• 1.1.2 米蛋白的营养价值及功能性质
• 1.1.3 米蛋白的加工及利用现状
• 1.2 蛋白改性的研究现状
• 1.2.1 蛋白的物理改性
• 1.2.2 蛋白的酶改性
• 1.2.3 蛋白的化学改性
• 1.3 蛋白-多糖接枝耦联反应
• 1.3.1 蛋白-多糖接枝耦联反应的机理
• 1.3.2 蛋白-多糖接枝耦联反应的研究现状
• 1.3.3 微波加热技术在接枝耦中的应用
• 1.3.4 喷雾干燥技术在产物制备的应用
• 1.4 课题的立题依据和研究内容
• 1.4.1 立题依据
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 米蛋白-葡聚糖接枝物的制备
• 2.1 前言
• 2.2 材料、试剂与设备
• 2.2.1 材料与试剂
• 2.2.2 主要仪器
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 碱法提取米蛋白的工艺流程
• 2.3.2 米蛋白得率及提取率（回收率）计算
• 2.3.3 常规成分的测定
• 2.3.4 米蛋白溶液的制备
• 2.3.5 米蛋白-葡聚糖复合物的制备
• 2.3.6 反应物自由氨基的测定
• 2.3.7 接枝度（Degree of Graft）的计算
• 2.3.8 反应物褐变程度（类黑素）的测定
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 米蛋白各组分含量测定
• 2.4.2 微波加热温度的确定
• 2.4.3 微波加热功率和时间的确定
• 2.4.4 米蛋白-葡聚糖配比（W/W）以及米蛋白浓度对反应的影响
• 2.4.5 反应液pH 值对反应的影响
• 2.4.6 接枝反应条件的优化
• 2.4.6.1 反应影响因素分析实验设计与结果
• 2.4.6.2 响应面直观分析
• 2.4.7 反应最佳优化条件
• 2.5 本章小结
• 第三章 米蛋白-葡聚糖接枝物功能性质的研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 原料与试剂
• 3.2.2 主要仪器
• 3.3 试验方法
• 3.3.1 米蛋白-葡聚糖接枝物的制备
• 3.3.2 自由氨基的测定
• 3.3.3 接枝度的测定
• 3.3.4 不同接枝度对溶解性的影响
• 3.3.5 不同pH 条件对溶解性的影响
• 3.3.6 不同接枝度对乳化活性和乳化稳定性的影响
• 3.3.7 不同pH 条件对乳化活性和乳化稳定性的影响
• 3.3.8 不同接枝度对起泡性的影响
• 3.3.9 热稳定性
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 溶解性的变化
• 3.4.2 乳化活性和乳化稳定性的变化
• 3.4.3 起泡性的变化
• 3.4.4 热稳定性的变化
• 3.5 本章小结
• 第四章 接枝物分子结构表征及形成机理初探
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 原料与试剂
• 4.2.2 主要仪器
• 4.3 试验方法
• 4.3.1 米蛋白-葡聚糖复合物的制备
• 4.3.2 米蛋白-葡聚糖接枝物氨基酸组成分析
• 4.3.3 十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）
• 4.3.4 高效液相色谱（HPLC）测定分子量分布
• 4.3.5 米蛋白-葡聚糖接枝物的分离纯化
• 4.3.6 傅立叶红外（FTIR）光谱测定
• 4.3.7 扫描电子显微镜（SEM）观察米蛋白-葡聚糖接枝物的超微结构
• 4.3.8 动态激光光散射（DLS）测定接枝物溶液粒径分布
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 氨基酸组成分析
• 4.4.2 米蛋白-葡聚糖接枝物的亚基及相对分子量分布
• 4.4.2.1 SDS-PAGE
• 4.4.2.2 HPLC 分析
• 4.4.3 柱层析纯化及傅立叶红外光谱分析
• 4.4.4 米蛋白-葡聚糖空间结构分析
• 4.4.4.1 超微结构分析
• 4.4.4.2 溶液粒径分布
• 4.5 本章小结
• 第五章 喷雾干燥技术在产物制备中的应用与探讨
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 原料与试剂
• 5.2.2 主要仪器
• 5.3 试验方法
• 5.3.1 米蛋白-葡聚糖接枝物的制备
• 5.3.2 水分含量的测定
• 5.3.3 动态激光光散射（DLS）测定接枝物溶液粒径分布
• 5.3.4 溶解性测定
• 5.3.5 乳化活性和乳化稳定性测定
• 5.3.6 起泡性测定
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 喷雾干燥对接枝物性状及含水量的影响
• 5.4.2 喷雾干燥对接枝物溶液粒径的影响
• 5.4.3 干燥方法对接枝物功能性质的影响
• 5.4.3.1 溶解性
• 5.4.3.2 乳化性
• 5.4.3.3 起泡性
• 5.5 本章小结
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文