CN103960458A - 一种控制大豆蛋白贮藏过程中溶解度下降的方法 - Google Patents
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Abstract
一种控制大豆蛋白贮藏过程中溶解度下降的方法，属于食品生物技术领域。本发明以大豆分离蛋白为对象，以低温脱脂豆粕为原料，经传统碱溶酸沉工艺制备大豆分离蛋白，在中性条件下复溶，然后向其中复合添加L-半胱氨酸和乙二胺四乙酸（EDTA）二钠，喷雾干燥制得大豆分离蛋白。本发明制得的大豆分离蛋白，贮藏12周后溶解度比未添加L-半光氨酸和EDTA二钠的产品提高了42%-95%。本发明通过向大豆分离蛋白中添加微量的L-半胱氨酸和EDTA二钠，大大抑制了贮藏过程中大豆蛋白溶解度的下降。这一发明将有效解决大豆蛋白在贮藏及运输过程中品质下降的难题，有力促进大豆蛋白在食品加工中的广泛应用以及提供更稳定的功能特性，具有良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明提供了一种控制大豆蛋白在贮藏过程中溶解度下降的方法，具体涉及一种大豆蛋白提取制备工艺的改造，属于食品生物技术领域。
背景技术
随着近年来大豆蛋白营养价值及经济价值研究的深入，大豆蛋白在食品体系中的应用也越来越广泛。而由于我国大豆蛋白产品性能不够理想，目前与进口产品的差距还很大，导致价格低下，利润率很低，在市场竞争中处于严重劣势状态。例如由于溶解度及其他功能特性较差，我国的大豆浓缩蛋白价格是进口产品的一半，同样的原因使得国产大豆蛋白几乎无法涉足饮料，营养品，冰淇淋等高端产业。而造成国产大豆蛋白竞争力低下的另一个重要原因是国产大豆分离蛋白或浓缩蛋白的功能特性，特别是溶解度随贮藏时间的延长不断下降。
关于贮藏过程中大豆蛋白溶解度下降原因目前在国内外鲜有报道，也没有针对这一问题的相关专利。
发明人所在课题组长期对大豆蛋白的性质及其在食品中的应用进行研究，研究过程中发现商品大豆浓缩蛋白和大豆分离蛋白在室温下贮藏两个月后，其溶解度就显著下降。其实这一问题作为困扰大豆蛋白整个行业的难题早已引起一些研究者的注意，Martins& Netto（2006）等人研究发现大豆分离蛋白水分活度越高贮藏中溶解度下降越严重；Boatright & Hettiarachchy (1995)研究发现向大豆蛋白添加脂肪显著影响最终蛋白产品的溶解度，同时还发现随着溶解度的下降，蛋白质中二硫键及羰基的含量显著升高，这一现象说明蛋白质溶解度的下降与蛋白质氧化相关。如果是与氧化相关，那么向体系中添加抗氧化剂必然会有利于其溶解度的提高，这一结论也被boatright&Hettiarachchy(1995)所证实（BHT和TBHQ）。就这一发现，Boatright也申请了相关专利（US6107468A，1998），同时，Boatright et al. (2008，2009)研究还发现刚生产的商业和实验室大豆分离蛋白含碳自由基的含量很低，但在贮藏12-25周后，自由基含量上升约一个数量级。本实验室的研究也发现添加β-胡萝卜素和生育酚能够抑制贮藏过程中大豆蛋白的氧化和蛋白溶解度的下降（郭凤仙等，2013）。由此推测，大豆蛋白质在贮藏过程中溶解度的下降很可能与蛋白质的氧化有关。
另外，有部分研究人员对其他蛋白质如溶液中的大豆蛋白、乳清蛋白等的研究显示，将这些蛋白质制备成溶液进行人工催化氧化后其结构性质也发生显著变化。大豆蛋白在溶液中利用亚油酸和脂肪氧合酶诱导氧化、丙二醛（MDA）和2,2’-偶氮二异丁基脒二盐酸盐（AAPH）进行催化氧化后，导致蛋白羰基含量升高，巯基/二硫键、自由氨基和赖氨酸下降，同时导致蛋白质溶解度下降、溶液中聚集倾向加剧（Huang et al.2006; Wu et al., 2009(a)and (b)）。脂肪氧合酶中含有非血红素铁，它决定着酶的氧化和还原状态。
