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大豆蛋白分级分离机理的研究

作　者: 刘翀
导　师: 杨晓泉
学　校: 华南理工大学
专　业: 粮食、油脂及植物蛋白工程
关键词: 大豆蛋白分级分离 Ca2+/Mg2 7S球蛋白 11S球蛋白植酸
分类号: TQ936
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

大豆种子贮藏蛋白的主要成分是7S与11S球蛋白,两者在分子结构与功能性质方面存在显著差异。目前大多数大豆11S与7S球蛋白分离技术操作条件苛刻且产率低,仅限于实验室规模分离,不适合工业化生产。大豆11S与7S球蛋白的工业化分离,对大豆蛋白加工业具有重要现实意义。此外,大豆种子还存在植酸等小分子、Ca2/Mg2+等二价金属离子,这类小分子与大豆储藏蛋白的结合对大豆蛋白的分离及产品功能性质具有重要影响,但目前少有人研究。本文系统研究了添加二价阳离子Ca2+/Mg2+、pH、离子强度等因素对大豆蛋白分级分离的影响;Ca2+/Mg2+浓度对大豆蛋白各级分表面电位(ζ-电位)及大豆蛋白聚沉动力学的影响,对分离过程中金属离子、蛋白质和植酸的相互作用机理进行了系统研究;同时研究了各种脱植酸对大豆蛋白分级分离及功能性质尤其是7S球蛋白流变性质的影响,以及阳离子聚电解质对大豆11S、7S球蛋白的表面电荷和聚集性质的影响。本论文的主要结论如下:(1)系统比较了Ca2+/Mg2+在大豆蛋白分级分离中的作用,研究了Ca2+/Mg2+、植酸和大豆蛋白的相互作用,优化了大豆蛋白分级分离的工艺,建立了大豆11S与7S分级分离的新方法。研究表明,从纯度、产率和植酸含量等方面综合考虑,Mg2+比Ca2+更适合用于大豆蛋白的分级分离。采用Ca2+进行大豆蛋白分级分离时,由于植酸钙与大豆11S蛋白级分的共沉淀作用,导致产品植酸含量偏高,且由于植酸与蛋白分子的结合增加了蛋白分子与Ca2+结合的位点,通过Ca2+将11S和7S球蛋白连接,降低了分级的效率。而采用Mg2+进行大豆蛋白分级分离时,由于植酸镁的高溶解性,所得到11S级分的植酸含量明显下降,而且Mg2+分级效率比Ca2+更高。本研究建立的新的分离方法得到的11S与7S级分的产率和纯度明显增加,植酸含量明显下降,改善了大豆蛋白的营养价值和功能性质。(2)从ζ-电位和聚沉动力学两方面系统探讨了Ca2+/Mg2+对大豆蛋白分级分离影响的机理。研究表明,Ca2+/Mg2+浓度的增加使11S级分的ζ-电位绝对值下降并向低pH方向偏移,而且Ca2+降低11S级分ζ-电位的作用比Mg2+更大。Ca2+和Mg2+对大豆蛋白ζ-电位影响的差别与其与植酸的相互作用方式有关,蛋白级分的等电点与其植酸含量有正相关关系。聚沉动力学的研究表明,在分级分离过程中,11S球蛋白沉淀可分为快速和慢速的两阶段聚沉过程:首先,11S球蛋白的pH值接近等电点时,可在瞬间形成大量的初级细颗粒,内径约3.6μm;随后,大量初级颗粒缓慢聚集成更大的二级颗粒,平均粒度大约为60-80μm。添加Ca2+/Mg2+会增加大豆11S球蛋白聚集颗粒数量并改变其聚沉动力学模式,Ca2+/Mg2+和植酸共同作用引起大豆11S球蛋白的表面ζ-电位绝对值下降和蛋白分子失稳,最终导致大豆11S球蛋白聚沉数量的增加。(3)研究了Ca2+/Mg2+浓度对大豆11S与7S球蛋白级分热性质和溶解性的影响。研究表明,11S级分的热性质比7S级分更容易受到分离条件的影响,且Ca2+对产品热稳定性的贡献大于Mg2+;增加Ca2+/Mg2+的浓度使11S级分的变性温度升高而焓值降低。在中性和微酸性条件下,随着Ca2+/Mg2+浓度的增加,11S级分的溶解性显著下降,且Ca2+的影响大于Mg2+,与Ca2+导致11S球蛋白的ζ-电位下降更多的结果一致。