一种高抗氧化和乳化活性的改性β-乳球蛋白及其纤维样的制备方法

本发明涉及一种改性β-乳球蛋白的制备工艺领域，具体涉及一种通过酶解、糖基化及淀粉样纤维化改性β-乳球蛋白功能性质的方法，属于蛋白质改性。

背景技术：

1、β-乳球蛋白占乳清蛋白的50％左右，主要存在于奶牛等反刍动物乳清中。β-乳球蛋白还具有较好的功能特性，例如凝胶和乳化特性，因此可用作食品添加剂、稳泡剂、脂肪替代物等，又因为其本身是优质氨基酸的重要来源，营养价值高，易于人体吸收，目前已被用于新型乳清饮料等功能产品的开发。然而，天然来源的β-乳球蛋白已不能满足加工需要和消费者的需求，因此，对β-乳球蛋白进行合理改性十分有必要。

2、目前很多研究集中于使用一些没有有机溶剂残留的改性方式，因为这有助于避免食品安全性问题的发生，目前常用的一些绿色的化学反应包括酶解、糖基化反应等。糖基化反应是指蛋白质分子中氨基酸侧链上的自由氨基与糖分子还原末端的羰基以共价键的形式连接，从而产生糖基化蛋白的羰氨反应，是一种不需要催化剂，可以在蛋白质与糖分子间自发进行的反应。现阶段对β-乳球蛋白进行糖基化改性反应以此提升蛋白质的乳化性是常见的，但往往要72h以上的反应时间才能达到较理想的β-乳球蛋白改性效果，此外糖基化蛋白虽然能提升蛋白质的乳化性能，但在强酸条件下仍然会存在絮凝的现象，限制了改性蛋白的应用。酶法改性常用于β-乳球蛋白改性，可以温和有效的降低蛋白质相对分子质量，促进蛋白质的亲-疏水性的平衡，有助于蛋白质在油-水界面的快速吸附和平衡。且在水解过程中产生的肽具有抗氧化性，而产生的残基则有助于促进糖基化反应的快速接枝，提升糖基化反应速率，解决糖基化反应的时间成本问题。

3、淀粉样纤维蛋白是一种新型功能性生物材料，在医学、材料科学、分子化学和食品科学等各个研究领域都引起了极大的兴趣。淀粉样原纤维的形成需要球状蛋白在强酸和高温条件下的错误折叠或部分展开，通过疏水力和静电相互作用的微妙平衡而形成具有高纵横比(长度/直径)的淀粉样原纤维。

4、结合现有技术，有必要开发一种制备方法简便，适用于中性环境和酸性环境，乳化性能提高的改性β-乳球蛋白的制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高抗氧化和乳化活性的改性β-乳球蛋白的制备方法，通过酶水解，糖基化改性手段的联合，得到了高抗氧化和乳化活性的改性β-乳球蛋白，再结合淀粉样纤维化，可分别适用于中性环境和酸性环境下，推动其应用领域的扩宽。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种高抗氧化和乳化活性的改性β-乳球蛋白的制备方法，所述方法包括以下步骤：

4、(1)β-乳球蛋白用蛋白酶进行限制性酶解，制得酶解β-乳球蛋白；

5、(2)酶解β-乳球蛋白与糖类化合物进行糖基化反应，制得酶解β-乳球蛋白糖化物，即为改性β-乳球蛋白。

6、所述步骤(1)中，所述蛋白酶为胰蛋白酶、碱性蛋白酶或木瓜蛋白酶。

7、进一步，所述步骤(1)中，优选蛋白酶与β-乳球蛋白的质量比为3～7％，更优选4～5％；

8、所述步骤(1)中，优选酶解的反应温度为30～50℃，更优选反应温度为35～45℃，最优选为40℃。

9、酶解的反应时间为1～3h。

10、所述步骤(1)中，酶解在溶剂水中进行，优选β-乳球蛋白与溶剂水的固液比为5～9％，优选6～7％；

11、所述步骤(1)中，反应体系的ph值为6.0～9.0，优选ph值6.5-8.0。

12、所述步骤(1)中，酶解反应过程中，不补充碱以维持酶的最适ph，避免盐的形成，影响最终产品β-乳球蛋白的后续淀粉样纤维化反应。

13、所述步骤(1)优选按以下操作进行：

14、将β-乳球蛋白按照固液比5～9％加水，混匀得到β-乳球蛋白溶液，调节ph值为7.0-9.0，加入蛋白酶，蛋白酶与β-乳球蛋白的质量比为3～7％；在30～50℃下进行酶解；酶解1～3h后，反应液经沸水灭酶处理后冷却至室温，得到酶解β-乳球蛋白。

