（食品科学专业论文）大豆分离蛋白复合改性及其在海豹油微胶囊中应用的研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得沈阳农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：瑚、娘 寺旰：强蠢红 时间：2 0 0 6 年5 月1日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意沈阳农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的内容。 研究生签名：硝、嫩 时间：2 0 0 6 年5 月l 闷 导师签名：维弃红 时问：2 0 0 6 年5 j4r 沈阳农业人学硕十学位论文 摘要 利用传统方法对大豆分离蛋白( s p i ) 进行改性，通常只能够改善其中一个或几个 功能性，而s p i 的溶解性和分子量( 凝胶性) 不能兼得。本研究通过采用现代生物酶解 技术和复合改性技术来同时改善s p i 的多种功能性和提高其营养价值，并在此基础上以 双酶复合改性的s p i 为壁材对海豹油进行微胶囊化，为进一步扩大s p i 的应用领域开辟 了一条新的途径。 本文利用中性蛋白酶和微生物产生的谷氨酰胺转胺酶( m 1 ) 对sp i 进行复合改性， 通过单因素试验和正交试验确定了中性蛋白酶酶解的最佳工艺条件为：温度6 0 ，时间 0 5 h ，p h 7 0 ，酶用量4 0 0 0 u 倌。再经过m 1 改性及s d s p a g e 电泳谱图验证，所得的 聚合物虽然有很大的分子量，还可以改善s p i 的溶解性，并且发泡性、乳化性均有提高 ( 溶解性提高更为显著) ，分别提高了8 1 、7 7 、1 0 。 同时，以双酶复合改性的s p i 为壁材的主要原料，研究了对海豹油的微胶囊化。目 的是研制高效率和产率的微胶囊化海豹油制品，以提高其贮存稳定性。在单因素试验的 基础上，对微胶囊化影响较大的四个壁材组成因素进行正交试验筛选壁材的最佳配方 ( 芯材占壁材量、固形物浓度、明胶g e l 麦芽糊精m d 、乳化剂用量等) ，得出海豹油 微胶囊的最佳复合壁材配方为：芯材占壁材量3 0 、固形物浓度2 5 、g e i m d l ：3 、乳 化剂用量1 2 5 。并且对微胶囊化工艺因素采用正交表b ( 3 4 ) 进行工f = ：交试验，确定微胶 囊化的最佳工艺条件( 均质次数、均质压力、进风温度、出风温度等) ，对试验结果进 行极差分析，得出海豹油微胶囊的最佳工艺条件为：均质次数3 次、均质压力4 0 m p a 、 进风温度1 9 0 、出风温度9 5 。在最优组合下所得微胶囊化产率为9 4 5 ，效率为 9 4 9 。 采用扫描电子显微镜进行微观分析观察到经最佳工艺制得的微胶囊产晶近似球体， 形状有规则，表面无裂纹及凹陷。微胶囊化产品的效果明显优于未经复合改性的s p i 的 效果，从而对海豹油油滴产生良好的保护作用，贮藏试验表明微胶囊的时：存稳定性犬为 改善。产品超微结构的观察证实了壁材配方和加工工艺的合理性。 关键词：大豆分离蛋白，功能性，复合改性，海豹油，微胶囊 沈阳农业大学硕士学位论文 a b s t i 曩c t a b s t r a c t ：t r a d i t i 伽i a lm o d i 6 施gt e c h n o l o 留o ns o y b e 姐p m t e i ni s o l a l e ( s p i ) ，锄 i m p r o v eo i l l yo n e o rs o m em n c t i o n a lp r o p e r t i e so fs p 【g e n e r a l i y 孤dw ec 孤th a v eh i 曲 s o l u b i l i t y 趾dm o l e c l i l 盯w e i g b “g e lp r o p e 啊) s i m u l t 姗惦i y t l l i s 咒s e a r c hw eu s em o d e m b i o l o g i c a le 耻= y l n a t i ch ) n d i o l ”i s 姐dc o m p i 曲e i v em o d i f i 酬o nt e c h n o l o g yi i io r d e rt o i i l l p m v cm u l t i p l ef u n c t i 伽i a lp 删邮i e s 趾dn 删d v ev a l u eo fs p i ，觚do nn l i sb 嬲i sw el l s e s p i 曲e rc o m p r e h e 璐i v em o d i f i c a l i o n 鼬w a l lm a t e r i a lt 0p r o d u c e i i l i c r o c a p s m e ，w l l i c h p r 0 v i d e san e w 劬i i i lo f t h o u g h tf o re x t