因此，氧化很可能是造成大豆蛋白在贮藏过程中溶解度下降的重要原因。通过以上分析，脂肪氧合酶的催化反应很可能是引起大豆蛋白在贮藏过程中氧化的重要原因之一，而脂肪氧合酶中含有的非血红素铁是控制酶由氧化态向还原态的转化，所以向大豆分离蛋白中添加能够螯合金属离子的乙二胺四乙酸理论上应该能够从源头上阻止由此酶引起的蛋白氧化。同时，大量研究发现巯基和羰基的氧化伴随着蛋白质溶解度的下降，而巯基的氧化以及巯基和二硫键的交换反应很容易造成大豆蛋白间的共价聚集（Chang & Pikal, 2009）。所以向大豆蛋白中添加适当的能够阻断二硫键交联的还原剂，很可能会大大缓解大豆蛋白溶解度在贮运过程中的下降。
因此，本发明基于大豆蛋白溶解度下降与脂肪氧合酶催化反应有关，同时氧化的结果之一是巯基被氧化为二硫键这样的研究基础，提出了利用国标所允许使用的食品级EDTA和半胱氨酸复配添加分别来控制脂肪氧合酶的催化作用和巯基及二硫键的氧化交换反应，从而获得高贮藏稳定性的，特别是溶解度稳定性的大豆蛋白。目前虽有专利（US6107468 A，1998）报道在大豆蛋白提取过程中添加人工抗氧化剂（BHA和TBHQ）可以提高蛋白的初始溶解度，但迄今为止，针对控制其在贮藏过程中溶解度下降的相关专利国内外都未有报道。
发明内容
本发明的目的是提出一种控制大豆蛋白贮藏过程中溶解度下降的方法。以低温脱脂豆粕为原料，经传统碱溶酸沉工艺制备大豆分离蛋白，在中性条件下复溶，然后向其中复合添加半胱氨酸和EDTA二钠，喷雾干燥制得高贮藏稳定性的大豆分离蛋白，提高大豆蛋白在仓储运输中的稳定性，以拓宽大豆蛋白在现代食品加工中的应用。
本发明的技术方案，一种控制大豆蛋白贮藏过程中溶解度下降的方法，本发明以脱脂豆粕为原料，先采用传统的碱溶酸沉方法制备大豆分离蛋白，然后复溶至中性，向其中复合添加微量半胱氨酸和EDTA二钠，搅拌均匀后喷雾干燥，制得溶解度高度稳定的大豆分离蛋白，步骤为：
（1）大豆分离蛋白制备：取脱脂豆粕，将其与去离子水按质量比为1:10混合，用2mol/L的NaOH溶液调整pH至8.0，温度保持在50℃，搅拌1h后12000×g离心20min，再用2mol/L的HCL溶液调整上清液pH至4.5，经3300×g离心15min后得到蛋白沉淀；将蛋白沉淀用去离子水复溶，用去离子水将蛋白浓度调整到12%（w/v），用2mol/L的NaOH溶液调整pH至7.0；
（2）L-半光氨酸和EDTA二钠的添加：取L-半胱氨酸和EDTA二钠，分别按照L-半胱氨酸与蛋白干重计，质量比2‰~10‰，EDTA二钠与蛋白干重计，质量比0.02‰~0.2‰的量称取该两种原料，用微量水溶解完全后再加入到步骤（1）复溶好的大豆分离蛋白溶液中，边搅拌边重新用2mol/L的NaOH溶液调整到pH为7.0；
（3）喷雾干燥：将步骤（2）加入添加剂后的蛋白液进行喷雾干燥，进口温度为183-185℃，出口温度控制为80-82℃；喷雾干燥后将大豆蛋白贮藏。
所得的大豆蛋白贮藏12周后溶解度比未添加L-半光氨酸和EDTA二钠的产品提高了42.5%-95%；所述的大豆蛋白贮藏条件是37℃，非真空密封包装。
步骤（2）所述L-半胱氨酸为食品级，EDTA二钠为食品级。
大豆蛋白溶解度的测定按以下方法进行：称取1g喷雾干燥后的蛋白粉，加入50mL水，在室温（22℃）下搅拌1h，取部分上清液于10000×g下离心15min，将未离心的全溶液及离心后的上清液分别用微量凯式定氮测定其中的蛋白浓度（N=6.25），蛋白的溶解度计算公式为：
