一种乳铁蛋白冷冻干燥保护剂及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种乳铁蛋白冷冻干燥保护剂及其应用，所述乳铁蛋白冷冻干燥保护剂包括糖类及氨基酸，以所述乳铁蛋白的总重量为100％计，所述糖类的用量为0.01％‑5％，所述氨基酸的用量为0.01％‑2％。以乳铁蛋白对大肠杆菌的抑菌活性为评价指标，添加了本发明专利技术的冷冻干燥保护剂而冻干的乳铁蛋白的抑菌率明显高于未添加冷冻干燥保护剂冻干的乳铁蛋白，这表明本发明专利技术所提供的冷冻干燥保护剂可以有效降低乳铁蛋白在冷冻干燥过程中的活性损失。

A cryoprotectant for lactoferrin and its application

【技术实现步骤摘要】
一种乳铁蛋白冷冻干燥保护剂及其应用
本专利技术涉及一种乳铁蛋白冷冻干燥保护剂及其应用，属于生物

技术介绍
乳铁蛋白(LF)是一种天然存在于乳汁、眼泪、唾液等外分泌液中的具有生物活性功能的糖蛋白，其生物活性功能包括广谱抗菌活性、增强铁的传递和吸收、免疫调节、调节炎症反应和抗氧化作用等。乳铁蛋白的生物活性与其结构存在密切关系，一些乳铁蛋白的结构对生物活性的作用机理已经被研究确认，乳铁蛋白的各种优良生物活性必须依赖于各级蛋白质结构的正常维持。然而，乳铁蛋白对于热、pH值、离子强度等外界环境比较敏感，其结构比较容易发生改变从而丧失活性。目前，商业化乳铁蛋白主要是从牛乳或乳清中提取得到，乳铁蛋白生产工艺的最后步骤就是将液态的乳铁蛋白溶液干燥为固态，由于乳铁蛋白的高敏感性，目前主要的干燥方法是冷冻干燥和低温喷雾干燥。冷冻干燥(简称冻干)技术是将含水物质在低温下冻结，然后在真空条件下通过对冻干物料加热使冰升华，从而脱除水分的一种干燥方法。由于物料在冻干过程中始终处于较低的温度，因此物料理化性质改变较小，冻干后物料品质较高，且冻干后的物质结构疏松多孔，十分有利于物质的复溶。显然，冷冻干燥是最适合于乳铁蛋白这类结构不稳定的蛋白质的干燥方法。相比于滚筒干燥、喷雾干燥等干燥方式，冷冻干燥造成的乳铁蛋白结构改变和活性损失程度最低。然而，冻干过程是一个复杂的相变过程，在冻结、一次干燥和二次干燥等过程中，存在着多种诱导蛋白质变性的因素。因此，事实上，乳铁蛋白在冷冻干燥后，其生物活性仍然发生了比较轻微的损失。除了通过调节预冻温度，降温速率等工艺参数外，使用冻干保护剂也是一种尤为有效的保持乳铁蛋白生物活性的方法。本案专利技术人经过实际研究发现常规冷冻干燥后再复溶的乳铁蛋白的生物活性有所降低，这表明冷冻干燥过程中乳铁蛋白发生了某种程度的变性。为此，提供一种适合于乳铁蛋白，并且可以有效降低乳铁蛋白在冻干过程的活性损失的冷冻干燥保护剂已成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决上述的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种乳铁蛋白冷冻干燥保护剂。本专利技术所提供的乳铁蛋白冷冻干燥保护剂可以大幅度降低乳铁蛋白在冷冻干燥过程中的活性损失。本专利技术的目的还在于提供所述的乳铁蛋白冷冻干燥保护剂在乳铁蛋白冷冻干燥中的应用。本专利技术的目的还在于提供一种乳铁蛋白冷冻干燥方法，该方法采用所述的乳铁蛋白冷冻干燥保护剂。为达到上述目的，一方面，本专利技术提供一种乳铁蛋白冷冻干燥保护剂，其中，所述乳铁蛋白冷冻干燥保护剂包括糖类及氨基酸，以所述乳铁蛋白的总重量为100％计，所述糖类的用量为0.01％-5％，所述氨基酸的用量为0.01％-2％。根据本专利技术所述的乳铁蛋白冷冻干燥保护剂，优选地，所述糖类的用量为0.1％-2％，所述氨基酸的用量为0.05％-1％。其中，所用糖类的保护机制主要有两种，其一是粘度较高的糖类包围在蛋白质分子周围，限制物质的扩散，降低了蛋白质分子的伸展程度，如蔗糖具有一个相对较高的玻璃化转变温度，使其在冷冻状态下可与蛋白质共浓缩，起到了稀释蛋白质的作用，从而防止了聚合，并且维持蛋白分子的结构；其二是蛋白质在失去水分后，原先与水分子结合的氢键与糖分子发生结合，这样蛋白质表面的氢键和极性基团不至于因为暴露而发生变性。