本發(fā)明屬于食品納米凝膠技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于Maillard反應(yīng)的植物蛋白納米凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

Maillard反應(yīng)(又稱羰氨反應(yīng))是還原糖的羰基和蛋白質(zhì)的ε-或α-氨基發(fā)生共價結(jié)合的反應(yīng)，是常見于食品工業(yè)中的非酶褐變反應(yīng)。親水性多糖通過Maillard反應(yīng)(糖基化反應(yīng))可以共價接枝到球狀蛋白上，形成兩親性的共價復(fù)合物。糖基化產(chǎn)物不僅保留了蛋白的表面活性與還原糖的親水性，而且能顯著提高蛋白的功能特性，如乳化性、熱穩(wěn)定性和表面性質(zhì)等。

近年來，納米科技成為了最富活力、最具發(fā)展力的新興技術(shù)，納米材料由于其獨特的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)等得到了廣泛的關(guān)注，并被深入研究。構(gòu)建納米材料的方法分為自上而下法(top down)和自下而上法(bottom up)。自組裝作為一種自下而上法，是為數(shù)不多的構(gòu)筑納米材料的方法，由于其簡便易行，受到了高度的重視。自組裝是指基本單元自發(fā)地從無序狀態(tài)變成有序聚集體，其過程不需人為干擾。目前，有專利利用兩種具有不同等電點的蛋白質(zhì)或所帶電荷不同的蛋白質(zhì)/多糖混合物通過靜電復(fù)合作用在加熱條件下制備微凝膠(中國專利申請：200510023646.2)，但所制備的微凝膠不僅尺寸較大，而且具有pH依賴性，從而限制了其在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。

兩親性嵌段共聚物可以自組裝形成具有核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子，疏水性嵌段自發(fā)形成內(nèi)核，親水性嵌段自發(fā)形成外殼。通過Maillard反應(yīng)制備兩親性蛋白質(zhì)-多糖共價復(fù)合物，進一步在水溶液中進行自組裝形成具備核殼結(jié)構(gòu)的納米凝膠。納米凝膠具有優(yōu)異的尺寸效應(yīng)，可以穿透人體中的各種保護膜，容易被細胞吞噬，具有很高的負載能力和穩(wěn)定性。目前，利用動物蛋白制備納米凝膠 的研究較多，但利用植物蛋白制備納米凝膠的研究尚未發(fā)現(xiàn)。本發(fā)明基于Maillard反應(yīng)產(chǎn)物制備植物蛋白納米凝膠，親水性的葡聚糖通過Maillard反應(yīng)接枝到球蛋白上，制得具有兩親性的球蛋白-葡聚糖共價復(fù)合物，在加熱的條件下，所制備的共價復(fù)合物自組裝形成以親水性的葡聚糖為殼、疏水性的植物蛋白為核的納米凝膠。在加熱過程中，球蛋白發(fā)生變性，疏水基團暴露在蛋白表面，在疏水聚集作用力的驅(qū)動下，蛋白有聚集沉淀的傾向，但通過共價接枝到蛋白的葡聚糖由于空間位阻效應(yīng)阻止蛋白沉淀，并進一步形成具有核殼結(jié)構(gòu)的納米凝膠。此外，在加熱過程中，植物蛋白發(fā)生凝膠化，使得納米凝膠內(nèi)殼具有一定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，又由于蛋白疏水基團的暴露，使納米凝膠內(nèi)核形成多個疏水空腔。因此，疏水性物質(zhì)可在疏水聚集作用的驅(qū)動下被納米凝膠包裹并進行運輸。利用Maillard反應(yīng)產(chǎn)物進一步自組裝得到的凝膠具有核殼結(jié)構(gòu)，尺寸小，穩(wěn)定性優(yōu)越，不僅可用于生物活性物質(zhì)的運載，而且有望成為新功能性食品的配料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種基于Maillard反應(yīng)的植物蛋白納米凝膠。

