食物蛋白质与带电乳化剂的相互作用的制作方法

专利名称：食物蛋白质与带电乳化剂的相互作用的制作方法
技术领域：
本发明涉及由蛋白质与乳化剂相互作用而获得的结构，更具体而言涉 及包含由至少一个脂质层包被的蛋白质超分子核的结构。本发明也包括获 得这些结构的方法和包含这些结构的食物组合物。
背景技术：
蛋白质是复杂结构，其在溶液中可被许多因素(热、pH、盐浓度等) 容易地破坏。
可对破坏进行控制以形成蛋白质超分子装配体，其为生物学上有用的 结构。
超分子装配体例如已经以蛋白质聚集体的形式用于食品应用，并逐渐 用作乳化剂和脂肪的部分替代品。
US 6767575 Bl公开了聚集体乳清蛋白产品的制备，其中通过酸化和 加热使乳清蛋白变性。因此获得的蛋白质聚集体用于食品应用中。
GB 1079604描述了千酪制备中的改进，其中在最适pH值处对乳清蛋 白进行热处理，以获得不溶解的乳清蛋白，随后将其加入到原料乳中。
WO 93/07761涉及提供干的微粒蛋白质产品，其可用作脂肪替代品。
US 5750183公开了用于产生蛋白质微粒的方法，所述蛋白质微粒用作 不含脂肪的脂肪替代品。
在WO 91/17665中也公开了蛋白质脂肪替代品，其中所述蛋白质是水 可分散的微粒化变性乳清蛋白形式。
用于食物的来自乳清的脂肪替代产品公开于WO 92/18239中。通过将 颗粒装入脂质体膜内来制备所述替代品，以产生极佳口感。
5除了食品应用外，蛋白质也存在于许多药物组合物和化妆品组合物中。
然而，这些结构遇到的问题包括这样的事实它们对环境敏感、它们 的味道或质地不总是人们想要的，并且它们的溶解性受限于特定的pH值和 介质(通常是亲水溶剂)。
因此仍然需要克服这些缺点。
发明目的
因此，本发明的目的是提供应用范围更广的蛋白质超分子结构。 发明概述
因此，在本发明第一方面中提出包被的变性超分子蛋白质核结构，其 中所述包衣包含至少第一脂质单层，所述脂质单层基本上静电结合到蛋白 质核。
在第二方面，本发明涉及脂质体样结构，其包含脂质双层外壳包被的
变性超分子蛋白质核。
脂质包被的超分子蛋白质棒结构属于本发明的其它方面。
本发明还包括形成包被的变性超分子蛋白质核的方法，所述方法包括
步骤
a. 制备变性超分子蛋白质结构的溶液
b. 调整所述溶液的pH，使得所述蛋白质结构与步骤c中所用的脂质 带相反电荷，和
e.通过静电将脂质结合到所述超分子结构上，以形成包围超分子蛋白 质核的脂质单层。
在其它方面提供了在pH与所述蛋白质等电pH相等的溶液中溶解蛋 白质超分子结构的方法，所述方法包括步骤
a.用包含脂质双层的包衣包被所述蛋白质超分子结构，使得所述脂质 双层基本上静电结合到所述蛋白质超分子结构上。
类似地，提供了在疏水介质中溶解蛋白质超分子结构的方法，所述方
6法包括步骤
a.用包含至少第一脂质单层的包衣包被所述蛋白质超分子结构，使得 所述脂质单层基本上静电结合到所述蛋白质超分子结构上。
权利要求1至21任何一项的结构在食物组合物、化妆品组合物中的用 途及它们用作生物活性物质的载体的用途也构成了本发明的一部分。
最后，包含权利要求1至21任何一项的结构的食物組合物和化妆品组 合物属于本发明的其它方面。
附图
参考附图中显示的一些实施方案，于下文进一步描述了本发明，其中 -图l显示用带电脂质静电包被的带正电的超分子核， -图2显示第二层包被步骤，其产生脂质体样结构， -图3显示形成具有脂质单层的蛋白质棒的步骤， -图4比较了pH 4.3下在无硫酸化油酸丁酯(上图)和有硫酸化
油酸丁酯(下图)的情况下超分子乳清蛋白的微分干涉相差(DIC)
图像，
-图5描述了乳清蛋白聚集体和带负电脂质在pH高于所迷蛋白 质的等电pH、低于所述蛋白质的等电pH和接近于所述蛋白质的等电 pH时的行为，
-图6是迁移率相对于脂质浓度的曲线图，
