专利名称：糖基化谷类蛋白质－硒元素复合物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物及其制备方法。
背景技术：
硒是人体必需的微量元素之一，对人体生理机能的贡献主要表现在以下方面1)硒是谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和硒酶-磷脂过氧化氢谷胱甘肽过氧化物(PHGPX)的重要成分。GSH-Px广泛存在于哺乳动物的红细胞、肝、肺、心、肾、脑等组织，通过催化还原型谷胱甘肽(GSH)向氧化型谷胱甘肽(GSSG)转化，消除体内有害过氧化物，保护生物膜免受过氧化物所导致的损伤。PHGPX可通过抑制膜磷脂过氧化而保护生物膜。在正常情况下，人体可以清除新陈代谢所产生的自由基和脂质过氢化物，但这种功能会随年龄增长而逐渐降低。老年人缺硒会发生前列腺增生、白内障等疾病。即使是壮年人，缺硒使GSH-Px、超氧化物歧化酶(SOD)活性降低，膜细胞流动性和修复功能降低，膜依赖蛋白活性降低，促进粥样斑块的产生和发展。因而，适量补充硒可以增加GSH-Px活性，防止代谢紊乱，保护细胞膜和细胞质内的活性成分，清除过多自由基，从而达到延缓衰老的目的。
2)硒能阻止某些化学致癌物的代谢活化或拮抗其代谢物，有效地降低多种致癌物所诱发的DNA损伤，促进DNA修复，并对肿瘤细胞有直接杀伤作用。
3)硒与心血管的结构、功能及疾病发生关系密切。硒有利于将血压维持在正常水平，还能维护心血管和心肌健康。
4)硒能增强免疫功能，促进淋巴细胞增殖，促进抗体与免疫球蛋白合成。
硒在地壳中的丰度为0.000009％。天然存在的硒同位素有82Se(9.2％)、80Se(49.8％)、78Se(23.5％)、77Se(7.6％)、76Se(9.0％)和74Se(0.87％)。无机硒以氧化态存在，硒的价态为Se4+、Se6+，如Na2SeO3、Na2SeO4、CaSeO3。无机硒由肠道被动吸收而还原为硒化物，然后转运到肝脏合成可溶性硒蛋氨酸(Se-Met)，或被转运到肾脏通过尿液排出。无机硒化合物均为剧毒，一般仅用于医药品而不用于食品，其使用范围和剂量都受到严格限制。
有机硒化合物毒性远低于无机硒化合物，且生物利用率高。有机硒以还原态存在，或者与其它物质结合成络合态，硒的价态通常为Se2-。生物体内有机硒的基本形式为Se-Met、硒胱氨酸(Se-Cys)与含硒蛋白。含硒蛋白质中最主要的是GSH-Px。人工合成的有机硒有Se-Met、硒代亚油酸、硒化卡拉胶、肌醇硒酸酯等。这些产品生产工艺复杂、价格贵，难于推广应用，主要用于药物治疗。硒的生物有机化是目前研究较多的一个领域。应用补硒栽培、叶面喷洒技术，可以种植富硒茶叶、富硒油菜、富硒豆芽、富硒番茄、富硒大蒜、富硒大米、富硒小麦等蔬菜与谷物，而利用补硒喂养技术，可生产富硒鸡蛋、富硒牛奶、富硒蜂蜜、富硒酵母等。如中国专利200310110836.9“富硒红米及其生产方法和用途”公开了以亚硒酸钠水溶液对红米进行育芽的手段，经过红米的生命运动将无机硒转化为有机硒的而生产富硒红米的方法；中国专利200410012831.7“富硒蛋白质和富硒氨基酸及其制备方法和用途”公开了以富硒蚕蛹为原料制备富硒蛋白质和富硒氨基酸的方法。
人体对硒的需求量目前尚无统一标准。国际硒学会推荐的标准是人均60μg/d，美国国家科学院食品与营养委员会推荐人均50～200μg/d，中国营养学会推荐每人50μg/d。最高安全硒摄入量为400μg/d，中毒摄入量为750μg/d。世界1/5人口需补硒，我国2/3地区为缺硒区。根据中国营养学会的调查，我国成人摄硒量不足27μg/d。
普通人对硒的需求主要来自于食物。常见食品中硒含量(mg/kg)为肉类1.07，坚果0.72，海鱼0.57，谷类0.31，鸡蛋0.29～0.62，淡水鱼0.19，大豆0.09(富硒大豆0.9～4)，小麦0.04～0.71，大米0.015～0.056(富硒大米0.41～9.87)，面粉0.01～0.06，水果和蔬菜≤0.02。可见，谷类、水果和蔬菜中硒含量普遍偏低。不改变人类膳食结构的基础上，应用安全有效的补硒制品，是改善人类健康、防治硒缺乏所导致的疾病的有效途径。蛋白质是谷物食品的主要成份之一，富含人体所需的氨基酸。同时，谷类蛋白质含有大量胺基、羟基、巯基等化学基团以及分子内与分子间二硫键，可以与硒酸或亚硒酸发生离子反应或共价键合。对谷类蛋白质进行糖基化改性，使蛋白质分子羟基数目增大，便于硒酸或亚硒酸以硒酸酯、亚硒酸酯的形式键合于糖基化谷类蛋白质分子上。
发明内容
