一种月桂酰化水解小麦蛋白钾及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种月桂酰化水解小麦蛋白钾及其制备方法和应用 (Lauroyl hydrolyzed wheat protein potassium and preparation method and application thereof ) 是由 文茂 孟巨光 李建 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于护发、护肤技术领域,公开了一种月桂酰化水解小麦蛋白钾及其制备方法和应用。本发明月桂酰水解小麦蛋白钾是以绿色原料谷朊粉为基础,经多步酶水解得到低聚肽并进一步酰化后制备的新型肽表面活性剂,在中碱性条件下有一定泡沫性能的同时,克服了氨基酸表面活性剂的缺点,具有增稠特性,此外还可能具有肽的一些特殊功能,为化妆品行业提供了一个温和,有功效的表面活性剂选择。(The invention belongs to the technical field of hair care and skin care, and discloses lauroyl hydrolyzed wheat protein potassium and a preparation method and application thereof. The lauroyl hydrolysis wheat protein potassium is a novel peptide surfactant prepared by taking green raw material wheat gluten as a basis, obtaining oligopeptide through multi-step enzyme hydrolysis and further acylating, has certain foam performance under a medium-alkaline condition, overcomes the defects of an amino acid surfactant, has thickening property, possibly has certain special functions of peptide, and provides a mild and functional surfactant selection for the cosmetic industry.)
技术领域
本发明属于护发、护肤技术领域，特别涉及一种月桂酰化水解小麦蛋白钾及其制备方法和应用。
背景技术
小麦蛋白(俗称谷朊粉)是小麦淀粉生产的副产物，其蛋白质含量高达72％～85％，氨基酸组成比较齐全，是营养丰富、物美价廉的纯天然植物性蛋白源，按溶解性质的不同，小麦蛋白可分为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。在小麦蛋白中，清蛋白、球蛋白质量分数约为总蛋白的10％，这两种蛋白富含赖氨酸，溶于稀盐。醇溶蛋白和谷蛋白是小麦贮藏蛋白，其质量分数约为小麦籽粒蛋白的80％，该两种蛋白富含谷氨酰胺及脯胺酸，醇溶蛋白溶于60-70％乙醇，谷蛋白溶于稀酸或稀碱。