-图7是在形成过程中本发明结构的直径相对于脂质浓度的曲 线图，
-图8显示了 j5-乳球蛋白棒的透射电子显微图像和用硫酸化油酸
丁酯获得的所得复合体的DIC和偏振光图像，
-图9显示p-乳球蛋白棒-硬脂酰乳酸钠复合体的DIC图像，并且 -

图10显示p-乳球蛋白棒-DATEM ( 二乙酰酒石酸单甘油酯)复
合体的图像。
7发明详述
本发明涉及由脂质包被的超分子蛋白质核。"超分子蛋白质核，，指任何 类型的结构，其包含至少多于一个蛋白质分子，并且其中所述蛋白质处于
变性状态。该蛋白质可进行热变性、物理变性或化学变性。参照图1和图3， 所述蛋白质核是带电的并且由至少一层带电脂质包被。
本发明提供形成包被的变性超分子蛋白质核的方法，所述方法包括步 骤首先制备变性超分子蛋白质结构的溶液，其次调整所述溶液的pH使 得所述蛋白质结构与用于后续步骤中的脂质带相反电荷，最后经静电将脂 质结合到超分子结构上以形成围绕所述超分子蛋白质核的脂质单层。
方法中的第一步由制备变性超分子蛋白质结构的溶液构成。所迷超分 子核因而由变性蛋白质的装配体组成。所述核可采用微团、聚集体(纤维 状，如棒状或球形)、或凝胶的形式。
用于产生这些超分子结构的方法为本领域所熟知。它们通常包括天然 蛋白质在某一pH、某一蛋白质和盐浓度条件下进行热变性，以诱导蛋白质 水溶液的聚集或凝胶化。所述核因而可以是蛋白质微团、蛋白质聚集体、 蛋白质棒或蛋白质凝胶。
为了形成本发明的超分子蛋白质核，可使用选自植物或动物来源的任 何蛋白质。其可包括大豆蛋白质、乳蛋白质(乳清蛋白、P-乳球蛋白、酪 蛋白、牛血清白蛋白等)、卵清蛋白、肉蛋白等。然而优选地，所述超分
子核不基于酪蛋白。
在第二步中，调整包含超分子蛋白质核的溶液的pH,使得所述蛋白质
结构与用于包被它们的脂质带相反电荷。聚集的变性蛋白质的颗粒可携带 总体正电荷，或总体负电荷。优选地，所述颗粒在pH低于从中获得它们 的天然蛋白的等电pH时带正电。
该pH值可与形成超分子核所需的pH值不同。优选地，根据随后步 骤中用于包被的脂质，将pH调整至低于5，甚至低于4，优选调整至pH3。 在这些pH值处，所述超分子结构优选带正电，使得它们在随后步骤中经 静电结合到带负电的脂质上。然后离子络合步骤在于向超分子蛋白质结构的溶液中提供带负电的脂质。
因此，所得结构包含具有至少脂质单层包衣的带电蛋白质核。
蛋白质核的大小可从100nm变化至lOOnm,优选在100nm到lO^im
之间，并可通过用于形成所述蛋白质核的方法进行控制。本领域技术人员 将知道为了得到想要的核大小该使用哪种方法。宽范围大小可变性的优点 是根据想要的应用可相应地调整所述核的大小。所述核形状可以是球形的， 或类似棒状的。
根据本发明的实施方案，本发明的结构包含由脂质包被的超分子蛋白 质棒。为了产生棒状蛋白质超分子核，可使用蛋白质如(3-乳球蛋白、牛血 清白蛋白或卵清蛋白。优选地，P-乳球蛋白用作所述蛋白质。
用于获得这种结构的方法包括在80。C加热包含浓度为25 g/L的天然 蛋白质和氯化钠(O,OIM)的水溶液(pH2) IO小时。在这些条件下，变 性蛋白质进行装配以形成超分子蛋白质棒。可通过形成条件监测棒的大小， 并且所述棒的大小可在2nm至7nm之间变动。根据本发明，所述棒由脂 质包衣包被(如图3中所示)。优选地，所述脂质包衣基本上静电结合到 蛋白质棒上。
根据在形成并与硫酸化油酸丁酯络合后调整棒的溶液至pH3，在图8 中进一步图解了该方法。图8中偏振光成像和微分干涉相差(DIC)成像 显示棒/硫酸化油酸丁酯(SBO )复合体在pH3处沉淀。图9和10进一步 显示具有硬脂酰乳酸钠(SSL)的p-乳球蛋白棒和具有二乙酰酒石酸单甘油 酯(DATEM)的P-乳球蛋白棒分别在pH 4.2处沉淀。
参照图1和图3，带电超分子装配体因此由至少第一脂质单层包被， 所述脂质单层基本上静电结合到蛋白质核上。
