CN103190524A

CN103190524A - 一种利用超声波协同酶解技术改善蚕蛹蛋白功能特性的方法及其产品及应用

Info

Publication number: CN103190524A
Application number: CN2013101138211A
Authority: CN
Inventors: 吴琼英; 贾俊强; 颜辉; 桂仲争
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2033-04-02
Also published as: CN103190524B

Abstract

本发明涉及一种利用超声波协同酶解技术改善蚕蛹蛋白功能特性的方法，利用超声波协同中性蛋白酶改善蚕蛹蛋白的功能特性；其制备方法为：将蚕蛹蛋白用蒸馏水配制成悬浮液，调pH后与中性蛋白酶一起加入到反应罐中，插入超声波探头进行超声波协同酶解反应，反应混合液经喷雾干燥，即得到粉末状改性蚕蛹蛋白产品。本发明具有生产时间短，操作方便，能够明显提高蚕蛹蛋白的溶解性、起泡性和乳化性等功能特性的优点，适用于规模化生产，所得产品符合功能食品要求。

Description

一种利用超声波协同酶解技术改善蚕蛹蛋白功能特性的方法及其产品及应用

技术领域：

本发明涉及食品生物技术领域，可用于功能性食品添加剂的生产，具体涉及一种利用超声波协同酶解技术改善蚕蛹蛋白功能特性的方法及其产品及应用。

背景技术：

蚕蛹是蚕茧抽丝后剩下的副产品，具有丰富的营养价值。蚕蛹中蛋白质含量很高，粗蛋白在干蚕蛹中含量高达60%左右，含有所有的必需氨基酸，且氨基酸组成合理，比例均衡；另外，在蚕蛹蛋白中，必需氨基酸含量在总氨基酸中所占比例达到42%左右，必需氨基酸与非必需氨基酸比例约为7:10，这与FAO/WHO建议的理想氨基酸模式（必需氨基酸含量在总氨基酸中所占比例为40％，必需氨基酸与非必需氨基酸比例为6:10）非常符合。然而，尽管蚕蛹蛋白营养丰富，但由于缫丝后的蚕蛹蛋白的功能特性如溶解性、乳化性和起泡性等变差，导致其功能特性无法与大豆蛋白等其它植物蛋白竞争，更无法与动物蛋白相媲美，所以限制了蚕蛹蛋白在食品和非食品领域中的有效应用，造成蚕蛹蛋白过剩，引起这一高附加值生物资源严重浪费。目前主要被用来作为饲料和肥料使用，经济价值很低。因此，提高蚕蛹蛋白功能特性是深度开发蚕蛹蛋白资源的有效途径。

利用酶解改性提高动植物蛋白功能特性（溶解性、起泡性和乳化性等）是近来食品科学领域研究的热点之一，这主要归功于酶解反应速度快，条件温和，专一性强，安全性高而且易于控制，目前已成功应用于提高多种动植物蛋白的功能特性。如Surówka等利用复合蛋白酶限制酶解修饰大豆蛋白，修饰后的大豆蛋白溶解性、起泡性和乳化性能力显著提高（Surówka Krzysztof,

Daniel,Fik

et al.New protein preparations from soy flour obtained by limited enzymic hydrolysis of extrudates[J].Innovative Food Science&Emerging Technologies,2004,5(2):225-234）；Yin Shou-Wei等通过胰蛋白酶修饰大麻蛋白，明显改善了大麻蛋白的溶解性、起泡性和乳化性（Yin Shou-Wei,Tang Chuan-He, Cao Jin-Song,et al.Effects of limited enzymatic hydrolysis with trypsin on the functional properties of hemp(Cannabis sativa L.)protein isolate[J].Food Chemistry,2008,106(3):1004-1013）；另外，中国专利“一种大豆蛋白的改性方法（申请号：201110048471.6）”公开了一种通过胰蛋白酶、胃蛋白酶和木瓜蛋白酶限制性酶解改善大豆蛋白功能特性的方法。

