大豆蛋白‑多糖复合物的超声制备方法及功能食品的应用与流程

本发明涉及蛋白质-多糖复合物制备技术领域，特指一种以大豆蛋白和透明质酸钠为原料、采用多模式频率超声波或者逆流超声波技术制备蛋白质-多糖复合物并对叶黄素进行包埋制备功能食品的方法。

背景技术：

功能食品因含有维生素、不饱和脂肪酸、多酚类化合物或益生菌等生物活性成分，具有调节人体生理机能的功能，可以延缓和预防慢性疾病的发生。然而，许多活性成分对食品加工和储藏过程中温度、氧、光、ph和金属离子等因素敏感，易于发生氧化、异构化、聚集或降解等结构改变，导致生物活性降低或丢失。而且，疏水性和两亲性活性成分在水中溶解度非常低。这些在很大程度上限制了活性成分在食品和医药工业中的应用。天然的生物大分子(如蛋白质、多糖等)不但具有高的营养价值，而且具有多种功能特性，已被广泛用作包埋技术中的原料。因此，开发天然大分子的蛋白质-多糖复合物对生物活性成分进行包埋和保护，是发展功能性食品和药品的关键。

大豆蛋白(soyprotein)是大豆中最主要成分之一，由于大豆的品种来源以及地域的不同，其蛋白含量有所不同。大豆蛋白是植物蛋白质中最具有代表性的优质蛋白，其蛋白中氨基酸组成含量丰富被誉为植物牛奶。大豆蛋白是指将大豆浸出脱脂后，再除去一些其他成分得到的一种全价蛋白类物质。一般来说，根据蛋白质等电点控制ph4.6-5.0范围内获得的沉淀即为大豆蛋白，其占大豆质量的38％以上。在等电点处沉淀蛋白为球蛋白，未沉淀部分为清蛋白。大豆蛋白主要为球蛋白，由多种蛋白质成分构成的并存在于大豆种子中，按照离心分离系数不同，应用超速离心分离法可将其分为2s、7s、11s、15s蛋白四个主要的不同分子质量组分(s是蛋白质组分分离时的单位，1s＝1/10¹³s)。7s蛋白与11s蛋白含量较高，两者总量占总蛋白总量的70％左右，且两者的比例随大豆品种不同有所差异。

大豆蛋白营养丰富，吸收率高，来源广泛，但是大豆蛋白在某些食品体系中应用会受到限制，很难有效的充分利用，因此，国内外研究者通过改性的方法来扩大大豆蛋白的使用范围，改善大豆蛋白功能特性，使其能广泛的应用于食品中。制备具有功能性质的蛋白质-多糖复合物，减少理化改性可能带来的不利影响。适当控制蛋白质与多糖的聚合改性向有利的方向发展，成为大豆蛋白改性很有前景的方法之一。

透明质酸(hyaluronicacid,ha)是一种天然高分子糖类化合物，是唯一不发生硫酸化的糖胺聚糖，其糖链特别长。糖胺聚糖一般由低于300个单糖基组成，而ha可含10万个糖基。由于ha分子结构的特殊性，其相对分子质量(mr)分布范围很宽，从几十万到几百万不等。在溶液中ha分子呈无规则卷曲状态。由于ha分子表面有大量带负电荷的亲水性基团。可结合大量水分子。因而即使浓度很低也能形成粘稠的胶体，占据很大的空间，产生膨压。ha虽不与蛋白质共价结合，但可与许多种蛋白聚糖的核心蛋白质及连接蛋白质借非共价键结合而参与蛋白聚糖多聚体的构成。透明质酸钠固体和溶液在常温下均具有良好的稳定性，且其溶液在ph值为中性时较稳定，碱性条件下较酸性条件下稳定。由于透明质酸具有独特的分子结构和理化性质，因而其在生命体内显示出多种重要的生理功能：如润滑关节，调节血管壁的通透性，调节蛋白质、水、电解质的扩散及运转以及促进创伤愈合等。

