玉米醇溶蛋白糖接枝改性及应用

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玉米醇溶蛋白(Zein)是玉米加工副产物玉米黄粉(Corn gluten meal, CGM)中的主要蛋白质,含量达60%w/w以上,全世界每年生产的玉米黄粉高达百万吨,且大多都没有被有效的利用,因此非常有必要对玉米黄粉中最有价值的成分Zein进行深加工利用。普通的Zein的疏水性氨基酸含量达50%以上,是一种典型的醇溶水不溶型植物蛋白,难以在食品工业中大规模运用。玉米醇溶蛋白因为具有独特的自组装和生物兼容特性,常被用来制备皮克林乳液、微胶囊载运等载运体系,对各类营养素有良好的包埋效果和实际应用价值。本文运用多种还原糖对Zein进行接枝改性,系统地研究了接枝条件对接枝效果的影响,比较了Zein改性前后的造粒性质和基于该粒子的皮克林乳液稳定性,建立了玉米醇溶蛋白的混合有机溶剂体系的喷雾造粒工艺,制备出Zein/虾青素复合微粒,并全面研究了造粒工艺、蛋白质改性等因素对复合微粒中虾青素的包埋和保护作用的影响。研究结果具体如下:1采用高温醇反应体系方案,综合褐变、溶解度和pH值三个反应特征指标,进一步考虑安全性与经济因素,确定最优的葡萄糖-Zein接枝条件如下:溶剂为80%v/v的乙醇,蛋白浓度20%w/v,糖-蛋白质量比2:1,反应温度115℃,反应时间为30 min,反应pH值8.00。2将Zein与三种单糖(木糖、葡萄糖、阿拉伯糖)和一种双糖(麦芽糖)进行美拉德反应,建立了80%乙醇体系下的Zein-还原糖反应体系。相比干法美拉德反应通常所需的几天到几周的反应时间,或者水体系湿法美拉德反应中仅含0.1%w/v的Zein浓度,80%乙醇湿法反应中,Zein浓度高达20%w/v,反应时间仅需30 min,且浓度和时间都还有较大的提升空间,显著地提高了反应效率。Zein-葡萄糖/木糖/阿拉伯糖/麦芽糖的接糖量分别为2.59%、2.59%、1.86%、0.92%w/w,Zein与葡萄糖和木糖的接枝效率最高。接枝产物通过十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)后银染色、考马斯染色和希夫(Shiff)试剂染色充分证明了糖接枝反应真实发生,生成了糖蛋白,并形成了更多的聚合物。圆二色谱测定结果表明,二级结构明确发生了一些细小的变化,其中α螺旋结构减少,β折叠和β-转角含量增加,说明糖接枝后蛋白发生了一定程度的展开。亲水性测试表明,葡萄糖、木糖接枝产物亲水性显著性提高,而阿拉伯糖和麦芽糖的接枝产物的亲水性改善不明显。3采用经典反溶剂法制备了Zein及其接枝产物的纳米粒子,Zein接枝产物的粒径明显小于Zein空白组,Zein-葡萄糖接枝产物粒子平均直径最小的,仅为63.07±2.16nm。Zein接枝产物的等电点(pI)明显向酸性方向偏移,从空白的pI=6.2降低到pI=5.2-5.3左右。Zein-木糖接枝产物的纳米粒子具有最好的乳液稳定性,其所制备的皮克林乳液静置1个月后仍能保持较好的稳定状态。4.通过喷雾造粒法,制备了改性Zein/虾青素的复合微粒。综合考虑虾青素载量和实际应用需要,确定最佳造粒条件为:进风口温度1150C,虾青素浓度0.4%w/v,Zein浓度2%w/v,进样速率15 mL/min,溶剂是二氯甲烷:乙醇为体积比9:7的混合溶液。场发射扫描电镜观察表明复合颗粒可能为空心塌陷的粒子,差示量热扫描(DSC)研究表明Zein/虾青素形成了均一的复合体系,而不是简单的混合状态。粒子内部结构可能是虾青素和Zein相互作用,虾青素均匀地分布在粒子中,而非典型的壳核结构。高效液相色谱法(HPLC)检测虾青素包埋效率,发现相比未处理的Zein,糖接枝改性后的Zein对虾青素的载运量没有明显变化,为90%左右,而对虾青素的包埋率提高了10%。复合颗粒对虾青素有很强的缓释作用,在无水乙醇体系下溶解12h,未包埋的虾青素释放率达99.8%,而Zein/虾青素、Zein-葡萄糖/虾青素、Zein-木糖/虾青素复合颗粒中虾青素释放率分别为49.7%,31.7%,30.2%。复合颗粒显著地提高了虾青素的热稳定性。在热处理过程中,未被包埋的虾青素破坏率达75.29%,而包埋了的虾青素破坏率为25%,说明仅仅是附着在微粒表面的虾青素被破坏,粒子内部的虾青素受到了有效的保护。
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