本发明的目的是提供一种糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物及其制备方法。
糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物，按重量百分比计，硒元素在复合物中的含量为0.5～1.5％。
糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物的制备方法包括以下步骤1)将谷类蛋白质粉置于去离子水中配成3～15％的悬浮液，在搅拌的同时添加饱和碱溶液调节pH值至7～12，在50～90℃继续搅拌10～30min，冷却后加入相当于谷类蛋白质重量5～20％的单糖或二糖，搅拌至单糖或二糖溶解；2)步骤1)所获得的悬浮液，在120～126℃、0.11～0.15MPa条件下进行谷类蛋白质的糖基化反应2～10min，冷却后，用饱和酸性溶液调节pH至5～7，在去离子水中透析10～20h除去无机盐；3)将透析的糖基化谷类蛋白质置于去离子水中配成3～15％的悬浮液，加入占糖基化谷类蛋白质固体重量0.9～2.7％的硒酸或0.8～2.4％的亚硒酸，搅拌至硒酸或亚硒酸溶解，在5～50℃反应2～72h，加入乙醇沉淀，在3000～6000g条件下离心分离10～20min，获得糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物，经去离子水反复冲洗或透析后，自然凉晒干燥、低于80℃温度下烘干、或喷雾干燥，研磨至小于300目，得到含水量小于10％的淡黄色粉体。
谷类蛋白质是谷朊粉、大米蛋白粉或玉米醇溶蛋白。单糖是葡萄糖、甘露糖、果糖或阿拉伯糖，二糖是麦芽糖、乳糖或蔗糖。碱性溶液为NaOH、NaHCO3、Na2CO3水溶液或氨水。酸性溶液为醋酸、盐酸、牛磺酸、柠檬酸水溶液。喷雾干燥采用的分散剂是失水山梨醇单月桂酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯、失水山梨醇单硬脂酸酯或失水山梨醇单油酸酯。
本发明的优点是1)在高温、高压条件下进行谷类蛋白质与单糖或二糖的Maillard反应，制备糖基化谷类蛋白质，生产工艺简单；2)利用糖基化谷类蛋白质基团的活性化学与硒酸或亚硒酸的强氧化性，在较低温度下反应而形成复合物，生产成本低；3)糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物与胃肠道粘膜的亲和性高，大大提高了硒元素在人体内的吸收率；只有糖基化谷类蛋白质在胃肠道中被消化、水解后，硒元素才会释放出来并发挥其生理机能，提高了硒元素的使用安全性；4)糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物易于与面粉混合，形成均匀分散系，使用方便。
具体实施例方式
本发明使用的蛋白质是谷朊粉、大米蛋白粉或玉米醇溶蛋白。
谷朊粉也称活性小麦面筋，是以小麦面粉为原料深加工提取的一种天然植物蛋白质。合适的谷朊粉可以从蛋白质含量≥75％(干基)的商业产品中选择，如可从上海旺味食品有限公司、河南省天冠植物蛋白有限公司、安徽省桐城市乐健食品有限公司购买谷朊粉。
大米蛋白粉是从大米粉、米渣或米糟中制取的一种高纯度的大米蛋白产品，其蛋白含量≥80％(干基)。从大米粉、米渣或米糟中提取大米蛋白质的技术是公知的，如在如下文献中有述，该文献引入本文作为参考“王章存，姚惠源大米蛋白质提取技术.研究粮食与饲料工业，2003，(8)37-38.”另外，中国专利03134973.0公开了“从大米中提取大米蛋白的方法”，中国专利03134972.2公开了“碱法提取大米蛋白的方法”，中国专利200410039303.0公开了“以大米为原料提取大米蛋白并制大米淀粉的工艺方法”。合适的大米蛋白粉也可以从蛋白质含量≥80％(干基)的商业产品中选择，如可从桂林红星生物科技有限公司购买大米蛋白粉。
从玉米蛋白粉(也称玉米麸质粉)中提取玉米醇溶蛋白的技术使公知的，如在如下文献中有述，该文献引入本文作为参考“张钟，齐爱云玉米醇溶蛋白提取工艺及功能性质研究，粮食与饲料工业，2004(9)21-23.”中国专利00101222.3公开了“用玉米谷朊制备醇溶玉米蛋白膜”的技术，其中描述了从玉米蛋白粉中提取玉米醇溶蛋白的方法。
糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物的制备分两步进行，第一步是往碱性谷类蛋白质悬浮液中添加单糖或二糖，在高温、高压条件下使谷类蛋白质与单糖或二糖发生Maillard反应，利用谷氨酰胺等侧链胺基与单糖或多糖的醛基反应而将单糖或多糖单元接到蛋白质分子上，从而使蛋白质分子的羟基密度增大。蛋白质与还原性糖类间的Maillard反应可以在低温下自发进行，但反应时间通常需要几天；该反应也可以在较高温度如120℃下进行(Brands C.M.J.，van BoekelM.A.J.S.，Reactions of Monosaccharides during Heating of Sugar-Casein SystemsBuilding of a Reaction Network Model.J.Agric.Food Chem.，2001，494667-4675)。本发明采用高温、高压条件实现Maillard反应，大大缩短糖基化蛋白质的制备时间。
第二步将硒元素重量占糖基化谷类蛋白质固体重量0.5～1.5％的硒酸或亚硒酸加入糖基化谷类蛋白质悬浮液中，在5～50℃反应2～72h，实现硒元素与糖基化谷类蛋白质的共价或离子键合。对于硒酸，所涉及的化学反应包括羟基酯化胺基酰化与离子化苯环临位取代 与硒-硫键的形成对于亚硒酸，所涉及的化学反应主要包括采用高温、高压条件控制谷类蛋白质糖基化反应是本发明的关键之一。本发明的小批量生产可以采用高压锅，而大批量生产应采用高压反应釜。为防止酸性挥发气氛所造成的腐蚀，高压锅或高压反应釜内需配备防腐蚀衬里或涂层。
糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物为淡黄色固体粉末，清洗完毕后可自然凉晒干燥、在低于80℃温度下烘干、或喷雾干燥，研磨至小于300目，得到含水量小于10％的白色粉体。
为保证糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物作为食品添加剂的安全性，本发明推荐将清洗后的糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物置于透析袋中，采用去离子水进行透析，然后将透析的糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物进行干燥、研磨、包装。
如选用喷雾干燥，则需将经清洗或透析处理的糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物制浆，并加入分散剂。适用于本发明的分散剂有严格的要求，应是食品级的，其用量应在食品添加剂的允许量之内。推荐使用的分散剂是失水山梨醇单月桂酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯、失水山梨醇单硬脂酸酯或失水山梨醇单油酸酯。加入分散剂的目的，是降低浆料的粘度，使高浓度浆料的喷雾干燥容易实施，从而降低干燥能耗。适用于本发明的喷雾干燥设备是常规性的，技术上是众所周知的。
以下结合具体实例进一步说明本发明。
实施例1以谷朊粉、葡萄糖、硒酸为原料制备糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物的制备方法，包括以下步骤1)称取20g谷朊粉置于烧杯中，用去离子水中配成3％的悬浮液，在电磁搅拌的同时添加饱和NaOH溶液，调节悬浮液pH值至7，在50℃继续搅拌30min，冷却后加入4g葡萄糖，搅拌至葡萄糖溶解；2)将悬浮液置于高压锅内，在120℃、0.11MPa条件下进行糖基化反应10min，冷却后，用饱和醋酸溶液调节pH至5，置于透析袋中用去离子水中透析10h除去无机盐；3)将透析的糖基化谷类蛋白质用去离子水中配成3％的悬浮液，加入0.6g硒酸，搅拌至待硒酸溶解，在5℃反应72h，加入1500ml 95％乙醇沉淀，在3000g条件下离心分离20min，获得糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物，置于透析袋中，用去离子水透析3天，每天换水一次，将透析产物过滤，在70℃温度下烘干，研磨至粒径小于300目，装袋。产品中硒元素含量为1.5％。
实施例2以谷朊粉、甘露糖、亚硒酸为原料制备糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物的制备方法，包括以下步骤1)称取10g谷朊粉置于烧杯中，用去离子水中配成15％的悬浮液，在电磁搅拌的同时添加饱和NaHCO3溶液，调节悬浮液pH值至12，在90℃继续搅拌10min，冷却后加入0.5g甘露糖，搅拌至甘露糖溶解；2)将悬浮液置于高压锅内，在126℃、0.15MPa条件下进行糖基化反应2min，冷却后，用饱和盐酸溶液调节pH至7，置于透析袋中用去离子水中透析20h除去无机盐；3)将透析的糖基化谷类蛋白质用去离子水中配成15％的悬浮液，加入0.08g亚硒酸，搅拌至待亚硒酸溶解，在50℃反应2h，加入150ml 95％乙醇沉淀，在6000g条件下离心分离10min，获得糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物，置于玻璃漏斗中，用去离子水冲洗5次，在常温下自然晾干，研磨至粒径小于300目，装袋。产品中硒元素含量为0.5％。
