新型植物蛋白凝胶的制备及形成机理

论文摘要

作为一类重要的食品基质,蛋白质基亲水凝胶具有良好的质构特性和营养价值。探索基于植物蛋白的新型亲水凝胶及相关制品,不仅有利于提升植物蛋白制品的加工技术水平进而拓宽其应用范畴,而且对研发新型蛋白基生物材料具有重要的科学意义。本文针对传统热促蛋白凝胶存在过程难以控制,性能较差等缺点,以植物豆类蛋白为主要原料,探索了酶促凝胶,热促自组装透明凝胶及乳液凝胶的制备途径,品质和相关机理,重点比较了三种富含7S/8S球蛋白的菜豆属类蛋白胶凝性能之间的差异。主要研究结果如下:1.酶促凝胶。研究比较了芸豆,红豆和绿豆(KPI, RPI和MPI)三种菜豆属类分离蛋白和大豆分离蛋白(SPI)以微生物转谷氨酰胺酶(MTGase)作为凝固剂的胶凝过程及凝胶性能的差异。结果表明,尽管四种分离蛋白在MTGase诱导下都能形成凝胶,但凝胶的性能存在较大差异。其中RPI和MPI凝胶的机械强度远高于SPI凝胶。加热冷却处理能极大地提高酶促凝胶的机械强度。蛋白溶解度实验发现,除了酶共价交联,静电相互作用,疏水作用及氢键都是凝胶的主要作用力,由于菜豆属类蛋白主要富含7S/8S球蛋白(vicilins) ,不含二硫键,二硫键对其凝胶的稳定性作用不如SPI明显。2.热促自组装透明凝胶。研究比较了纯化芸豆,红豆,绿豆7S/8S球蛋白(KPG, RPG和MPG)在pH 2.0及低离子强度(30mM)下的热聚集行为和胶凝性能。结果表明,只要蛋白浓度够高或加热时间够长,加热处理均能使三种所试蛋白形成透明凝胶;KPG最易形成透明凝胶,当加热时间为10 h,其最低胶凝蛋白浓度可低至1%;动态流变分析显示,在蛋白浓度为5%,80℃加热10 h条件下,凝胶机械性能:KPG > MPG > RPG;采用原子力显微镜(AFM)分析了所试蛋白的热促絮凝物的形态,发现三种球蛋白(vicilins)都形成了纤维状絮凝物,其中KPG形成的纤维较长,而RPG则为短纤维;电泳分析显示,加热使所有蛋白的亚基都发生了不同程度的降解。3.乳液凝胶。研究比较了采用3种凝固剂(GDL、CaCl2及MTGase)诱导的SPI乳液凝胶的质构及微结构的差异,同时也比较了不同热处理对相关凝胶性能的影响。结果表明,不同热处理,不同凝固剂作用,形成的乳凝胶性质存在明显差异。在乳化之后对乳液进行热处理有利于形成GDL、CaCl2凝胶,而酶促乳液凝胶则相反;对形成的凝胶作进一步的热处理,发现可显著增强酶促乳液凝胶的强度及持水性(WHC);凝胶的持水性与凝胶强度之间无明显相关性。共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)观测发现,CaCl2诱导的乳凝胶结构粗糙,而MTGase和GDL诱导形成的乳凝胶结构较为细腻均一。经过对比分析,得到形成乳凝胶的最佳条件是对未加热处理的乳液经MTGase的作用,形成的乳凝胶强度大,网络结构好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 菜豆属类蛋白简介
• 1.3 蛋白质凝胶化机理
• 1.3.1 热致凝胶
• 1.3.2 冷凝胶
• 1.3.3 酶促凝胶
• 1.3.4 酸诱导凝胶
• 1.3.5 盐诱导凝胶
• 1.3.6 凝胶形成分子作用力
• 1.4 蛋白凝胶的研究概况
• 1.4.1 酶促凝胶
• 1.4.2 蛋白透明凝胶及自组装纤维化行为
• 1.4.3 乳凝胶及控释载体
• 1.5 研究意义与主要内容
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 主要内容
• 第二章 菜豆属豆类分离蛋白酶促凝胶性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.1.1 原料
• 2.2.1.2 主要试剂
• 2.2.1.3 主要仪器
• 2.2.2 方法
• 2.2.2.1 豆类分离蛋白的制备
• 2.2.2.2 MTGase 酶液制备及酶活测定
• 2.2.2.3 MTGase 诱导絮凝过程
• 2.2.2.4 十二烷基磺酸钠-丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）分析
• 2.2.2.5 DSC 热性质分析
• 2.2.2.6 小振幅动态振荡测量
• 2.2.2.7 TPA 凝胶强度测定
• 2.2.2.8 蛋白溶解度测定
• 2.2.2.9 数据分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 蛋白质含量及亚基组成分析
• 2.3.2 酶交联聚合反应的SDS-PAGE 电泳分析
• 2.3.3 DSC 热性质分析
• 2.3.4 胶凝动态过程流变学分析
• 2.3.5 加热-冷却循环对酶促凝胶模量的影响
• 2.3.6 预热处理对酶促凝胶模量的影响
• 2.3.7 质构分析
• 2.3.8 蛋白溶解度
• 2.4 本章小结
• 第三章 菜豆类7S/8S 球蛋白线性透明凝胶性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.1.1 原料
• 3.2.1.2 主要试剂
• 3.2.1.3 主要仪器
• 3.2.2 方法
• 3.2.2.1 球蛋白提取
• 3.2.2.2 蛋白储液制备
• 3.2.2.3 Zeta 电位测量
• 3.2.2.4 凝胶形成临界浓度（C0）
• 3.2.2.5 小振幅动态振荡测量
• 3.2.2.6 SDS-PAGE 分析
• 3.2.2.7 原子力显微镜（AFM）观察
• 3.2.2.8 数据分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 蛋白质含量及亚基纯度分析
• 3.3.2 Zeta 电位测量
• 3.3.3 凝胶形成临界浓度（C0）
• 3.3.4 热凝胶动态过程流变学分析
• 3.3.5 SDS-PAGE 分析
• 3.3.6 原子力显微镜（AFM） 观察
• 3.4 本章小结
• 第四章 大豆分离蛋白乳液凝胶的制备及性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 材料
• 4.2.1.1 原料
• 4.2.1.2 主要试剂
• 4.2.1.3 主要仪器
• 4.2.2 方法
• 4.2.2.1 大豆分离蛋白（SPI）的提取
• 4.2.2.2 SPI 乳液制备
• 4.2.2.3 乳液粒度测定
• 4.2.2.4 表观凝胶实验
• 4.2.2.5 乳凝胶制备
• 4.2.2.6 质构分析
• 4.2.2.7 持水性测定（WHC）
• 4.2.2.8 激光扫描共聚焦显微镜（CLSM）
• 4.2.2.9 数据分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 SPI 乳液表征
• 4.3.2 酶浓度对乳凝胶强度的影响
• 2 乳凝胶制备'>4.3.3 GDL/ CaCl₂乳凝胶制备
• 4.3.4 质构分析
• 4.3.5 持水性分析
• 4.3.6 微观结构
• 4.3.7 再加热对乳凝胶性质的影响
• 4.3.7.1 质构性质
• 4.3.7.2 持水性
• 4.3.7.3 微观结构
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