一种利用硫辛酸强化大豆分离蛋白热诱导凝胶的方法

本发明属于大豆功能性蛋白结构应用，具体涉及一种以大豆分离蛋白（soy protein isolate，spi）和硫辛酸（α-lipoic acid，la）为原料制备复合凝胶的方法，尤其涉及一种利用硫辛酸调控大豆分离蛋白热诱导凝胶形成的复合凝胶的制备方法。

背景技术：

1、大豆分离蛋白（soy protein isolate，spi）是一种具有良好凝胶性能的植物蛋白原料，其热诱导凝胶形成过程通常包括蛋白质受热变性、结构展开、疏水基团暴露、分子间聚集及三维网络构建等阶段。大豆分离蛋白凝胶网络主要依赖疏水相互作用、氢键、静电作用及二硫键等分子间作用力维持，其中疏水相互作用促进蛋白质聚集，而二硫键交联有助于增强凝胶网络稳定性，两者共同决定凝胶结构及力学性能。

2、硫辛酸（α-lipoic acid，la）是一种天然存在于动植物及人体内的含硫小分子化合物，是线粒体多酶复合体的重要辅酶，在生物体能量代谢过程中发挥重要作用。硫辛酸分子由一个八碳脂肪链、一个羧基及一个具有较高环张力的1,2-二硫戊环（五元二硫环）组成。该五元二硫环属于动态共价结构，其环内二硫键具有较高的化学活性，在碱性环境、加热条件或亲核试剂存在时容易发生可逆开环反应，形成具有活性的硫醇盐或巯基中间体，并进一步发生二硫键交换反应。因此，硫辛酸不仅具有良好的抗氧化活性，同时具有动态二硫键化学特性，在可逆交联材料、自修复材料及功能凝胶领域受到广泛关注。已有研究表明，硫辛酸在碱性条件下能够发生开环聚合，形成聚硫辛酸网络，其形成过程主要依赖于五元二硫环开环后的动态二硫键交换作用，从而构建稳定的高分子网络体系。这一过程说明硫辛酸具有较强的动态二硫键重构能力，也表明其在网络结构构建方面具有较大的应用潜力。

3、对于蛋白质体系而言，大豆分离蛋白中含有一定数量的半胱氨酸残基及天然二硫键结构。在碱性及热处理条件下，蛋白质发生构象展开，部分埋藏于分子内部的巯基和疏水基团逐渐暴露，体系中二硫键断裂与重组过程更加活跃，为蛋白质分子重新交联提供了有利条件。硫辛酸的五元二硫环在加热条件下发生开环后，可形成具有较高反应活性的含硫中间体，有利于参与蛋白质分子间巯基-二硫键动态交换过程，促进蛋白质分子间重新交联，提高凝胶网络的交联密度。同时，硫辛酸分子具有一定疏水性，其脂肪链能够与蛋白质暴露的疏水区域发生疏水缔合作用，进一步促进蛋白质聚集及网络致密化。因此，硫辛酸兼具动态二硫键调控能力和疏水相互作用调控能力，可作为植物蛋白凝胶网络的新型天然结构调控剂。

4、目前关于硫辛酸的研究主要集中于其抗氧化活性、药物递送、生物医用材料及硫辛酸自身开环聚合形成高分子凝胶等领域，对于利用硫辛酸调控植物蛋白热诱导凝胶形成的研究鲜有报道。尤其是在碱性及加热条件下利用其五元二硫环的动态反应特性协同增强大豆分离蛋白热诱导凝胶网络结构、改善凝胶力学性能及流变性能的技术方案尚未见公开。

5、因此，开发一种利用硫辛酸作为天然结构调控剂，通过其五元二硫环的动态反应特性及疏水相互作用协同调控大豆分离蛋白凝胶网络形成的新方法，对于提高植物蛋白凝胶材料的交联密度、网络稳定性及力学性能具有重要意义。同时，硫辛酸赋予体系的动态二硫键特性及抗氧化潜力，有望进一步拓展该类复合凝胶在植物蛋白材料、生物基包装材料、抗氧化功能材料及其他高性能材料领域的应用，为天然蛋白基功能材料的设计、制备及功能化应用提供新的理论依据和技术路径。

