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小麦面筋蛋白酶解及膜分离特性研究

作　者: 崔洁
导　师: 华欲飞
学　校: 江南大学
专　业: 食品科学
关键词: 小麦面筋蛋白预处理酶膜反应碱性蛋白酶动力学特性
分类号: TS210.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

小麦面筋蛋白溶解性很低的特性给它的综合利用带来了很大的局限性,利用酶法水解蛋白来制备活性肽的工艺给小麦面筋蛋白的利用提出了新的思路,所制得的活性多肽具有良好的功能特性及一定的生理功能,可以应用于食品、饲料、保健品、医药及日用化工等诸多领域,人大提高了小麦面筋蛋白的附加值。本文旨在利用新型的酶膜耦合连续反应水解小麦面筋蛋白来制备小麦活性肽,实现小分子量活性肽从酶解产物中的连续分离,从而避免了间歇式酶解存在的诸如酶利用率低、存在底物-产物抑制现象等缺点。天然态的小麦面筋蛋白非常容易堵膜,要想实现酶膜耦合连续反应,必须对原料进行预处理。通过小麦面筋蛋白与小麦肽膜分离特性的比较分析得出堵膜的主要因素为蛋白中所含的结合脂质及淀粉等成分,因此,最关键的问题是如何去除这些堵膜物质。对热处理、有机相中有限酶解、酸化醇改性法及酸水解法四种预处理方式进行了比较研究,发现其中酸化醇法最为有效,不仅大大改善了蛋白溶解性,更重要的是明显降低了原料中易堵膜因素的含量,从而为实现酶膜耦合连续反应奠定了基础。以平均膜通量及蛋白质转化率为指标,考察了底物浓度、加酶量和操作压力三个变量的影响,得出小麦面筋蛋白酶膜耦合连续反应的最佳工艺条件为：温度40℃,pH 9.0,底物浓度2%,加酶量5400U/g蛋白,操作压力0.04 MPa。在最适操作条件下得到的酶解产物(主要由分子量<1000 Da的肽段组成)均一稳定且具有抗氧化性,分别测定了酶解产物的还原能力、DPPH自由基清除能力以及对铁离子的螯合能力,酶解产物的抗氧化性随着浓度的增加而增加。从残余膜通量、残余酶活力、产肽率和反应器效能四个方面对酶膜反应器的操作稳定性进行了评价,发现酶膜反应器的稳定性要优于间歇式的,酶膜反应器不仅能保留更高的酶活力,而且能长时间稳定地产出肽,同时反应器效能较高,残余膜通量(未离心)与间歇式的(离心后)相近,这些都充分显示出酶膜反应器的优越性。通过探讨不同底物浓度及酶浓度的变化对水解度的影响,来研究小麦面筋蛋白的间歇酶解动力学特性,建立了关于水解速率及水解度的动力学模型；计算出了临界底物浓度、临界酶浓度和动力学常数Km=13.211 g·L-1；经验证,模拟值与实验值吻合较好,说明此模型具有良好的应用价值；还探讨了可控酶解机理,包括底物-产物抑制和酶失活。在酶膜耦合连续反应制备小麦肽的过程中,拟合得到了水解度与底物浓度及水解时间的变化方程；建立了小麦面筋蛋白的Alcalase连续水解过程动力学模型,求得米氏常数Km=2.11 g·L-1、最大反应速率Vmax=0.0153g·L-1·min-1;对不同底物浓度下的水解过程进行模拟,模拟值与实验值吻合较好,为工业化生产提供理论基础。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-13
  1.1 小麦面筋蛋白及小麦活性肽概述  9-10
    1.1.1 小麦面筋蛋白  9
    1.1.2 小麦肽的功能、活性及应用价值  9-10
  1.2 生物活性肽的研究现状  10-11
  1.3 酶膜反应器(EMR)的应用及研究进展  11
  1.4 立题背景和依据  11-12
  1.5 主要研究内容  12-13
2 实验方法与材料  13-19
  2.1 实验材料  13
  2.2 实验仪器与设备  13
  2.3 实验方法  13-19
    2.3.1 小麦面筋蛋白及小麦肽基本组成成分的测定  13
    2.3.2 小麦面筋蛋白酶解工艺  13-14
    2.3.3 水解度(DH)的测定  14
    2.3.4 小麦面筋蛋白预处理方式  14-15
    2.3.5 膜渗透通量的测定  15
    2.3.6 残余酶活力的测定  15-16
    2.3.7 蛋白质转化率(conversion rate)的测定  16
    2.3.8 酶解产率(Productivity)的测定  16-17
    2.3.9 酶膜反应器效能(Capacity)的测定  17
    2.3.10 分子量分布的测定  17
    2.3.11 抗氧化活性的测定  17-18
    2.3.12 数据统计与分析  18-19
3 实验结果与讨论  19-39
  3.1 小麦面筋蛋白及小麦肽的组成分析及过膜情况比较  19-20
    3.1.1 小麦面筋蛋白及小麦肽的基本组成分析  19
    3.1.2 小麦面筋蛋白及小麦肽的过膜情况对比  19-20
  3.2 小麦面筋蛋白预处理  20-23
    3.2.1 热处理  20-21
    3.2.2 有机相中有限酶水解  21
    3.2.3 酸化醇改性法  21-22
    3.2.4 酸水解法  22-23
  3.3 小麦面筋蛋白酶膜耦合连续反应工艺条件研究  23-25
    3.3.1 初始底物浓度的影响  23
    3.3.2 加酶量的影响  23-24
    3.3.3 操作压力的影响  24-25
  3.4 酶膜反应器操作稳定性研究  25-29
    3.4.1 残余膜通量(J_(residual))  25-26
    3.4.2 残余酶活力(A_(residual))  26-27
    3.4.3 产率  27-28
    3.4.4 反应器效能  28-29
  3.5 酶膜耦合连续反应所制备产物的分子量分布及活性测定  29-31
    3.5.1 酶解产物的分子量分布  29
    3.5.2 酶解产物的抗氧化性  29-31
  3.6 小麦面筋蛋白间歇酶解动力学研究  31-36
    3.6.1 酶解动力学参数及方程的确定  31-33
    3.6.2 动力学模型的验证  33
    3.6.3 米氏常数K_m和最大反应速率V_(max)的测定  33-34
    3.6.4 可控酶解反应机理的探讨  34-36
  3.7 小麦面筋蛋白酶膜耦合连续酶解过程动力学研究  36-39
    3.7.1 DH拟合  36-37
    3.7.2 连续酶解过程动力学模型的确立  37-38
    3.7.3 连续酶解动力学模型的验证  38-39
主要结论  39-40
致谢  40-41
参考文献  41-46
课题展望  46-47
附录1:作者在攻读硕士学位期间发表的论文  47-48
附录2:酶膜反应器  48

小麦面筋蛋白酶解及膜分离特性研究

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