随着蛋白改性技术研究的深入，科研人员发现通过超声波处理也能改善蛋白的功能特性，如：唐传核等利用超声波改善了大豆分离蛋白的凝胶特性（唐传核,姜燕,杨晓泉,等.超声处理对商用大豆分离蛋白凝胶性能的影响[J].中国粮油学报,2005,20(5):72-76），Jambrak等利用超声波预处理显著提高了乳清蛋白的起泡性（Jambrak A R,Mason T J,Lelas V,et al.Effect of ultrasound treatment on solubility and foaming properties of whey protein suspensions[J].Journal of Food Engineering,2008,86:281－287），中国专利“一种利用超声波改善小麦胚芽蛋白性能的方法（公开号：CN101427728A）”公开了一种利用超声波提高小麦胚芽清蛋白和球蛋白的溶解性、起泡性和乳化性的方法。

现有研究均集中通过单一技术对蛋白进行改性，存在蛋白改性效率低下等缺点，若采用复合技术对蛋白进行改性，可以弥补各单一技术的不足，必能提高蛋白改性的效率。本专利发明一种超声波协同酶解技术改性蚕蛹蛋白的方法，能够在较短时间内显著提高蚕蛹蛋白的溶解性、起泡性和乳化性，而该方法国内外尚无报道。

发明内容：

发明目的：本发明的目的是提供一种利用超声波协同酶解技术改善蚕蛹蛋白功能特性的方法。

技术方案：为了实现上述目的，本发明一种利用超声波协同酶解技术改善蚕蛹蛋白功能特性的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将蚕蛹蛋白用蒸馏水配制成质量分数为1％～10％的悬浮液；

2）将上述悬浮液调pH值后与中性蛋白酶一起加入到反应罐中，混合均匀后放入超声波探头，开启超声波进行酶解反应得到反应混合液，超声波采用间歇式；

3）反应结束后，反应混合液迅速冷却，并进行喷雾干燥，即得到粉末状改性的蚕蛹蛋白产品。

所述步骤2）中将悬浮液搅拌均匀后调节其pH至6.0－7.0，并加热至40℃－50℃后与中性蛋白酶一起加入到反应罐中，中性蛋白酶使用量为2000-4000U/g，搅拌均匀后，插入超声波探头进行超声波协同酶解反应，反应条件为：pH为6.0－7.0，温度为40℃－50℃，超声波功率为0.5-1W/mL，超声波连续发声2s，间歇4s，超声波协同酶解反应时间为20-30min；反应结束后，反应混合液迅速冷却至4℃左右抑制酶解反应。

所述步骤3）中将反应混合液迅速冷却后用喷雾干燥设备进行干燥，干燥条件为：进风温度190℃-210℃和出风温度95℃-110℃，即可得到粉状改性的蚕蛹蛋白产品。

所述的利用超声波协同酶解技术改善蚕蛹蛋白功能特性的方法改善后的蚕蛹蛋白，其特征在于：所述改善后的蚕蛹蛋白的溶解性为25.7g/L～30.5g/L，起泡性为160%-180%，起泡稳定性为85.4%～95.5%，乳化性为41.8m²/g～45.1m²/g，乳化稳定性为360.0min～400.5min。

所述的利用超声波协同酶解技术改善蚕蛹蛋白功能特性的方法改善后的蚕蛹蛋白在制备功能性食品添加剂方面的应用。

采用溶解性、起泡性和乳化性评价蚕蛹蛋白的功能特性，具体方法如下：

1）溶解能力的测定（Yin S W,Tang C H,Cao J S,et al.Effects of limited enzymatic hydrolysis with trypsin on the functional properties of hemp(Cannabis sativa L.)protein isolate[J].Food Chemistry,2008,106:1004～1013）

取2g样品悬浮于100mL蒸馏水中，调节其pH为7.0，搅拌30min，在10000r/min离心20min，利用微量凯氏定氮法测定上清液的蛋白含量。用1L溶液中溶解蛋白的质量(g)表示蛋白的溶解能力。

2）起泡能力测定（Yin S W,Tang C H,Cao J S,et al.Effects of limited enzymatic hydrolysis with trypsin on the functional properties of hemp(Cannabis sativa L.)protein isolate[J].Food Chemistry,2008,106:1004～1013）