实施例3以大米蛋白粉、果糖、硒酸为原料制备糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物的制备方法，包括以下步骤1)称取1Kg大米蛋白粉置于烧杯中，用去离子水中配成10％的悬浮液，在电磁搅拌的同时添加饱和Na2CO3溶液，调节悬浮液pH值至9，在70℃继续搅拌15min，冷却后加入50g果糖，搅拌至果糖溶解；2)将悬浮液置于高压反应釜内，在124℃、0.13MPa条件下进行糖基化反应5min，冷却后，用饱和牛磺酸溶液调节pH至6，分批置于透析袋中用去离子水中透析15h除去无机盐；3)将透析的糖基化谷类蛋白质用去离子水中配成10％的悬浮液，分批加入25g硒酸，强烈搅拌至待硒酸溶解，在30℃反应24h，加入10L 95％乙醇沉淀，分批在4000g条件下离心分离15min，获得糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物；4)在3L去离子水中加入2.5g失水山梨醇单月桂酸酯，然后加入步骤3)所得的糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物，充分搅拌使混合均匀，在进风温度200℃、出风温度95℃条件下喷雾干燥，装袋。产品中硒元素含量为0.7％。
实施例4以玉米醇溶蛋白粉、阿拉伯糖、亚硒酸为原料制备糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物的制备方法，包括以下步骤1)称取20g玉米醇溶蛋白置于烧杯中，用去离子水中配成8％的悬浮液，在电磁搅拌的同时添加饱和氨水，调节悬浮液pH值至10，在60℃继续搅拌20min，冷却后加入2g阿拉伯糖，搅拌至阿拉伯糖溶解；2)将悬浮液置于高压锅内，在125℃、0.14MPa条件下进行糖基化反应8min，冷却后，用饱和柠檬酸水溶液调节pH至6.5，置于透析袋中用去离子水中透析15h除去无机盐；3)将透析的糖基化谷类蛋白质用去离子水中配成8％的悬浮液，加入0.2g亚硒酸，搅拌至待亚硒酸溶解，在10℃反应48h，加入500ml 95％乙醇沉淀，在4000g条件下离心分离15min，获得糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物；4)在300ml去离子水中加入0.01g失水山梨醇单棕榈酸酯，然后加入步骤3)所得的糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物，充分搅拌使混合均匀，在进风温度200℃、出风温度95℃条件下喷雾干燥，装袋。产品中硒元素含量为1.1％。
实施例5以大米蛋白粉、麦芽糖、硒酸为原料制备糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物的制备方法用麦芽糖代替果糖、用饱和柠檬酸水溶液代牛磺酸溶液，用失水山梨醇单硬脂酸酯代替失水山梨醇单月桂酸酯，其余条件同实例3。
实例6以玉米醇溶蛋白粉、乳糖、亚硒酸为原料制备糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物的制备方法，包括以下步骤用乳糖代替阿拉伯糖、用失水山梨醇单油酸酯代替失水山梨醇单棕榈酸酯，其余条件同实例4。
实例7以玉米醇溶蛋白粉、蔗糖、硒酸为原料制备糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物的制备方法，包括以下步骤用蔗糖代替阿拉伯糖，用硒酸代替亚硒酸，其余条件同实例4。
实施例8称取25kg小麦面粉、1g按实施例1方法制备的糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物，在搅拌器中均匀混合，包装。此时面粉中硒元素含量约为0.6mg/kg。
实施例9称取施例8方法制备的含硒面粉500g、水250g、酵母5g，置于面盆中，手工和面调制面团，常温下发酵1h。将发酵的面团作成馒头，在常温下醒发30min，然后装入锅中蒸至水沸腾后15min，制成含硒元素的馒头。