近些年来，蛋白质被逐渐用于化妆品当中当概念性成分，用于化妆品中的蛋白质主要来源于动植物提取，进一步地，人们关注于将蛋白质水解物作为活性成分，用于头发护理及高品质化妆品，人皮肤与头发表层主要由一些角蛋白结构构成，蛋白质水解物能通过弱作用力吸附在角蛋白结构表面，从而起到保护头发与皮肤的作用，此外，分子量小于3000da的肽能渗透进入皮肤真皮及发皮质层中，它们能起到促进细胞生长的作用。小麦低聚肽是谷朊粉经过特定酶分解并分离得到的长度约为2-6个氨基酸的小分子肽，小麦低聚肽比蛋白质更容易吸收、在水中溶解性更好，同时还保留有一些特有的生物学活性。近些年来越来越多化妆品中使用了氨基酸衍生化制备的表面活性剂，该类表面活性剂较为温和，但也有着明显的缺点，氨基酸表面活性剂较难增稠。因此在水解蛋白质制备低聚肽基础上，经一步衍生化制备肽表面活性剂，这样开发出了一款具有调理特性的，能增稠的新型产品，为化妆品行业提供更多的选择。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种月桂酰化水解小麦蛋白钾。
本发明的另一目的在于提供一种上述月桂酰化水解小麦蛋白钾的制备方法。
本发明的再一目的在于提供一种上述月桂酰化水解小麦蛋白钾的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种月桂酰化水解小麦蛋白钾，该月桂酰化水解小麦蛋白钾具有以下结构：
其中n是氨基酸残基数，以1-5个为主，呈正太分布在2-3个氨基酸，R1、R2为小麦氨基酸侧链。
所述氨基酸残基为谷氨酰胺、谷氨酸、脯胺酸和赖氨酸中的一种以上。
上述的一种月桂酰化水解小麦蛋白钾的制备方法，按照以下操作步骤：
(1)采用酶法水解谷朊粉，所用酶为碱性蛋白酶及胰蛋白酶，采用分步并补酶的方式进行制备，所得水解液通过过滤分离或离心分离去除不溶物质，得到透明的蛋白水解液；
(2)将蛋白质水解液升温至40-70℃，向其滴加月桂酰氯，用氢氧化钾控制反应pH在8-12之间，滴加完毕后反应2-3h，得到月桂酰水解小麦蛋白钾粗品；
(3)将月桂酰水解小麦蛋白钾粗品的温度调节至50℃，调节pH至12，添加质量分数27.5％的双氧水脱色10min，再重复添加质量分数27.5％的双氧水进行脱色，直至液体颜色变为黄色；
(4)脱色完毕后，冷却反应液体至室温，调节pH至8-8.5，将反应液体抽滤得到透明黄色液体，即为月桂酰化水解小麦蛋白钾；或者向反应液体中加盐酸至pH1-2，过滤，收集固体，将固体物溶解于去离子水中得到透明黄色液体，即为月桂酰化水解小麦蛋白钾。
步骤(1)中所述的采用分步并补酶的方式进行制备，具体是按照以下步骤：
①将谷朊粉加入到去离子水中配成质量分数20％的谷朊粉悬浊液，用氢氧化钾调节pH值至9-11，搅拌混匀；升温到50-60℃，再加入0.05-0.2％碱性蛋白酶，用氢氧化钾调节pH在9-11之间，放入水浴加热器中反应4h；
②反应完毕后再加入0.05-0.1％碱性蛋白酶反应4h，反应过程中用氢氧化钾控制pH在9-11之间；重复该过程一次；
③最后降温到40℃并加入1-2％胰蛋白酶反应4h，反应过程中用氢氧化钾控制反应pH在7-9之间；反应完毕后加入盐酸至pH 3-4并放入冰箱中保存。
步骤(1)中所述蛋白水解液的中低聚肽的平均氨基酸数为2-3个，蛋白质水解度为30％-50％。
步骤(1)中所述过滤分离是取出水解完毕的水解液，用中速滤纸自然过滤或抽滤，过滤完毕后调节pH至6-8，用中速滤纸自然过滤，最后调节pH至10-11，用中速滤纸自然过滤，收集滤液为蛋白水解液，于冰箱中保存。