研究发现蛋白质与多糖之间相互作用形成复合物可以克服单一组分ph敏感、稳定性差、包埋效率低的不足，对生物活性成分起到很好的包埋和保护作用。因此国内外学者进行了大量的有关蛋白质-多糖复合物的制备方法及其对生物活性成分包埋的研究。乳化法是制备复合物的常用方法，此法的不足表现在复合物的制备过程中需要添加有机溶剂、表面活性剂、戊二醛交联剂等，这些试剂的残留使复合物具有一定毒性；去溶剂法和化学交联法也涉及有毒交联剂的引入；以上三种方法不是制备复合物的理想方法。离子交联法和自组装法制备复合物，条件温和，不需要有毒的交联剂，不生成化合键，仅依靠非共价键连接，因而被广泛使用。特别是自组装法，对于营养递送系统设计而言，安全性等相对更佳。然而蛋白质与多糖毕竟是不同性质的两种大分子，仅仅通过简单自组装法进行凝聚，凝聚效果差，凝聚物对生物活性成分的包埋效率低。

为了解决这一问题，本发明引进先进的扫频式超声波和逆流超声波处理技术，希望超声波能激发蛋白质与多糖两种生物大分子溶液产生与其自身固有频率相匹配的共振频率，产生交联，获得了一种包埋效率高、ph稳定、粒径均一的蛋白质-多糖复合物，利用所得的蛋白质-多糖复合物对生物活性成分进行包埋和保护。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明通过对大豆蛋白-透明质酸钠进行复合凝聚，添加叶黄素，利用扫频式超声波处理和逆流超声波处理等技术手段制备大豆蛋白-透明质酸钠复合物，并研究其对叶黄素的包埋效果。

本发明大豆蛋白-透明质酸钠复合物，是由以下重量份的原料制备而成：

大豆蛋白：0.5～2份；

透明质酸钠：1～10份。

优选以下重量份的原料制备而成：

大豆蛋白：1份；

透明质酸钠：1份。

大豆蛋白-透明质酸钠复合物的制备方法，按照下述步骤进行：

(1)将大豆蛋白溶解到蒸馏水中，室温下磁力搅拌2h，然后将其静置于4℃环境中过夜；然后将大豆蛋白的分散液于10000rpm在4℃离心30min，得到大豆蛋白浓度为(0.5-2)mg/ml分散液；

(2)将透明质酸钠溶解到水溶液中，磁力搅拌至完全溶解；得到浓度为(1-10)mg/ml透明质酸钠溶液；

(3)将步骤(2)透明质酸钠溶液按体积比为1:1比例逐滴加入到步骤(1)大豆蛋白溶液中，使得大豆蛋白和透明质酸钠的质量比例为：(0.5～2)：(1～10)，然后调节混合溶液的ph＝3-7。

(4)室温下将步骤(3)得到的混合溶液进行逆流超声波处理，具体参数为脉冲宽度1～5s、脉冲间隔1～5s、超声功率密度50～80w/l；超声频率20khz，料液以逆流循环的方式通过超声探头。

(5)超声结束后，室温下静置1h，即得大豆蛋白-透明质酸钠复合物溶液，喷雾干燥或者冷冻干燥后得大豆蛋白-透明质酸钠复合凝聚物。

其中步骤(3)中优选调节混合溶液的ph＝5。

其中步骤(3)中所述的大豆蛋白和透明质酸钠的质量比例优选为1：1。

大豆蛋白-透明质酸钠复合物负载叶黄素的制备方法，按照下述步骤进行：

(1)将大豆蛋白溶解到蒸馏水中，室温下磁力搅拌2h，然后将其静置于4℃环境中过夜；然后将大豆蛋白的分散液于10000rpm在4℃离心30min，得到大豆蛋白浓度为(0.5-2)mg/ml分散液；

