脫酰胺谷類蛋白質－鉻元素螯合物及其制備方法

專利名稱：脫酰胺谷類蛋白質－鉻元素螯合物及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物及其制備方法。
背景技術：
鉻是人體必需的微量元素之一，對人體生理機能的貢獻主要表現在以下方面1)Cr3+離子是葡萄糖耐受因子(GIF)活性中心的組成部分，在人體內發揮著重要的生理功能。Cr3+離子能協助胰島素維持正常糖耐量，使體內糖元合成速度增加，血糖遷移率提高，從而使葡萄糖從肝臟快速轉移到其它組織并被利用。同時，Cr3+離子協同胰島素參與脂類、蛋白質和核酸的代謝，改善血脂狀況，具有顯著的降脂和降膽固醇作用。
2)人體缺鉻會產生葡萄糖、脂肪、蛋白質代謝障礙，引起各種疾病如糖尿病、動脈粥樣硬化、冠心病、末梢神經炎、近視眼等。補鉻是降低高胰島素、高血糖和高血脂水平、預防糖尿病的便捷途徑之一。而且，補鉻還可以改善與糖代謝和脂代謝有關的癥狀，如脂肪肝、肥胖和粉刺等，甚至可促進人體發育、增強體質和預防近視。
3)隨著人們的生活水平的提高，糖尿病的發病率猛增，已成為全球性的、危害人類健康的第三大疾病。Cr3+在糖尿病的發生、發展、預防、治療等方面處于不可忽視的地位。在糖尿病治療方面，含鉻有機化合物具有輔助性的效果。
鉻在自然界中有+6、+3和+2三種價態，其中CR6+生物毒性大，Cr2+不夠穩定，均不適合用于人群補鉻。三價無機鉻價格低廉，安全性較高，可溶性好，但在體內吸收率低，僅為0.4～3％甚至更低。目前補鉻劑多采用三價有機鉻，如煙酸鉻、吡啶羧酸鉻、氨基酸螯合鉻、酵母鉻等。有機鉻的生物吸收率較高，最高可達25～30％，有效性為無機鉻的十倍以上，其缺點是價格昂貴。
人體對微量元素鉻的需求量方面，目前國際上尚無明確的結論。根據美國1989年制定的飲食推薦量(RDA)，成人鉻攝入量應為50～200μg/d。但美國的調查表明，許多人從飲食中攝入的鉻量低于飲食推薦量的下限，也就是說絕大多數人處于貧鉻狀態，其中老年人和糖尿病人缺鉻現象更加嚴重。
鉻在谷物種皮中的含量高于內層，因而糧食加工愈精其鉻含量愈小。小麥面粉與商品稻米中鉻等微量元素含量較低，且鉻元素在面粉與稻米加工精制過程流失率很高。我國小麥與早稻糙米中鉻元素含量分別為130μg/kg與80μg/kg，而面粉與商品稻米中鉻元素平均含量均為30μg/kg左右。
我國居民習慣食用以谷物精細加工后的產品為主。長期食用精制食品會使體內儲存的鉻元素過渡排泄，對健康產生不良影響甚至導致疾病。在不改變人類膳食結構的基礎上，應用安全有效的補鉻制品，是改善人類健康、防治糖尿病的有效途徑。補鉻可以采取藥物補鉻與食品補鉻等形式，其中藥物補鉻的高費用是顯而易見的。蛋白質是谷物食品的主要成份之一，富含人體所需的氨基酸。同時，谷類蛋白質含有大量的活性化學基團，可以與三價鉻離子反應而生成蛋白質鉻鹽，這為開發安全的食品補鉻制品提供了科學依據。

發明內容
本發明的目的是提供一種脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物及其制備方法。
脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物，按重量百分比計，鉻元素在螯合物中的含量為0.5～1.5％。
脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物的制備方法包括以下步驟1)將谷類蛋白質粉置于去離子水中配成5～15％的懸浮液，在攪拌的同時添加濃鹽酸調節pH值至1～4，在120～126℃、0.11～0.15MPa條件下進行脫酰胺反應5～30min；2)在攪拌的同時，用飽和堿溶液調節步驟1)所獲得的懸浮液的pH值至脫酰胺谷類蛋白質的等電點，然后進行離心分離或過濾分離，獲得脫酰胺谷類蛋白質固體；3)將脫酰胺谷類蛋白質固體分散于去離子水中，在50～90℃、攪拌條件下提取水溶性脫酰胺谷類蛋白質，采用離心分離或過濾分離方法收集上清液；4)將鉻元素重量占脫酰胺谷類蛋白質固體重量0.5～1.5％的鉻鹽加入上述的上清液，在120～126℃、0.11～0.15MPa條件下反應5～30min，冷卻后，離心分離或過濾分離，經去離子水反復沖洗或透析后，自然涼曬干燥、低于80℃溫度下烘干、或噴霧干燥，研磨至小于300目，得到含水量小于10％的粉體。
谷類蛋白質是谷朊粉、大米蛋白粉或玉米醇溶蛋白。鉻鹽為無機鉻鹽或有機鉻鹽，無機鉻鹽是氯化鉻、硝酸鉻、硫酸鉻或它們的水合物，有機鉻鹽是煙酸鉻、吡啶羧酸鉻或甘氨酸鉻。堿性溶液為NaOH、NaHCO3、Na2CO3水溶液或氨水。離心機離心速度為3000～5000g，離心分離時間為10～20min。噴霧干燥采用的分散劑是失水山梨醇單月桂酸酯、失水山梨醇單棕櫚酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯或失水山梨醇三油酸酯。
本發明的優點是1)利用脫酰胺谷類蛋白質親水基團的化學活性與三價鉻元素復合而形成螯合物，生產工藝簡單；2)利用高壓鍋或高壓反應釜為反應控制器具，在120～126℃、0.11～0.15MPa條件下制備脫酰胺谷類蛋白質及其與三價鉻元素的螯合物，生產成本低；3)脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物與胃腸道粘膜的親和性高，大大提高了Cr3+離子在人體內的吸收率，同時也降低了環境殘留量；只有脫酰胺谷類蛋白質在胃腸道中被消化、水解后，Cr3+離子才會釋放出來并發揮其生理機能，否則Cr3+離依然與脫酰胺谷類蛋白質牢固結合，不易引起副作用，提高了Cr3+離子的使用安全性；4)脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物粉體易于與面粉混合，形成均勻分散系，使用方便。
具體實施例方式
本發明使用蛋白質是谷朊粉、大米蛋白粉或玉米醇溶蛋白。
谷朊粉也稱活性小麥面筋，是以小麥面粉為原料深加工提取的一種天然植物蛋白質。合適的谷朊粉可以從蛋白質含量≥75％(干基)的商業產品中選擇，如可從上海旺味食品有限公司、河南省天冠植物蛋白有限公司、安徽省桐城市樂健食品有限公司購買谷朊粉。
大米蛋白粉是從大米粉、米渣或米糟中制取的一種高純度的大米蛋白產品，其蛋白含量≥80％(干基)。從大米粉、米渣或米糟中提取大米蛋白質的技術是公知的，如在如下文獻中有述，該文獻引入本文作為參考“王章存，姚惠源大米蛋白質提取技術.研究糧食與飼料工業，2003，(8)37-38.”另外，中國專利03134973.0公開了“從大米中提取大米蛋白的方法”，中國專利03134972.2公開了“堿法提取大米蛋白的方法”，中國專利200410039303.0公開了“以大米為原料提取大米蛋白并制大米淀粉的工藝方法”。合適的大米蛋白粉也可以從蛋白質含量≥80％(干基)的商業產品中選擇，如可從桂林紅星生物科技有限公司購買大米蛋白粉。
從玉米蛋白粉(也稱玉米麩質粉)中提取玉米醇溶蛋白的技術使公知的，如在如下文獻中有述，該文獻引入本文作為參考“張鐘，齊愛云玉米醇溶蛋白提取工藝及功能性質研究，糧食與飼料工業，2004(9)21-23.”中國專利00101222.3公開了“用玉米谷朊制備醇溶玉米蛋白膜”的技術，其中描述了從玉米蛋白粉中提取玉米醇溶蛋白的方法。
脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物的制備分兩步進行，第一步在谷類蛋白質溶液或懸浮液中添加鹽酸，在高溫、高壓條件下使谷類蛋白質發生高壓變性與脫酰胺反應，使蛋白質中的天冬酰氨和谷氨酰胺脫去酰胺基而生成天冬氨酸和谷氨酸，從而使蛋白質大分子的電荷密度增大，溶解性提高。脫酰胺谷類蛋白質具有大量羧基，可與金屬離子螯合。鹽酸的加入方式和使用量的要求不是很嚴格，一般而言，可以在攪拌條件下直接倒入適量的稀鹽酸，也可以逐漸滴加濃鹽酸，將pH值控制在1～4，本發明推薦pH應控制在2左右。
第二步將鉻鹽加入脫酰胺谷類蛋白質的溶液中，在高溫、高壓條件下使溶液中的Cr3+離子與脫酰胺谷類蛋白質的羧基發生離子反應。所說的鉻鹽為無機鉻鹽或有機鉻鹽，無機鉻鹽是氯化鉻、硝酸鉻、硫酸鉻或它們的水合物，有機鉻鹽是煙酸鉻、吡啶羧酸鉻或甘氨酸鉻。考慮到成本，本發明推薦使用氯化鉻、硝酸鉻、硫酸鉻或它們的水合物，其用量應使鉻元素重量相當于脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物重量的0.5～1.5％，推薦值為1.0％。將鉻鹽加入脫酰胺谷類蛋白質溶液后，在室溫下即可觀察到白色沉淀出現，本發明所采用的高溫、高壓反應條件可以加快脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物的形成。
防止鉻鹽在脫酰胺谷類蛋白質溶液中發生水解是本發明的關鍵之一。可以將鉻鹽固體粉末或鉻鹽水溶液直接加入脫酰胺谷類蛋白質溶液中，然后在高溫、高壓條件下進行反應。在使用鉻鹽水溶液的場合，若鉻鹽水溶液儲存時間超過1天，應往鉻鹽水溶液中滴入適量的稀酸，目的是使鉻鹽水溶液穩定。
采用高溫、高壓條件控制谷類蛋白質的脫酰胺反應與脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物的制備是本發明的關鍵之一。在本發明的小批量生產可以采用高壓鍋，而大批量生產應采用高壓反應釜。為防止酸性揮發氣氛所造成的腐蝕，高壓鍋或高壓反應釜內需配備防腐蝕襯里或涂層。谷類蛋白質的脫酰胺反應與脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物的制備可以采用煤氣灶明火加熱，也可以采用電爐加熱。
脫酰胺谷類蛋白質的分離以及脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物的分離工藝，可因地制宜，選用濾布過濾、離心機或壓濾機進行分離。
脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物為固體粉末，分離后應用去離子水反復沖洗，以除去殘余的游離鉻離子。清洗完畢后可自然涼曬干燥、在低于80℃溫度下烘干、或噴霧干燥，研磨至小于300目，得到含水量小于10％的白色粉體。
為保證脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物作為食品補鉻劑的安全性，本發明推薦將清洗后的脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物置于透析袋中，采用去離子水進行透析，然后將透析的脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物進行干燥、研磨、包裝。