e j 硪i n ga p p l i e df i e i do f s p i i nm i sa n i c l ew eu 鹏咖 a lp m t e i i l a s e 卸d 仃孤s g j 岫i n a s eb yr n i c r o o r g a i l i s m ( m 1 g ) t oc a r r yo u tc o m p r e 】1 e 璐i v em o d i 丘c a t i o ns p i ，讥f o u g l lo d d 岛i c t o rt e s t s 柚d 觚o m i o g o n a l e x p e r i m e m ，t h eo p t i m l l i i lc o n d i t i o i l so f 锄刁m a t i ch y d r o l y s i sa 托t e m p e r a t u r e ：6 0 ，o p e 捌d n g t i m e ： 1 5 h ，p h ：7 o ，髓巧m ec o n o 嘣o n ：4 0 0 0 峨m 吼m o d 涵c a t i o nb ym r g 柏d v e r i f i c a t i o nb ys d s p a g e ，c a i ln o to n l yh a v eh i g hn l o l i l l 盯w e i 姒b u ta l s oc a i li n l p m v e t h c l u b i l i 咄f i o 跗血gp 叫e 啊柚de n n d s i b i l 时o fs p i ( e s p l e c i a l l ys o l u b i l i t ) r ) ，i n c r 阻s e db y 8 1 ，7 7 ，1 0 s 印a 脚l y i i la d d i t i o n ，、v eu s p ia 翕e rc 0 岫p l d 啪s i v em o d i f i 翻岫o n 船m em a i l lm a 向a lt os t u d v i i l i c r o e n c a p s u l a t i o no f s c a lo i l t h ea i l i lo f t l l es t i l d yi st o 麟r c h l em i c r o e n c a p s u l 撕o ns e a l o i lp r o d u c t 、v i t l l1 1 i g he 历c i e n c y 锄do u t p u t ，i i lo r d e rt oi m p m v ei 乜s t a b i l i t yf o rs t o r a g e b 邪e d o no d df a c t o rt e s t s ，w eu s ef o u ri l l d e x e sr e s p c c t i v e l yw l i i c he f l b c t 出er e s u l td m l l l a t i c a l l yt o c a n yo u to n l l o g o n a le x p e r i m e n t ，a i mt od e c i d em eo p t i m mw a l lc o m p o s i t i o n ( t i l er a t eo f c o r em a t e r i a lt 0w a l lm a t e r i a l ，t o t a ls o l i dc o n c e m 撕o n ，t o t a ls o l i dc o n c e n t m t i o n g e l ，m d ) ， o p t i m u r nc o m p o u n dw a l lc o m p o s i t i o na r ed 鼬e l l i n e da s ：t i l er a t co fc o r em a t e r i a lt ow a l l m a t e r i a l3 0 ，t o t a ls o l i dc o n c e n t 瑚l i o n 2 5 ，g e l m dl ：3 ，t l ec o n t e n to f e m u l s i f i e r l 2 5 a l s o w cc 明了o u tb ( 3 4 ) o n l l o g o n a le x p e r i m e n t ，a i mt od e c i d e i eo p t i m u m p r o c e s s i n gc o n d i t i o n s o fm i c r o e n c a p s u l a t i o n ( h o m o g e n e 畸p r e s s u r e ，h o m o g e n e 时t 岫e ，i n l e ta i rt e m p e r a t l i r e ，o u u e t a i rt e m p e r a t u r e ) o p t i i i l u mp r o c e s s i n gc o n d i t i o n sf o rs e a lo i im i c m c a p s u l e sa r e ：h o m o g e n e i t y t i m e3 ，h o m o g e n c i t y p r e s s u r e4 0 m p a ，i n l e ta i rt e m p e r a t u r c1 9 0 ，o u t i e ta i rt e m p e r a t u r c9 5 u n d e rt h eb e s tc o n d i t i o n ，p r o d u c tw mo u t p u t9 4 5 a i l de 伍c i e n c y9 4 9 u s i n gs c 删n ge l e c t m nm i c r o s c o p y ( s e m ) ，w es c et h es h a p eo f p r o d u c to b t a i n e dl u l d e r 1 a b s t m c t o p t i r r l u mt e c h n o l o g ys p h e r i c a l 印p m x 确缸c l ya n dr e g u l 虬t h es i l r l 沁eh a sl i 牡王cc r a c k o rd e n t t 1 1 er e s m t ss h o w e dt l l a tt 1 1 ee f r e c to f i i l i c m e n c a p s m a t i o na f k rc o m p r c h e n s i v em o d i f i c a t i o n w a sm u c hb e t t e rt h a nt 1 1 a to f n o n c o m p r c h e n s i v em o d i 6 c a t i o n ，t l l l l si tc a l lp r o t e c tt i l es e a lo i l 、e l l ，m ee x p e r i m e n to f s t o r a g es h o w s ：t l l es t a b i l i 可o f 嘣c r o c a p s u l ei sg r e a t l yi m p r o v e d t h e m i c r o s t m c t u r eo f p r o d u c t sh a sv e r i f i e d 也ef e a s o n a b l ew a l lc o m p o s i t i o na n dp r o c e s s i r 培 t e c l l i l o l o 料 k e ”v o r d s ：s o y b e a p m t e i ni s o l 噩t e ，f u c t i o n a ip r o p e n i 嚣，c o m p 心h e n s i v em o d i 6 c a t i o n ， s e a io i l ， m i c r o c a p s u l e 4 沈阳农业丈学硕士学位论文 第一章前言 从全球范围分析，人们的生活水平和消费观念逐渐提高，并且对食品的品质和营养 层次的要求也越来越高，日常的膳食结构也发生了变化。从温饱型转向了优质化、高档 化，对高蛋白质、低脂肪、低热量，精深加工的大豆蛋白食品需求十分旺盛。大豆蛋白 制品众多，如大豆蛋白粉、大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白、大豆组织蛋白等。这些产品 可作为蛋白质原料，添加到肉制品、面制品、儿童食品、糕点、冷饮等各种食品中。 1 1 大豆蛋白的研究及应用现状 大豆蛋白的开发是当今油脂业研究的熟点，工业上通常由低温豆粕加工而成。按蛋 白含量分为大豆粉( 蛋白质含量5 0 以上) 、大豆浓缩蛋白( 蛋白质含量7 0 左右) 和 大豆分离蛋白( 蛋白质含量9 0 以i 二) 。目前，世界各国主要集中子大豆分离蛋白多功 能性的开发，国际上美国和日本技术领先，已经开发出多种专业化的大豆蛋白产品。生 产大豆分离蛋白最具实力的p 1 1 公司，其产品可以细分为高乳化型、高分散型、凝胶型 等8 0 多种产品，广泛应用于肉制品、乳制品，面制品等l o 多类产品中。而美国的a d m ( a c h 日d a n i e l sm i d l a n d ) 公司也公布有1 8 种大豆分离蛋白产品，如高分散型用于注 射肉制品，高溶解型用于调味品，低糖度型用于乳品饮料及婴儿专用粉等。而我国由于 长期以来只重视大豆制品的营养价值导致了生产技术落后，以及盲目引进国外大豆分 离蛋白的生产技术，结果使产品性能单一，质量较差基本只作为生产火腿肠的配料。 最新资料显示( 刘志同，2 0 0 2 ) ，我国自2 0 世纪9 0 年代以来，共计投虽建设大豆分离 蛋白，一3 0 多家，年产量均在千吨以上，最大的河南郑州油脂化学厂达5 0 0 0 t ，生产技术 多采用碱溶酸沉法，乳清废水严重污染环境的问雁一直未获得解决。