步骤(1)中所述离心分离是取出水解完毕的水解液，6000rpm离心10min，离心完毕后调节pH至6-8，6000rpm离心10min，离心完毕后调节pH至10-11，6000rpm离心10min，离心完毕后收集上清液，弃沉淀，得到蛋白水解液，并保存于冰箱。
步骤(2)中所述月桂酰氯的滴加量根据以下公式计算：其中M为月桂酰氯添加量，V为蛋白水解液体积，C为谷朊粉悬浊液的浓度，DH为蛋白质水解度。
步骤(3)中所述重复添加的次数为2次，所添加的双氧水总体积为月桂酰水解小麦蛋白钾粗品的3％。
上述的月桂酰化水解小麦蛋白钾在化妆品中的应用。
步骤(1)控制水解液pH来调节各肽组份的溶解特性，再通过过滤分离或离心分离的方式来去除不溶物质以提高水解液稳定性及透明度。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明通过酶水解小麦蛋白质，酰化水解小麦蛋白制备一种新型的表面活性剂，该表面活活性剂在拥有接近氨基酸表活发泡性能的同时，还能在配方体系中起到增稠作用，是一款能增稠的新型产品，为化妆品行业提供更多的选择。
(2)本发明以绿色方法制备月桂酰化水解小麦蛋白，该表面活性剂安全性高、刺激性低，还具有肽侧链，能吸附到头发表面形成保护层，能促进表皮细胞生长，具有调理特性。
附图说明
图1是谷朊粉在不同方法下的水解度及收率示意图。
图2是不同酰化方法活性物及盐含量图。
图3是表面活性剂在不同pH下的泡沫性能，其中左图为月桂酰水解小麦蛋白钾，右图为椰油酰基丙氨酸钠。
图4是本发明月桂酰化水解小麦蛋白钾的制备工艺流程图。
图5是本发明月桂酰化水解小麦蛋白钾的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。本发明月桂酰化水解小麦蛋白钾的制备工艺流程图如图4所示，制备过程依据的反应方程式如图5所示。
以下实施例1、对比例1.1、对比例1.2和对比例1.3中蛋白质水解度及蛋白质收率计算如下述方法：
(1)蛋白质水解度的结算：
小麦蛋白的水解度：采用pH-stat法测定，该方法只适用于pH大于6的反应。记录初始pH，反应过程中pH会逐渐降低，滴加1M的氢氧化钠控制反应pH在初始值左右，记录消耗的氢氧化钠体积，消耗的氢氧化钠量与释放出来的肽键一一对应，根据公式F1计算水解度，其中B为氢氧化钠消耗量，N为氢氧化钠浓度，M为蛋白质质量，谷朊粉中小麦蛋白的含量经过测定为80％。此外α及htot值如表1所示，htot为每克原料蛋白质中肽键的毫摩尔数，对于小麦蛋白，该值取8.38；pH为反应初始pH，pka为氨基在对应温度下的pka值：
F1：
表1α及htot值
(2)蛋白质收率的计算
将水解液离心或过滤所得固体重量烘干，因为蛋白质在酶解的作用下而溶解，其他组份，如多糖、脂肪等仍不溶解，因此根据加入的固体重量减去除去的沉淀重量算出溶解的蛋白质质量，从而得到蛋白质收率，计算公式如F2，其中M1为所加谷朊粉质量，M2离心或过滤所得固体质量。
F2：
实施例1
采用酶法水解谷朊粉，得到水解液，具体包括以下步骤：
(1)将谷朊粉加入到去离子水中配成质量分数20％的谷朊粉悬浊液，用10M氢氧化钾溶液调节pH值至10.5，搅拌混匀；升温到60℃，再加入0.05％碱性蛋白酶，用10M氢氧化钾溶液调节pH在10.5，放入水浴加热器中反应4h；
(2)反应完毕后再加入0.05％碱性蛋白酶反应4h，反应过程中用10M氢氧化钾溶液控制pH在10.5；重复该过程一次；
(3)最后降温到40℃并加入1％胰蛋白酶反应4h，反应过程中用10M氢氧化钾溶液控制反应pH在7.5；反应完毕后加入盐酸至pH 3-4并放入冰箱中保存。
对比例1.1