取0.1g样品溶于50mL蒸馏水中，调节pH至7.0，用高速搅拌器在10000r/min下搅拌2min，然后倒入250mL量筒中测量搅拌后的总体积，蛋白溶液搅拌后体积增加的百分含量表示起泡性(foaming capacity,FC)；搅拌后静置30min的蛋白溶液体积增加的百分含量表示起泡稳定性(foaming stability,FS)。

3）乳化能力测定（Krasaechol N,Sanguandeekul R,Duangmal K,et al.Structure and functional properties of modified threadfin bream sarcoplasmic protein[J].Food Chemistry2008,107:1～10）

0.09g蛋白样品溶于45mL蒸馏水中，调节pH至7.0，加入15mL色拉油，在10000r/min下用高速搅拌器搅拌1min，分别在搅拌后0min和10min从容器底部取50μL乳化液，用5mL0.1％的十二烷基磺酸钠溶液对其稀释，混匀后在500nm处测定其吸光值。按下式计算乳化性(emulsifying activity index,EAI)和乳化稳定性(emulsifying stability index,ESI)。

EAI (m^{2} \cdot g^{- 1}) = \frac{2 \times 2.303 \times A_{0} \times D_{f}}{C \times θ \times 10000}

ESI (\min) = \frac{A_{0}}{A_{0} - A_{10}} \times 10

式中，EAI——乳化性，m²/g；ESI——乳化稳定性，min；D_f——稀释倍数；C——蛋白浓度，g/mL；θ——体系中油相的体积分数；A₀——0min时的吸光值；A₁₀——10min时的吸光值。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：

1）具有反应时间短、能耗低和操作简单等优点。

2）提高了蚕蛹蛋白的功能特性，经超声波协同酶解技术改性后，蚕蛹蛋白的溶解性提高了394.2％～486.5％，起泡性提高了76.8％～98.9％，起泡稳定性提高了13.9％～27.3％，乳化性提高了14.2％～23.2％，乳化稳定性提高了34.3％～49.4％。

3）扩宽了蚕蛹蛋白用途，经超声波协同酶解技术改性后的蚕蛹蛋白可作为蛋白补充剂用于食品工业。

附图说明：

图1超声波协同酶解技术改善蚕蛹蛋白功能特性的工艺流程。

图2本发明所用的超声波协同酶解反应装置的结构示意图：1－pH检测器；2－搅拌器；3－超声波探头；4－反应罐；5-恒温水浴锅；6－超声波发生器控制面板。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

（1）蚕蛹蛋白溶液的配制

将蚕蛹蛋白用蒸馏水配制成1％（w/v）悬浮液，搅拌均匀后调节其pH至6.0，并加热至40℃后与中性蛋白酶一起加入到反应罐中，中性蛋白酶使用量为2000U/g，搅拌均匀后，插入超声波探头进行超声波协同酶解反应，反应条件为：pH为6.0，温度为40℃，超声波功率为0.5W/mL，超声波连续发声2s，间歇4s，超声波协同酶解反应时间为20min；反应结束后，反应混合液迅速冷却至4℃左右。然后利用喷雾干燥设备进行干燥，干燥条件为：进风温度190℃和出风温度95℃，即可得到粉状改性的蚕蛹蛋白产品，该产品的功能特性变化见表1。由表1可知，超声波协同酶解处理后，蚕蛹蛋白的溶解度提高了394.2％，起泡性提高了76.8，起泡稳定性提高了13.9％，乳化性提高了14.2％，乳化稳定性提高了34.3％。

表1超声波协同酶解处理对蚕蛹蛋白功能特性的影响

实施例2

将蚕蛹蛋白用蒸馏水配制成5％（w/v）悬浮液，搅拌均匀后调节其pH至6.5，并加热至45℃后与中性蛋白酶一起加入到反应罐中，中性蛋白酶使用量为3000U/g，搅拌均匀后，插入超声波探头进行超声波协同酶解反应，反应条件为：pH为6.5，温度为45℃，超声波功率为0.8W/mL，超声波连续发声2s，间歇4s，超声波协同酶解反应时间为25min；反应结束后，反应混合液迅速冷却至4℃左右。然后利用喷雾干燥设备进行干燥，干燥条件为：进风温度200℃和出风温度100℃，即可得到粉状改性的蚕蛹蛋白产品，该产品的功能特性变化见表2。由表2可知，超声波协同酶解处理后，蚕蛹蛋白的溶解度提高了486.5％，起泡性提高了98.9，起泡稳定性提高了27.3％，乳化性提高了23.2％，乳化稳定性提高了49.4％。

