乳清蛋白的超声改性及其包埋体系的应用研究

发布时间：2019-01-16 00:17

【摘要】：乳清是干酪和干酪素生产中的副产物。乳清蛋白作为乳清的主要成分,具有营养丰富、易消化吸收、生物学效价高等特点,是人体优质的蛋白质补充剂之一,享有“蛋白之王”的美誉。随着乳品加工技术的发展,乳清蛋白以其较高的营养价值和较理想的功能特性,逐渐成为多种功能性食品、营养制品等的添加成分。到目前为止,乳清蛋白的一些优良特性尚未完全开发,在实际应用过程中还受到一定的限制。近年来,高强度超声波技术在食品工业中的应用受到广泛的关注,已有研究发现高强度超声波技术能够改善多种食用蛋白质的功能特性。为进一步扩展乳清蛋白在食品领域中的应用,本文主要以高强度超声波技术作为改性手段来改性乳清蛋白、乳清蛋白可溶性热聚合物、乳清蛋白酸诱导凝胶,并以虾青素为例,研究乳清蛋白基包埋体系的应用。主要内容包括以下几个方面:(1)超声改性乳清蛋白机理研究;(2)超声改性乳清蛋白可溶性聚合物机理研究;(3)超声改性乳清蛋白葡萄糖酸-δ-内酯诱导冷凝胶机理研究;(4)超声辅助制备乳清蛋白虾青素乳状液及其细胞吸收研究;(5)超声辅助制备乳清蛋白虾青素纳米分散体及细胞转运研究。(1)高强度超声(20 kHz,20%-30%振幅,10-20 min)作用于乳清分离蛋白,研究超声处理对乳清分离蛋白理化及功能特性的影响。高强度超声降低了乳清分离蛋白溶液的平均粒径,使粒径分布变宽。超声波作用增加了乳清分离蛋白溶液游离巯基含量(52.64μmol SH/g到53.64-58.77μmol SH/g)、溶解度(74.95%到89.70%)、表面疏水性(5.13×105到5.77×105)。超声波作用改变了乳清分离蛋白溶液粘度,降低了乳清分离蛋白溶液的储能模量(G')和损耗模量(G"),使得蛋白质溶液的流变性更趋向于液体的性质。超声处理增加了蛋白质溶液的乳化性指数(3.18 m2/g到3.59-5.32 m2/g)及乳化稳定性指数(62.26 min到71.44-104.83min)。总的来说,高强度超声可被应用于改善乳清分离蛋白的理化及功能特性。(2)高强度超声(20 kHz,20%振幅,20 min)分别作用于热聚合处理(85 oC30min)前后,研究超声处理对乳清蛋白可溶性聚合物(WPISA)理化特性及乳化性的影响。超声处理作用于热聚合后,降低了wpisa的粒径,粒径跨度增大;降低了wpisa溶液浊度;降低了wpisa溶液的表观粘度;增加了wpisa表面疏水性;增加了wpisa表面游离巯基含量,提高了wpisa的乳化活性指数及乳化稳定性指数;对wpisa的zeta电位、总游离巯基含量无影响。高强度超声作用于热聚合后,改变了wpisa的理化特性及乳化性。高强度超声与热处理联合作用对乳清蛋白的理化特性及乳化性产生显著性的影响。因此,热聚合与超声联合作用,可以用于制备热稳定性高、低粘度及乳化性高的wpisa。(3)10%(w/v)的乳清蛋白进行预热处理(85oc30min),以0.12g/10ml的添加量加入葡萄糖酸-δ-内酯(gdl)诱导凝胶,研究高强度超声处理(20khz,40%振幅,5-40min)对gdl诱导凝胶特性的影响。高强度超声破坏了蛋白微粒的非共价相互作用,降低了蛋白质粒径,增加了蛋白质溶液的表面游离巯基含量,加入gdl后,形成了更加致密均一的空间结构,蛋白质的一些活性基团被包埋在致密的结构里,导致蛋白质间的非共价相互作用降低,增加了凝胶的持水性及凝胶强度。通过频率扫描试验数据分析得出,超声处理显著增加了蛋白凝胶样品的频率依赖性。pearson相关性分析显示,蛋白质的粒径与凝胶的持水性、凝胶强度和储能模量都呈显著的负相关。因此,高强度超声能够提高乳清分离蛋白gdl诱导凝胶的持水性、凝胶的强度和凝胶的坚固性(g′)。(4)分别以wpi、pwp、wpi-lecithin、pwp-lecithin、lecithin及tween20为乳化剂,以mct油为油相,采用超声辅助法制备虾青素乳状液,粒径为亚微米级别,从194nm到287nm,粒径分布较窄(pdi均小于0.3),包埋率均在89%以上。wpi,pwp,wpi-lecithin,pwp-lecithin和lecithin稳定的乳状液在4oc-55oc储藏14天后,样品的粒径增加量均低于10%。低温储藏更有利于提高虾青素乳状液的化学稳定性。高盐离子浓度(大于200mm)增加了蛋白质稳定乳状液的粒径,而虾青素的保留率未受影响。对于不同的乳化剂,虾青素在乳状液中的降解速率以wpi和pwp较低。细胞毒性试验结果表明,六种虾青素乳状液对caco-2细胞均无毒性作用,具有生物相容性。caco-2细胞对六种虾青素乳状液样品的吸收具有时间依赖性,虾青素的细胞摄取量随着共培养时间的增加而增加。六种虾青素乳状液中,虾青素的细胞摄取量也明显不同,依次顺序为:wpipwpwpi-lecithinpwp-lecithinlecithintween20。乳化剂不同,乳状液的粒径不同,可能是虾青素摄取量不同的主要原因。综上所述,WPI稳定的乳状液更有利于提高虾青素的生物利用度。(5)以乳清分离蛋白(WPI)、聚合乳清蛋白(PWP)为乳化剂,超声乳化-蒸发法制备虾青素纳米分散体,研究纳米分散体的细胞毒性及Caco-2细胞转运情况,评价虾青素的生物利用率。当WPI和PWP浓度为2.5%(w/w)时,纳米分散体的粒径分别为121.3nm和80.4 nm,电位分别为-19.32 mV和-35.01mV,包埋率分别为92.08%和93.46%。DSC结果说明,虾青素晶体在222 oC左右有溶解吸收峰,乳清蛋白虾青素纳米分散体在此处并没有出现溶解吸收峰,说明纳米分散体中虾青素处于无定形态。细胞毒性试验结果表明,WPI和PWP稳定的纳米分散体是无毒的,具有生物相容性。虾青素Caco-2细胞转运实验表明,纳米包埋能显著提高虾青素的转运量和表观渗透系数。WPI和PWP稳定的纳米分散体的Papp分别较虾青素悬液增加10.3和16.1倍,纳米分散体显著提高了虾青素的生物利用率。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TS201.21

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