可控酶解牛乳蛋白制备低致敏性水解产物的研究

作     者：杨晶晶 

作者单位：天津科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李洪波;朱宏

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] 083203[工学-农产品加工及贮藏工程] 

主      题：牛乳蛋白 酶解控制 致敏性 磁性Fe3O4纳米粒子 固定化酶水解 

摘      要：牛乳蛋白营养价值极高,被认为是母乳的最佳替代品。但牛乳蛋白过敏是常见的儿童食物过敏,而酶解法被广泛应用于降低牛乳蛋白的致敏性。与游离酶相比,磁性固定化酶具有高催化特性及稳定性,并可实现酶的循环利用,降低生产成本。本文通过蛋白酶的筛选,确定了牛乳蛋白部分和深度水解工艺,并探究了水解产物的致敏性;建立部分和深度可控酶解的动力学模型,明确水解时间和水解度的关系;最后利用磁性纳米粒子固定复合酶,研究固定化酶水解牛乳蛋白,降低致敏性的效果。通过单酶筛选确定中性蛋白酶和碱性蛋白酶为酶解实验用酶。通过分子量分布以及游离氨基酸的测定,确定部分和深度水解工艺。部分水解工艺:中性蛋白酶,E/S 6000U/g,水解p H 7,温度50℃,水解时间0.5 h。水解产物水解度为9.68%;分子量6000Da肽段占比95.02%,1200 Da肽段占比51.66%,游离氨基酸占比9.42%;酪蛋白抗原性降低率为14.93%,β-乳球蛋白抗原性降低率为11.06%。深度水解工艺:复合酶(碱性蛋白酶和中性蛋白酶)比例为1:1,E/S 6000 U/g,水解温度50℃,水解p H 8.5,水解时间3 h。水解产物水解度为24.68%;分子量3000 Da肽段占比99.03%,1200Da肽段占比91.59%,游离氨基酸占比15.92%;酪蛋白抗原性降低率为33.76%,β-乳球蛋白抗原性降低率为22.38%。利用数学推导分别得到部分和深度可控酶解动力学模型,通过模型我们可以初步判断水解程度,理论值与实际值拟合性较好,具有实际意义。对于部分水解动力学模型,动力学常数k=14.531 min和k=1.9669 min,最低临界初始蛋白酶浓度E=cS,最大临界底物初始浓度S=E/c,c=2.484×10。对于深度水解动力学模型,动力学常数k=23.752 min和k=3.5445 min,c=1.495×10。同时建立水解度与分子量分布的关系,当水解度不高于15%时,分子量1000 Da肽段占比范围为29～60%,当水解度大于15%时,分子量1000 Da肽段分布范围在60～85%之间。针对游离蛋白酶在应用中不稳定且难以回收利用,将碱性和中性蛋白酶共同固定在改性的磁性FeO纳米颗粒上。通过FT-IR和SEM分析,发现固定化酶成功固定在磁性FeO纳米颗粒上。重复利用5次后,固定化酶的重复使用率仍保持初始活性的68.23%。牛乳蛋白于50℃,p H 8.5的条件下经6000 U/g固定化酶水解3 h后,水解物的水解度为22.76%,β-乳球蛋白和酪蛋白的抗原性降低率分别为21.34%和30.89%。分子量1000 Da肽段占比82.75%,游离氨基酸含量占比13.65%。这一结果说明固定化酶水解活力与游离酶相似,可用于制备深度水解牛乳蛋白。