(4)采用离子交换、植酸酶处理及透析等方法制备低植酸的大豆蛋白,并研究了不同方法脱植酸后对大豆蛋白分级分离及功能性质的影响。研究表明,植酸含量下降导致大豆分离蛋白产品在酸性条件下溶解性的提高以及聚集粒度下降。脱植酸后大豆蛋白结合Ca2+的能力明显下降,从而对应用Ca2+分级分离大豆蛋白有显著影响。此外,本文还发现透析脱植酸和脱盐可导致大豆7S球蛋白悬浮液在室温下形成弱凝胶网络结构,本文系统研究了不同pH及离子强度大豆7S蛋白弱凝胶的流变性性质。(5)研究了阳离子聚电解质(壳聚糖)对脱植酸的大豆11S和7S球蛋白的ζ-电位、粒度及热聚集性质的影响。研究表明,壳聚糖与大豆蛋白混合体系的电位及聚集情况与组分的组成及加热的方式紧密相关,两者的复合显著改变其表面电荷分布,抑制常温和加热条件下大豆蛋白的聚集;特别在低于大豆蛋白等电点时进行热处理更有利于抑制大豆蛋白的热聚集,其中壳聚糖对大豆11S球蛋白的聚集抑制效应比对7S球蛋白更明显。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-15
第一章绪论  15-38
  1.1 引言  15
  1.2 文献综述  15-36
    1.2.1 大豆蛋白质的组成及其解离/聚集性质  15-18
    1.2.2 大豆11S球蛋白和7S球蛋白功能性质的区别  18-19
    1.2.3 大豆蛋白质的营养保健作用  19-20
    1.2.4 大豆蛋白分级分离的研究  20-26
    1.2.5 大豆蛋白与植酸的相互作用  26-30
    1.2.6 聚电解质与蛋白的相互作用  30-32
    1.2.7 聚沉动力学研究  32-36
  1.3 研究目的和意义  36-37
  1.4 本文研究内容  37-38
第二章大豆蛋白分级分离的研究  38-72
  2.1 材料与仪器  39-40
    2.1.1 实验材料  39
    2.1.2 实验试剂  39
    2.1.3 实验仪器  39-40
  2.2 实验方法  40-43
    2.2.1 大豆 11S 和 7S 球蛋白级分的分级分离  40
    2.2.2 大豆蛋白级分产率和组成的测定  40-41
    2.2.3 植酸分析  41-42
    2.2.4 大豆蛋白级分中钙和镁含量的测定  42
    2.2.5 统计分析  42-43
  2.3 结果与讨论  43-71
    2.3.1 脱脂豆粉成分分析  43
    2.3.2 大豆蛋白分级分离方法工艺示意图  43-45
    2.3.3 pH值对大豆蛋白分级及植酸含量的影响  45-46
    2.3.4 NaCl浓度对大豆蛋白分级及植酸含量的影响  46-47
    2.3.5 Ca~(2+)/Mg~(2+)对蛋白分级及植酸含量的影响  47-56
    2.3.6 存在Ca~(2+)或Mg~(2+)条件下NaCl浓度对蛋白分级及植酸含量的影响  56-58
    2.3.7 pH对第二次大豆蛋白沉淀的影响  58-59
    2.3.8 分级的优化过程  59-63
    2.3.9 摩尔比率  63-66
    2.3.10 大豆蛋白分级过程中植酸、蛋白及金属离子作用机理  66-71
  2.4 本章小结  71-72
第三章大豆蛋白分级分离机理的研究  72-94
  3.1 材料与方法  73
    3.1.1 实验材料  73
    3.1.2 实验仪器  73
    3.1.3 实验试剂  73
  3.2 实验方法  73-75
    3.2.1 大豆11S球蛋白和7S球蛋白级分的制备  73
    3.2.2 分子量分布测定  73-74
    3.2.3 ζ-电位测定  74
    3.2.4 聚沉动力学测定  74-75
    3.2.5 统计分析  75
  3.3 结果与讨论  75-92
