基于氯化胆碱/二元醇的低共熔溶剂制备、理化性质及提取燕麦蛋白研究

作     者：梁珍珍 

作者单位：陕西科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱振宝

授予年度：2022年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083201[工学-食品科学] 

主      题：氯化胆碱 低共熔溶剂 理化性质 燕麦蛋白质 结构与功能 

摘      要：近年来,植物基蛋白越来越成为优质蛋白质的重要来源,燕麦中蛋白质含量为籽粒质量的15～20%,在谷物中居于首位。针对目前工业上提取蛋白多采用碱溶酸沉法（Alkaline extraction-isoelectric precipitation,AE-IEP）存在流程繁琐、环境污染、容易造成蛋白质变性及营养特性受损等问题,本文采用低共熔溶剂（Deep eutectic solvents,DESs）法提取燕麦蛋白。分别以氯化胆碱（Choline chloride,ChCl）为氢键受体（Hydrogen bond acceptor,HBA）,不同链长的二元醇（乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇）为氢键供体（Hydrogen bond donor,HBD）,制备DESs,对其表征及研究它们的物理性质,并将其应用于燕麦蛋白提取。主要研究结果如下:（1）氯化胆碱/二元醇DESs的制备、表征及理化性质。研究了氯化胆碱和不同碳链长的二元醇合成DESs,通过傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectrometer,FTIR）和核磁共振氢谱（Proton nuclear magnetic resonance,1HNMR）对DESs进行表征。结果表明,DESs存在分子间氢键,通过比较7种合成的DESs,其中摩尔比为1:3的ChCl/乙二醇DESs的氢键作用最强。在303.15～343.15K,随着温度升高,DESs氢键作用减弱,其粘度显著降低。DESs中二元醇不同链长及含量对电导率、密度、极性、表面张力和pH值等物理性质均有影响。（2）氯化胆碱/二元醇DESs体系对燕麦蛋白提取的影响。结果表明,不同DESs体系和含水量对燕麦蛋白提取影响较大,面料液比、温度、提取时间等因素影响较小。较优的工艺条件为:ChCl/乙二醇摩尔比1:3合成DESs、含水量15%、料液比1:7、温度50℃,提取时间100 min,在此条件下,燕麦蛋白的得率、提取率、蛋白质含量、回收率分别为8.26%、60.7%、64.37%、39.07%;与碱溶酸沉法相比,DESs法提取的蛋白质纯度更高,但得率、提取率和回收率均低于前者。（3）采用DESs法提取不同品种和产地燕麦蛋白及碱溶酸沉法提取燕麦蛋白,通过聚丙烯酰胺凝胶电泳（Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE）、FTIR 和氨基酸（Amino acid,AA）组成等方面比较品种和不同提取方法的蛋白质差异。SDS-PAGE结果发现,DESs法和碱溶酸沉法提取的蛋白质均有6种亚基,其中球蛋白含量分别占53.65%～70.64%%、50%～60%,二者在蛋白质分子量上并无明显区别;FTIR结果表明,DESs法和碱溶酸沉法提取的蛋白质二级结构中均含有α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规则卷曲四种结构;碱溶酸沉法提取的蛋白质在3300 cm-1附近的吸收峰强度更高,表明存在更多的水-蛋白质氢键;DESs提取的燕麦蛋白质二级结构中α-螺旋、β-转角、无规则卷曲均要高于碱溶酸沉法提取。紫外吸收光谱结果表明,DESs提取的蛋白质在205 nm处有强烈的吸收峰,260 nm左右有弱的吸收峰;而碱溶酸沉法仅在299 nm有强烈的吸收峰,这说明不同方法提取对蛋白质的结构影响有较大差异。SDS-PAGE、FTIR、紫外吸收光谱图谱表明不同品种和产地的蛋白质亚基、二级结构和紫外吸收峰无明显变化。AA分析结果表明,燕麦蛋白中必需氨基酸含量占总氨基酸含量的29.91%～31.84%,第一限制性氨基酸为赖氨酸。（4）温度、pH值和离子强度对燕麦蛋白功能性均有影响。在等电点（pH=5）附近,蛋白质溶解性、乳化性、起泡性均最低;在碱性条件下（pH≥9）,功能性均良好。温度（30～100℃）和离子强度（0～1 mol/L）对燕麦蛋白功能性影响则呈现先升高后降低的趋势,但达到最大值有差异。（5）DESs/无机盐对燕麦蛋白提取影响。在ChCl/乙二醇DESs体系基础上,加入不同无机盐（NaCl、KCl、MgCl2、BaCl2、MgSO4、Na2SO4）。结果表明,DESs/无机盐体系能够提高对燕麦蛋白的提取率。其中,DESs/MgCl2溶液体系提取效果最佳（得率9.51±0.09%、提取率69.85±0.86%、蛋白质含量60.40± 1.32%、回收率42.19±0.35%）。SDS-PAGE分析表明,加入无机盐后提高了分子量在15kDa左右的蛋白,提高1.2倍～1.8倍,球蛋白含量也有所提高。FTIR分析表明,与单独DESs提取相比,蛋白质二级结构中α-螺旋由26.58%下降到15.01～24.49%,说明无机盐可以促进蛋白质溶解。燕麦蛋白的功能性质研究表明,与DESs单独提取蛋白质的溶解性为3.12%（pH为7）相比,加入无机盐均促进蛋白质的溶解,DESs/MgCl2溶解性最优,达到6.22%。