根据本专利技术所述的乳铁蛋白冷冻干燥保护剂，优选地，所述糖类包括蔗糖、海藻糖、乳糖、果糖、乳果糖、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖、葡聚糖、麦芽糊精及预糊化淀粉中的一种或几种的组合。其中，氨基酸作为蛋白质冻干保护剂时，由于氨基酸的玻璃化转变温度相对高于非氨基酸缓冲剂，因此氨基酸对冻干制剂的稳定性起到了一定作用；在冷冻和冻干过程中，两性的氨基酸分子与蛋白分子之间发生特异的相互作用，进而可保护蛋白不变性；此外，氨基酸还可以通过阻止缓冲盐结晶的方式保护蛋白质。因此，本专利技术所要求保护的冷冻干燥保护剂采用糖类和氨基酸的组合可显著降低冻干工艺对乳铁蛋白活性的损失。根据本专利技术所述的乳铁蛋白冷冻干燥保护剂，优选地，所述氨基酸包括精氨酸、赖氨酸、色氨酸及甘氨酸中的一种或者几种的组合。根据本专利技术所述的乳铁蛋白冷冻干燥保护剂，优选地，当所述氨基酸包括精氨酸及赖氨酸时，所述精氨酸与赖氨酸的摩尔比为20:1-1:20。根据乳铁蛋白的应用领域和相关法规，冷冻干燥过程中可以选择不同的糖类及氨基酸组合以作为该乳铁蛋白冷冻干燥保护剂，例如，针对婴幼儿配方乳粉中的乳铁蛋白，其所用冷冻干燥保护剂可以选择低聚果糖和/或低聚半乳糖及色氨酸的组合，其中，低聚果糖和低聚半乳糖为益生元，其对于婴幼儿肠道健康十分有益，色氨酸对于婴幼儿神经发育十分重要；而针对用于能量补充用途的乳铁蛋白，其所用冷冻干燥保护剂可以选择果糖和各种氨基酸的组合；针对用于酸奶、液态奶的乳铁蛋白，其所用冷冻干燥保护剂可以选择成本相对低廉的乳糖和/或葡聚糖及甘氨酸的组合。另一方面，本专利技术还提供了所述的乳铁蛋白冷冻干燥保护剂在乳铁蛋白冷冻干燥中的应用。又一方面，本专利技术还提供了一种乳铁蛋白冷冻干燥方法，该方法采用所述的乳铁蛋白冷冻干燥保护剂，所述方法包括以下步骤：(1)向乳铁蛋白水溶液中加入所述乳铁蛋白冷冻干燥保护剂，室温下混合均匀；(2)对步骤(1)所得混合液进行冷冻干燥；其中，所述冷冻干燥包括以下四个阶段：第一阶段：冷冻干燥温度在-50至-30℃范围内，保持0.5-3h，压力为0.3bar；第二阶段：快速升温至温度为-20至-15℃范围内，保持3-8h，压力为0.3bar；第三阶段：升温至温度为0℃，保持1-3h，压力为0.3bar；第四阶段：升温至温度为25至35℃，保持5-10h，压力为0.3bar。根据本专利技术所述的乳铁蛋白冷冻干燥方法，所用的四段冷冻干燥方法可大幅降低冻干时间，降低冻干成本，其中，主要是第二阶段，采用快速升温将温度升至-20到-15℃范围内。该操作的主要目的是：由于冻干产品的水分主要是在低温下排出的，即在溶液的共融点以下排出，所述乳铁蛋白的共熔点在-14至-12℃，因此，冷冻干燥过程中在共融点温度下提供更多热量是缩短冷冻干燥时间的重要因素。前阶段尽可能多的排除水分，可以缩短后期干燥时间。根据本专利技术所述的乳铁蛋白冷冻干燥方法，优选地，所述混合时间为1-60min。根据本专利技术所述的乳铁蛋白冷冻干燥方法，优选地，所述冷冻干燥过程中控制料液的厚度为1-5cm。其中，冷冻干燥过程中，如果料液厚度过大会导致料液无法彻底被冻干，因此在本专利技术提供的乳铁蛋白冷冻干燥方法中需控制料液的厚度为1-5cm。根据本专利技术所述的乳铁蛋白冷冻干燥方法，优选地，第二阶段为快速升温至温度为-15℃。根据本专利技术所述的乳铁蛋白冷冻干燥方法，优选地，所述快速升温的升温速率为1-1.5℃/min。根据本专利技术所述的乳铁蛋白冷冻干燥方法，优选地，以所述乳铁蛋白水溶液的总重量为100％计，其中乳铁蛋白的浓度为1-10％，更优选为5％。根据本专利技术所述的乳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种乳铁蛋白冷冻干燥保护剂，其特征在于，所述乳铁蛋白冷冻干燥保护剂包括糖类及氨基酸，以所述乳铁蛋白的总重量为100％计，所述糖类的用量为0.01％-5％，所述氨基酸的用量为0.01％-2％。/n

