CN102940125B - 一种高起泡性大豆蛋白的制备方法 - Google Patents

一种高起泡性大豆蛋白的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高起泡性大豆蛋白的制备方法属于大豆蛋白加工技术领域，该方法包括以下步骤：（1）以大豆分离蛋白为原料，与水混合制成蛋白溶液，将蛋白溶液置于脉冲电场中进行处理；（2）将步骤（1）中经脉冲电场处理后的蛋白溶液调节pH和温度，加入木瓜蛋白酶进行限制性酶解，酶解后冷却至室温，调节pH至中性，然后将酶解液进行超滤处理获得截留分子量为10-20kDa段的大豆蛋白，截留蛋白经浓缩、冷冻干燥后即得高起泡性大豆蛋白；该方法获得的大豆蛋白起泡性及泡沫稳定性好，且起泡能力和泡沫稳定性均好于蛋清蛋白，而且酶用量少、酶解时间短、成本低，具有很好的市场前景和经济效益。

Description

一种高起泡性大豆蛋白的制备方法
技术领域
本发明属于植物油脂提取加工技术，主要涉及一种水酶法提取大豆油脂生物酶破乳的方法。
背景技术
目前常用的蛋白改性手段主要包括包括物理改性、化学改性、酶法改性，还有多种改性手段联合的组合改性。物理改性是指通过加热、冷冻、加压、磁场、电场、声场及机械作用等物理手段来改善蛋白质的功能特性的方法。具有加工费用低、耗时少、无毒副作用，对蛋白营养价值破坏小的优点；缺点是改性程度低，功能特性改善不明显。化学改性是通过化学反应在蛋白质中引入各种功能基团（如亲水亲油基团、巯基等），从而改变蛋白质的结构、电荷量、亲/疏水性，达到改变其功能特性的目的。化学改性虽然具有成本低、效果显著、反应简单等特点，但是由于所需反应条件苛刻，试剂专一性不强，反应试剂残留严重等问题，存在安全隐患。酶法改性是利用蛋白酶在温和条件下催化蛋白水解或聚合达到蛋白质结构或组成修饰的目的。酶解改性反应速度快、安全性高、易于控制、不减弱食品营养价值，同时又能使蛋白获得更好的功能特性，已经成为提高蛋白质各种功能特性和增加其应用范围的一种有效方法，目前是食品蛋白改性的研究重点。
由于化学改性存在安全隐患，因此在食品中选择应用物理和酶法对大豆蛋白进行改性。脉冲电场处理大豆蛋白是一种物理改性方法，随着脉冲强度增大和脉冲处理时间延长，大豆蛋白的溶解度、乳化性、起泡性及疏水性会提高；但当处理条件进一步加强时，大豆蛋白功能性质却都下降。因此选择适当的脉冲强度和脉冲处理时间是获得具有较好功能特性的大豆蛋白尤为重要。国内外已有人对酶法改性提高大豆蛋白起泡性进行了很多的研究，L.Were（1997）用木瓜蛋白酶对大豆蛋白进行有限水解后，水解物的起泡能力在pH7.0的条件下与蛋清蛋白相似，泡沫稳定性也优于未改性的大豆蛋白。徐红华等（2007）采用木瓜蛋白酶与米曲霉、胰蛋白酶复配对大豆分离蛋白进行水解，改性后蛋白的起泡性提高了83.3%。邓成萍等（2006）采用Alcalase和Neutrase双酶分步水解法，并结合超滤的方法，研究了不同分子量段大豆多肽的起泡性，结果表明截留分子量在5-30kDa段内的大豆多肽具有最佳的起泡能力。然而将脉冲电场与酶法改性相结合改善大豆蛋白的起泡性和泡沫稳定性的研究未见报道，现有的大豆蛋白酶法改性存在酶用量大，酶解时间长，改性程度低等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种高起泡性大豆蛋白的制备方法，达到提高大豆蛋白起泡性，简化工艺、减少酶用量及酶解时间的目的。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：
一种高起泡性大豆蛋白的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将大豆分离蛋白加水混合制成质量分数为5%的蛋白溶液，将蛋白溶液进行脉冲电场处理；（2）将步骤（1）中经脉冲电场处理后的蛋白溶液调节pH和温度，加入木瓜蛋白酶进行酶解，酶解后冷却至室温，调节pH至中性，然后将酶解液进行超滤处理获得截留分子量为10-20kDa段的大豆蛋白，截留蛋白经浓缩、冷冻干燥后即得高起泡性大豆蛋白。
所述的脉冲电场处理大豆蛋白在以下工艺参数下进行：脉冲强度20-40kV/cm，脉冲处理时间100-500μs。
所述的脉冲电场处理大豆蛋白优选参数为：脉冲强度35kV/cm，脉冲处理时间288μs。
