基于Maillard反应的植物蛋白纳米凝胶及其制备的制作方法

本发明属于食品纳米凝胶技术领域，特别涉及一种基于Maillard反应的植物蛋白纳米凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

Maillard反应(又称羰氨反应)是还原糖的羰基和蛋白质的ε-或α-氨基发生共价结合的反应，是常见于食品工业中的非酶褐变反应。亲水性多糖通过Maillard反应(糖基化反应)可以共价接枝到球状蛋白上，形成两亲性的共价复合物。糖基化产物不仅保留了蛋白的表面活性与还原糖的亲水性，而且能显著提高蛋白的功能特性，如乳化性、热稳定性和表面性质等。

近年来，纳米科技成为了最富活力、最具发展力的新兴技术，纳米材料由于其独特的表面效应、小尺寸效应等得到了广泛的关注，并被深入研究。构建纳米材料的方法分为自上而下法(top down)和自下而上法(bottom up)。自组装作为一种自下而上法，是为数不多的构筑纳米材料的方法，由于其简便易行，受到了高度的重视。自组装是指基本单元自发地从无序状态变成有序聚集体，其过程不需人为干扰。目前，有专利利用两种具有不同等电点的蛋白质或所带电荷不同的蛋白质/多糖混合物通过静电复合作用在加热条件下制备微凝胶(中国专利申请：200510023646.2)，但所制备的微凝胶不仅尺寸较大，而且具有pH依赖性，从而限制了其在实际生产中的应用。

两亲性嵌段共聚物可以自组装形成具有核壳结构的纳米粒子，疏水性嵌段自发形成内核，亲水性嵌段自发形成外壳。通过Maillard反应制备两亲性蛋白质-多糖共价复合物，进一步在水溶液中进行自组装形成具备核壳结构的纳米凝胶。纳米凝胶具有优异的尺寸效应，可以穿透人体中的各种保护膜，容易被细胞吞噬，具有很高的负载能力和稳定性。目前，利用动物蛋白制备纳米凝胶 的研究较多，但利用植物蛋白制备纳米凝胶的研究尚未发现。本发明基于Maillard反应产物制备植物蛋白纳米凝胶，亲水性的葡聚糖通过Maillard反应接枝到球蛋白上，制得具有两亲性的球蛋白-葡聚糖共价复合物，在加热的条件下，所制备的共价复合物自组装形成以亲水性的葡聚糖为壳、疏水性的植物蛋白为核的纳米凝胶。在加热过程中，球蛋白发生变性，疏水基团暴露在蛋白表面，在疏水聚集作用力的驱动下，蛋白有聚集沉淀的倾向，但通过共价接枝到蛋白的葡聚糖由于空间位阻效应阻止蛋白沉淀，并进一步形成具有核壳结构的纳米凝胶。此外，在加热过程中，植物蛋白发生凝胶化，使得纳米凝胶内壳具有一定的空间网络结构，又由于蛋白疏水基团的暴露，使纳米凝胶内核形成多个疏水空腔。因此，疏水性物质可在疏水聚集作用的驱动下被纳米凝胶包裹并进行运输。利用Maillard反应产物进一步自组装得到的凝胶具有核壳结构，尺寸小，稳定性优越，不仅可用于生物活性物质的运载，而且有望成为新功能性食品的配料。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种基于Maillard反应的植物蛋白纳米凝胶。

本发明另一目的在于提供一种上述基于Maillard反应的植物蛋白纳米凝胶的制备方法。此法操作简易、环境友好、绿色安全。

本发明再一目的在于提供上述基于Maillard反应的植物蛋白纳米凝胶的应用。该纳米凝胶具有核壳结构，尺寸小，稳定性优越，在新功能性食品的配料和输送生物活性物质的应用上有良好的前景。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种基于Maillard反应的植物蛋白纳米凝胶，由包括以下步骤的方法制备得到：

(1)将植物蛋白和葡聚糖溶于水中，搅拌均匀，调节pH，干燥得到粉末；

(2)将步骤(1)的粉末置于50～60℃，相对湿度为65～79％的环境下反应4～6天，得到Maillard反应产物；

(3)将Maillard反应产物溶于水中得到溶液，调节pH至等电点，加热处理，冷却后得到植物蛋白纳米凝胶。

步骤(1)中所述的植物蛋白可包括大豆蛋白、豌豆蛋白和芸豆蛋白中的至少一种。

步骤(1)中所述植物蛋白和葡聚糖的质量比优选为1:1～1:3。

步骤(1)中所述将植物蛋白和葡聚糖溶于水中得到的溶液中，植物蛋白的含量优选为0.1～1g/mL溶液。

步骤(1)中所述搅拌均匀优选搅拌2～6h，使混合均匀。

步骤(1)中所述的调节pH指调节为弱酸至中性，优选为pH6.8～7。

步骤(1)中所述的干燥优选为冷冻干燥或喷雾干燥。

步骤(2)中可通过使用饱和KBr溶液保持反应环境湿度为65～79％。

步骤(3)中所述溶液的浓度优选为1～10mg/mL。

步骤(3)中所述的等电点指植物蛋白的等电点。

步骤(3)中所述加热处理优选指在80～95℃水浴中加热30～60min。

上述反应过程中调节pH均优选使用0.1mol/L的HCl溶液进行调节。

本发明的基于Maillard反应的植物蛋白纳米凝胶具有很好的单分散性，其PDI值约为0.099，尺寸小，粒径约为30～220nm，且具有核壳结构，稳定性优越，在新功能性食品的配料和输送生物活性物质的应用上有良好的前景。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：

