美拉德反应改进大米蛋白功能性质的研究

论文摘要

大米蛋白是优质蛋白,它具有氨基酸组成合理和低过敏性特点。但是由于大米蛋白中80%以上为碱溶性谷蛋白,所以其溶解性较差,影响了大米蛋白在食品工业中的应用。本研究旨在探讨大米蛋白与糖之间发生接枝反应,改善大米蛋白的功能性质,为植物蛋白的改性提供理论参考。首先,采用干法对大米蛋白进行糖基化改性,探讨干热改性对大米蛋白功能性质的影响。以共价物的乳化性为指标,通过对糖的筛选,确定葡聚糖为大米蛋白干法糖基化改性过程中的糖基供体,然后进一步确定了大米蛋白-葡聚糖美拉德反应最佳工艺条件为:蛋白-葡聚糖质比为1:5,在pH 9.5、相对湿度为79%、40oC条件下,反应24 h,此时复合物的乳化性最佳,其乳化活性及乳化稳定性分别为相同条件下蛋白对照样的1.68倍、1.46倍;其溶解性提高了1.46倍;接枝度为29.29%。在干法改性的基础上,尝试采用湿法糖基化改性来改善大米蛋白的功能性质。主要以复合物乳化活性、溶解性的改善为指标,同时结合产物接枝程度、褐变程度及体系pH变化,确定了优化的复合反应工艺条件为:选择葡萄糖为大米蛋白湿法改性过程中的糖基供体,蛋白-葡萄糖反应质量比为1:1,反应在pH 11、90oC下进行,反应时间15 min。此条件下,复合物乳化活性、乳化稳定性分别为不加糖的蛋白空白的1.37倍、1.62倍,而其溶解性有了较大的提高,在pH 8条件下达90.3 %。此时复合物接枝度为34.01%。研究了不同pH环境、不同接枝程度、不同干燥方式对复合物功能性质的影响。结果表明,大米蛋白经改性后,在不同pH值下功能性质均得到改善,然而,复合物溶解性、乳化性及起泡性随pH值的不同,变化趋势与原料大米相似。与不加糖的蛋白空白液相比,复合物经过冷冻干燥和喷雾干燥后的功能性质仍有不同程度的改善。同时,发现增大反应体中蛋白浓度为4% w/v,得到的复合物经喷雾干燥后仍具有较好的功能性。对复合物的理化性质及产物结构进行了分析。由荧光分析结果可知,复合物在激发波长347 nm,发射波长425 nm处有最大荧光强度,符合美拉德反应产物的荧光特征,从而确定美拉德反应的发生。电泳结果显示,接枝反应后,蛋白分子的亚基发生了一定的变化。采用HPSEC-MALLS-UV-RI联用系统,分析可知,未发生接枝反应时,大米蛋白主要以蛋白分子的聚集体存在,表观分子量较大,达1.067×106 Da。随反应的进行,分子聚集体不断发生解聚,当反应进行到15 min时,分子量为2.44×105 Da,此时产物溶解度也达到最大。随着反应的进行,反应物的HPLC-光散射图谱在洗脱体积16 mL附近还出现了一个分子量相对较小的峰,且随着反应的进行,峰的强度呈现先增大后减小,最后基本消失,这可能是在美拉德反应过程中形成的一些次级产物,随着反应进入到后期,生成的中间产物进一步经历不同途径的反应,降解生成更小分子量物质。由氨基酸成分分析结果表明,赖氨酸、脯氨酸及精氨酸均与葡萄糖发生了接枝反应。另外,随着接枝反应的进行,复合物表面疏水性呈现不断下降的趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 大米蛋白的碱法提取
• 1.2 大米蛋白的营养价值以及在食品工业中的应用
• 1.3 大米蛋白的组成和功能性质
• 1.4 大米蛋白的改性研究现状
• 1.5 接枝改性－美拉德反应
• 1.5.1 美拉德反应的原理
• 1.5.2 美拉德反应研究进展
• 1.5.3 蛋白－糖干热改性研究进展
• 1.5.4 蛋白－糖湿热改性研究进展
• 1.6 本课题研究的主要意义、目的和内容
• 1.6.1 本课题研究的主要意义和目的
• 1.6.2 本课题的研究内容
• 第二章 大米蛋白－糖干热改性的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料与设备
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 原料大米蛋白的制备
• 2.3.2 大米蛋白得率的计算
• 2.3.3 大米蛋白常规成分的分析
• 2.3.4 大米蛋白溶解性的测定
• 2.3.5 大米蛋白及共价产物乳化性的测定
• 2.3.6 大米蛋白起泡性的测定
• 2.3.7 大米蛋白－糖共价复合物的制备
• 2.3.8 共价物接枝度的测定
• 2.3.9 共价物溶解性的测定
• 2.4 实验结果与分析
• 2.4.1 原料大米蛋白理化性质及功能性质分析
• 2.4.2 大米蛋白－糖干法Mailard 反应条件优化
• 2.5 本章小结
• 第三章 大米蛋白－糖湿法改性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与设备
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 大米蛋白－糖共价复合物的制备
• 3.3.2 复合物溶解性的测定
• 3.3.3 复合物乳化性的测定
• 3.3.4 复合物接枝度的测定
• 3.3.5 复合物褐变程度的测定
• 3.4 实验结果与分析
• 3.4.1 不同pH 环境对复合反应的影响
• 3.4.2 不同糖种类对复合反应的影响
• 3.4.3 不同蛋白/糖质量比对复合反应的影响
• 3.4.4 反应温度对复合反应的影响
• 3.4.5 不同反应时间对复合反应的影响
• 3.4.6 对照样接枝度、褐变程度及体系pH 变化
• 3.5 本章小结
• 第四章 大米蛋白－葡萄糖复合物功能性质的研究及结构的分析
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与设备
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 不同pH 值对复合物功能性质的影响
• 4.3.2 不同接枝度（反应程度）对复合物功能性的影响
• 4.3.3 不同干燥方法对复合物功能性的影响
• 4.3.4 表面疏水性测定
• 4.3.5 聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）
• 4.3.6 荧光光谱分析
• 4.3.7 高效液相HPLC 分析
• 4.3.8 氨基酸分析
• 4.4 实验结果与分析
• 4.4.1 大米蛋白－葡萄糖功能性质的研究
• 4.4.2 大米蛋白－葡萄糖理化性质与结构分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的文章