本发明提供了一种糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物及其制备方法。本发明涉及的原料来源丰富，制备方法与工艺流程简单，生产成本低廉，易于推广实施。基于本发明制得的糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物，可应用于面粉以及各种面粉食品的有机硒添加剂，提供人体所必需的硒元素。本发明制得的糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物在面粉以及面粉食品中的添加量极低，不会改变面粉食品的色泽、外观和口味，对居民膳食结构不会产生影响。
权利要求
1.一种糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物，其特征在于，按重量百分比计，硒元素在复合物中的含量为0.5～1.5％。
2.一种如权利要求1所述的糖基化谷类蛋白质-硒元素的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤1)将谷类蛋白质粉置于去离子水中配成3～15％的悬浮液，在搅拌的同时添加饱和碱溶液调节pH值至7～12，在50～90℃继续搅拌10～30min，冷却后加入相当于谷类蛋白质重量5～20％的单糖或二糖，搅拌至单糖或二糖溶解；2)步骤1)所获得的悬浮液，在120～126℃、0.11～0.15MPa条件下进行谷类蛋白质的糖基化反应2～10min，冷却后，用饱和酸性溶液调节pH至5～7，在去离子水中透析10～20h除去无机盐；3)将透析的糖基化谷类蛋白质置于去离子水中配成3～15％的悬浮液，加入占糖基化谷类蛋白质固体重量0.9～2.7％的硒酸或0.8～2.4％的亚硒酸，搅拌至硒酸或亚硒酸溶解，在5～50℃反应2～72h，加入乙醇沉淀，在3000～6000g条件下离心分离10～20min，获得糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物，经去离子水反复冲洗或透析后，自然凉晒干燥、低于80℃温度下烘干、或喷雾干燥，研磨至小于300目，得到含水量小于10％的淡黄色粉体。
3.根据权利要求2所述的糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物的制备方法，其特征在于，所说的谷类蛋白质是谷朊粉、大米蛋白粉或玉米醇溶蛋白。
4.根据权利要求2所述的糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物的制备方法，其特征在于，所说的单糖是葡萄糖、甘露糖、果糖或阿拉伯糖。
5.根据权利要求2所述的糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物的制备方法，其特征在于，所说的所说的二糖是麦芽糖、乳糖或蔗糖。
6.根据权利要求2所述的糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物的制备方法，其特征在于，所说的碱性溶液为NaOH、NaHCO3、Na2CO3水溶液或氨水。
7.根据权利要求2所述的糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物的制备方法，其特征在于，所说的酸性溶液为醋酸、盐酸、牛磺酸或柠檬酸水溶液。
8.根据权利要求2所述的糖基化谷类蛋白质-硒元素复合物的制备方法，其特征在于，所说的喷雾干燥时采用的分散剂是失水山梨醇单月桂酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯、失水山梨醇单硬脂酸酯或失水山梨醇单油酸酯。
全文摘要
本发明公开了一种糖基化谷类蛋白质－硒元素复合物及其制备方法。按重量百分比计，硒元素在复合物中的含量为0.5～1.5％。其制备方法是利用糖基化谷类蛋白质的活性化学基团与硒酸或亚硒酸反应，将人体必需的微量元素硒与蛋白质复合，制成含活性硒元素的复合物，经离心分离、过滤或者喷雾干燥制成固态粉末。该方法工艺流程简单，生产成本低廉，易于推广实施。基于本发明制得的糖基化谷类蛋白质－硒元素复合物，具有有机硒含量高、稳定性强且易吸收等特点，是一种理想的食品补硒添加剂。
文档编号A23L1/304GK1711914SQ20051005054
公开日2005年12月28日 申请日期2005年7月1日 优先权日2005年7月1日
发明者宋义虎, 郑强, 叶瑛 申请人:浙江大学