为了具有基本静电结合，选择脂质使得其与所述蛋白质核带相反电荷。 在优选实施方案中，所述脂质带负电。带负电的脂质可选自^^酸化油酸丁 酯、二乙酰酒石酸单甘油酯、柠檬酸单甘油酯、硬脂酰-2-乳酸钠、乳酸单 甘油酯、硬脂酰乳酸钙、十二烷基硫酸钠等。
9核与带相反电荷的脂质之间的所得相互作用基本上是静电相互作用。
实际上，在图6显示迁移率相对于带电脂质浓度的图形中，可以看出升高 所述脂质浓度时，迁移率降低。该观察结果证实脂质层与蛋白质核之间的 结合是基本上静电结合的。此外，对电荷和大小的测量已显示在pH高于 等电pH时脂质与蛋白质核之间没有发生可检测到的相互作用(在乳清蛋 白微团和疏酸化油酸丁酯的情况下于pH7处检测)。
根据本发明的实施方案，超分子核可进一步封装食品级物质。可装入 微粒蛋白质装配体中的食品级物质例如可以是香料，或可选自任何生物活 性剂，如细菌、金属离子、酶等。优选地，所述物质是亲水的。
因此，本发明的结构可用作这些生物活性剂的载体。它们因而可发现 化妆品、药物和/或营养应用，由此需要递送灵敏的活性剂。
蛋白质核的包衣可进一步包含第二脂质单层。该第二层通常通过疏水 作用结合至第一脂质单层。因此形成了双层，其在优选实施方案中由嵌入 的单层组成。该双层形成了围绕蛋白质核的脂质外壳(参考图2),并赋 予所述结构脂质体样功能，使得这些结构可用于在生物系统中转运蛋白质
通过膜，用于胶体稳定性，用于緩释捕获的颗粒等。
用于第二单层的脂质可以是带电的或中性的。它们可以与用于第一单
层的那些相同，或者它们可以不同。中性脂质(包括兼性离子脂质)可选
自磷脂。
参照图7 (其代表其中用于第一单层的脂质与用于第二单层的那些脂 质相同的实施方案)，可以看出为了形成脂质双层，必须提高脂质的浓度。 可通过测量所得结构的直径大小来监测脂质双层的形成，或者可通过监测 超分子蛋白质核-脂质复合体的电荷来监测脂质双层的形成。在某一浓度的 脂质处，由包被一层脂质单层的蛋白质核组成的结构趋向于彼此吸引，因 而形成更大的结构。高于某个脂质浓度阈值时，形成脂质双层，并且其尺 寸减小。这种疏水驱动形成第二层脂质导致所述脂质的带电头部暴露于水 相中。
因此，根据本发明，当两层脂质单层用于包被蛋白质核时，获得脂质
10体样结构(如图2所示)。
如果带电脂质用于第二单层，脂质体样结构将具有总体带电的表面。 或者，如果中性脂质用于第二单层，脂质体样结构的表面将是中性的。
第二层，更精确地说是用于第二层的脂质所带的亲水头部例如在溶液 中胶体稳定性或在蛋白质核移位通过生物膜的可行性方面提供了脂质体样 结构的基本性质。因此，用于第二脂质层的脂质的电荷、位阻是可调节用 于专用特定目的的重要特征。
对于本发明的脂质体样结构，因所述结构是纯粹自我装配产生的食品 级结构这一事实，可在蛋白质溶解、奶粉保护等领域实现许多改进。
例如，如图4中显示，带电的脂质体样结构可允许蛋白质在接近所述 蛋白质等电pH的pH处溶解。对于乳清蛋白，该值在3.5到4.6之间。实 际上，没有包衣时，蛋白质超分子装配体(例如微团)因在等电pH处它 们表面电荷的中和作用会趋向于团聚，导致通过主要的疏水性相互作用而 聚集。具有本发明的包衣时，所述结构在接近所述蛋白质的等电pH的pH 处将不会絮凝，因为它们的表面仅带正电或仅带负电，使得所述结构相互 排斥(参考图5)。
因此，本发明提供在溶液中溶解蛋白质超分子结构的方法，所述溶液 具有与所述蛋白质等电pH相等的pH，所述方法包括步骤用包含脂质双 层的包衣包被蛋白质超分子结构，所述脂质双层基本上静电结合到所述蛋 白质超分子结构。
例如这可应用于运动饮料，其可具有低pH(大约4)，但仍具有高的 蛋白质含量，而且稳定性没有损失。
本发明的优点是脂质外壳可用作蛋白质核抵御潮湿、氧气、蛋白酶等 的保护屏障。本发明的脂质体样结构也可在干燥过程中提供免于蛋白质粉 团聚的保护。
