大豆分离蛋白-香兰素复合物超声改性材料及其制备方法

本发明涉及一种蛋白质与小分子有机物复合，尤其涉及大豆分离蛋白-香兰素复合物超声改性材料及其制备方法。

背景技术：

1、香兰素（vanillin）化学名称为3-甲氧基-4-羟基苯甲醛，呈白色针状结晶，在较高温度下不易挥发，遇碱性物质容易变色。因其化学结构式中含有还原型醛基，所以vanillin具有抗氧化性。vanillin中存在的酚醛基具有疏水性，而且在较低的ph值下，其表现出更强的疏水性，这也是vanillin具有较好抗菌性的原因。vanillin作为一种从天然植物中提取的成分，其安全性得到人们的认可，可以应用到抗菌保鲜的食品包装或医用包装材料中。

2、因小分子有机物在环境中的稳定性较差，与蛋白质结合后刚好可以改善小分子有机物的缺陷，且复合物的稳定性更强，有助于更好地发挥小分子有机物的功能性。目前的蛋白质中，大豆分离蛋白（spi）是以低温脱溶大豆粕为原料生产的优质植物蛋白，来源广泛，其氨基酸种类有近20种，包含8种人体必需氨基酸，营养丰富。

3、然而，蛋白质与小分子有机物相互作用可以分为非共价相互作用和共价相互作用两大类。大多数的非共价相互作用是由氢键、疏水相互作用、静电相互作用和范德华力引起的，这种相互作用通常是可逆的。而共价相互作用通过共价键结合，通常是不可逆的。在蛋白质与小分子有机物相互作用的过程中，非共价结合可能与共价结合共存，这两种方式都能引起蛋白质的结构发生团聚或展开，从而导致其理化性质、功能特性、营养价值等发生改变。

4、因此，如何平衡蛋白质与小分子有机物相互作用，进而提高spi的高值化利用和vanillin的生物利用率，以使小分子有机物更好地发挥其功能性，是目前需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明针对上述技术问题，提出大豆分离蛋白-香兰素复合物超声改性材料及其制备方法，以超声处理后的spi包埋负载vanillin，使spi和vanillin相互作用形成新的复合物，其粒径和电位、热稳定性、游离巯基含量和表面疏水性等性质都有一定程度变化，实现了香兰素的活性包埋负载。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术手段如下：

3、第一方面，本发明首先提供了大豆分离蛋白-香兰素复合物超声改性材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将大豆分离蛋白溶解在去离子水中，搅拌4 h，制备成质量浓度为5 mg/ml的蛋白质溶液；