【技术特征摘要】
1.一种乳铁蛋白冷冻干燥保护剂，其特征在于，所述乳铁蛋白冷冻干燥保护剂包括糖类及氨基酸，以所述乳铁蛋白的总重量为100％计，所述糖类的用量为0.01％-5％，所述氨基酸的用量为0.01％-2％。


2.根据权利要求1所述的乳铁蛋白冷冻干燥保护剂，其特征在于，所述糖类的用量为0.1％-2％，所述氨基酸的用量为0.05％-1％。


3.根据权利要求1或2所述的乳铁蛋白冷冻干燥保护剂，其特征在于，所述糖类包括蔗糖、海藻糖、乳糖、果糖、乳果糖、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖、葡聚糖、麦芽糊精及预糊化淀粉中的一种或几种的组合。


4.根据权利要求1或2所述的乳铁蛋白冷冻干燥保护剂，其特征在于，所述氨基酸包括精氨酸、赖氨酸、色氨酸及甘氨酸中的一种或者几种的组合；
优选地，当所述氨基酸包括精氨酸及赖氨酸时，所述精氨酸与赖氨酸的摩尔比为20:1-1:20。


5.权利要求1-4任一项所述的乳铁蛋白冷冻干燥保护剂在乳铁蛋白冷冻干燥中的应用。


6.一种乳铁蛋白冷冻干燥方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-4任一项所述的乳铁蛋白冷冻干燥保护剂，该方法包括以下步骤：
(1)向乳铁蛋白水溶液中加入所述乳铁蛋白冷冻干燥保护剂，室温下混合均匀；...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗述博，闫序东，杨蕾蕾，王彩云，程英，
申请(专利权)人：内蒙古伊利实业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙;15