进入二f 一世纪， 由于食品工业受国际化冲击，美国的杜邦跨国集团于2 0 0 1 年6 月成功收购年产4 5 0 0 t 的湖北云梦蛋白厂，并与河南双汇集团联台开发生产大豆分离蛋白，严重威胁着国内大 豆蛋白企业的生存和发展。因此，急需国内在大豆深加工领域研究的从业人员寻求虽优 的生产方法和工艺，改变目前被动局面，赶超国际先进技术水平。 1 2 大豆分离蛋白的改性 大豆蛋白的功能性是指在食品加工、制取、配制、烹调、储减及销售过程中所表现 出来的理化性质的总称，如溶解性，持水性，乳化性，起泡性，凝胶性，吸油性，粘度， 弹性，固定风味等。以上各种功能性相互影响，在食品体系中协同作用。大曼分离蛋白 弹性，固定风味等。以上各种功能性相互影响，在食品体系中协同作用。大豆分离蛋白 前言 的改性就是通过改变蛋白质的一个或几个理化性质，达到加强或改善大豆蛋白质功能性 的目的，同时，抑制酶的活性或除去有害物质，达到除去异味和提高营养利用率的目的。 其实质就是改变大豆蛋白的分子结构，进而改变其理化性质，达到功能性改变的结果。 目前，大豆分离蛋白改性的方法总体归纳为物理改性，化学改性，生物工程改性，酶改 性( 华欲飞，2 0 0 1 ) 。其中化学改性和酶法改性是研究、应用较多的改性方法。 1 2 1 物理改性 大豆蛋白的物理改性是指利用热、电、磁场和机械能等物理作用对大豆蛋白质的功 能性加以改善的方法，它具有费用低，作用时间短，无毒副作用以及对产品营养性能影 响较小等优点，但效果仍然不能满足生产上的要求。另外，物理作用只作用于大豆分离 蛋白的增溶和凝胶，使用中受到限制。主要方法有热烘处理法，热塑挤压法，纤维防丝 法等。最近有报道，充氮气水浴加热能明显提高凝胶性和粘度。李荣和等利用高频电场 对大豆分离蛋白进行处理，大大提高了大豆分离蛋白的溶解性：还有利用添加多糖物质 如黄原胶，海藻酸纳，增强了大豆分离蛋白的粘度，起泡性以及泡沫稳定性。 1 2 2 化学改性 大豆蛋白的化学改性是指根据食品工业的实际需要，通过化学手段在大豆蛋白中引 入各种功能基团：如带负电荷基团，亲水亲油基团，二硫基团等，开发生产出多种具有 特殊功能性的大豆蛋白品种。目前，国内外对大豆分离蛋白化学改性的方法有：酸、碱、 盐部分水解改性；酰基化改性、去酰胺基改性、糖基化改性、磷酸化改性、烷基化改性 和硫醇化改性。美国、日本等发达国家已经利用化学改性技术生产出各种功能性的大豆 分离蛋白( 李书国等，2 0 0 0 ) ，均能改善大豆分离蛋白的溶解性，凝胶性，乳化性，吸 油性等，其相应的不同功能性和专用性均较强。但是，由于食品本身高度安全性的要求， 使经过化学改性的产品在生产应用中受到很大限制。 1 2 3 生物工程改性 通过基因工程或选育优良野生品系，可以改善大豆蛋白的功能性和营养性。但是转 基因大豆产品的食用安全性尚存疑问，对其进行的慢性试验还缺少证据，需要5 0 、甚至 1 0 0 年的结果，但是从消化性、急性、毒性等试验结果看，目前普遍认为大豆蛋白与传 统种植的大豆实质上是等同的。另外，从时效上讲，转基因技术生产功能性大豆，存在 时间过长，投资过大等缺点，不能快速投入生产。但是，从长远观点看，只有利用转基 6 沈剐农业大学硕士学位论文 因技术改性大豆蛋白才是从根本上解决大豆蛋白功能性专一问题的最佳方法。 1 2 4 酶改性 大豆蛋白的酶改性是指通过生物酶作用于蛋白质分子，增加其分子内或分子间交 联，或者连接特殊功能基团，或者部分降解蛋白质，达到改变大豆蛋白功能性的目的( 赵 光明，2 0 0 1 ) 。酶改性是近年来研究的热门课题，因其作用条件及设备要求简单，效果 显著，而日益受到人们的重视。根据酶的来源不同，可分为动物蛋白酶改性( 胃蛋白酶、 胰凝乳酶、胰蛋白酶等) 、植物蛋白酶改性( 木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等) 和微生物蛋 白酶改性( 碱性蛋白酶、中性蛋白酶等) ，作用效果显著且无毒副作用。动物和植物蛋 白酶由于提取分离困难，价格昂贵，所以未能形成工业化生产，而微生物蛋白酶生产原 料低廉，发酵技术越来越成熟，有些微生物酶已经形成工业化生产。主要菌种有枯草杆 菌1 3 8 9 ，黑曲霉3 3 5 0 ，环状芽孢杆菌，a i c a l a 菌等。其中肽谷氨酰胺酶能快速水解大 豆蛋白中的谷氨酰胺基中的酰胺基，而整个蛋白质不受影响，蛋白质的溶解性、乳化性 和起泡性却大有改进。值得一提的是，目前对微生物谷氨酰胺转胺酶( e c 2 3 2 1 3 ，m 陌g ) 的研究越来越多，谷氨酰胺转胺酶是一种催化蛋白质交联的蛋白酶( d 瓤加d a r 雠s ， 1 9 9 7 ) 。已有的研究表明，这种交连作用能以共价键方式引入伯氨基而强化大豆蛋白的 营养，使大豆蛋白之间或与其它蛋白分子形成分子间或分子内的( g l u ) l y s 键( z h u y ，c ta l ，1 9 9 5 ) ，产生蛋白质的生物聚合物。