如選用噴霧干燥，則需將經清洗或透析處理的脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物制漿，并加入分散劑。適用于本發明的分散劑有嚴格的要求，應是食品級的，其用量應在食品添加劑的允許量之內。推薦使用的分散劑是失水山梨醇單月桂酸酯、失水山梨醇單棕櫚酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯或失水山梨醇三油酸酯。加入分散劑的目的，是降低漿料的粘度，使高濃度漿料的噴霧干燥容易實施，從而降低干燥能耗。適用于本發明的噴霧干燥設備是常規性的，技術上是眾所周知的。
以下結合具體實例進一步說明本發明。
實施例1以谷朊粉、三氯化鉻為原料制備脫酰胺小麥蛋白質-鉻元素螯合物的制備方法，包括以下步驟1)稱取20g谷朊粉置于燒杯中，用去離子水中配成5％的懸浮液，在電磁攪拌的同時添加濃鹽酸使懸浮液酸化，調節懸浮液pH值至1，將懸浮液置于高壓鍋內，在120℃、0.11MPa條件下進行脫酰胺反應5min，冷卻至室溫；2)在攪拌的同時，用飽和NaOH溶液調節脫酰胺小麥蛋白質懸浮液的pH至pH＝4.5，然后在3000g條件下進行離心分離10min，傾掉上清液，獲得脫酰胺小麥蛋白質固體；3)將脫酰胺小麥蛋白質固體分散于400ml去離子水中，在50℃、高速攪拌條件下提取水溶性脫酰胺小麥蛋白質，在5000g條件下離心分離20min，收集上清液；將剩余的脫酰胺小麥蛋白質固體重新分散于400ml去離子水中，在相同條件下提取水溶性脫酰胺小麥蛋白質。將兩次分離所得到的上清液合并(水溶性脫酰胺小麥蛋白質的重量為6.7g)；4)稱取0.15g CrCl3(含鉻元素0.05g)，加入步驟3)所得的上清液，攪拌直至CrCl3全部溶解，在126℃、0.15MPa條件下反應30min，冷卻后，采用漏斗過濾，獲得脫酰胺小麥蛋白質-鉻元素螯合物固體，置于透析袋中，用去離子水透析3天，每天換水一次，將透析產物過濾，在70℃溫度下烘干，研磨至粒徑小于300目，裝袋。產品中鉻元素含量為0.75％。
實施例2以大米蛋白粉、硝酸鉻為原料制備脫酰胺大米蛋白粉-鉻元素螯合物的制備方法，包括以下步驟
1)稱取20g大米蛋白粉置于燒杯中，用去離子水中配成15％的懸浮液，在電磁攪拌的同時添加濃鹽酸，調節懸浮液pH值至3，將懸浮液置于高壓反應釜內加熱，在126℃、0.15MPa條件下進行脫酰胺反應30min，冷卻至室溫；2)在攪拌的同時，用飽和NaHCO3溶液調節脫酰胺大米蛋白質懸浮液的pH值至pH＝4.2，采用漏斗過濾分離獲得脫酰胺大米蛋白質固體；3)將脫酰胺大米蛋白質固體分散于400ml去離子水中，在90℃、高速攪拌條件下提取水溶性脫酰胺大米蛋白質，在4000g條件下離心分離15min，收集上清液；將剩余的脫酰胺大米蛋白質固體重新分散于400ml去離子水中，在相同條件下提取水溶性脫酰胺大米蛋白質。將兩次分離所得到的上清液合并(水溶性脫酰胺大米蛋白質的重量為4.2g)；4)稱取0.23g Cr(NO3)3(含鉻元素0.05g)粉末，用去離子水配成2％的溶液，加入步驟3)所得的上清液，攪拌直至Cr(NO3)3全部溶解，在124℃、0.13MPa條件下反應20min，冷卻后，采用漏斗過濾，并在過濾時用去離子水沖洗5次，獲得脫酰胺大米蛋白質-鉻元素螯合物固體，在常溫下自然涼干，研磨至粒徑小于300目，裝袋。產品中鉻元素含量為1.1％。
