一种具有防止铁聚集和促进铁离子吸收的改性羊乳清蛋白及其制备和应用

本发明属于蛋白材料改性，具体涉及一种具有防止铁聚集和促进铁离子吸收的改性羊乳清蛋白及其制备和应用。

背景技术：

1、膳食铁缺乏是导致贫血相关残疾寿命缩短的关键原因。为减少贫血现象，世界卫生组织（who）建议使用铁盐作为食品添加剂来强化大多数食品，但多数铁强化剂因生物利用度低且感官表现欠佳导致负面的感官影响。同时年轻女性推荐的每日铁摄入量为18毫克，这一高需求通常仅通过饮食满足。因此，需要开发能够高效将高生物利用度铁引入食品中的创新技术。

2、截至目前，已开发出一些化合物，如乙二胺四乙酸铁钠（nafeedta），它们在含有抑制性化合物的食品基质中使用时，其吸收效果优于亚铁盐。同时，二甘氨酸铁是一种氨基螯合铁强化剂，已在特定应用（如牛奶）中展现出显著功效，但世界卫生组织不建议将其用于大规模食品强化，原因是其成本较高且在食品中会引起感官问题。近年来，纳米铁复合材料因其优异的生物相容性和毒理安全性，被广泛应用于铁强化食品中常用的铁盐。但其单独使用时易氧化且在溶液中迅速聚集的特性，导致实际应用效果仍不理想。因此，寻找一种能够在不影响食品感官特性的前提下有效稳定和提高铁吸收的方法，仍是一项关键技术难题。

3、蛋白质可通过物理、化学手段进行改性，其中球状蛋白在酸性和加热条件下通过蛋白质解折叠，结构重聚可以形成淀粉样纤维、分形聚集体或无定形聚集体等多种结构，这些结构可作为矿物质纳米粒子合成的支架、生物活性化合物的载体以及功能复合材料的构建模块。但不同的制备方法、原料来源会导致获得的改性蛋白结构形态差异明显，可能发挥不同的作用。羊乳清蛋白作为羊奶酪加工过程中的重要副产物，属于典型的天然球状蛋白结构，具有生物相容性良好、营养价值高、界面活性优异以及可生物降解等特点，被广泛应用于食品加工、功能材料、生物医药以及环境修复等领域。但目前尚未见利用改性后的羊乳清蛋白实现纳米铁原位生成与稳定负载。因此，亟需在降低成本的同时，利用一步法快速手段获取天然改性羊乳清蛋白，并将其应用于纳米铁的稳定吸附，从而控制铁聚集，这对实现乳清蛋白的高值化利用具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中缺乏能防止铁聚集和促进铁离子吸收的有效载体的问题，本发明旨在于提供一种具有防止铁聚集和促进铁离子吸收的改性羊乳清蛋白及其制备和应用。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