表2超声波协同酶解处理对蚕蛹蛋白功能特性的影响

实施例3

将蚕蛹蛋白用蒸馏水配制成10％（w/v）悬浮液，搅拌均匀后调节其pH至7.0，并加热至50℃后与中性蛋白酶一起加入到反应罐中，中性蛋白酶使用量为4000U/g，搅拌均匀后，插入超声波探头进行超声波协同酶解反应，反应条件为：pH为7.0，温度为50℃，超声波功率为1W/mL，超声波连续发声2s，间歇4s，超声波协同酶解反应时间为30min；反应结束后，反应混合液迅速冷却至4℃左右。然后利用喷雾干燥设备进行干燥，干燥条件为：进风温度210℃和出风温度110℃，即可得到粉状改性的蚕蛹蛋白产品，该产品的功能特性变化见表3。由表3可知，超声波协同酶解处理后，蚕蛹蛋白的溶解度提高了423.1％，起泡性提高了93.4，起泡稳定性提高了20.0％，乳化性提高了17.8％，乳化稳定性提高了38.1％。

表3超声波协同酶解处理对蚕蛹蛋白功能特性的影响

本发明中图2的工作原理：

本发明图2中的pH检测器1用来检测整个反应过程中的pH值，当pH值不在pH6.0－7.0时，调节pH达到规定范围，在反应过程中，超声波探头3插入反应罐中进行超声波协同酶解反应，超声波发生器控制面板6控制反应条件为：pH为6.0－7.0，温度为40℃－50℃，超声波功率为0.5-1W/mL，超声波连续发声2s，间歇4s，超声波协同酶解反应时间为20-30min；搅拌器8用来搅拌反应罐4中的反应液，用来恒温水浴锅5用来控制反应罐4的温度，反应结束后，反应混合液迅速冷却至4℃左右抑制酶解反应。

反应混合液用喷雾干燥设备直接进行干燥，干燥条件为：进风温度190℃-210℃和出风温度95℃-110℃，即可得到粉状改性的蚕蛹蛋白产品。

Claims

1.一种利用超声波协同酶解技术改善蚕蛹蛋白功能特性的方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用超声波协同酶解技术改善蚕蛹蛋白功能特性的方法，其特征在于：所述步骤2）中将悬浮液搅拌均匀后调节其pH至6.0－7.0，并加热至40℃－50℃后与中性蛋白酶一起加入到反应罐中，中性蛋白酶使用量为2000-4000U/g，搅拌均匀后，插入超声波探头进行超声波协同酶解反应，反应条件为：pH为6.0－7.0，温度为40℃－50℃，超声波功率为0.5-1W/mL，超声波连续发声2s，间歇4s，超声波协同酶解反应时间为20-30min；反应结束后，反应混合液迅速冷却至4℃左右抑制酶解反应。

3.根据权利要求1所述的利用超声波协同酶解技术改善蚕蛹蛋白功能特性的方法，其特征在于：所述步骤3）中将反应混合液迅速冷却后用喷雾干燥设备进行干燥，干燥条件为：进风温度190℃-210℃和出风温度95℃-110℃，即可得到粉状改性的蚕蛹蛋白产品。

4.权利要求1-3任意一项所述的利用超声波协同酶解技术改善蚕蛹蛋白功能特性的方法改善后的蚕蛹蛋白，其特征在于：所述改善后的蚕蛹蛋白的溶解性为25.7g/L～30.5g/L，起泡性为160%-180%，起泡稳定性为85.4%～95.5%，乳化性为41.8m²/g～45.1m²/g，乳化稳定性为360.0min～400.5min。

5.权利要求4所述的利用超声波协同酶解技术改善蚕蛹蛋白功能特性的方法改善后的蚕蛹蛋白在制备功能性食品添加剂方面的应用。