本發(fā)明另一目的在于提供一種上述基于Maillard反應(yīng)的植物蛋白納米凝膠的制備方法。此法操作簡易、環(huán)境友好、綠色安全。

本發(fā)明再一目的在于提供上述基于Maillard反應(yīng)的植物蛋白納米凝膠的應(yīng)用。該納米凝膠具有核殼結(jié)構(gòu)，尺寸小，穩(wěn)定性優(yōu)越，在新功能性食品的配料和輸送生物活性物質(zhì)的應(yīng)用上有良好的前景。

本發(fā)明的目的通過下述方案實現(xiàn)：

一種基于Maillard反應(yīng)的植物蛋白納米凝膠，由包括以下步驟的方法制備得到：

(1)將植物蛋白和葡聚糖溶于水中，攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH，干燥得到粉末；

(2)將步驟(1)的粉末置于50～60℃，相對濕度為65～79％的環(huán)境下反應(yīng)4～6天，得到Maillard反應(yīng)產(chǎn)物；

(3)將Maillard反應(yīng)產(chǎn)物溶于水中得到溶液，調(diào)節(jié)pH至等電點，加熱處理，冷卻后得到植物蛋白納米凝膠。

步驟(1)中所述的植物蛋白可包括大豆蛋白、豌豆蛋白和蕓豆蛋白中的至少一種。

步驟(1)中所述植物蛋白和葡聚糖的質(zhì)量比優(yōu)選為1:1～1:3。

步驟(1)中所述將植物蛋白和葡聚糖溶于水中得到的溶液中，植物蛋白的含量優(yōu)選為0.1～1g/mL溶液。

步驟(1)中所述攪拌均勻優(yōu)選攪拌2～6h，使混合均勻。

步驟(1)中所述的調(diào)節(jié)pH指調(diào)節(jié)為弱酸至中性，優(yōu)選為pH6.8～7。

步驟(1)中所述的干燥優(yōu)選為冷凍干燥或噴霧干燥。

步驟(2)中可通過使用飽和KBr溶液保持反應(yīng)環(huán)境濕度為65～79％。

步驟(3)中所述溶液的濃度優(yōu)選為1～10mg/mL。

步驟(3)中所述的等電點指植物蛋白的等電點。

步驟(3)中所述加熱處理優(yōu)選指在80～95℃水浴中加熱30～60min。

上述反應(yīng)過程中調(diào)節(jié)pH均優(yōu)選使用0.1mol/L的HCl溶液進行調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的基于Maillard反應(yīng)的植物蛋白納米凝膠具有很好的單分散性，其PDI值約為0.099，尺寸小，粒徑約為30～220nm，且具有核殼結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性優(yōu)越，在新功能性食品的配料和輸送生物活性物質(zhì)的應(yīng)用上有良好的前景。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及有益效果：

(1)本發(fā)明的基于Maillard反應(yīng)的植物蛋白納米凝膠穩(wěn)定性好，在長期儲存、pH改變、凍干復(fù)溶及稀釋的條件下粒徑變化不大。

(2)本發(fā)明利用具有生物相容性的大分子進行制備，過程中不添加有毒試劑，方法操作簡易、成本低、環(huán)境友好、綠色環(huán)保。

附圖說明

圖1為實施例1制備得到的植物蛋白-葡聚糖納米凝膠的粒徑分布圖。

圖2為實施例1制備得到的植物蛋白-葡聚糖納米凝膠的透射電鏡圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