所述的酶解在以下工艺参数下进行：加酶量3-7mg/mL，酶解pH 4-8，酶解时间10-50min，酶解温度40-60℃。
所述的酶解优选参数为：加酶量6mg/mL，酶解pH 6.1，酶解时间27.5min，酶解温度49.6℃。
本发明方法首先采用脉冲电场诱导蛋白分子极化，破坏维持蛋白空间结构疏水相互作用力，能使大豆蛋白分子部分伸展，疏水基团暴露，疏水性增加，使大豆蛋白的起泡性有所提高；再采用蛋白酶对其进行有限水解，通过蛋白酶部分降解蛋白质，降低分子量、增加带电基团并暴露出更多的疏水基团，在其表面形成较大的疏水区域，易于吸附在气泡膜表面，有利于增加蛋白的起泡性和泡沫稳定性。本方法具有酶用量少，酶解时间短，成本低和大豆蛋白起泡性及泡沫稳定性好的特点。
附图说明
图1 是本发明方法的工艺路线图；
   图2 脉冲强度对起泡能力和泡沫稳定性的影响；
图3 脉冲处理时间对起泡能力和泡沫稳定性的影响；
图4 加酶量与酶解pH交互对起泡能力的响应面；
图5 加酶量与酶解时间交互对起泡能力的响应面；
图6 加酶量与酶解温度交互对起泡能力的响应面；
图7 加酶量与酶解pH交互对泡沫稳定性的响应面；
图8 加酶量与酶解时间交互对泡沫稳定性的响应面；
图9 酶解时间与酶解温度交互对泡沫稳定性的响应面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施例进行详细描述。
一种高起泡性大豆蛋白的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将大豆分离蛋白加水混合制成质量分数为5%的蛋白溶液，将蛋白溶液进行脉冲电场处理；（2）将步骤（1）中经脉冲电场处理后的蛋白溶液调节pH和温度，加入木瓜蛋白酶进行酶解，酶解后冷却至室温，调节pH至中性，然后将酶解液进行超滤处理获得截留分子量为10-20kDa段的大豆蛋白，截留蛋白经浓缩、冷冻干燥后即得高起泡性大豆蛋白。
所述的脉冲电场处理大豆蛋白在以下工艺参数下进行：脉冲强度20-40kV/cm，脉冲处理时间100-500μs。
所述的脉冲电场处理大豆蛋白优选参数为：脉冲强度35kV/cm，脉冲处理时间288μs。
所述的酶解在以下工艺参数下进行：加酶量3-7mg/mL，酶解pH 4-8，酶解时间10-50min，酶解温度40-60℃。
所述的酶解优选参数为：加酶量6mg/mL，酶解pH 6.1，酶解时间27.5min，酶解温度49.6℃。
实施例1：脉冲电场处理大豆蛋白最佳参数的筛选试验
1材料与方法
1.1材料、试剂
大豆分离蛋白 哈高科
木瓜蛋白酶 丹麦novo公司
1.2主要仪器设备
pHS-25型酸度计 上海伟业仪器厂
电子分析天平 梅勒特-托利多仪器(上海)有限公司
离心机 北京医用离心机厂
精密电动搅拌机 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司
电热恒温水浴锅 余姚市东方电工仪器厂
恒温培养箱 北京市永光明医疗仪器厂
超滤装置 北京市永光明医疗仪器厂
脉冲电场设备 美国俄亥俄州大学生产
冷冻干燥机 上海纤检仪器有限公司
1.3试验方法
1.3.1工艺流程
大豆分离蛋白→加水混合→蛋白溶液→脉冲电场处理→调节pH和温度→酶解→灭酶→冷却→调节pH中性→超滤→浓缩→冷冻干燥→高起泡性大豆蛋白
1.3.2测定方法
将一定浓度的大豆蛋白溶液100mL放于烧杯内，用高速乳化均质机以17500r/min的速度均质40s，连续3次共计2min，测其泡沫体积，静置30min后再次测其泡沫体积，测定温度为25℃。计算公式如下：
2结果与讨论
2.1 最适脉冲强度的确定
由图2可知，当脉冲宽度为2μs，流速为60mL/min，脉冲频率为400Hz，脉冲处理时间为288μs时，以起泡能力和泡沫稳定性为考察指标，分别选取脉冲强度为0、20、25、30、35和40kV/cm进行脉冲电场处理，确定最适脉冲强度为35kV/cm。
2.2 最适脉冲处理时间的确定
由图3可知，当脉冲宽度为2μs，流速为60mL/min，脉冲频率为400Hz，脉冲强度为30kV/cm时，以起泡能力和泡沫稳定性为考察指标，分别选取脉冲处理时间为0、72、144、288、432和547μs进行脉冲电场处理，确定最适脉冲处理时间为288μs。