因为蛋白质在疏水介质(油、脂肪基质等)中的溶解作用，使用本发 明结构可能增加脂肪基质的蛋白质含量的量。因此，本发明也提供在疏水 介质中溶解蛋白质超分子结构的方法，所述方法包括步骤用包含至少第一脂质单层的包衣包被所述蛋白质超分子结构，使得所述脂质单层基本上 经静电结合到所述蛋白质超分子结构上。
根据本发明，因而可改变蛋白质的表面性质，使得可期望蛋白质更宽 范围的应用。
本发明的另一优点是使用本发明的棒可将油固化。因此，它代表了脂 质氢化用于制备如人造黄油等产品的备选方案。所得产品因而不仅具有减 少量的氢化脂肪，还含有大量的蛋白质。
由于围绕蛋白质核的脂质双层，可实现蛋白质超分子结构(特别是微 团)收敛性的减少。本发明因此允许蛋白质的感观特征得到改进。
总之，本发明的结构可用于食物组合物中。
包含本发明结构的食物组合物可包括饮料、酸乳酪、冰洪淋、果汁冰 糕、宠物食品、饼干、千燥食品、奶粉、油、脂肪、固化油、奶油、人造 黄油、食品补充剂、油包水乳液等。
本发明的食物组合物可用于宽范围的营养、药物和/或化妆品应用。 这些结构也可用作亲水化合物封装和递送的納米载体。
这些结构在化妆品组合物中的用途及包含这些结构的化妆品组合物也 是本发明的一部分。典型的化妆品组合物可选自霜剂、洗剂、凝胶剂、洗 发剂、肥皂等。
通过以下非限制性实施例进一步阐明本发明。
实施例
脂质体样结构的形成
通过将天然乳清蛋白的溶液置于pH 5.8,温度85。C下15分钟来制备 乳清蛋白聚集体溶液。然后分离所述聚集体，并用于制备包含蛋白质浓度 为1.511g/L且硫酸化油酸丁酯浓度高于0.4 g/L的水溶液。将所述溶液的 pH调整至pH3，温度调整至25。C。在这些条件下，因乳清蛋白核与硫酸 化油酸丁酯之间静电自我装配，观察到包含乳清蛋白聚集体核与脂质双层 (硫酸化油酸丁酯)的脂质体样结构的立即形成。迁移率和大小的测量
使用Zetasizer Nano-ZS (Malvern, UK)在原位测量包含超分子蛋白 质装配体(例如微团)和脂质(例如硫酸化油酸丁酯)的混合样品。
通过电泳迁移率模块(eletrophoretic mobility module )(在施加电场 下微粒移动的测定)来测定迁移率(等同于复合体电荷的标志)。结果示 于图6。
通过装置的光散射模块来测定复合体的大小(测定扩散系数，拟合自 相关函数g2(t)，然后通过球状微粒的Strokes Einstein关系与大小相关)。 结果示于图7。
权利要求
1.包被的变性超分子蛋白质核结构，其中所述包衣包含基本上静电结合到所述蛋白质核的至少第一脂质单层。
2. 权利要求l的包被的变性超分子蛋白质核结构，其中所述包衣包含 经疏水作用结合到所述第一脂质单层的第二脂质单层。
3. 权利要求l或2任何一项的包被的变性超分子蛋白质核结构，其中 所述超分子核是蛋白质微团、蛋白质棒、蛋白质聚集体或蛋白质凝胶。
4. 前述权利要求任何一项的包被的变性超分子蛋白质核，其中将食品 级物质捕获在所述超分子核中。
5. 权利要求4的包被的变性超分子蛋白质核结构，其中所述食品级物 质选自细菌、金属离子、生物活性剂等。
6. 前述权利要求任何一项的包被的变性超分子蛋白质核结构，其中所 述蛋白质核不是基于酪蛋白的。
7. 前述权利要求任何一项的包被的变性超分子蛋白质核结构，其中所 述第一脂质单层包含选自硫酸化油酸丁酯、二乙酰酒石酸单甘油酯、柠檬 酸单甘油酯、硬脂酰-2-乳酸钠、乳酸单甘油酯、硬脂酰乳酸钙、十二烷基 硫酸钠等的带电脂质。
8. 权利要求2到7任何一项的包被的变性超分子蛋白质核结构，其中 所述第二脂质单层包含带电脂质或中性脂质。
9. 脂质体样结构，其包含由脂质双层外壳包被的变性超分子蛋白质核。