3、本发明提供具有防止铁聚集和促进铁离子吸收的改性羊乳清蛋白的制备方法，包括以下步骤：

4、将羊乳清分离蛋白分散于酸性溶液中，配制成蛋白分散液；

5、在搅拌条件下，在ph值为1.5～2.5的酸性条件下进行高温加热处理，冷却，得到改性羊乳清蛋白。

6、优选地，所述加热处理温度为80～95℃，时间为3～12 h。确保了羊乳清蛋白能够充分展开重聚，同时能使这种聚集体的粘附性和还原力同步增强。

7、进一步优选地，所述加热处理的温度为90℃，加热处理的时间为12 h。

8、优选地，所述蛋白分散液的质量浓度为1%～5%。

9、进一步优选地，所述酸性溶液的ph 值为2.0，所述蛋白分散液的质量浓度为2%。

10、所述搅拌的转速为300 rpm～500 rpm。

11、本发明提供上述的制备方法获得的具有防止铁聚集和促进铁离子吸收的改性羊乳清蛋白。

12、包含刚性长纤维，所述刚性长纤维的平均高度为3～7 nm，所述改性羊乳清蛋白具有铁离子还原活性和粘附性表面。

13、本发明提供一种改性羊乳清蛋白-纳米铁复合材料，包括：

14、基体，所述基体为上述的改性羊乳清蛋白；以及纳米铁颗粒，负载于所述基体表面。

15、所述纳米铁颗粒负载于所述改性羊乳清蛋白表面，由三价铁盐还原生成的纳米铁颗粒，其粒径为 5～20 nm；所述改性羊乳清蛋白与铁元素的质量比为1：（3～7）。

16、进一步优选地，所述改性羊乳清蛋白与铁元素的质量比为1:5。

17、本发明提供所述的改性羊乳清蛋白-纳米铁复合材料在制备铁强化食品或补铁剂中的应用。

18、与现有技术相比，本发明取得如下技术效果：

19、本发明提供的具有防止铁聚集和促进铁离子吸收的改性羊乳清蛋白的制备方法，该方法以羊乳清分离蛋白为原料，通过酸热诱导使其发生纤维化，羊乳清蛋白在纤维化过程中，其粘附性和铁离子还原能力得以同步提升，为后续作为纳米铁材料载体奠定了双重功能基础，解决了现有技术中缺乏针对羊乳清蛋白同时提升粘附性和还原力的制备方法的技术问题。

20、本发明提供的具有防止铁聚集和促进铁离子吸收的改性羊乳清蛋白，以羊乳清蛋白为原料，经一步法酸热诱导后，其结构区别于天然羊乳清蛋白的球状构象。本发明获得的改性羊乳清蛋白具有特定的结构特征和功能特性，是一种新型的蛋白改性材料，同时具备粘附性活性表面和长期三价铁还原能力。同时可作为中间产品用于后续纳米铁负载或其他功能材料的构建。

21、本发明提供的改性羊乳清蛋白-铁纳米复合材料，改性羊乳清蛋白基体兼具粘附性和还原力，前者确保三价铁离子能够有效吸附于纤维表面，后者将fe3+还原为fe2+并稳定负载，实现了铁纳米颗粒的原位生成和均匀分布，避免了纳米颗粒的团聚问题。更重要的是，改性蛋白纤维的刚性长纤维结构（平均高度3～7 nm）及其活性表面，能够在纳米颗粒周围形成物理屏障和化学保护层，有效阻隔溶解氧的接触，从而大幅延缓fe2+的氧化。该复合材料在21天储藏期内二价铁离子浓度保持稳定，由此证明本发明在铁价态稳定性方面具有显著优势。

22、本发明提供的应用，将改性羊乳清蛋白-纳米铁复合材料应用于铁强化食品领域。该复合材料具有以下应用优势：羊乳清蛋白的过敏原性低于牛乳清蛋白，更适合敏感人群；纳米铁颗粒粒径小、不团聚，分散均匀，有利于提高铁的生物利用度；尤其在乳制品中应用优于传统铁强化剂，未产生不良气味和感官差异，解决了纳米铁和传统铁强化剂的应用技术瓶颈，拓展了乳清蛋白高值化利用的应用范围，提升了其应用价值和市场潜力。

1.一种具有防止铁聚集和促进铁离子吸收的改性羊乳清蛋白的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的具有防止铁聚集和促进铁离子吸收的改性羊乳清蛋白的制备方法，其特征在于，加热处理温度为80～95℃，时间为3～12 h。

3.根据权利要求2所述的具有防止铁聚集和促进铁离子吸收的改性羊乳清蛋白的制备方法，其特征在于，加热处理的温度为90℃，加热处理的时间为12 h。

4.根据权利要求1所述的具有防止铁聚集和促进铁离子吸收的改性羊乳清蛋白的制备方法，其特征在于，所述蛋白分散液的质量浓度为1%～5%。

5.根据权利要求1所述的具有防止铁聚集和促进铁离子吸收的改性羊乳清蛋白的制备方法，其特征在于，所述搅拌的转速为300～500 rpm。

6.权利要求1~5任意一项所述的制备方法获得的具有防止铁聚集和促进铁离子吸收的改性羊乳清蛋白。

7.根据权利要求6所述的具有防止铁聚集和促进铁离子吸收的改性羊乳清蛋白，其特征在于，包含刚性长纤维，所述刚性长纤维的平均高度为3～7 nm，所述改性羊乳清蛋白具有铁离子还原活性位点和粘附性表面。

8.一种改性羊乳清蛋白-纳米铁复合材料，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的改性羊乳清蛋白-纳米铁复合材料，其特征在于，所述纳米铁颗粒负载于所述改性羊乳清蛋白表面，由三价铁盐还原生成的纳米铁颗粒，其粒径为 5～20 nm；所述改性羊乳清蛋白与铁元素的质量比为1：（3～7）。

10.权利要求8或9所述的改性羊乳清蛋白-纳米铁复合材料在制备铁强化食品或补铁剂中的应用。