甜菜果胶复合牛血清蛋白共醇析工艺研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhezhe_1207
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作为果胶的一种主要的分离沉淀工艺,乙醇沉淀法被广泛用于果胶的工业化生产中。该法具有操作简单,沉淀剂无毒且易挥发、残留少、不容易引入杂质的优点。然而,醇析法的性质决定了在乙醇沉淀过程中不可避免会消耗大量乙醇,此外由于技术和成本的制约,实现醇析后乙醇的二次回收利用也较为困难。因此,在果胶醇析过程中,沉淀剂酒精的用量在很大程度上决定了果胶的生产成本,如何提升果胶的醇析效率以减少乙醇用量已成为研究者共同追求的目标。本文首先以甜菜果胶(SBP)为研究对象,探究了pH、乙醇浓度等因素对甜菜果胶的醇析率、物化特性的影响,随后以SBP和牛血清蛋白(BSA)为研究对象,根据二者之间能够发生静电相互作用的性质,建立了SBP/BSA静电复合物相图,并根据相图制备了符合研究条件的SBP/BSA复合物溶液,在此基础上探究了不同醇析条件下(乙醇浓度、pH、BSA所占复合物比例)SBP与BSA共醇析的过程和机理,旨在提升果胶的醇析效率,并使共醇析所得的甜菜果胶获得良好的乳化稳定性。得出了以下结论:对强酸型阳离子树脂纯化前后的果胶溶液进行醇析实验,并采用多种色谱技术分析了甜菜果胶的分子结构。研究结果表明,在甜菜果胶的醇析过程中内源性阳离子对于果胶的醇析率有促进作用。在乙醇浓度由31.67%提升到71.25%的过程中,纯化后甜菜果胶的醇析率逐渐升高;在71.25%的乙醇体系中,当果胶溶液的初始pH值(I-pH)由4.5下降到2.5时,果胶醇析率由42.61%提升到了57.23%。以上结果表明,体系乙醇浓度和果胶溶液的初始pH值(I-pH)对果胶的醇析率有着显著影响。甜菜果胶样品的半乳糖醛酸含量范围为64.81%~68.37%;所得果胶样品均含有中性糖,分别为鼠李糖,阿拉伯糖,半乳糖,葡萄糖和木糖,其中鼠李糖,阿拉伯糖和半乳糖为主要中性糖组成成分;果胶样品的甲酯化度和乙酰化度分别为45.36%~51.49%、19.32%~23.97%,属于低酯果胶;果胶的分子量范围为145.07~404.27kg/mol;果胶中的蛋白含量范围为8.81%~9.27%。果胶溶液的I-pH与醇析体系乙醇浓度对甜菜果胶的结构均有不同程度地影响。测定了不同BSA复合比例和不同体系pH下SBP/BSA复合体系的zeta电位值,并通过测定不同条件下复合物的散射光强及流体力学半径探究了复合物结构变化的过程,建立了SBP/BSA复合物相图。结果表明,保证混合体系pH值小于4.9是形成SBP/BSA复合物的必要条件。SBP/BSA复合物体系散射光强与流体力学半径相关,一般而言,散射光强越大,对应流体力学半径越小,体系分散相尺寸也越小,复合物溶液也就更加澄清透明。SBP/BSA复合体系的散射光强变化过程反映了二者静电复合中的相变过程,且体系pH越小,体系散射光强达到最大值所需的BSA量越少。通过SBP/BSA复合物在pH-BSA复合比率r下建立的相图,确定了研究所需的复合物pH范围为2.5~4.5,BSA占复合物比例r范围为0~0.25。对SBP/BSA复合物共醇析过程进行探究,并采用多种色谱光谱技术对醇析所得复合物进行分析。研究结果表明,果胶醇析率受到了醇析体系初始I-pH、乙醇浓度以及牛血清蛋白添加比例的影响,总体而言,I-pH值越小,乙醇浓度越高,BSA所占复合物比例越大,所对应的果胶醇析率也越高。复合物的红外光谱表明SBP与BSA复合位点发生在BSA的质子化氨基以及SBP的电离羧基上。BSA能够伴随着SBP在乙醇体系中析出,醇析所得复合物包含果胶中原有结合蛋白、BSA和游离小分子蛋白三种类型的蛋白。SBP/BSA复合物共醇析实验表明,在SBP溶液中,BSA的存在能够显著降低SBP的水合作用并使SBP在乙醇体系中变得更不稳定,从而显著提高SBP的醇析率。利用SBP/BSA醇析所得复合物在低pH(pH3.5)条件下制备了乳液,测定了SBP/BSA复合物制备乳液的粒径大小和粒径分布,并将所得乳液的稳定性与纯净SBP制备的乳液进行比较,再结合乳液的CLSM图像以及分层状况对乳液稳定性作出评价。研究结果表明,甜菜果胶具备良好的乳化活性,本实验条件下其制备乳液的粒径集中在1μm左右。而牛血清蛋白的存在能够使果胶制备的乳液液滴变得更加致密,乳液液滴变得更难发生形变和聚集,从而能够极大程度地提升乳液的稳定性。
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