實施例3以玉米醇溶蛋白、硫酸鉻為原料制備脫酰胺玉玉米蛋白質-鉻元素螯合物的制備方法，包括以下步驟1)稱取20g玉米醇溶蛋白置于燒杯中，用去離子水中配成10％的懸浮液，在電磁攪拌的同時添加濃鹽酸，調節懸浮液pH值至2，將懸浮液置于高壓反應釜內加熱，在126℃、0.15MPa條件下進行脫酰胺反應10min，冷卻至室溫；2)在攪拌的同時，用飽和Na2CO3溶液調節脫酰胺玉米蛋白質懸浮液的pH值至pH＝4.6，然后在4000g條件下進行離心分離15min，傾掉上清液，獲得脫酰胺玉米蛋白質固體；3)將脫酰胺玉米蛋白質固體分散于400ml去離子水中，在90℃、高速攪拌條件下提取水溶性脫酰胺玉米蛋白質，在4000g條件下離心分離15min，收集上清液；將剩余的脫酰胺玉米蛋白質固體重新分散于400ml去離子水中，在相同條件下提取水溶性脫酰胺玉米蛋白質。將兩次分離所得到的上清液合并(水溶性脫酰胺玉米蛋白質的重量為5.6g)；4)稱取0.19g Cr2(SO4)3(含鉻元素0.05g)粉末，加入步驟3)所得的上清液，攪拌直至Cr(NO3)3全部溶解，在124℃、0.13MPa條件下反應5min，冷卻后，采用漏斗過濾，并在過濾時用去離子水沖洗5次，獲得脫酰胺玉米蛋白質-鉻元素螯合物固體；5)將步驟4)所得到的脫酰胺玉米蛋白質分散于300ml水中，加入0.017g失水山梨醇三硬脂酸酯，充分攪拌，使混合均勻，在進風溫度200℃、出風溫度95℃條件下噴霧干燥，裝袋。產品中鉻元素含量為0.88％。
實施例4以谷朊粉、CrCl3·6HO2為原料制備脫酰胺小麥蛋白質-鉻元素螯合物的制備方法用氨水代替飽和NaOH溶液調pH值、用0.26g CrCl3·6HO2代替0.15g CrCl3進行螯合反應，其余條件同實例1。
實施例5以大米蛋白粉、煙酸鉻為原料制備脫酰胺大米蛋白質-鉻元素螯合物的制備方法用0.40g煙酸鉻代替0.23g Cr(NO3)3進行螯合反應，其余條件同實例2。
實施例6以玉米醇溶蛋白、吡啶羧酸鉻為原料制備脫酰胺玉米蛋白質-鉻元素螯合物的制備方法用0.40g吡啶羧酸鉻代替0.19g Cr2(SO4)3進行螯合反應、用失水山梨醇三油酸酯代替失水山梨醇三硬脂酸酯作為噴霧干燥的分散劑，用其余條件同實例3。
實施例7以玉米醇溶蛋白、甘氨酸鉻為原料制備脫酰胺玉米蛋白質-鉻元素螯合物的制備方法用0.27g甘氨酸鉻代替0.19g Cr2(SO4)3進行螯合反應、用失水山梨醇單月桂酸酯代替失水山梨醇三硬脂酸酯作為噴霧干燥的分散劑，用其余條件同實例3。
實施例8以玉米醇溶蛋白、Cr(NO3)3·9HO2為原料制備脫酰胺玉米蛋白質-鉻元素螯合物的制備方法用0.38g Cr(NO3)3·9HO2代替0.19g Cr2(SO4)3進行螯合反應、失水山梨醇單棕櫚酸酯代替失水山梨醇三硬脂酸酯作為噴霧干燥的分散劑，用其余條件同實例3。
實施例9
稱取25kg小麥面粉、5g按實施例1方法制備的脫酰胺小麥籽粒蛋白質-鉻元素螯合物，在攪拌器中均勻混合，包裝。此時面粉中鉻元素含量約為1.5mg/kg。
實施例10稱取施例9方法制備的含鉻面粉500g、水250g、酵母5g，置于面盆中，手工和面調制面團，常溫下發酵1h。將發酵的面團作成饅頭，在常溫下醒發30min，然后裝入鍋中蒸至水沸騰后15min，制成含鉻元素的饅頭。
本發明提供了一種脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物及其制備方法和用法。本發明涉及的原料來源豐富，制備方法與工藝流程簡單，生產成本低廉，易于推廣實施。基于本發明制得的脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物，可應用于面粉以及各種面粉食品的補鉻添加劑，提供人體所必需的鉻元素，具有降低高胰島素、高血糖和高血脂水平等功效，在防治糖尿病方面具有輔助效果。本發明制得的脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物在面粉以及面粉食品中的添加量極低，不會改變面粉食品的色澤、外觀和口味，對居民膳食結構不會產生影響。