该聚合物具有营养价值高、热稳定性高 ( l o 瑚op ，e ta l ，1 9 9 4 ) 、凝胶坚硬、更具弹性( c h 锄y o n gv 0 m k i l ly ，e ta l ，1 9 9 5 ) 、乳 化性、发泡性好( e lf a d i l ，e ta l ，1 9 9 6 ) 等特性。当前研究较多的是微生物发酵产生的 谷氨酰胺转胺酶，其作用效果显著，在食品工业中的应用研究中，越来越得到关注，有 “超级黏合剂”的美誉。在大豆蛋白改性的应用中，有关报道称，唐传核等研究并证明 了谷氨酰胺转胺酶催化大豆7 s 、1 1 s 球蛋白的聚合反应。而谷氨酰胺转胺酶的研制在 9 0 年代初日本就已经付与生产，并广泛应用于现代食品工业中。 1 2 5 复合改性 大豆蛋白的复合改性是指将以上多种蛋白质改性方法联用，尤其是选择安全性高、 改性效果较好的物理和生物方法进行复合， 今后大豆蛋白质改性的主要研究发展方向。 可进一步提高大豆分离蛋白质的功能性，是 多种酶配合进行改性能产生“协同增效”的 作用，这已为人们所利用。本文从中性蛋白酶( 选择微生物蛋白酶水解进行水解，主要 刖舌 是考虑到它价格较低、应用推广性强等特点) 水解大豆分离蛋白入手，以提高s p i 的溶 解性，在此基础上再用谷氨酰胺转胺酶对其进行交联，复合改性以提高s p i 的功能性。 1 3 微胶囊技术概述 微胶囊技术是利用天然或合成的高分子材料( 壁材) ，将固体、液体、或气体( 芯 材) 经包囊所形成的一种具有半透性或密封囊膜的微型胶囊( m i c p n c 印s u l a t i o n ) 技术， 形成的微小粒子称为微胶囊( i i l i c p o c 印s l l l e ) 。微胶囊技术是当今世界上被广泛应用的三 大控制释放系统( 微胶囊、脂质体、与多孔聚合系统) 之一，是2 l 世纪重点研究开发 的高新技术之一( 秦立虎，2 0 0 3 ) 。该技术起源于2 0 世纪3 0 年代，首先用于在液体石 蜡制备鱼肝油明胶微胶囊。从2 0 世纪5 0 年代起，美国依靠微胶囊技术成功地研制出无 碳复写纸、微胶囊汽油，并迅速扩展到制药、化工、食品等行业( 熊华，郑为完，2 0 0 2 ) 。 微胶囊技术具有如下优点：保护活性物质，减少外界如光、氧和水等不良因素的影响； 减少芯材向环境的扩散或蒸发；控制芯材的释放；掩蔽芯材的不良风味；改变物质的颜 色、形状、密度、体积和分散性能等物理性质和一些化学性质，便于加工和处理等 ( f e r e i d o o i l s a i l dx q h 趾，1 9 9 3 ) 。微胶囊的简单模型如图l 所示。 图1 微胶囊组成立体示意围 f i 罟lt h es t e r f o r m i n gs k e t c hm a po fm i c m e n c a p s u i a “o n 食品微胶囊的制备方法可以分为三个大类，即化学方法、物理方法和物理化学方法 其中物理方法中的喷雾干燥法应用最为广泛。 8 沈博j 农业大学硕士学位论文 裹1 微胶羹化分类 t l b k1 c l 鹅s l n c a n 仰o f m i c r 钟p s u h t i 仰 物理方法 锅包法 空气悬浮成膜法 喷雾法 喷雾干燥法( 本试验选用方法) 喷雾冷凝法 喷雾包埋法 唼雾缩聚法 包结络合法 多孔离心法 旋转悬浮分离法 挤压法 静电结合法 物理化学方法 复合凝聚法 单凝聚法 油相分离法 干燥浴法 水浴干燥法 油相干燥法 熔化分数冷凝法 粉末床法 1 3 1 作为芯材的海豹油来源与功用 海豹油海狗油( s c a l0 i l ) 来源于海豹科动物海豹p h o c a v i t u l i n a ( l ) 的脂肪油。该药 收载于纲目拾遗、中药大辞典等。取海豹的脂肪，入锅熬炼滤取净油，即可药用： 其性热，善消利。治三焦浊逆之气，能清水脏积寒、停饮 余霜裂。在理想的条件下提炼 出的海豹油，可含有q3 脂肪酸2 5 左右，是自然界最好的q3 脂肪酸的来源。目前知道 q3 脂肪酸对人体有重要的生理功能。尤为重要的有三种：二十碳 烯酸 ( e i c o s 印e n t a e n o i ca c i d ，e p a ) 、二十二碳五烯酸( d o c o s 印e u t a 【e n o i ca c i d ，d p a ) 、二十= ： 碳六烯酸( d o c o s a i l e x a e n o i ca c i d ，d h a ) ，其分子结构如下： 9 前 言 八= k 入j 人扒。o 伽 e p ac 2 0 h 3 a 0 2分子量3 0 2 _ 3 5 忙八= 艇艇忙八h d p ac 2 2 h 3 4 0 2分子量3 3 0 6 1 八c 口= = = = 入。0 0 h d h a c 2 2 h 3 2 0 2分子量3 2 8 4 8 图2e p 、d p 、o h 的分子结构围 f 培2m o l 髓h t 鼬c t u eo fe 队、p a 、d h a 这三种q3 脂肪酸在人体新陈代谢中都是“必须脂肪酸”( e s n t i a l f h t t ya c i d ) ，即人 体本身不能合成，一定要在天然食物中吸取而来。