(2)将透明质酸钠溶解到水溶液中，磁力搅拌至完全溶解；得到浓度为(1-10)mg/ml透明质酸钠溶液；

(3)将步骤(2)透明质酸钠溶液按体积比为1:1比例逐滴加入到步骤(1)大豆蛋白溶液中，使得大豆蛋白和透明质酸钠的质量比例为：(0.5～2)：(1～10)，然后调节混合溶液的ph＝3-7。

(4)将浓度为(1-5)mg/ml的叶黄素的无水乙醇溶液逐滴加入步骤(3)制备的大豆蛋白和透明质酸钠复合物溶液中，使得大豆蛋白和叶黄素的质量比例为1：1；

(5)室温下将步骤(4)得到的混合溶液进行逆流超声波处理，具体参数为脉冲宽度1～5s、脉冲间隔1～5s、超声功率密度50～80w/l；超声频率20khz，料液以逆流循环的方式通过超声探头。

(6)超声结束后，即得负载叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合物溶液，4℃环境中静置过夜，抽滤后喷雾干燥或者冷冻干燥后得到负载叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合凝聚物。

其中步骤(3)中优选调节混合溶液的ph＝5。

其中步骤(4)中所述的使得大豆蛋白和透明质酸钠的质量比例优选为1：1。

大豆蛋白-透明质酸钠复合物的制备方法，或者按照下述步骤进行：

(1)将大豆蛋白溶解到蒸馏水中，室温下磁力搅拌2h，然后将其静置于4℃环境中过夜；然后将大豆蛋白的分散液于10000rpm在4℃离心30min，得到大豆蛋白浓度为(0.5-2)mg/ml分散液；

(2)将透明质酸钠溶解到水溶液中，磁力搅拌至完全溶解；得到浓度为(1-10)mg/ml透明质酸钠溶液；

(3)将步骤(2)透明质酸钠溶液按体积比为1:1比例逐滴加入到步骤(1)大豆蛋白溶液中，使得大豆蛋白和透明质酸钠的质量比例为：(0.5～2)：(1～10)，然后调节混合溶液的ph＝3-7。

(4)对步骤(3)的混合溶液进行多频模式超声处理，其中所述的多频超声处理模式为：三频同步超声处理或者双频同步超声处理或者单频超声处理，超声功率密度100～150w/l；超声脉冲工作时间10s；脉冲间歇时间5s，超声处理时间为40min。

(5)超声结束后，室温下静置1h，即得大豆蛋白-透明质酸钠复合物溶液，喷雾干燥或者冷冻干燥后得大豆蛋白-透明质酸钠复合凝聚物。

其中步骤(3)中优选调节混合溶液的ph＝5。

其中步骤(3)中所述的大豆蛋白和透明质酸钠的质量比例优选为1：1。

其中步骤(4)中三频同步超声处理或者双频同步超声处理或者单频超声处理的超声波频率组合为：28khz、35khz、35/40khz或者28/35/40khz，优选28/35/40khz。

大豆蛋白-透明质酸钠复合物负载叶黄素的制备方法，按照下述步骤进行：

(1)将大豆蛋白溶解到蒸馏水中，室温下磁力搅拌2h，然后将其静置于4℃环境中过夜；然后将大豆蛋白的分散液于10000rpm在4℃离心30min，得到大豆蛋白浓度为(0.5-2)mg/ml分散液；

(2)将透明质酸钠溶解到水溶液中，磁力搅拌至完全溶解；得到浓度为(1-10)mg/ml透明质酸钠溶液；

(3)将步骤(2)透明质酸钠溶液按体积比为1:1比例逐滴加入到步骤(1)大豆蛋白溶液中，使得大豆蛋白和透明质酸钠的质量比例为：(0.5～2)：(1～10)，然后调节混合溶液的ph＝3-7。