權利要求
1.一種脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物，其特征在于，按重量百分比計，鉻元素在螯合物中的含量為0.5～1.5％。
2.一種如權利要求1所述的脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟1)將谷類蛋白質粉置于去離子水中配成5～15％的懸浮液，在攪拌的同時添加濃鹽酸調節pH值至1～4，在120～126℃、0.11～0.15MPa條件下進行脫酰胺反應5～30min；2)在攪拌的同時，用飽和堿溶液調節步驟1)所獲得的懸浮液的pH值至脫酰胺谷類蛋白質的等電點，然后進行離心分離或過濾分離，獲得脫酰胺谷類蛋白質固體；3)將脫酰胺谷類蛋白質固體分散于去離子水中，在50～90℃、攪拌條件下提取水溶性脫酰胺谷類蛋白質，采用離心分離或過濾分離方法收集上清液；4)將鉻元素重量占脫酰胺谷類蛋白質固體重量0.5～1.5％的鉻鹽加入上述的上清液，在120～126℃、0.11～0.15MPa條件下反應5～30min，冷卻后，離心分離或過濾分離，經去離子水反復沖洗或透析后，自然涼曬干燥、低于80℃溫度下烘干、或噴霧干燥，研磨至小于300目，得到含水量小于10％的粉體。
3.根據權利要求2所述的脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物的制備方法，其特征在于所說的谷類蛋白質是谷朊粉、大米蛋白粉或玉米醇溶蛋白。
4.根據權利要求2所述的脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物的制備方法，其特征在于所說的鉻鹽為無機鉻鹽或有機鉻鹽，無機鉻鹽是氯化鉻、硝酸鉻、硫酸鉻或它們的水合物，有機鉻鹽是煙酸鉻、吡啶羧酸鉻或甘氨酸鉻。
5.根據權利要求2所述的脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物的制備方法，其特征在于，所說的堿性溶液為NaOH、NaHCO3、Na2CO3水溶液或氨水。
6.根據權利要求2所述的脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物的制備方法，其特征在于所說的離心分離，其離心速度為3000～5000g，離心分離時間為10～20min。
7.根據權利要求2所述的脫酰胺谷類蛋白質-鉻元素螯合物的制備方法，其特征在于，所說的噴霧干燥采用的分散劑是失水山梨醇單月桂酸酯、失水山梨醇單棕櫚酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯或失水山梨醇三油酸酯。
全文摘要
本發明公開了一種脫酰胺谷類蛋白質－鉻元素螯合物及其制備方法。按重量百分比計，鉻元素在螯合物中的含量為0.5～1.5％。其制備方法是利用脫酰胺谷類蛋白質的化學基團的活性，將人體必需的微量元素鉻與蛋白質復合，制成含活性Ce
文檔編號C07K14/415GK1709907SQ200510050429
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月24日 優先權日2005年6月24日
發明者宋義虎, 鄭強, 葉瑛 申請人:浙江大學