e p a 俗称“血管清道夫”，具有防止 血管硬化和心脏血管拴塞、降低高血压及胆固醇等作用。用于冠状动脉硬化、脑中风、 脑溢血、脑血管障碍、手脚麻痹、心悸等心脑血管疾病。在人乳分析中，d p a 的含量很 高，这说明它是人类，尤其婴幼儿生长过程中的一种很必须很重要的脂肪酸。此外，d p a 在海豹油中含量高，是鱼油及其它食品所缺乏的，它可促进和提高人体的免疫力，对糖 尿病、类风湿性关节炎、牛皮癣、大小肠炎等有治疗作用。d h a 俗称“脑黄金”，是脑 组织和视神经发育及功能发挥所必须的物质，可促进婴幼儿智力开发和智商提高，增强 记忆力，预防和治疗老年痴呆症。由于d h a 、e p a 及d p a 易氧化，给加工和保藏带来 了困难。而将d h a 和e p a 进行微胶囊包埋，可防止由于氧、光照等造成的氧化变质掩 盖不良风味和色泽：便于食品加工、保存；并可作为营养强化剂添加于不同的食品中， 改善食品的营养和保健功能，提高食品的附加值。 l - 3 2 大豆蛋白作为微胶囊壁材的特点 大豆蛋白足一种安全可靠、营养价值很高的食用蛋白资源。大豆蛋白的分类情况如 表2 所示( 杜长安、陈复，1 9 9 8 ) 。 1 0 沈阳农业大学硕士学位论文 裹2 大豆蛋白的分类情况表 1 i b i e 2c h 鹞i 鼬6 蛐缸s o y b h np r o 虹妯 分类依据分类情况 按化学组成的复杂程度 分类 按分子的形状分类 按生理功能分类 按免疫学分类 按离心沉降系数分类 按基本分子结构分类 简单蛋白( 可按溶解度细分为清蛋白、球蛋白、醇溶 蛋白、谷蛋白等) 、结合蛋白 球蛋白、纤维蛋白 结构蛋白、生理活性蛋白、储存蛋白 球蛋白、a p ，t 伴球蛋白 2 s ，7 s 1 i s ，1 5 s 球蛋白、醇溶谷蛋白( d a 蛳f u s i i i n l a ，1 9 9 1 ) 在按离心分类法分出的四个组分中，7 s 与l l s 为主要成分。它的s h 和s s 的含量 对其功能性影响很大。7 s 分子为三聚体，l l s 分子为六聚体。二级结构中有a 螺旋、反 平行p 结构、p 转角，疏水性氨基酸在其内部形成疏水区，外面被亲水外壳所包围，这 些亚基间又彼此结合形成复杂的结构( d 删if u s h i m a ，1 9 6 8 ) 。因此，大豆蛋白对酶解 有很强的抵抗力，酶解速度程度与大豆蛋白分子结构被破坏程度成正比( f u s b j m ad ， 1 9 8 6 ) 。 大豆分离蛋白由脱脂粕提取而成，它具有良好的功能性，如乳化性、持水性、起泡 性、凝胶性、吸油性等，在食品工业中有着广泛的应用。但在实际应用当中也有一些不 利的方面，如：分散性差、豆腥味重等。大豆蛋白经酶水解，虽然能提高在水中的分散 性，但同时也带来一些问题，如苦涩味和相应的一些功能性变化，在实际应用中应予以 注意。 此外s p i 在作为微胶囊壁材时还有抑制油脂氧化的作用。不仅是因为微胶囊壁基质 具有阻止外界氧气扩散至芯材的物理阻隔作用( s k a 愀，1 9 9 8 ：y m a t s 啪扎e ta l ，1 9 9 4 ： j y w a i l g ，e ta i ，1 9 9 l ；j y w 抽g ，e ta l ，1 9 9 1 ) ，在不添加外来抗氧化剂的情况下，作为微 胶囊壁材主要成分的s p i 也具有一定的抗氧化性。现有很多关于蛋白质抑制油脂氧化的 报道( y m a t s 啪a e ta l ，1 9 9 4 ；j y w h g ，e ta l ，1 9 9 l ：j y w 抽g ，e ta j ，1 9 9 1 ；m h a t t o r i ，e t a 1 1 9 9 8 ) 。另外，经双酶改性的s p i 具有很高的分子量，s k 丑w 船e 认为，高分子量的蛋 白质会更加有效地将油脂包埋，与氧隔绝( s k a 啪s e ，1 9 9 8 ) 。蛋白质抗氧化的能力可 能来源于与油脂氧化产生的自由基进行反应( w t t o u b a l ，1 9 7 l ：f a n d r c w s e ta l ，1 9 6 5 ) ， 还可能来源于残留在蛋白质中的酚类化合物( 如生育酚) ，或蛋白质螯合金属离子的能 力。油脂与蛋白质强烈的亲和力也可能阻止氢的释放或与氧的结合，从而延缓氧化 前言 ( m k a r e l ，e t a l ，1 9 7 5 ；z y c h e 轧e ta l ，1 9 9 1 ) 。蛋白质抑制油脂氧化的确切机理尚不十 分清楚，仍在探索之中。 1 3 3 喷雾干燥微胶囊化的优点( j u d i ed - d z i e z a l ( ，1 9 8 8 ) 微胶囊化方法有很多，比如喷雾干燥法、喷雾冻凝法、空气悬浮法、分子包接法、 水相分离法、油相分离法、挤压法、锐孔法和凝聚法。喷雾干燥法开始出现在1 9 3 0 年， 那时是用阿拉伯胶作壁材包埋风味物质。