(1)本发明的基于Maillard反应的植物蛋白纳米凝胶稳定性好，在长期储存、pH改变、冻干复溶及稀释的条件下粒径变化不大。

(2)本发明利用具有生物相容性的大分子进行制备，过程中不添加有毒试剂，方法操作简易、成本低、环境友好、绿色环保。

附图说明

图1为实施例1制备得到的植物蛋白-葡聚糖纳米凝胶的粒径分布图。

图2为实施例1制备得到的植物蛋白-葡聚糖纳米凝胶的透射电镜图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明所用原料的来源均可从市场购得。

实施例1：基于Maillard反应的植物蛋白纳米凝胶的制备

将质量比为1:1的大豆7S球蛋白和葡聚糖溶于水中，使其浓度均为0.2g/mL，搅拌分散2h，用稀盐酸调节pH至6.8，冷冻干燥得到粉末。将干燥粉末放置于底部装有饱和KBr溶液的容器中(保持相对湿度为79％)，于60℃中反应4天，再将反应后粉末按1:10(w/v，mg/mL)的比例加入水中复溶，于25℃在10000g下离心15min，去掉下层未反应原料，上清液进行冷冻干燥，所得粉末即为大豆7S球蛋白-葡聚糖共价复合物。将上述粉末溶于水中，配成浓度为1mg/mL的均一溶液，用0.1mol/L的HCl溶液调节溶液pH至等电点4.8，于95℃水浴中加热50min，冷却后即为大豆7S球蛋白-葡聚糖纳米凝胶。对制备得到的纳米凝胶采用Zetasizer Nano-ZS激光动态粒度扫描仪分析可知，其粒径在30～220nm之间，PDI值为0.099，见图1。利用透射电镜对其观察，结果表明本发明制备得到的纳米凝胶为球形，并且具有核壳结构，见图2。

实施例2：基于Maillard反应的植物蛋白纳米凝胶的制备

将质量比为1:3的大豆7S球蛋白和葡聚糖溶于水中，使大豆蛋白的浓度为0.1g/mL，搅拌分散6h，用稀盐酸调节pH至7.0，喷雾干燥得到粉末。将干燥粉末放置于底部装有饱和KBr溶液的容器中(保持相对湿度为68％)，于60℃中反应4天，再将反应后粉末按1:10(w/v，mg/mL)的比例加入水中复溶，于25℃在10000g下离心15min，去掉下层未反应原料，上清液进行冷冻干燥，所得粉末即为大豆7S球蛋白-葡聚糖共价复合物。将上述粉末溶于水中，配成浓度为1mg/mL的均一溶液，用0.1mol/L的HCl溶液调节溶液pH至等电点4.8，于95℃水浴中加热50min，冷却后即为大豆7S球蛋白-葡聚糖纳米凝胶。

实施例3：基于Maillard反应的植物蛋白纳米凝胶的制备

将质量比为1:1的豌豆蛋白和葡聚糖溶于水中，使大豆蛋白浓度为1g/mL，搅拌分散2h，用稀盐酸调节pH至6.9，冷冻干燥得到粉末。将干燥粉末放置于底部装有饱和KBr溶液的容器中(保持相对湿度为65％)，于50℃中反应6天，再将反应后粉末按1:10(w/v，mg/mL)的比例加入水中复溶，于25℃在10000g下离心15min，去掉下层未反应原料，上清液进行冷冻干燥，所得粉末即为豌豆蛋白-葡聚糖共价复合物。将上述粉末溶于水中，配成浓度为5mg/mL的均一溶液，用0.1mol/L的HCl溶液调节溶液pH至等电点5.0，于90℃水浴中加热30min，冷却后即为豌豆蛋白-葡聚糖纳米凝胶。

实施例4：基于Maillard反应的植物蛋白纳米凝胶的制备

将质量比为1:2的芸豆蛋白和葡聚糖溶于水中，使芸豆蛋白浓度为0.5g/mL，搅拌分散3h，用稀盐酸调节pH至6.9，冷冻干燥得到粉末。将干燥粉末放置于底部装有饱和KBr溶液的容器中(保持相对湿度为72％)，于55℃中反应5天，再将反应后粉末按1:10(w/v，mg/mL)的比例加入水中复溶，于25℃在10000g下离心15min，去掉下层未反应原料，上清液进行冷冻干燥，所得粉末即为芸豆蛋白-葡聚糖共价复合物。将上述粉末溶于水中，配成浓度为10mg/mL的均一溶液，用0.1mol/L的HCl溶液调节溶液pH至等电点4.7，于80℃水浴中加热60min，冷却后即为芸豆蛋白-葡聚糖纳米凝胶。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。