本發(fā)明所用原料的來源均可從市場購得。

實施例1：基于Maillard反應(yīng)的植物蛋白納米凝膠的制備

將質(zhì)量比為1:1的大豆7S球蛋白和葡聚糖溶于水中，使其濃度均為0.2g/mL，攪拌分散2h，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH至6.8，冷凍干燥得到粉末。將干燥粉末放置于底部裝有飽和KBr溶液的容器中(保持相對濕度為79％)，于60℃中反應(yīng)4天，再將反應(yīng)后粉末按1:10(w/v，mg/mL)的比例加入水中復(fù)溶，于25℃在10000g下離心15min，去掉下層未反應(yīng)原料，上清液進行冷凍干燥，所得粉末即為大豆7S球蛋白-葡聚糖共價復(fù)合物。將上述粉末溶于水中，配成濃度為1mg/mL的均一溶液，用0.1mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)溶液pH至等電點4.8，于95℃水浴中加熱50min，冷卻后即為大豆7S球蛋白-葡聚糖納米凝膠。對制備得到的納米凝膠采用Zetasizer Nano-ZS激光動態(tài)粒度掃描儀分析可知，其粒徑在30～220nm之間，PDI值為0.099，見圖1。利用透射電鏡對其觀察，結(jié)果表明本發(fā)明制備得到的納米凝膠為球形，并且具有核殼結(jié)構(gòu)，見圖2。

實施例2：基于Maillard反應(yīng)的植物蛋白納米凝膠的制備

將質(zhì)量比為1:3的大豆7S球蛋白和葡聚糖溶于水中，使大豆蛋白的濃度為0.1g/mL，攪拌分散6h，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH至7.0，噴霧干燥得到粉末。將干燥粉末放置于底部裝有飽和KBr溶液的容器中(保持相對濕度為68％)，于60℃中反應(yīng)4天，再將反應(yīng)后粉末按1:10(w/v，mg/mL)的比例加入水中復(fù)溶，于25℃在10000g下離心15min，去掉下層未反應(yīng)原料，上清液進行冷凍干燥，所得粉末即為大豆7S球蛋白-葡聚糖共價復(fù)合物。將上述粉末溶于水中，配成濃度為1mg/mL的均一溶液，用0.1mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)溶液pH至等電點4.8，于95℃水浴中加熱50min，冷卻后即為大豆7S球蛋白-葡聚糖納米凝膠。

實施例3：基于Maillard反應(yīng)的植物蛋白納米凝膠的制備

將質(zhì)量比為1:1的豌豆蛋白和葡聚糖溶于水中，使大豆蛋白濃度為1g/mL，攪拌分散2h，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH至6.9，冷凍干燥得到粉末。將干燥粉末放置于底部裝有飽和KBr溶液的容器中(保持相對濕度為65％)，于50℃中反應(yīng)6天，再將反應(yīng)后粉末按1:10(w/v，mg/mL)的比例加入水中復(fù)溶，于25℃在10000g下離心15min，去掉下層未反應(yīng)原料，上清液進行冷凍干燥，所得粉末即為豌豆蛋白-葡聚糖共價復(fù)合物。將上述粉末溶于水中，配成濃度為5mg/mL的均一溶液，用0.1mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)溶液pH至等電點5.0，于90℃水浴中加熱30min，冷卻后即為豌豆蛋白-葡聚糖納米凝膠。

實施例4：基于Maillard反應(yīng)的植物蛋白納米凝膠的制備

將質(zhì)量比為1:2的蕓豆蛋白和葡聚糖溶于水中，使蕓豆蛋白濃度為0.5g/mL，攪拌分散3h，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH至6.9，冷凍干燥得到粉末。將干燥粉末放置于底部裝有飽和KBr溶液的容器中(保持相對濕度為72％)，于55℃中反應(yīng)5天，再將反應(yīng)后粉末按1:10(w/v，mg/mL)的比例加入水中復(fù)溶，于25℃在10000g下離心15min，去掉下層未反應(yīng)原料，上清液進行冷凍干燥，所得粉末即為蕓豆蛋白-葡聚糖共價復(fù)合物。將上述粉末溶于水中，配成濃度為10mg/mL的均一溶液，用0.1mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)溶液pH至等電點4.7，于80℃水浴中加熱60min，冷卻后即為蕓豆蛋白-葡聚糖納米凝膠。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。