与其他方法比较起来，喷雾干燥法具有以下几 个特点： i 、此法可连续生产，且批量可大可小： i i 、生产操作简单，只有两三个关键工序，食品行业的技术及管理人员易于接受； 、全部生产设备是食品工业常用设各，无专用设备，很易实现生产； 、该方法是把液体原料粉末化的最简单经济的方法，在食品企业容易推广； v 、该法生产过程中无废水、废物产生，是最符合环保要求的方法； 、此法工艺成熟： 、水分蒸发使干燥过程中微胶囊芯材的温度在1 0 0 以下，颗粒与热源接触的时 间最多只有几秒，使不稳定芯材微胶囊化成为可能。 因此，选择喷雾干燥法生产微胶囊化粉末海豹油。 ， 厂 f 引风机 旋，吼分离基 乳化液压鲭空气 微胶l 成品 囝3 喷雾干燥工艺流程 h g 31 h h n o l 蟾i h in o wc h _ r to f s p n yd r y i n g 釜凡机 沈阳农业大学硕士学位论文 1 3 4 微胶囊的应用发展前景 微胶囊技术作为一种食品加工新方法，在欧美已十分普遍，每年申报的微胶囊技术 的专利就达上百件。利用微胶囊技术生产的产品已成为国际现代食品工业中一类十分重 要的配料，例如在美国有6 0 的固体饮料采用徼胶囊技术工艺生产。但我国食品工业对 该技术的应用研究起步较晚，基础研究进行了不少，同时涉及制药、化工等各领域( 董 春玲等，1 9 9 9 ) 。在食品工业中虽然也有微胶囊技术制取固体饮料、固体氨基酸的研究， 但其结果与生产规模仍处于探索阶段，且处于落后位置，微胶囊产品主要还以进口为主。 i 习此，我国还需要进一步开展微胶囊技术的应用及基础理论的研究。微胶囊技术发展历 史虽短，但给食品工业带来了极大的革新和进步，许多食品方面的难题都因该技术的出 现而得到解决。微胶囊技术，因其本身的特性，能有效地解决天然风味成分的加工、保 存及再现等问题，可应用于食用酶、抗氧化剂、香料、色素、维生素、肉制品、乳制品 等方面，其社会效益及潜在的经济效益相当可观。鉴于微胶囊技术带来的巨大优越性， 目前越来越多的科学工作者正把微胶囊技术应用于更为广泛的领域中，而且未来还可能 有其他用途。现在微胶囊技术已被国际上列为2 l 世纪重点研究开发的高新技术。随着 科技工作者的不断探索和研究，以及新材料、新设备的不断出现，我国在微胶囊技术方 面将日趋成熟，其发展前景广阔，可使我国食品行业有一个新的飞跃。 材料与方法 第二章 2 1 主要试验材料 大豆分离蛋白( 蛋自质含量9 0 ) 中性蛋白酶( 活力2 0 万u 儋) 谷氨酰胺转胺酶( 活力1 0 0 以) d - 0 2 6 高分子量标准蛋白 金龙鱼大豆色拉油 海豹油 明胶生化试剂 蔗糖脂肪酸酯 麦芽糊精 2 2 主要试验仪器 r 、，a 3 d 型快速黏度分析仪 p h s 3 c 精密p h 计 u v l 6 0 0 紫外可见分光光度计 电子天平 定时恒温磁力搅拌器 h h - 2 数显恒温水浴锅 h i m a cc r 2 1 g 高速冷冻离心机 垂直板电泳仪 b x 4 l t f 型显微照相机 i b 5 型离子溅射仪 s 4 5 0 型扫描电子显微镜 s r h 6 0 7 0 实验型均质机、 l p g 一5 型高速离心喷雾干燥机 2 3 试验设计 材料与方法 哈尔滨黎明植物蛋白厂 广西南宁庞博生物工程有限公司 江苏一鸣精细化工有限公司 北京市莱博生物实验材料研究所 营口渤海油脂工业有限公司 美国独资吉林日晖生物科技有限公司 沈阳市东兴试剂厂 柳州三柳食品化工有限公司 长春帝豪食品发展有限公司 澳大利亚n e w p o r t 公司 上海雷磁仪器厂 北京瑞利分析仪器公司 北京赛多利斯仪器系统有限公司 上海雷磁仪器厂新泾分厂 常州国华电器有限公司 日本日立公司 北京市六一仪器厂 同本o l y m p u s 公司 e i k o 公司 r 本m 1 a c h i 公司 上海申鹿均质机有限公司 常州市一步干燥设备厂 2 - 3 is p l 的酶解反应按一定底物浓度称取s p l 于反应瓶中，加入适量蒸馏水，搅拌。待 s p i 溶解后，在恒温水浴中搅拌并调温度至所需值。同时用1 5 h c l 溶液调节至所需的数 值，加入一定量的中性蛋白酶进行水解反应，以o 1 f n 0 1 l n a o h 溶液调节p h 值，使p h 值 波动范围小于0 1 ，反应到预定时间后记下加入的n a o h 体积数，将酶解液迅速在1 0 0 水 浴3 m i n 钝化蛋白酶。根据滴入的n a o h 体积计算水解度。水解度( t i l ed e g r e eo f h y d m i y s i s ， 1 4 沈阳农业大学硕士学位论文 d h ) 的控制和计算根据p h s t a t 法( j e n s a d l e r n i s n ，1 9 7 9 ) 。 2 3 1 1 酶解时间的影响 控制酶的添加量为3 0 0 0 u 幢s p i ， s 】( 底物浓度) 为1 0 ，温度5 0 ，p h 为7 0 时反应， 设计时间因素试验时采用o 2 5 h 、o 5 h 、1 o h 、1 5 h 、2 o h 五个梯度。 2 3 1 - 2 酶解温度的影响 控制酶的添加量为3 0 0 0 u 幢s p i ， s 】为l o ，p h 为7 0 ，反应时间l h ，设计温度因素梯度 变化为4 0 、5 0 、6 0 、 7 、8 。 