(4)将浓度为(1-5)mg/ml的叶黄素的无水乙醇溶液逐滴加入步骤(3)制备的大豆蛋白和透明质酸钠复合物溶液中，使得大豆蛋白和叶黄素的质量比例为1：1；

(5)对步骤(4)的混合溶液进行多频模式超声处理，其中所述的多频超声处理模式为：三频同步超声处理或者双频同步超声处理或者单频超声处理，超声功率密度100～150w/l；超声脉冲工作时间10s；脉冲间歇时间5s，超声处理时间为40min。

(6)超声结束后，即得负载叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合物溶液，4℃环境中静置过夜，抽滤后喷雾干燥或者冷冻干燥后得到负载叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合凝聚物。

其中步骤(3)中优选调节混合溶液的ph＝5。

其中步骤(3)中所述的使得大豆蛋白和透明质酸钠的质量比例优选为1：1。

其中步骤(5)中三频同步超声处理或者双频同步超声处理或者单频超声处理的超声波频率组合为：28khz、35khz、35/40khz或者28/35/40khz，优选28/35/40khz。

负载叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合物，具有稳定性好、生物相容性好、缓释时间长、包载率高等优点，可应用于制作保健食品、食品或者药品。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明向大豆蛋白中添加透明质酸钠，改变大豆蛋白的高级结构，使其结构打开，暴露活性基团，同时蛋白质和多糖形成小的聚集体，从而促进各聚集体通过疏水相互作用形成复合物为包埋生物活性成分提供基础。

(2)本发明在利用大豆蛋白-透明质酸钠复合物包埋叶黄素的过程中，使用逆流超声波处理技术或者多模式超声波技术，通过超声波的物理力促进了蛋白质和多糖交联成聚集体，从而促进各聚集体通过疏水相互作用形成复合物，为包埋生物活性成分提供基础。

(3)本发明中包埋叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合物的制备方法，工艺操作简单，制备过程中未涉及有机试剂，适宜工业化生产，且大豆蛋白和透明质酸钠原料价格便宜，制备工艺简单。

(4)本发明的包埋叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合物具有稳定性好、生物相容性好、缓释时间长、包载率高等优点，可应用于食品、保健品、药品及化妆品等多个领域。

附图说明

图1是本发明的多模式超声波生物处理设备结构图，其中1、2、3为超声振板，4为盛液器，5为水浴锅，6为温度探头，7为循环泵，8为电脑程序控制器，9、10、11为超声控制器。

图2是逆流超声处理设备结构示意图，1为聚能式超声波探头，2为超声波控制器，3为超声杯型腔，4为进料口，5为循环泵，6为盛液器，7为出料口。

具体实施方式

在本发明中所使用的术语，除非另外说明，一般都能被本领域普通技术人员理解。下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细地描述本发明。特此说明：这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。

图1为本发明的多模式超声波生物处理设备，该设备配有一台电脑程序控制器8，可设定超声工作参数(超声功率密度、频率、脉冲工作时间、间歇时间和处理总时间)分别控制三个超声控制器9、10、11，分别连接三支不同频率的超声振板1、2、3，可实现单一频率/两个频率/三个频率超声波处理；将需要处理的溶液投入盛液器4中进行单频/双频/多频超声处理，启动循环泵7对溶液进行循环。通过水浴锅5和温度探头6实现溶液温度的自动控制。

图2为本发明的逆流超声处理设备，该设备配有超声波控制器2，控制超声参数，聚能式超声波探头1对进料口4进入超声杯型腔3的物料进行处理，超声的同时启动循环泵5对料液进行循环，6为盛液器，7为出料口。

本发明中的大豆蛋白和透明质酸钠均为市售产品，食品级产品，其中大豆蛋白中蛋白质含量大于90％。

实施例1-6(不加超声)