技术实现思路

1、本发明利用硫辛酸在碱性条件下五元二硫环具有动态开环反应活性的特点，结合硫辛酸分子的疏水特性，在热诱导过程中协同调控蛋白质分子间非共价作用和共价交联，促进蛋白质网络重构，获得具有更高凝胶强度、更稳定三维网络结构及优良流变学性能的大豆分离蛋白复合凝胶。

2、本发明采用如下技术方案：

3、（1）spi-la复合体系的制备：称取大豆分离蛋白（soy protein isolate，spi）和硫辛酸（α-lipoic acid，la）粉末，按spi与la质量比分别为11:1、10:2和9:3配制复合体系，使体系总固形物含量为12%（w/v），加入去离子水后于室温条件下搅拌均匀。采用1 m naoh溶液调节体系ph至9.0，在室温条件下继续搅拌，使硫辛酸均匀分散于蛋白体系中，并与spi充分相互作用形成均匀的凝胶前体溶液。在碱性条件下，大豆分离蛋白天然球状结构逐渐展开，部分疏水基团及巯基暴露于分子表面，同时硫辛酸五元二硫环具有发生动态开环及二硫键交换反应的潜在活性，有利于促进蛋白质分子间相互作用及网络重构。

4、（2）spi-la复合凝胶制备：将所得spi-la前体溶液置于85 ℃恒温水浴中加热30min，热诱导聚集及交联，随后迅速冷却至室温，并于4 ℃静置过夜，使凝胶网络进一步稳定，获得spi-la复合凝胶。将一部分新鲜制备的凝胶冷冻干燥，研磨成粉末待测。

5、本发明利用硫辛酸作为天然结构调控剂，在碱性及热诱导条件下协同调控大豆分离蛋白凝胶网络形成。研究结果表明，硫辛酸能够显著影响spi分子内源荧光，分子对接分析进一步证实，硫辛酸可与大豆分离蛋白通过疏水作用稳定结合，为热诱导凝胶网络构建提供分子基础。进一步研究表明，在85 ℃热处理条件下，硫辛酸能够促进spi构象重排，增强分子间的疏水作用，并利用其五元二硫环在碱性环境下具有动态反应活性的特点，在一定程度上促进蛋白质分子间二硫键的重构，从而提高蛋白质网络交联程度，形成更加连续、均匀且稳定的三维凝胶结构。

6、扫描电子显微镜结果显示，与12%纯spi凝胶相比，spi-la复合凝胶具有更加致密、均匀的网络结构，孔径明显减小；流变学测试表明，复合凝胶储能模量（g′）始终高于损耗模量（g″），凝胶强度测试结果表明，在spi与la质量比分别为11:1、10:2及9:3条件下，所得复合凝胶强度均显著高于12%纯spi凝胶。

7、本发明通过硫辛酸动态二硫键特性与疏水相互作用的协同调控，实现了大豆分离蛋白热诱导凝胶网络的强化，提高了复合凝胶的力学性能、结构稳定性及功能特性，为天然蛋白基功能凝胶材料的构建提供了一种工艺简单、条件温和且具有良好应用潜力的新方法。

1.一种硫辛酸(la)增强大豆分离蛋白(spi)热诱导凝胶的制备方法，其特征在于，所述复合凝胶由大豆分离蛋白和硫辛酸通过疏水作用及二硫键交联形成。

2.根据权利要求1所述spi-la复合凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）配制总固形物含量为12％的大豆分离蛋白（spi）与硫辛酸（la）混合溶液；（2）采用naoh调节体系ph至9；（3）在室温下充分搅拌分散形成均匀前体溶液；（4）将前体溶液于85 °c条件下加热30 min形成凝胶；（5）冷却过夜后获得大豆分离蛋白-硫辛酸复合凝胶。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述总固形物含量为12％，大豆分离蛋白与硫辛酸质量比分别为12:0、11:1、10:2、9:3。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述体系采用1 m naoh调节ph至9.0。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热处理温度为85 ℃。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热处理时间为30 min。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述大豆分离蛋白-硫辛酸复合凝胶在4 °c条件下冷却过夜形成。

8.根据权利要求1-2所述的大豆分离蛋白-硫辛酸复合凝胶，其特征在于，所述凝胶的凝胶强度高于相同固形物含量的大豆分离蛋白凝胶。

9.根据权利要求1-2所述的大豆分离蛋白-硫辛酸复合凝胶在食品包装膜、抗氧化功能凝胶、生物可降解材料中的应用。