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毕业论文网 > 文献综述 > 化学化工与生命科学类 > 食品科学与工程 > 正文

基于美拉德反应的花生蛋白成膜性的研究文献综述

 2020-06-03 09:06  

花生产量丰富,全球年产量约4000万吨,而且花生中含有25-32%的蛋白(可消化吸收的蛋白约占25%)及42-52%的油,是世界范围内最重要的油料作物之一。花生还是除大豆,棉籽外的第三大植物蛋白来源,占全球11%的蛋白质供给。[4]我国是花生的最大生产国,与大豆、棉籽等其它植物蛋白一样,花生蛋白由于其原料的可再生性和物种分布的广泛性,逐渐成为动物蛋白的替代物,在人类饮食和蛋白质摄入上发挥重大功效。

花生蛋白是一种优质植物蛋白,花生蛋白分子中存在大量氢键、疏水键、二硫键、范德华力、离子键、配位键,可成膜性高,同时花生蛋白膜可以减少食品内部水分蒸发,阻止空气中氧与食品之间发生的氧化作用,防止微生物滋生,延长食品贮藏期。[3]

可食性膜是以天然可食性物质(如:蛋白质、多糖、纤维素及其衍生物等)为原料,通过不同分子间相互作用而形成具有多孔网络结构薄膜,通过包裹、浸渍、涂布、喷洒于食品表面(或内部)达到阻止(或减少)水分、气体或溶质的迁移,并对食品起到机械保护的作用,经研究,花生蛋白具有成膜性,是制成可食性膜的优良原料。

天然蛋白质靠分子中的氢键、离子键和疏水交互作用、偶极相互作用、二硫键等来维持其稳定的结构。花生蛋白质分子在溶液中呈卷曲的紧密结构,有些甚至呈球形,表面被水化膜包围,具有相对稳定性,通过用不同的方法处理会破坏蛋白质内部的相互作用,使蛋白质亚基解离,分子变性,使其分子得到一定程度的伸展,内部的疏水基团、琉基暴露出来,分子间的相互作用加强,同时分子内的一些二硫键断裂,形成新的二硫键,从而形成立体网络结构,在合适的条件下就可以得到具有一定强度和阻隔性的膜。[4]在膜中,蛋白质分子之间通过二硫键、疏水键和氢键结合在一起。颜色反应表明当膜形成时,大豆蛋白中疏水键在膜表面定向排列伸向空中。当蛋白质溶解在水中时,其疏水基团在蛋白质内部远离水。加热时,使蛋白三维构象发生变化,疏水基团暴露出来。在空气一水界面中,蛋白质分子中疏水基团伸向空中,其亲水基团则保持在水中,从而在水平面形成定向排列蛋白质层。

目前制备蛋白可食性膜的一般工艺流程如下:

花生分离蛋白溶于溶剂,搅拌加入增塑剂及其它有效成分,调节pH,加溶剂调节浓度 ,过滤,恒温水浴搅拌反应,冷却至室温,脱气,倒膜,干燥,揭膜,保存于干燥器中。[5]

可食性蛋白膜普遍具有机械性能强,阻隔性能好的优点。不同蛋白制成的可食性膜也有各自的缺陷。大豆分离蛋白膜遇水会溶胀,且其稳定性一般。鱼糜蛋白膜机械性能与阻水性较差,且没有抑菌性。花生分离蛋白膜的机械性能和阻水性也不够理想。

研究者们采取了多种方法来增强蛋白膜的物理性能:包括加入增塑剂,疏水性物质对蛋白膜进行交联反应等。已有大量研究报道了关于加入增塑剂,疏水性物质对蛋白膜性能的影响。而将蛋白质与多糖混合后制备成的一种新型膜材料(基于糖基化反应的花生分离蛋白可食性膜)逐渐受到研究者们的关注。[4]

糖基化反应也称美拉德反应,糖基化反应的末端产物是一种棕色色素类黑精,反应受各种因素影响:如反应物的基本性质、温度、pH值、水分活度、氧气、金属离子等。蛋白质-多糖共价交联产物在糖基化反应的早期阶段形成,因此,糖基化反应条件需要严格控制,以免过度反应造成交联产物的降解,或者生成末端产物。[8]其机理如下:氨基对还原羰基进行亲核攻击,使还原糖脱水形成希夫碱;亚胺异构化使C1=N双键迁移至C2=C1双键,形成1,2-烯醇,而在pHlt;4下,C1=N双键会迁移至 C3=C2双键,形成2,3-烯醇;烯醇经过烯醇-酮异构化形成α-氨基酮类,也就是蛋白质-多糖共价交联产物。

蛋白质-多糖膜具有安全性和可降解性,用于医学手术时可以缓解使用合成材料的生物不相容性,并且作为可食性膜时,其物理性质和机械性质比蛋白质单独成膜时显著改善。将大豆蛋白与海藻酸钠以及丙二醇藻酸酯混合后,混合物之间的静电相互作用增强,具有较好的乳化性质和溶解性,利用混合物制备成的膜也具有较好的理化性质。酪蛋白酸钠膜的拉伸强度为17.2 Mpa,添加玉米淀粉后,其拉伸强度增加至27 Mpa。将乳清蛋白与甲基纤维素混合制备成膜,其水蒸气渗透率比单成分的乳清蛋白膜和甲基纤维素膜都要低,并且在适当的比例下,拉伸强度和延长率也能得到极大改善。除了将蛋白质与多糖进行共混外,成膜过程中将蛋白质与多糖通过化学反应,如糖基化反应形成共价键,也能从一定程度上对蛋白膜的物理性质进行改善。大豆分离蛋白与羧甲基纤维素通过糖基化反应交联成膜后,随着交联度的增加,膜的透明度增加,黄色色泽变浅且糖基化反应能显著改善蛋白膜的热封性,拉伸强度和断裂延长率。[4]大豆蛋白与乳糖通过糖基化反应成膜后,膜的柔韧性和疏水性提高,水蒸气渗透率降低。这些研究表明在蛋白质中加入多糖制备成膜已逐渐成为新的改善膜理化特性的方式。

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