5、s2、采用超声场对蛋白质溶液进行改性处理，得到改性大豆分离蛋白溶液，所述超声场的功率为120~360 w，处理方式为开4 s，关5 s，时长共24 min；

6、s3、将改性大豆分离蛋白溶液和香兰素按照体积质量比为25:1混合，继续搅拌2h，得到大豆分离蛋白-香兰素复合物。

7、进一步地，上述的大豆分离蛋白-香兰素复合物超声改性材料的制备方法，步骤s2中，所述超声场的功率为240 w。

8、进一步地，上述的大豆分离蛋白-香兰素复合物超声改性材料的制备方法，步骤s3中，混合温度为20~25℃。

9、第二方面，本发明还提供了上述大豆分离蛋白-香兰素复合物超声改性材料，采用上述任一项所述的制备方法制备得到。

10、与现有技术相比，本发明的技术效果：

11、（1）本发明制备的spi-vanillin复合物，通过紫外光谱结果表明，经过超声处理的spi在260 nm处的吸光度逐渐增强并伴有轻微的红移现象，在超声处理功率为360 w时吸光度达到最大，该现象说明在超声处理过程中有更多的疏水基团发生变化。在体系中加入vanillin之后，复合体系在278 nm和311 nm处分别出现明显的吸收峰，超声处理后复合体系的吸光度均强于未经处理的复合体系吸光度。随着超声功率的提高，在278 nm和311 nm两处的吸收峰强度逐渐降低。在对超声处理前后的spi和spi-vanillin复合物的红外光谱和二级结构分析后发现，超声处理会改变蛋白质的二级结构含量，说明在超声处理过程中空穴效应使得蛋白质的卷曲结构逐渐松散，在超声功率增强的过程中，氢键作用减弱，导致蛋白质的部分有序结构转化为无序结构，分子间聚集程度降低。粒径和电位的结果显示超声处理减小了蛋白质的平均粒径和pdi，由于超声引起的空化效应和剪切作用力使得的蛋白质从大分子颗粒变成较小的颗粒，蛋白质在分散体系中更加均匀；

12、（2）对超声处理前后的spi进行蛋白质凝胶电泳试验，结果表明超声处理并未对蛋白质的一级结构产生影响。在对超声处理前后的spi和spi-vanillin复合物的热稳定性进行分析，结果显示超声处理的蛋白质和复合物在超声功率为240 w时，其热变性温度都达到最低值，二者变化趋势相近，都呈现先下降后上升的趋势。在对游离巯基含量测定过程中发现，经过超声处理的spi和spi-vanillin的游离巯基含量均比未经处理的spi和spi-vanillin游离巯基含量高，在超声功率为240 w时游离巯基含量均为最高，这是由于超声处理产生空化效应，使得蛋白质被分解成较小的颗粒，从而增加巯基的暴露量。蛋白质的表面疏水性指的是蛋白质在水溶液中表面电荷的分布情况能够反应蛋白质分子的三级结构展开程度、表面疏水基团暴露的数量以及分子间相互作用的强弱。经超声处理的spi以及超声处理的spi-vanillin复合物的表面疏水性均呈现先上升后下降的趋势。未经超声处理的spi在加入vanillin后表面疏水性略有降低，主要原因是二者结合过程中改变了蛋白质的内部环境。在超声处理的条件下，蛋白质复杂的结构会轻微展开，疏水基团从而暴露并与溴酚蓝结合，导致溴酚蓝结合量升高，表面疏水性增加。随后在较高超声功率的条件下蛋白质重新折叠聚集，其疏水基团被包裹在蛋白质的结构中，疏水位点变少，因此其表面疏水性随之降低；

13、（3）未经超声处理的spi的平均粒径为130.77 nm，多分散指数（pdi）为0.25，超声功率为120 w时spi蛋白质粒径和pdi分别为119.6 nm和0.24。在超声功率为360 w时spi粒径达到98.55 nm，pdi达到0.22。经过超声的spi制备成spi-vanillin复合物后与经过超声的spi相比，其粒径和pdi均较大，在超声功率增强的过程中，spi-vanillin复合物的粒径和pdi随之减小。spi的热变性温度（td值）为116.22℃，在超声功率为240 w时td值为118.4℃，在240 w处理条件下得到的spi-vanillin复合物，td值为107.8℃。游离巯基含量和表面疏水性均呈现先上升后下降的趋势，在超声处理功率为240 w时获得的spi-vanillin复合物游离巯基含量达到最大，表面疏水性也在此处达到最大。

14、综上，本发明提出的大豆分离蛋白-香兰素复合物超声改性材料，以超声处理后的spi包埋负载vanillin，使spi和vanillin相互作用形成新的复合物，其粒径和电位、热稳定性、游离巯基含量和表面疏水性等性质都有一定程度变化，且在超声功率为240 w时，获得的大豆分离蛋白-香兰素复合物热变性温度都达到最低值，此时游离巯基含量和表面疏水性均为最高，实现了香兰素的活性包埋负载，提高spi的高值化利用和vanillin的生物利用率，以使小分子有机物vanillin更好地发挥其功能性，可用于抗菌性包装材料的生产和新产品的开发。