大豆分离蛋白—低聚糖美拉德反应产物的制备及其益生菌微囊化研究

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益生菌是一类对人体有健康益处的活性微生物,但是其对外界环境的变化较为敏感,酸、碱、热、氧气、机械力、消化酶等不利因素易使益生菌失活,导致其功效价值降低,从而限制了益生菌在食品工业中的应用。针对上述问题,微胶囊化技术是可靠的益生菌增效手段,具有广阔的应用前景。美拉德反应产物(Maillard reaction products,MRPs)是食品加工中常见的蛋白质糖基化产物,具有良好的成膜性、乳化性和抗氧化性,被认为是一类良好的微胶囊化壁材。但目前国内外的研究多集中于蛋白质与单糖或多糖的MRPs,对于蛋白质与低聚糖的MRPs报道较少。此外,MRPs的微胶囊化应用多见于鱼油、维生素等天然产物,用于益生菌包埋的研究较少且不系统。本课题选用大豆分离蛋白(SPI)和低聚异麦芽糖(IMO)/低聚木糖(XOS)/低聚半乳糖(GOS)为原料,采用湿法美拉德反应制备了一系列反应程度不同的MRPs并进行了相关表征和功能特性的研究。选取了SPI-IMOMRPs60(80℃、60 min)、SPI-XOSMRPs30(80℃、30 min)和SPI-GOSMRPs60(80℃、60 min)三种MRPs作为微胶囊壁材用于干酪乳杆菌的包埋,并探究了微胶囊的加工稳定性以及模拟胃肠液消化前后相关性质的变化。本论文主要研究结果如下:(1)湿法美拉德反应可以实现SPI与低聚糖的共价接枝。在80℃的美拉德反应过程中,MRPs的p H值、中间产物含量和褐变程度随反应时间的延长(0~180 min)而不断增加,其中SPI与XOS表现出最快的反应速度。SPI-IMOMRPs、SPI-XOSMRPs和SPI-GOSMRPs均在反应150 min时获得最大接枝度,分别为24.52%±1.41%、26.33%±0.46%和25.10%±0.97%。傅里叶红外光谱、聚丙烯酰胺凝胶电泳和圆二色光谱等表征结果也佐证了MRPs的生成。(2)美拉德反应赋予MRPs优异的还原力、·OH自由基清除能力和DPPH自由基清除能力,并且MRPs能够提升氧化损伤Hep G2细胞的活力、降低胞内活性氧(ROS)水平,但MRPs抗氧化性的强度与美拉德反应的底物和反应程度有关。在相同反应时间下,SPI-XOSMRPs比SPI-IMOMRPs和SPI-GOSMRPs表现出更强的抗氧化性。综合考虑MRPs的功能特性和美拉德反应程度增加可能带来的健康风险,SPI-IMOMRPs60、SPI-XOSMRPs30和SPI-GOSMRPs60被选择作后续研究的对象。(3)模拟胃肠液消化会削弱MRPs的还原力,模拟消化后的SPI-XOSMRPs30具有最高还原力。消化后MRPs对氧化损伤Hep G2细胞活力的影响与相应的原料混合物相比没有显著性变化(p>0.05),但是消化后的MRPs具有更强的ROS清除能力(p<0.05)。此外,模拟消化后的MRPs具有良好的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑制能力,并且能作为碳源和氮源促进干酪乳杆菌的生长,具有潜在的益生元特性,这表明SPI-低聚糖MRPs可能是一种适用于益生菌的微胶囊壁材。(4)SPI-IMOMRPs60、SPI-XOSMRPs30和SPI-GOSMRPs60制备的干酪乳杆菌微胶囊的包埋率均在60%以上,粒径约7μm。微胶囊呈致密光滑的小突起粘结块状,具有优异的热稳定性、机械力稳定性和储藏稳定性。在模拟胃肠液消化过程中,MRPs制备的微胶囊对干酪乳杆菌具有卓越的保护性,活菌数损失仅为0.29~1.14 log CFU·m L-1。除SPI-XOSMRPs30/干酪乳杆菌微胶囊外,其它微胶囊在模拟胃肠液消化后还原力显著降低(p<0.05)。综合评估发现SPI-XOSMRPs30壁材在干酪乳杆菌的微胶囊化中具有更大的应用潜力。本研究为开发SPI-低聚糖MRPs作为新型益生菌微胶囊化壁材提供了详实的数据,为食品工业中益生菌活力的有效保护提供了可行方案,具有重要意义。
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