2 3 1 3p h 值对酶解的影响 控制酶的添加量为3 0 0 0 u 幢s p i ，【s 】为1 0 ，温度5 0 ，反应时间l h ，设计p h 因素梯度 变化为6 o 、6 5 、7 0 、7 5 、8 o 。 2 3 1 4 中性蛋白酶浓度的影响 控制 s 】为l o ，p h 为7 ，温度5 0 ，反应时间l h 。设计酶的梯度浓度为1 0 0 0 吨、2 0 0 0 咄、3 0 0 0 昨、4 0 0 0 吨、5 0 0 0 蟾s p i 。 2 3 2 m t g 改性s p i 的制作 将酶解后的s p i 溶液加入谷氨酰胺转胺酶，m r g 用量为0 3 “gs p i ，p h 7 0 ，5 0 下反应 1 h 。 2 3 3 微胶囊化海豹油的制备方法 称取一定量的经双酶复合改性的s p i ，加入明胶，用蒸馏水在6 0 7 0 水浴加热溶 解，加入麦芽糊精，搅拌均匀，使壁材全部溶解，冷却至4 0 左右，加入海豹油和蔗糖酯， 用电磁搅拌器高速搅拌5 i n i n ，经高速搅拌后在均质机上4 0 m p a 压力下均质三次制得乳状 液，然后进行喷雾干燥。 图4s p i 的复合改性及微胶囊化海豹油的完整工艺流程 f i g 4t h h i t 代h 呐i o g i c - ip r 髂so r c o m p n h e n s j v em o d i 矗曲t i o n 帅s p i - 耐m i c r n c a p 川i _ t i o ns 拍io i i 材料与方法 2 3 4 微胶囊化海豹油壁材的精选 2 3 4 1 固形物含量对乳化液稳定性和粘度的影响 取蔗糖酯含量为1 ，按比例添加麦芽糊精和明胶，加入相当于壁材3 0 ( w ，w ) 的 海豹油，分别配成固形物浓度为1 5 、2 0 、2 5 、3 0 ( w ，w ) 的溶液。搅匀，测定乳 化液稳定性和粘度。 2 3 4 2 乳化剂( 蔗糖酯) 含量对微胶囊化效果的影响 取固形物浓度为2 5 ( w ，w ) 的溶液，按比例添加麦芽糊精和明胶，加入相当于壁材 2 5 ( w ，w ) 的海豹油，使蔗糖酯含量分别为o 、o 2 5 、o 5 、o 7 5 、1 o 和1 2 5 ， 搅匀，再经4 0 m p a 高压均质三次，喷雾干燥，测定产品的微胶囊化效率和产率。 2 3 4 3 不同种类的麦芽糊精对微胶囊化效果的影响 取固形物浓度为2 5 ( w ，w ) ，蔗糖酯含量为l 的溶液，添加适量明胶，加入相当于 壁材2 5 ( w ，w ) 的海豹油，加入d e 值分别为1 2 、2 0 、2 9 的麦芽糊精。搅匀，再经4 0 m p a 高压均质三次，喷雾干燥，测定产品的微胶囊化效率和产率。 2 3 4 4 海豹油添加量对微胶囊化效果的影响 取固形物浓度为2 5 ( w ，w ) ，蔗糖酯含量为1 的溶液，按比例添加麦芽糊精和明胶， 使芯材海豹油分别为壁材量的2 0 、2 5 、3 0 、3 5 、4 0 ，搅匀，再经4 0 m p a 高压均 质三次，喷雾干燥，测定产品的微胶囊化效率和产率。 2 3 5 微胶囊化海豹油干燥工艺参数的确定 2 3 5 1 均质压力对微胶囊化效果的影响 按最佳壁材配比，加入海豹油，搅匀，分别采用压力2 0 m p a 、3 0 m p a 、4 0 m p a 、5 0 m p a 、 6 0 m p a 对乳液均质三次，然后按进风温度1 9 0 、出风温度l o o 进行喷雾干燥，分别测 定所得产品的效率和产率。 2 3 5 - 2 均质次数对微胶囊化效果的影响 按最佳壁材配比，加入海豹油，搅匀，采用压力4 0 m p a 对乳液分别均质o 、一、二、 三、四和五次，然后按进风温度1 9 0 、出风温度1 0 0 进行喷雾干燥，分别测定所得产品 的效率和产率。 2 3 5 3 进风温度对微胶囊化效果的影响 按最佳壁材配比加入海豹油，搅匀，4 0 m p a 压力下对乳液均质三次，然后分别选取 进风温度为1 7 0 、1 8 0 、1 9 0 、2 0 0 、2 l o ，出风温度为l o o 进行喷雾干燥，分 别测定所得产品的效率和产率。 2 3 5 4 出风温度对微胶囊化效果的影响 1 6 沈阳农业大学硕士学位论文 按最佳壁材配比，加入海豹油，搅匀，4 0 m p a 压力下对乳液均质三次，选取进风温度 1 9 0 ，出风温度分别选取8 5 、9 0 、9 5 、1 0 0 、1 0 5 进行喷雾干燥，分别测定所 得产品的效率和产率。 2 4 试验分析方法 2 4 1 蛋白酶活力测定方法一紫外分光光度法( q b l 8 0 5 3 9 3 ) 蛋白酶活力的定义：指在标准条件下( 3 7 ，规定p h 值，2 7 5 砌) ，l m i n 内水解标准酪蛋白 释放出的三氯乙酸可溶物在2 7 5 n m 的吸光度与l 微克酪氨酸相当时所需的酶量为1 个单 位。 蛋白酶酶活眦) 等糕 取5 m l 酪蛋白溶液于具塞试管中，3 7 l 预热2 m i n 后，准确加入样品测定液l m l ，反 应1 0 m i n 后，迅速加入5m l 三氯乙酸溶液以终止反应，保温2 0m i l l 后过滤，滤液用紫外分 光光度计测定2 7 5 啪处的吸光度a ，