大豆蛋白-透明质酸钠复合物负载叶黄素的制备方法，按照下述步骤进行：

(1)将大豆蛋白溶解到蒸馏水中，室温下磁力搅拌2h，然后将其静置于4℃环境中过夜；然后将大豆蛋白的分散液于10000rpm在4℃离心30min，得到大豆蛋白浓度为(0.5-2)mg/ml分散液；

(2)将透明质酸钠溶解到水溶液中，磁力搅拌至完全溶解；得到浓度为(1-10)mg/ml透明质酸钠溶液；

(3)将步骤(2)透明质酸钠溶液按体积比为1:1比例逐滴加入到步骤(1)大豆蛋白溶液中，使得大豆蛋白和透明质酸钠的质量比例见表1，然后调节混合溶液的ph＝5。

(4)将浓度为(1-5)mg/ml的叶黄素的无水乙醇溶液逐滴加入步骤(3)制备的大豆蛋白和透明质酸钠复合物溶液中，使得大豆蛋白和叶黄素的质量比例为1：1；

(5)超声结束后，即得负载叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合物溶液，4℃环境中静置过夜，抽滤后喷雾干燥或者冷冻干燥后得到负载叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合物。

(6)叶黄素包封率和负载率的测定

精确称取一定量的冷冻干燥后的负载叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合物，置于棕色容量瓶中，加入无水乙醇，在超声波水浴中加热超声提取15min，冷却至室温，用无水乙醇定容至刻度，混匀，过滤。并以无水乙醇为空白在446nm处测定吸光值，计算叶黄素的含量。根据下式计算叶黄素的包封率和负载率：

叶黄素的包封率(％)＝(大豆蛋白-透明质酸钠复合物中叶黄素含量)×100/叶黄素总质量；

叶黄素的负载率(％)＝(大豆蛋白-透明质酸钠复合物中叶黄素含量)×100/样品总质量。

实施例1-6制备过程相同，只是大豆蛋白/透明质酸钠质量比不同，具体见表1不同质量比的大豆蛋白/透明质酸钠对叶黄素包封率和负载率的影响。

通过表1中对比实施例1-6不同质量比的大豆蛋白/透明质酸钠对叶黄素包封率和负载率的影响可以看出，与对照相比(不加透明质酸钠，即实施例6)，添加透明质酸钠可以显著提高大豆蛋白包埋叶黄素的包封率；大豆蛋白/透明质酸钠质量比为0.5:1时即可使叶黄素的包封率提高32.5％，大豆蛋白/透明质酸钠质量比为1:1时则使叶黄素的包封率提高了87.5％。

表1不同大豆蛋白/透明质酸钠质量比对叶黄素包封率和负载率的影响

实施例7-10(加多模式频率超声波处理)

大豆蛋白-透明质酸钠复合物负载叶黄素的制备方法，按照下述步骤进行：

(1)将大豆蛋白溶解到蒸馏水中，室温下磁力搅拌2h，然后将其静置于4℃环境中过夜；然后将大豆蛋白的分散液于10000rpm在4℃离心30min，得到大豆蛋白浓度为0.5mg/ml分散液；

(2)将透明质酸钠溶解到水溶液中，磁力搅拌至完全溶解；得到浓度为1mg/ml透明质酸钠溶液；

(3)将步骤(2)透明质酸钠溶液按体积比为1:1比例逐滴加入到步骤(1)大豆蛋白溶液中，使得大豆蛋白和透明质酸钠的质量比例为0.5：1，然后调节混合溶液的ph＝5。

(4)将浓度为1mg/ml的叶黄素的无水乙醇溶液逐滴加入步骤(3)制备的大豆蛋白和透明质酸钠复合物溶液中，使得大豆蛋白和叶黄素的质量比例为1：1；

(5)对步骤(4)的混合溶液进行多频模式超声处理，其中所述的多频超声处理模式为：三频同步超声处理或者双频同步超声处理或者单频超声处理，超声功率密度150w/l；超声脉冲工作时间10s；脉冲间歇时间5s，超声处理时间为40min；三频同步超声处理或者双频同步超声处理或者单频超声处理的超声波频率组合见表2。