（上清液蛋白浓度/全溶液中蛋白浓度）×100%。
本发明的有益效果：本发明通过复合添加L-半胱氨酸和EDTA二钠，大幅度提高了贮藏后蛋白的溶解度，有效抑制了大豆蛋白在贮藏过程中溶解度的下降，解决了大豆蛋白贮藏稳定性差的难题，为提高大豆蛋白的功能性提供新思路，拓宽了大豆蛋白在现代食品加工中的应用，具有非常广阔的市场前景和极高的经济效益。
本发明技术是在传统的大豆蛋白工艺流程的基础上，即在喷雾干燥前添加少量L-半光氨酸和EDTA二钠，可以非常容易的附加到蛋白复溶中和这一流程，所以非常方便应用于蛋白的工厂生产上，不需要进行较大的调整。
本发明不仅适用于大豆分离蛋白，也可为玉米蛋白、花生蛋白等其它一些植物蛋白的结构与功能性质的改造提供借鉴，这对于拓展植物蛋白资源生产高附加值产品和促进农业经济发展都具有积极和重要的现实意义及实用价值。
具体实施方式
对比实施例
准确称取低温脱脂豆粉500g，加水5L搅拌，用2mol/L的NaOH溶液调整pH使其保持在8.0，温度保持在50℃，搅拌1h后12000×g离心20min，室温下再用2mol/L的HCL溶液调整上清液pH至4.5，经3300×g离心15min后得到蛋白沉淀。将蛋白沉淀用去离子水复溶，用2 mol/L的NaOH溶液调整pH至7.0，用微量凯式定氮法测定复溶后蛋白液的浓度，然后用去离子水将蛋白浓度调整到12%（w/v）。将蛋白液进行喷雾干燥，进口温度为183-185℃，出口温度控制为80-82℃。
制得的蛋白粉初始溶解度为76%，37℃下塑封贮藏12周后，其溶解度下降到40%。
实施例1
准确称取低温脱脂豆粉500g，加水5L搅拌，用2 mol/L NaOH溶液调整pH使其保持在8.0，温度保持在50℃，搅拌1h后12000×g离心20min，室温下再用2mol/L HCL溶液调整上清液pH至4.5，经3300×g离心15min后得到蛋白沉淀。将蛋白沉淀用去离子水复溶，用2 mol/L NaOH溶液调整pH至7.0，用微量凯式定氮法测定复溶后蛋白液的浓度，然后用去离子水将蛋白浓度调整到12%（w/v）。
按照L-半胱氨酸及EDTA二钠与蛋白（干重）质量比为2‰和0.02‰的量复合添加到12%的大豆蛋白溶液中，添加前，先用微量水溶解完全后再加入到复溶好的大豆分离蛋白溶液中，边搅拌边重新用2mol/L NaOH溶液调整到pH 7.0。
将加入L-半胱氨酸和EDTA二钠复合物的蛋白液进行喷雾干燥，制得的大豆分离蛋白初始溶解度为82%，与未添加的空白样品相比其初始溶解度（76%）提高了7.9%；37℃贮藏12周后，其溶解度下降为57%，与未添加的空白样品相比其溶解度（40%）提高了42.5%。
实施例2
准确称取低温脱脂豆粉500g，加水5L搅拌，用2 mol/L NaOH溶液调整pH使其保持在8.0，温度保持在50℃，搅拌1h后12000×g离心20min，室温下再用2mol/L HCL溶液调整上清液pH 至4.5，经3300×g离心15min后得到蛋白沉淀。将蛋白沉淀用去离子水复溶，用2 mol/L NaOH溶液调整pH至7.0，用微量凯式定氮法测定复溶后蛋白液的浓度，然后用去离子水将蛋白浓度调整到12%（w/v）。
按照L-半胱氨酸按照及EDTA二钠与蛋白（干重）质量比为5‰和0.02‰的量复合添加到12%的大豆蛋白溶液中，添加前，先用微量水溶解完全后再加入到复溶好的大豆分离蛋白溶液中，边搅拌边重新用2 mol/L NaOH溶液调整到pH 7.0。