实施例2：酶解工艺最佳参数的筛选试验
基于实施例1所确定的脉冲电场处理大豆蛋白最佳工艺参数，进行单因素酶解试验，确定酶解工艺参数的范围。以起泡能力和泡沫稳定性为考察指标，进行响应面设计4因素5水平试验。
1材料与方法
1.1材料、试剂
大豆分离蛋白 哈高科
木瓜蛋白酶 丹麦novo公司
1.2主要仪器设备
pHS-25型酸度计 上海伟业仪器厂
电子分析天平 梅勒特-托利多仪器(上海)有限公司
离心机 北京医用离心机厂
精密电动搅拌机 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司
电热恒温水浴锅 余姚市东方电工仪器厂
恒温培养箱 北京市永光明医疗仪器厂
超滤装置 北京市永光明医疗仪器厂
脉冲电场设备 美国俄亥俄州大学生产
冷冻干燥机 上海纤检仪器有限公司
1.3试验方法
1.3.1工艺流程
大豆分离蛋白→加水混合→蛋白溶液→脉冲电场处理→调节pH和温度→酶解→灭酶→冷却→调节pH中性→超滤→浓缩→冷冻干燥→高起泡性大豆蛋白
1.3.2测定方法
将一定浓度的大豆蛋白溶液100mL放于烧杯内，用高速乳化均质机以17500r/min的速度均质40s，连续3次共计2min，测其泡沫体积，静置30min后再次测其泡沫体积，测定温度为25℃。计算公式如下：
2结果与讨论
2.1 试验因素水平编码表
在单因素研究的基础上，选取加酶量、酶解pH、酶解时间和酶解温度4个因素为自变量，以起泡能力和泡沫稳定性为响应值，根据中心组合设计原理，设计响应面分析试验，其因素水平编码表见表表2-1。
表2-1 因素水平编码表
2.2 响应面试验安排及试验结果
本试验应用响应面优化法进行过程优化。以A、B、C、D为自变量，以起泡能力R1和泡沫稳定性R2为响应值，响应面试验方案及结果见表2-2。试验号1-24为析因试验，25-36为12个中心试验，用以估计试验误差。
表2-2 试验安排及结果
2.3响应面试验结果分析
起泡能力R1通过统计分析软件Design-Expert进行数据分析，建立二次响应面回归模型如下：
R1=262.92+10.37A+5.38B+10.21C+5.46D+8.19AB-30.06AC-7.56AD-6.06BC+6.44BD+5.69CD+4.20A2-22.55B2-24.80C2-23.93D2
起泡能力R1的回归与方差分析结果见表2-3，交互相显著的响应面分析见图4-图6。
表2-3起泡能力的回归与方差分析结果
变量 自由度 平方和 均方 F值 Pr>F
A 1 2583.38 2583.38 13.03 0.0016
B 1 693.38 693.38 3.50 0.0754
C 1 2501.04 2501.04 12.62 0.0019
D 1 715.04 715.04 3.61 0.0714
AB 1 1072.56 1072.56 5.41 0.0301
AC 1 14460.06 14460.06 72.95 ＜0.0001
AD 1 915.06 915.06 4.62 0.0435
A2 1 563.92 563.92 2.84 0.1065
B2 1 16275.09 16275.09 82.11 ＜0.0001
C2 1 19684.59 19684.59 99.31 ＜0.0001
D2 1 18320.17 18320.17 92.42 ＜0.0001
回归 14 79552.97 5682.36 28.67 ＜0.0001
剩余 21 4162.67 198.22    
失拟 10 1635.75 163.57 0.71 0.6999
误差 11 2526.92 229.72    
总和 35 83715.64      
由表2-3可知，方程因变量与自变量之间的线性关系明显，该模型回归显著（p<0.0001），失拟项不显著（p>0.05），并且该模型R2= 95.03%，R2 Adj= 91.71%，说明该模型与试验拟合良好，自变量与响应值之间线性关系显著，可以用于该反应的理论推测。由F检验可以得到因子贡献率为：A>C>D>B，即加酶量>酶解时间>酶解温度>酶解pH。
泡沫稳定性R2通过统计分析软件Design-Expert进行数据分析，建立二次响应面回归模型如下：