(6)超声结束后，即得负载叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合物溶液，4℃环境中静置过夜，抽滤后喷雾干燥或者冷冻干燥后得到负载叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合凝聚物。

(7)叶黄素包封率和负载率的测定

精确称取一定量的冷冻干燥后的负载叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合物，置于棕色容量瓶中，加入无水乙醇，在超声波水浴中加热超声提取15min，冷却至室温，用无水乙醇定容至刻度，混匀，过滤。并以无水乙醇为空白在446nm处测定吸光值，计算叶黄素的含量。根据下式计算叶黄素的包封率和负载率：

叶黄素的包封率(％)＝(大豆蛋白-透明质酸钠复合物中叶黄素含量)×100/叶黄素总质量；

叶黄素的负载率(％)＝(大豆蛋白-透明质酸钠复合物中叶黄素含量)×100/样品总质量。

实施例11-12(加逆流超声处理)

大豆蛋白-透明质酸钠复合物负载叶黄素的制备方法，按照下述步骤进行：

(1)将大豆蛋白溶解到蒸馏水中，室温下磁力搅拌2h，然后将其静置于4℃环境中过夜；然后将大豆蛋白的分散液于10000rpm在4℃离心30min，得到大豆蛋白浓度为0.5mg/ml分散液；

(2)将透明质酸钠溶解到水溶液中，磁力搅拌至完全溶解；得到浓度为1mg/ml透明质酸钠溶液；

(3)将步骤(2)透明质酸钠溶液按体积比为1:1比例逐滴加入到步骤(1)大豆蛋白溶液中，使得大豆蛋白和透明质酸钠的质量比例为0.5：1，然后调节混合溶液的ph＝5。

(4)将浓度为1mg/ml的叶黄素的无水乙醇溶液逐滴加入步骤(3)制备的大豆蛋白和透明质酸钠复合物溶液中，使得大豆蛋白和叶黄素的质量比例为1：1；

(5)室温下将步骤(4)得到的混合溶液进行逆流超声波处理，具体参数为脉冲宽度1～5s、脉冲间隔1～5s、超声功率密度50～80w/l；超声频率20khz，料液以逆流循环的方式通过超声探头；具体见表2。

(6)超声结束后，即得负载叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合物溶液，4℃环境中静置过夜，抽滤后喷雾干燥或者冷冻干燥后得到负载叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合凝聚物。

(7)叶黄素包封率和负载率的测定

精确称取一定量的冷冻干燥后的负载叶黄素的大豆蛋白-透明质酸钠复合物，置于棕色容量瓶中，加入无水乙醇，在超声波水浴中加热超声提取15min，冷却至室温，用无水乙醇定容至刻度，混匀，过滤。并以无水乙醇为空白在446nm处测定吸光值，计算叶黄素的含量。根据下式计算叶黄素的包封率和负载率：

叶黄素的包封率(％)＝(大豆蛋白-透明质酸钠复合物中叶黄素含量)×100/叶黄素总质量；

叶黄素的负载率(％)＝(大豆蛋白-透明质酸钠复合物中叶黄素含量)×100/样品总质量。

实施例7-12制备过程相同，只是超声参数略有改变，表2不同超声波模式对姜黄素包封率和负载率的影响。

表2不同超声波模式对姜黄素包封率和负载率的影响

通过表2中对比实施例7-12不同超声波模式对油菜籽活性蛋白微胶囊包埋姜黄素的包封率和负载率的影响，可以发现超声波处理可以显著提高油菜籽活性蛋白微胶囊包埋姜黄素的包封率，与对照相比(不超声)，逆流超声波处理使姜黄素的包封率提高32.9％～62.7％，而28khz/35khz/40khz的双频扫频超声波处理则使姜黄素的包封率提高了62.7％。