CN103005141A - 一种提高植物蛋白质抗氧化性和功能性质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种提高植物蛋白质抗氧化性和功能性质的方法，本发明以大豆分离蛋白为为例，描述一种同时提高植物蛋白质的抗氧化性和功能性质的方法。其特征在于，原料经溶液配制0.5-6%，亚临界水处理，通过控制处理时间（2-80min）以及温度（120-220℃），通过超滤膜、柱层析分离，得到具有不同抗氧化性和功能性质大豆蛋白溶液，然后经过浓缩、喷雾干燥，得到具有高抗氧化性及功能性的蛋白产品。本发明方法工艺简单、安全可靠（无添加其他化学物质及酶等）、高效、成本低，工艺合理，转化率高和生产周期短的优点。
Description
技术领域
本发明是涉及一种提高植物蛋白质抗氧化性和功能性质的方法。
背景技术
传统的植物蛋白包括大豆蛋白、花生蛋白、大米蛋白等，在不同的功能性质方面都具有不同的缺点，如大米蛋白的低溶解性、大豆蛋白的低乳化性等，为提高其应用范围及应用价值，需对其功能性质及抗氧化性进行改性。现在使用的改性方法的主要包括酶法、酸法、碱法改性，以及超声、微波、辐照等物理改性方法。化学改性和酶法改性都具有不同程度的缺点，比如：化学改性具有危险性高、安全性低、消费者接受度低等；而酶法改性具有成本高、引进外来物等缺点，而使其在食品中的应用受到了一定的限制。因此，寻求一种高效、安全、低成本、适用性强的蛋白质改性方法成为当今社会的研究热点。
亚临界水又称为高压水、过热水、热压水、超热水以及近临界水等。它的定义是处在大气沸点(100 ℃)和水的临界温度(374 ℃)之间的液体水[1]。由于水是一种易于获得、成本低、来源广、化学稳定性强、安全无害、无副作用的试剂，同时对环境也无污染，所以很大程度上增强了亚临界水的应用范围。亚临界水已被应用于水解许多资源以获得氨基酸，比如源于牛血清蛋白[2]、乳清蛋白[3]、猪鬃[4]、米糠[5]、鱼肉[6]、菜籽粉[7]。同时也用于从一些植物中提取抗氧化物质等副产物，比如源于荨麻[8]、豆渣[9]、咖啡银杏皮[10]等。近年来，亚临界水越来越广泛的应用在从固体和粉末的植物和食品中提取理想物质，利用亚临界水可以很好的提高理想化合物的提取率[11]。而亚临界水随着温度和压力的升高，它的电离常数从常温的78.5降低至20，也就是亚临界水在不同条件下，是可以体现出极性和非极性两种性质的溶剂。因此，它可以促进蛋白质、多糖等大分子的水解，以及黄酮、多酚等小分子物质的提取[12]。
发明内容
本发明的目的是提供一种不向蛋白溶液中添加任何化学物质、酶等外来添加物，生成具有高抗氧化性和功能性质的蛋白质-多肽产品的方法。经研究发现这一目的能够通过利用亚临界水条件使蛋白质自发降解，配合柱层析分离设备使用实现。获得一种工艺简单、安全可靠（无添加其他化学物质及酶等）、高效、成本低、工艺合理、生产周期短的高抗氧化性和功能性蛋白质的制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案包括：预处理、预热、亚临界水改性、分离、浓缩、干燥等步骤，实现本发明的步骤是：（1）蛋白质溶液的配制：将大豆分离蛋白配制成0.5 - 6 %的水溶液，在室温搅拌1 h，均匀溶解至溶液均一，为确保反应的重复性，控制溶液起始的pH为7.0；（2）原料与反应釜预热：将所配质蛋白质溶液及反应釜（载水）预热至100℃；（3）亚临界水改性：将上述处理原料加入到高压反应釜中，设置温度为120-220 ℃，时间为 2-80min，根据需求可加载恒流泵与真空装置进行瞬时动态循环反应，以获得不同产品；（4）分离：将上述蛋白液经超滤/柱层析分离出不同分子量的组分，即具有高抗氧化性和功能性质的不同蛋白质溶液；（5）浓缩：将上述蛋白质溶液经旋转蒸发法进行浓缩，浓缩至原体积的1/2 – 1/12；（6）喷雾干燥：上述溶液经喷雾干燥，即可获得高抗氧化性和功能性的蛋白质产品。
本发明的优点在于：
1、本发明采用水为溶剂，无需除盐、除杂，成本低、污染小、安全性高；2、处理原料为植物蛋白质，涉及范围广，应用性强；3、采用亚临界水法进行改性，具有高效、瞬时、安全的反应特点。4、本发明方法制得的蛋白质产品可根据对抗氧化性和功能性的需求，控制反应条件，制备出溶解性好、出度高、色泽好，为高品质高抗氧化性和功能性的蛋白质产品。
具体实施方式
实施例1：一种提高大豆蛋白抗氧化性和功能性质的方法，其步骤如下：
（1）蛋白质溶液的配制：将大豆分离蛋白配制成3 %的水溶液，在室温搅拌1 h，均匀溶解至溶液均一，控制溶液起始的pH为7.0；
（2）原料与反应釜预热：将所配质蛋白质溶液及反应釜（载水）预热至100℃；
（3）亚临界水改性：将已配制好的3%的蛋白质水溶液加入高压反应釜设备，设置温度为120℃，时间为 20min；