采用酶法水解谷朊粉，得到水解液，具体包括以下步骤：
(1)将谷朊粉加入到去离子水中配成质量分数20％的谷朊粉悬浊液，用10M氢氧化钾溶液调节pH值至10.5，搅拌混匀；升温到60℃，再加入0.1％碱性蛋白酶，用10M氢氧化钾溶液调节pH在10.5，放入水浴加热器中反应4h；
(2)反应完毕后再加入0.05％碱性蛋白酶反应4h，反应过程中用10M氢氧化钾溶液控制pH在10.5；重复该过程一次；
(3)最后降温到40℃并加入1％胰蛋白酶反应4h，反应过程中用10M氢氧化钾溶液控制反应pH在7.5；反应完毕后加入盐酸至pH 3-4并放入冰箱中保存。
对比例1.2
采用酶法水解谷朊粉，得到水解液，具体包括以下步骤：
(1)将谷朊粉加入到去离子水中配成质量分数20％的谷朊粉悬浊液，用10M氢氧化钾溶液调节pH值至10.5，搅拌混匀；升温到60℃，再加入0.2％碱性蛋白酶，用10M氢氧化钾溶液调节pH在10.5，放入水浴加热器中反应4h；
(2)反应完毕后再加入0.05％碱性蛋白酶反应4h，反应过程中用10M氢氧化钾溶液控制pH在10.5；重复该过程一次；
(3)最后降温到40℃并加入1％胰蛋白酶反应4h，反应过程中用10M氢氧化钾溶液控制反应pH在7.5；反应完毕后加入盐酸至pH 3-4并放入冰箱中保存。
对比例1.3
采用酶法水解谷朊粉，得到水解液，具体包括以下步骤：
(1)将谷朊粉加入到去离子水中配成质量分数20％的谷朊粉悬浊液，用10M氢氧化钾溶液调节pH值至10.5，搅拌混匀；升温到60℃，再加入0.05％碱性蛋白酶，用10M氢氧化钾溶液调节pH在10.5，放入水浴加热器中反应4h；
(2)反应4h后，加入0.05％碱性蛋白酶进入反应器，反应过程用10M氢氧化钾溶液控制pH在10.5，重复该过程一次。
(3)第二步完成后，温度降至40℃，加入2％胰蛋白酶，调节pH至7.5，反应过程用10M氢氧化钾溶液控制pH，反应4h。
根据实施例1、对比例1.1、对比例1.2和对比例1.3所述的几种方法水解谷朊粉，得到的水解液颜色及气味基本一致，为琥珀色液体及小麦蛋白特有气味，蛋白质水解度及蛋白质收率的对比结果如图1所示。
结果表明，采用几种方法水解得到的小麦蛋白水解度相差不大，水解度均在50％左右，根据水解度换算得到肽长度约为两个氨基酸长度，提高碱性蛋白酶量到0.2％，水解度提升不到5％，收率基本无提升。此外，提高胰蛋白酶并不能提高水解度及收率。
实施例2
水解液分离得到透明的蛋白水解液，具体包括以下步骤：
(1)用氢氧化钾将实施例1所得水解液的pH调节至3.0，搅拌混匀，6000rpm离心10min，弃去沉淀，收集上清液；
(2)用氢氧化钾调节pH至7.0，6000rpm离心10min，弃去沉淀，收集上清液；
(3)用氢氧化钾调节pH至10.0，6000rpm离心10min，弃去沉淀，收集上清液，得到透明的蛋白水解液。
对比例2.1
水解液分离得到透明的蛋白水解液，具体包括以下步骤：
(1)用氢氧化钾将实施例1所得水解液的pH调节至3.0，搅拌混匀，自然过滤，弃去沉淀，收集滤液。
(2)用氢氧化钾调节pH至7.0，自然过滤；用氢氧化钾调节pH至10.0，自然过滤，弃沉淀并收集滤液，得到透明的蛋白水解液。
对比例2.2
水解液分离得到透明的蛋白水解液，具体包括以下步骤：
(1)用氢氧化钾将实施例1所得水解液的pH调节至3.0，搅拌混匀，真空抽滤，弃去沉淀，收集滤液。
(2)用氢氧化钾调节pH至7.0，自然过滤；用氢氧化钾调节pH至10.0，自然过滤，弃沉淀并收集滤液，得到透明的蛋白水解液。