15、所述步骤(2)中，所述糖类化合物为麦芽糊精、海藻糖或果胶。

16、所述糖类化合物与酶解β-乳球蛋白的质量比为1：1～4，优选1：1～2。

17、所述糖基化反应的反应温度为40～65℃(优选40-50℃)，相对湿度70～85％，优选75～82％，反应时间为24～36h。

18、进一步，优选所述步骤(2)按以下操作进行：

19、酶解β-乳球蛋白与糖类化合物比按照质量比为1～2:1混匀，冷冻干燥，所得冻干固体粉末在40～65℃温度下，相对湿度75～82％下进行糖基化反应，反应时间为24～36h，得到酶解β-乳球蛋白糖化物，即改性β-乳球蛋白。

20、本发明还提供上述方法制得的改性β-乳球蛋白。

21、本发明还提供一种改性β-乳球蛋白纤维样，所述改性β-乳球蛋白纤维样是以改性β-乳球蛋白为原料，经淀粉样纤维化反应得到的淀粉样纤维。

22、进一步，所述淀粉样纤维化反应的ph值为1.7～2.3，优选ph值为1.8～2.2。

23、所述淀粉样纤维化反应的反应温度为70～90℃，优选80-90℃；反应时间为14～18h，优选16～18h。

24、进一步，所述淀粉样纤维化反应在溶剂水中进行，改性β-乳球蛋白与溶剂水的固液为1～3％，优选1～2％。

25、进一步，优选改性β-乳球蛋白纤维样按以下方法制得：

26、改性β-乳球蛋白以1％～3％的固液比加入蒸馏水，混匀后调节ph值为1.7-2.3，静置8～12h，于70-90℃温度下进行淀粉样纤维化反应，反应时间14～18h，反应结束后迅速降温至0～5℃结束反应，得到改性β-乳球蛋白纤维样。

27、反应结束后，优选立即冰浴，将反应液降温至0～5℃。

28、所述改性β-乳球蛋白纤维样也可脱水干燥得到固体粉末保存或使用。

29、本发明提供的改性β-乳球蛋白或所述改性β-乳球蛋白纤维样可应用作为乳化剂和/或抗氧化剂。

30、进一步，所述改性β-乳球蛋白可用作中性环境下的乳化剂和/或抗氧化剂；

31、所述改性β-乳球蛋白纤维样可用作酸性环境下的乳化剂和/或抗氧化剂。

32、进一步，所述中性环境的ph值为6～8。

33、所述酸性环境的ph值为2～4。

34、本发明还提供包括所述改性β-乳球蛋白或所述改性β-乳球蛋白纤维样的乳液。

35、进一步，本发明提供包括所述改性β-乳球蛋白作为乳化剂和/或抗氧化剂的中性乳液，以及包括所述改性β-乳球蛋白纤维样作为乳化剂和/或抗氧化剂的酸性乳液。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

37、本发明首次公开了一种高抗氧化和乳化活性的改性β-乳球蛋白及其纤维样的制备方法。采用酶解、糖基化与淀粉样纤维化反应相结合的改性技术，以β-乳球蛋白为原料，制备出乳化性好和抗氧化性强的酶解β-乳球蛋白糖化物的纤维样。

38、与传统糖基化反应相比，本发明反应时间短，制备的酶解β-乳球蛋白糖化物在中性环境下，酶解β-乳球蛋白糖化物的纤维样在酸性条件下，均保持较高的抗氧化性和乳化性，且将其作为乳化剂，相应制得的中性或酸性乳液也具有良好的稳定性。本发明可为改性β-乳球蛋白做抗氧化乳化剂提供技术支持，使其具有应用于包埋生物活性物质的食品或功能性产品的潜力。