（4）分离：将上述蛋白液经50 KDa超滤膜，分离应获得的组分，即获得具有高溶解性、起泡性及乳化性的大豆蛋白质溶液；
（5） 浓缩：将上述蛋白质溶液经旋转蒸发法进行浓缩，浓缩至原体积的1/4；
（6）喷雾干燥：上述溶液经喷雾干燥，即可获得高功能性的蛋白质产品；
（7）产品检测：检测的指标包括理化指标和生化指标；
产品检查结果如下：大豆分离蛋白产品的乳化性为50 m2/g，灰分含量极低，具有一定的抗氧化活性。
实施例2：一种提高花生蛋白抗氧化性和功能性质的方法，其步骤如下：
（1）蛋白质溶液的配制：将花生分离蛋白配制成1 %的水溶液，在室温搅拌1 h，均匀溶解至溶液均一，控制溶液起始的pH为7.0；
（2）原料与反应釜预热：将所配质花生蛋白质溶液及反应釜（载水）预热至100℃；
（3）亚临界水改性：将已配制好的3%的蛋白质水溶液加入高压反应釜设备，设置温度为180℃，时间为 20min；
（4）分离：将上述蛋白液经10 KDa超滤膜，分离应获得的组分，即获得具有高抗氧化性的花生蛋白质溶液；
（5）浓缩：将上述蛋白质溶液经旋转蒸发法进行浓缩，浓缩至原体积的1/6；
（6）喷雾干燥：上述溶液经喷雾干燥，即可获得高起泡性和高抗氧化性的花生蛋白质产品；
（7）产品检测：检测的指标包括理化指标和生化指标。
产品检查结果如下：花生蛋白产品具有高抗氧化活性，灰分含量极低，起泡性为未改性的3-5倍。
实施例3：一种提高大米蛋白抗氧化性和功能性质的方法，其步骤如下：
（1）蛋白质溶液的配制：将大米分离蛋白配制成1 %的水溶液，在室温搅拌1 h，均匀溶解至溶液均一，控制溶液起始的pH为7.0；
（2）预热：将所配质蛋白质溶液及反应釜（载水）预热至100℃；
（3）亚临界水改性：将已配制好的3%的蛋白质水溶液加入高压反应釜设备，设置温度为160℃，时间为 40min；
（4）分离：将上述蛋白液经5 KDa超滤膜，分离应获得的组分，即获得具有高溶解性和抗氧化性的大米蛋白溶液；
（5）浓缩：将上述蛋白质溶液经旋转蒸发法进行浓缩，浓缩至原体积的1/5；
（6）喷雾干燥：上述溶液经喷雾干燥，即可获得高溶解性和抗氧化性的大米蛋白产品。
（7）产品检测：检测的指标包括理化指标和生化指标；
产品检查结果如下：大米分离蛋白产品的溶解性为50%，灰分含量极低，具有一定的抗氧化活性。
采用的测定方法：
1. 溶解性
蛋白质的溶解性的测定采用Chen, L., et al (2011) [13]。蛋白质样品配制浓度为5mg/mL 的溶液，调pH 7.0，20 °C 8000 g离心30 min，收集上清液，采用微量凯氏定氮法测定蛋白质含量(N×6.25) 。氮溶解指数(NSI, %)=(上清液中蛋白质含量/蛋白质总量) ×100%。
2. 起泡性
采用Ogunwolu, S.O., et al. [14]的起泡性测定方法。取样品 (25 mL) 分散机(Ika-Ultra-Tur-rax T25, Germany) 10000 rpm/min分散3 min。将泡沫和溶液转移至100-mL玻璃两桶中，记录0 min 时泡沫的体积计算起泡性， 30min溶液体积计算泡沫稳定性。平行测三次。
3. 乳化性
乳化性的测定采用Klompong, S Benjakul, DKantachote [15]的方法。取植物油(10 ml)，加入30 ml 1%的蛋白溶液，分散机10,000 rpm 分散2 min。从溶液底部吸取50 μL乳液，加入5 ml SDS溶液(0.1 %)中，混合均匀。500nm处测定其吸光值。0min时的吸光值用于计算其乳化性，10 min时的吸光值用于计算其乳化稳定性。计算公式如下：
F 是油所占比例为0.25，A10是10 min时的吸光值； 
； 
。
4. DPPH 清除能力的测定
DPPH自由基清除能力采用Xie, Z.,等人(2008)[112]的方法进行测定，具体方法如下1mL不同浓度的样品溶液(0.0-1.5mg/mL) 与DPPH醇溶液混合 (0.2mM, 2mL)。反应物混合均匀后室温暗室放置30min。517nm 处测定吸光值。控制对照组用水代替样品。计算公式：
参考文献：
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[2]T. Rogalinski, et al. Production of amino acids from bovine serum albumin by continuous sub-critical water hydrolysis [J]. The Journal of Supercritical Fluids, 2005, 36 (1):49-58
[3]A. D. Espinoza, et al. Hydrolysis of whey protein isolate using subcritical water [J]. J Food Sci, 2012, 77 (1):C20-6