R2=100.23+2.63A+4.06B+1.71C-3.04D-4.83AB-2.86AC+1.06AD+1.31BC+1.14BD-3.36CD-3.65A2-6.63B2-5.98C2-5.55D2
泡沫稳定性R2的回归分析与方差分析结果见表2-4，交互相显著的响应面分析见图7-图9。
表2-4泡沫稳定性的回归与方差分析结果
变量 自由度 平方和 均方 F值 Pr>F
A 1 165.90 165.90 14.59 0.0010
B 1 396.09 396.09 34.83 ＜0.0001
C 1 70.38 70.38 6.19 0.0213
D 1 221.43 221.43 19.47 0.0002
AB 1 373.46 373.46 32.84 ＜0.0001
AC 1 130.53 130.53 11.48 0.0028
CD 1 180.23 180.23 15.85 0.0007
A2 1 425.59 425.59 37.42 ＜0.0001
B2 1 1408.48 1408.48 123.84 ＜0.0001
C2 1 1146.01 1146.01 100.77 ＜0.0001
D2 1 984.57 984.57 86.57 ＜0.0001
回归 14 5568.76 397.77 34.97 ＜0.0001
剩余 21 238.83 11.37    
失拟 10 118.37 11.84 1.08 0.4471
误差 11 120.46 10.95    
总和 35 5807.59      
由表2-4可知，方程因变量与自变量之间的线性关系明显，该模型回归显著（p<0.0001），失拟项不显著（p>0.05），并且该模型R2= 95.89%，R2 Adj= 93.15%，说明该模型与实验拟合良好，自变量与响应值之间线性关系显著，可以用于该反应的理论推测。由F检验可以得到因子贡献率为：B>D>A>C，即酶解pH>酶解温度>加酶量>酶解时间。
应用响应面寻优分析方法对回归模型进行分析，寻找最优响应结果加酶量6mg/mL，酶解pH 6.1，酶解时间27.5min，酶解温度49.6℃，响应值起泡能力和泡沫稳定性有最优值，分别为282.24%和99.00%左右。
2.4验证试验与对比试验
在响应面分析法求得的最佳条件下，即加酶量6mg/mL，酶解pH 6.1，酶解时间27.5min，酶解温度49.6℃，进行3次平行试验，3次平行试验起泡能力的平均值和泡沫稳定性的平均值分别为288.64%和100.11%。说明响应值的试验值与回归方程预测值吻合良好。

Claims (1)

1.一种高起泡性大豆蛋白的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将大豆分离蛋白加水混合制成质量分数为5％的蛋白溶液，将蛋白溶液进行脉冲电场处理，脉冲强度35kV/cm，脉冲处理时间288μs；(2)将步骤(1)中经脉冲电场处理后的蛋白溶液调节pH和温度，加入木瓜蛋白酶进行酶解，加酶量6mg/mL，酶解pH6.1，酶解时间27.5min，酶解温度49.6℃，酶解后冷却至室温，调节pH至中性，然后将酶解液进行超滤处理获得截留分子量为10-20kDa段的大豆蛋白，截留蛋白经浓缩、冷冻干燥后即得高起泡性大豆蛋白。
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Application publication date: 20130227

Assignee: Shandong Yuwang Ecological Food Industry Co., Ltd.

Assignor: Northeast Agricultural University

Contract record no.: 2016230000042

Denomination of invention: Method for preparing high foamability soy protein

Granted publication date: 20141105

License type: Exclusive License

Record date: 20161009

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