以下实施例3、对比例3.1、对比例3.2和对比例3.3所述的月桂酰氯的滴加量根据以下公式F3计算，F3：其中M为月桂酰氯添加量，V为蛋白水解液体积，C为谷朊粉悬浊液的浓度，DH为蛋白质水解度。
实施例3
一种制备月桂酰水解小麦蛋白钾的方法，包括以下步骤：
(1)将实施例2所得蛋白水解液放入到反应器中，升温至60℃，缓慢搅拌，滴加入月桂酰氯，同时滴加10M氢氧化钾溶液控制反应pH在11，滴加完毕后反应3h，得到月桂酰水解小麦蛋白钾。
(2)降温至50℃，用10M氢氧化钾溶液调节pH至12，分三批加入质量分数27.5％的H2O2(每批加入H2O2的体积为月桂酰水解小麦蛋白钾粗品体积的1％)，每批脱色10min，脱色完毕后降温至常温并用10M氢氧化钾溶液调节pH至8.5，抽滤得到透明橙黄色液体，即为月桂酰化水解小麦蛋白钾。
对比例3.1
一种制备月桂酰水解小麦蛋白钾的方法，包括以下步骤：
(1)将实施例2所得蛋白水解液放入到反应器中，升温至70℃，缓慢搅拌，滴加入月桂酰氯，同时滴加10M氢氧化钾溶液控制反应pH在11，滴加完毕后反应3h，得到月桂酰水解小麦蛋白钾。
(2)降温至50℃，用10M氢氧化钾溶液调节pH至12，分三批加入质量分数27.5％的H2O2(每批加入H2O2的体积为月桂酰水解小麦蛋白钾粗品体积的1％)，每批脱色10min，脱色完毕后降温至常温并用10M氢氧化钾溶液调节pH至8.5，抽滤得到透明橙黄色液体，即为月桂酰化水解小麦蛋白钾。
对比例3.2
一种制备月桂酰水解小麦蛋白钾的方法，包括以下步骤：
(1)将实施例2所得蛋白水解液放入到反应器中，升温至50℃，缓慢搅拌，滴加入滴加入月桂酰氯，同时滴加10M氢氧化钾溶液控制反应pH在11，滴加完毕后反应3h，得到月桂酰水解小麦蛋白钾。
(2)控制温度在50℃，用10M氢氧化钾溶液调节pH至12，分三批加入质量分数27.5％的H2O2(每批加入H2O2的体积为月桂酰水解小麦蛋白钾粗品体积的1％)，每批脱色10min，脱色完毕后降温至常温并用10M氢氧化钾溶液调节pH至8.5，加入盐酸至pH 1.0，抽滤并收集沉淀，将沉淀再溶于去离子水中，用10M氢氧化钾溶液调节pH至8.5得到透明橙黄色液体，即为月桂酰化水解小麦蛋白钾。
对比例3.3
一种制备月桂酰水解小麦蛋白钾的方法，包括以下步骤：
(1)将实施例2所得蛋白水解液放入到反应器中，常温约30℃反应，缓慢搅拌，滴加入月桂酰氯，同时滴加10M氢氧化钾溶液控制反应pH在11，滴加完毕后反应3h，得到月桂酰水解小麦蛋白钾。
(2)升温至50℃，用10M氢氧化钾溶液调节pH至12，分三批加入质量分数27.5％的H2O2(每批加入H2O2的体积为月桂酰水解小麦蛋白钾粗品体积的1％)，每批脱色10min，脱色完毕后降温至常温并用10M氢氧化钾溶液调节pH至8.5，加入盐酸至pH 1.0，抽滤并收集沉淀，将沉淀再溶于去离子水中，调节pH至8.5得到透明橙黄色液体，即为月桂酰化水解小麦蛋白钾。
根据以上几种方法制备的月桂酰水解小麦蛋白钾，这种表面活性剂的活性物、氯化钠、月桂酸含量如图2所示，当温度低于50℃时，月桂酸含量增多，活性物含量减少，60℃以上活性物能达到24％左右，月桂酸含量不到2％。氨基酸表面活性剂在常温下制备就可得到月桂酸含量低的产品，而肽表面活性剂在低温下效果不佳，表明月桂酰基难以接到肽分子上，因此需要升温提高反应活性。
实施例4
月桂酰水解小麦蛋白钾的储存及稳定性：