    3.3.1 不同二价阳离子对大豆蛋白分子量的影响  75-76
    3.3.2 分级方法对大豆11S与7S球蛋白表面电荷分布的影响  76-81
    3.3.3 大豆蛋白分级分离的蛋白聚沉动力学模式  81-91
    3.3.4 大豆蛋白分级过程的蛋白聚沉动力学机理  91-92
  3.4 本章小结  92-94
第四章大豆蛋白级分热性质及功能性质的研究  94-110
  4.1 材料与方法  95
    4.1.1 实验材料  95
    4.1.2 实验仪器  95
    4.1.3 实验试剂  95
  4.2 实验方法  95-96
    4.2.1 差示扫描量热（DSC)分析  95-96
    4.2.2 蛋白溶解性测定  96
    4.2.3 统计分析  96
  4.3 结果与讨论  96-109
    4.3.1 不同分级条件对大豆蛋白级分热性质的影响  96-107
    4.3.2 二价阳离子类型和浓度对球蛋白级分可溶性的影响  107-109
  4.4 本章小结  109-110
第五章脱植酸处理对大豆蛋白功能性质的影响  110-141
  5.1 材料与仪器  111-112
    5.1.1 实验材料  111
    5.1.2 实验仪器  111
    5.1.3 实验试剂  111-112
  5.2 实验方法  112-118
    5.2.1 低植酸大豆11S和7S球蛋白的分级分离方法  112-114
    5.2.2 植酸酶酶解大豆分离蛋白中植酸的实验方法  114-115
    5.2.3 大豆7S球蛋白的分离纯化  115-116
    5.2.4 7S球蛋白化学组成分析  116
    5.2.5 7S球蛋白电位及溶解性测定  116
    5.2.6 差示扫描量热（DSC)测定  116
    5.2.7 7S球蛋白分散液的制备  116-117
    5.2.8 流变学测定  117-118
  5.3 结果和讨论  118-140
    5.3.1 不同方法脱植酸处理对大豆蛋白分级分离及其溶解性的影响  118-122
    5.3.2 植酸酶处理对大豆分离蛋白溶解性的影响  122-127
    5.3.3 透析对7S球蛋白ζ-电位、溶解性质和热性质的影响  127-130
    5.3.4 低植酸7S球蛋白的流变性质  130-140
  5.4 本章小结  140-141
第六章壳聚糖对大豆蛋白功能性质的影响  141-157
  6.1 材料与仪器  141-142
    6.1.1 原料  141
    6.1.2 实验仪器  141-142
    6.1.3 实验试剂  142
  6.2 实验方法  142-145
    6.2.1 低植酸11S球蛋白及7S球蛋白级分的纯化  142-143
    6.2.2 蛋白质、壳聚糖几其混合溶液的制备  143
    6.2.3 ζ-电位测定  143
    6.2.4 粒度测定  143
    6.2.5 pH和温度影响的测定方法  143-144
    6.2.6 壳聚糖对脱植酸大豆分离蛋白功能性质的影响的测定方法  144-145
    6.2.7 统计分析  145
  6.3 结果和讨论  145-155
    6.3.1 壳聚糖与脱植酸的大豆11S及7S球蛋白相互作用机理  145-152
    6.3.2 壳聚糖对酶处理大豆分离蛋白的溶解和聚集性质的影响  152-155
  6.4 本章小结  155-157
结论与展望  157-161
参考文献  161-171
攻读博士学位期间取得的研究成果  171-173
致谢  173

大豆蛋白分级分离机理的研究

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