[4]M. Esteban, et al. Sub-critical water hydrolysis of hog hair for amino acid production [J]. Bioresour Technol, 2010, 101 (7):2472-2476
[5]I. Sereewatthanawut, et al. Extraction of protein and amino acids from deoiled rice bran by subcritical water hydrolysis [J]. Bioresour Technol, 2008, 99 (3):555-61
[6]X. Zhu, et al. Amino Acids Production from Fish Proteins Hydrolysis in Subcritical Water [J]. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2008, 16 (3):456-460
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[8]A. E. Ince, et al. Comparison of microwave and ultrasound-assisted extraction techniques for leaching of phenolic compounds from nettle [J]. Journal of Food Science and Technology, 2012,
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[10]Y. Narita and K. Inouye. High antioxidant activity of coffee silverskin extracts obtained by the treatment of coffee silverskin with subcritical water [J]. Food Chem, 2012, 135 (3):943-9
[11]C. C. Teo, et al. Pressurized hot water extraction (PHWE) [J]. Journal of Chromatography A, 2010, 1217 (16):2484-2494
[12]L. Chen, et al. Modifications of soy protein isolates using combined extrusion pre-treatment and controlled enzymatic hydrolysis for improved emulsifying properties [J]. Food Hydrocolloids, 2011, 25 (5):887-897
[13]S. O. Ogunwolu, et al. Functional properties of protein concentrates and isolates produced from cashew (Anacardium occidentale L.) nut [J]. Food Chemistry, 2009, 115 (3):852-858
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Claims (2)
1. 一种提高蛋白质抗氧化性和功能性质的方法，其步方法骤如下：
（1）蛋白质溶液的配制：将大豆分离蛋白配制成0.5 - 6 %的水溶液，在室温搅拌1 h，均匀溶解至溶液均一，为确保反应的重复性，控制溶液起始的pH为7.0；
（2）原料与反应釜预热：将所配质蛋白质溶液及反应釜预热至100℃；
（3）亚临界水改性：将上述处理原料加入到高压反应釜中，设置温度为120-220 ℃，时间为 2-80min，根据需求可加载恒流泵与真空装置进行瞬时动态循环反应，以获得不同产品；
（4）分离：将上述蛋白液经超滤膜/柱层析分离出不同分子量的组分，即具有高抗氧化性和功能性质的不同蛋白质溶液；
（5）浓缩：将上述蛋白质溶液经旋转蒸发法进行浓缩，浓缩至原体积的1/2 – 1/12；
（6）喷雾干燥：上述溶液经喷雾干燥，即可获得高抗氧化性和功能性的蛋白质产品。
2.根据权利要求1所述的一种提高蛋白质抗氧化性和功能性质的方法，其特征是：原料可选取花生蛋白、大豆蛋白、大米蛋白等植物蛋白；整个过程无需添加化学试剂。
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