为了防止微生物腐败，在实施例3所得月桂酰水解小麦蛋白钾中加入1％(W/W)的苯甲酸钠做防腐剂，此外，根据月桂酰水解小麦蛋白钾脱色后分离工艺不同及处理方式不同，分为A、B、C、D四组观察稳定性，储存温度为30℃，其中A分离工艺为离心，处理工艺为过滤；B分离工艺为离心，处理工艺为酸沉淀再溶解；C分离工艺为过滤，处理工艺为过滤；D分离工艺为过滤，处理工艺为酸沉淀再溶解。
表2月桂酰水解小麦蛋白钾稳定性
月桂酰水解小麦蛋白钾稳定性如表2所示，1％(W/W)的苯甲酸钠能起到有效的防腐效果，样品放置一个月未见腐败。采用离心分离效果较过滤分离效果好，肽液里一些分子量较大或是溶解性较差的物质也被分离开来，因此其制备的表明活性剂稳定性更好；另一方面，酸沉淀再过滤的方式虽然提高了处理速度，但是产品的稳定性稍差，储存30天后表面活性剂透明度下降，而采用过滤方式的产品稳定性较好。
应用性能测试实施例
(1)参照GBT 29679-2013方法，同一活性物浓度，测试了不同pH下表面活性剂的泡沫性能，具体实验结果如图3所示，图左为实施例3所得月桂酰水解小麦蛋白钾；图右为椰油酰基丙氨酸钠。
由图3可知，在中性至碱性条件下，月桂酰水解小麦蛋白钾、椰油酰基丙氨酸钠的泡沫性能相近，泡沫高度都在200左右；在弱酸性条件下，月桂酰水解小麦蛋白钾的泡沫性能较差，只有50上下，但椰油酰基丙氨酸钠的泡沫能力不受到影响。月桂酰水解小麦蛋白钾可应用于一些中碱性条件下的化妆品当中。
(2)测定实施例3所得月桂酰水解小麦蛋白钾增稠性能：
表3测试配方
表4表面活性剂增稠性能
采用表3的测试配方，在不调节配方pH值的条件下，各样品的粘度和pH如表4，可以发现，月桂酰水解小麦蛋白钾具有明显的易增稠特性。当pH逐渐变大时，月桂酰水解小麦蛋白钾的稠度明显变大，椰油酰基丙氨酸钠的稠度明显变小；当pH逐渐变小时，稠度变化则相反。因此，月桂酰水解小麦蛋白钾能在配方体系中起到增稠的作用，而氨基酸表面活性剂没有此功效，此外，月桂酰水解小麦蛋白钾具有肽侧链，可能还具有生理学功能。
(3)实施例3所得月桂酰水解小麦蛋白钾的刺激性测试
这里用玉米醇溶蛋白测定月桂酰水解小麦蛋白钾作为表面活性剂的刺激性，表面活性剂的刺激性不同，会使醇溶蛋白水解出的氨基酸数量有所差别。zein测试方法是通过测定zein值，即表面活性剂溶液中有醇溶蛋白时测得的氮含量(N1)和无醇溶蛋白时测得的氮含量(N2)之差，即Zein＝N1-N2，单位为mg或g/L，判断表面活性剂刺激性的强弱。当Zein>4g/L时，表明表面活性剂有强刺激性；当2g/L<Zein<4g/L时，表明表面活性剂有低刺激性；当Zein<2g/L时,表明表面活性剂无刺激性。
表5各表面活性剂刺激性对比
各表面活性剂的刺激性测试结果如表5所示，月桂酰水解小麦蛋白钾Zein值小于2，被判定为无刺激性，月桂醇硫酸酯钠有强刺激性，其余三种表面活性剂有低刺激性，这是月桂酰水解小麦蛋白钾是以绿色原料谷朊粉为基础，并在酶作用下水解的结果，其中化学成分含量较少，因此该表面活性剂很温和。
综上所述，月桂酰水解小麦蛋白钾是以绿色原料谷朊粉为基础，经多步酶水解、酰化后制备的肽表面活性剂，在中碱性条件下有相当泡沫性能的同时，在配方中克服了氨基酸表面活性剂的缺点，具有增稠特性，此外还可能具有肽的一些特殊功能，为化妆品行业提供了一个温和，有功效的表面活性剂选择。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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