10. 一:又利要求9的脂质体样结构，其中至少用于所述外壳的第一单层 的所述脂质是带电脂质，使得所述核与所述第 一单层之间的相互作用是基 本上静电相互作用，并且其中选择用于第二单层的所述脂质，使得它们与 所述第一单层疏水相互作用。
11. 权利要求9或IO任何一项的脂质体样结构，其中用于所述第一单 层的所述脂质选自硫酸化油酸丁酯、二乙酰酒石酸单甘油酯、柠檬酸单甘油酯、硬脂酰-2-乳酸钠、乳酸单甘油酯、硬脂酰乳酸钾等。
12. 权利要求9到ll任何一项的脂质体样结构，其中用于所述第一单 层的所述脂质与用于所述第二单层的那些脂质相同。
13. 权利要求9到ll任何一项的脂质体样结构，其中用于所述第一单 层的所述脂质与用于所述第二单层的那些脂质不同。
14. 权利要求9到12任何一项的脂质体样结构，其中所述超分子核是 蛋白质微团、蛋白质棒、蛋白质聚集体或蛋白质凝胶。
15. 权利要求9到14任何一项的脂质体样结构，其中将食品级物质捕 获在所述超分子核中。
16. 权利要求15的脂质体样结构，其中所述食品级物质选自细菌、金 属离子、生物活性剂等。
17. 权利要求9到16任何一项的脂质体样结构，其中所述脂质体的表 面是带电的或中性的。
18. 用脂质包被的超分子蛋白质棒结构。
19. 权利要求18的超分子蛋白质棒结构，其中所述包衣包含至少一个 静电结合到所述蛋白质棒的脂质单层。
20. 权利要求18或19任何一项的超分子蛋白质棒结构，其中所述蛋 白质是P-乳球蛋白、牛血清白蛋白或卵清蛋白。
21. 权利要求18到20任何一项的超分子蛋白质棒结构，其中所述蛋 白质是变性的。
22. 形成包被的变性超分子蛋白质核的方法，所述方法包括步骤a. 制备变性超分子蛋白质结构的溶液，b. 调整所述溶液的pH使得所述蛋白质结构与用于步骤c中的所述脂 质带相反电荷，c. 将所述脂质静电结合到超分子结构以形成围绕超分子蛋白质核的 脂质单层。
23，权利要求22的方法，其中所述方法包括另一步骤通过疏水作用 结合其它脂质至所述脂质单层以形成围绕所述蛋白质核的脂质双层。
24. 在溶液中溶解蛋白质超分子结构的方法，所述溶液具有与所述蛋 白质等电pH相等的pH，所述方法包括步骤a.用包含脂质双层的包衣包被所述蛋白质超分子结构，使得所述脂质 双层基本上静电结合到所述蛋白质超分子结构。
25. 在疏水介质中溶解蛋白质超分子结构的方法，所述方法包括步骤 a.用包含至少第一脂质单层的包衣包被所述蛋白质超分子结构，使得所述脂质单层基本上静电结合到所述蛋白质超分子结构。
26. 权利要求25的方法，其中所述包衣包含经疏水作用结合到所述第 一脂质单层的第二脂质单层。
27. 权利要求1到21任何一项的结构在食物组合物中的用途。
28. 权利要求1到21任何一项的结构在化妆品组合物中的用途。
29. 权利要求1到21任何一项的结构作为生物活性物质的载体的用途。
30. 包含权利要求1到21任何一项的结构的食物组合物。
31. 权利要求30的食物组合物，其中所述食物组合物是饮料、酸乳酪、 水淇淋、果汁冰糕、宠物食品、饼干、干燥食品、奶粉、油、脂肪、固化 油、奶油、人造黄油、食品补充剂、油包水乳液等。
32. 权利要求29或30任何一项的食物组合物，其中所述食物组合物 用于营养、药物和/或化妆品应用。
33. 包含权利要求1到21任何一项的结构的化妆品组合物。
全文摘要
本发明涉及由蛋白质与乳化剂相互作用获得的结构，更具体而言涉及包含由至少一层脂层包被的蛋白质超分子核的结构。本发明也包括用于获得这些结构的方法及包含它们的食物组合物。
文档编号A23J1/20GK101516206SQ200780035322
公开日2009年8月26日 申请日期2007年8月29日 优先权日2006年8月31日
发明者C·施米特, M·普祖特, R·梅曾加 申请人:雀巢产品技术援助有限公司