大豆蛋白的凝胶性与EDTAD改性大豆蛋白凝胶的制备与性能的研究

摘要

凝胶性是大豆蛋白的最重要的功能性之一，通过化学改性可增强其凝胶性，促进蛋白质水合能力的增加。本论文以大豆蛋白为原料，制备出大豆蛋白凝胶，对大豆蛋白凝胶的溶胀性、质构和结构及其影响因素进行了研究；将大豆蛋白经乙二胺四乙酸二酐(EDTAD)酰化改性，再以戊二醛交联，制备出改性大豆蛋白凝胶；对改性大豆蛋白凝胶的性质与结构进行研究；并探讨了改性大豆蛋白凝胶的溶胀行为、降解性和交联过程流变性。本文的主要内容如下： 1.制备了大豆蛋白凝胶，并对其溶胀率的影响因素进行了研究，结果显示：凝胶溶胀率随蛋白质浓度增加而先增加后降低，当蛋白质浓度为13％，溶胀率最高；添加适量的K+或Ca2+使凝胶溶胀率增加，但离子浓度增加，凝胶网络内外因离子渗透压下降而使凝胶溶胀率下降；溶剂乙醇对凝胶溶胀影响不大，交联剂戊二醛对大豆蛋白凝胶的溶胀率影响显著。对凝胶的质构进行研究发现，添加适量的K+、Ca2+使大豆蛋白凝胶的硬度、内聚性增大，戊二醛使凝胶的硬度、内聚性、弹性和破裂强度有显著的增大，乙醇的影响作用稍弱。戊二醛交联的大豆蛋白凝胶比纯大豆蛋白凝胶具有更有序的微观结构。 2.大豆蛋白在65℃，pH为12的条件下预处理30min，再于25℃/pH12条件下与乙二胺四乙酸二酐(EDTAD)酰化反应，加入适量戊二醛交联制备出改性大豆蛋白凝胶。对酰化反应进行了研究发现，当mEDTAD：msPI升至0.5，大豆蛋白的酰化改性程度最大；通过赖氨酸残基含量与羧基含量测定，发现mEDTAD：msPI在0.1至0.3时，SPI与EDTAD的反应中，按照每引入一个EDTAD分子，给SPI分子带入三个亲水性的羧基的比例进行，但mEDTAD：mSPI超过0.5，则有部分酰化反应不再按分子此比例进行，EDTAD可能使大豆蛋白分子发生交联。pH值也对酰化反应方式有影响。测定溶胀率发现，mEDTAD：mSPI为0.2时，凝胶溶胀率最大，为95.87。EDTAD的引入对凝胶的质构和微观结构产生影响。 3.通过示差量热分析法(DSC)和热重法(TG)研究了大豆蛋白凝胶中水的状态，证明大豆蛋白凝胶中的水可分为非冻结水和可冻结水，它们与肽链的作用方式有所不同，非冻结水与肽链结合紧密，可冻结水位于网络空间，具较大的移动性。氯化钾和氯化钙由于对肽链或凝胶网络结构的不同作用，使凝胶中的水的状态和含量发生不同的变化，氯化钾对大豆蛋白凝胶的平衡水含量(EWC)影响不大，使凝胶中非冻结水含量下降，可冻结水含量上升。氯化钙使凝胶的EWC和非冻结水含量均上升，可冻结水含量下降。氯化钙的影响作用大于氯化钾。EDTAD改性大豆蛋白凝胶中，EDTAD用量增加，改性凝胶中非冻结水含量增加。 4.研究了改性大豆蛋白凝胶的平衡溶胀率的影响因素和溶胀行为。结果发现，交联前蛋白质浓度、溶液pH值、离子强度和凝胶粒度等影响改性大豆蛋白凝胶的平衡溶胀率。改性大豆蛋白凝胶的溶胀率随着交联前蛋白质浓度的升高而减低，控制交联前蛋白质的浓度，可制得一定力学强度和溶胀性的凝胶；pH变化对改性大豆蛋白凝胶影响明显；离子强度和凝胶粒径范围都对凝胶溶胀率有影响。通过溶胀数据的分析，发现mEDTAD：mSPI为0，0.05，0.1和0.2的改性大豆蛋白凝胶溶胀属Fickian扩散；考察pH对溶胀行为的影响，发现酸性pH值下，凝胶表现出non-Fickian扩散；而碱性pH下，凝胶溶胀仍为Fickian扩散。通过拉伸实验研究改性大豆蛋白凝胶的分子链结构性质。 5.以酶降解实验和微生物生长测试研究了改性大豆蛋白凝胶的生物降解性，结果显示改性大豆蛋白凝胶具完全的生物降解性。SDS-PAGE电泳结果显示酶解物中大豆蛋白的主要亚基结构消失；GPC结果显示，凝胶酶解物为分子量9000至100的小分子物质。菌种生长测试显示改性大豆蛋白凝胶经28天被菌种完全覆盖，凝胶颗粒消失。 6.EDTAD改性大豆蛋白在与戊二醛交联的过程中，体系储能模量(G’)不断增大，损耗模量(G”)亦增大，而相角正切值(tanδ)减小。流变参数的这种变化趋势反映体系在交联过程中以弹性增加形成三维网络结构凝胶的趋势为主导，分子粘性作用力的增加并不足以抵消体系变化的总趋势。EDTAD用量增加使体系G’增加，而戊二醛用量的增加使体系交联初始速率和G’都增加，反映出酰化剂和交联剂对蛋白质链的状态和凝胶结构的影响。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章大豆蛋白凝胶的制备与溶胀性的研究

第三章EDTAD改性大豆蛋白凝胶的制备与表征

第四章大豆蛋白凝胶中水的状态的研究

第五章改性大豆蛋白凝胶溶胀平衡与溶胀过程规律的研究

第六章改性大豆蛋白凝胶的生物降解性研究

第七章交联过程的流变行为研究

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

独创性声明

致谢