将加入L-半胱氨酸和EDTA二钠复合物的蛋白液分别进行喷雾干燥，制得的大豆分离蛋白初始溶解度为84%，与未添加的空白样品相比，其初始溶解度（76%）提高了10.5%；37℃贮藏12周后，其溶解度下降为60%，与未添加的空白样品相比其溶解度（40%）提高了50%。
实施例3
准确称取低温脱脂豆粉500g，加水5L搅拌，用2 mol/L NaOH溶液调整pH使其保持在8.0，温度保持在50℃，搅拌1h后12000×g离心20min，室温下再用2mol/L HCL溶液调整上清液pH 至4.5，经3300×g离心15min后得到蛋白沉淀。将蛋白沉淀用去离子水复溶，用2 mol/L NaOH溶液调整pH至7.0，用微量凯式定氮法测定复溶后蛋白液的浓度，然后用去离子水将蛋白浓度调整到12%（w/v）。
按照L-半胱氨酸及EDTA二钠与蛋白（干重）质量比为5‰和0.1‰的量复合添加到12%的大豆蛋白溶液中，添加前，先用微量水溶解完全后再加入到复溶好的大豆分离蛋白溶液中，边搅拌边用2 mol/L NaOH溶液再次调整到pH 7.0。
将加入L-半胱氨酸和EDTA二钠复合物蛋白液进行喷雾干燥，制得的大豆分离蛋白，初始溶解度为83%，与未添加的空白样品相比，其初始溶解度（76%）提高了9.2%；37℃贮藏12周后，其溶解度下降为68%，与未添加的空白样品相比其溶解度（40%）提高了70%。
实施例4
准确称取低温脱脂豆粉500g，加水5L搅拌，用2 mol/L NaOH溶液调整pH使其保持在8.0，温度保持在50℃，搅拌1h后12000×g离心20min，室温下再用2mol/L HCL溶液调整上清液pH 至4.5，经3300×g离心15min后得到蛋白沉淀。将蛋白沉淀用去离子水复溶，用2 mol/L NaOH溶液调整pH至7.0，用微量凯式定氮法测定复溶后蛋白液的浓度，然后用去离子水将蛋白浓度调整到12%（w/v）。
按照L-半胱氨酸及EDTA二钠与蛋白（干重）质量比为8‰ 和0.1‰的量复合添加到12%的大豆蛋白溶液中，添加前，先用微量水溶解完全后再加入到复溶好的大豆分离蛋白溶液中，边搅拌边用2 mol/L NaOH溶液再次调整到pH 7.0。
将加入L-半胱氨酸和EDTA二钠复合物的蛋白液进行喷雾干燥，制得的大豆分离蛋白初始溶解度为85%，与未添加的空白样品相比，其初始溶解度（76%）分别提高了11.8%；37℃贮藏12周后，其溶解度下降为78%，与未添加的空白样品相比其溶解度（40%）提高了95%。
实施例5
准确称取低温脱脂豆粉500g，加水5L搅拌，用2 mol/L NaOH溶液调整pH使其保持在8.0，温度保持在50℃，搅拌1h后12000×g离心20min，室温下再用2mol/L HCL溶液调整上清液pH 至4.5，经3300×g离心15min后得到蛋白沉淀。将蛋白沉淀用去离子水复溶，用2 mol/L NaOH溶液调整pH至7.0，用微量凯式定氮法测定复溶后蛋白液的浓度，然后用去离子水将蛋白浓度调整到12%（w/v）。
按照L-半胱氨酸及EDTA二钠与蛋白（干重）质量比为10‰和0.2‰的量复合添加到12%的大豆蛋白溶液中，添加前，先用微量水溶解完全后再加入到复溶好的大豆分离蛋白溶液中，边搅拌边用2 mol/L NaOH溶液再次调整到pH 7.0。
将加入L-半胱氨酸和EDTA二钠二钠复合物的蛋白液进行喷雾干燥，制得的大豆分离蛋白初始溶解度为84%，与未添加的空白样品相比初始其溶解度（76%）分别提高了10.5%；37℃贮藏12周后，其溶解度下降为76%与未添加的空白样品相比其溶解度（40%）提高了90%。
Claims (4)
1.一种控制大豆蛋白贮藏过程中溶解度下降的方法，其特征在于步骤为：
（1）大豆分离蛋白制备：取脱脂豆粕，将其与去离子水按质量比为1:10混合，用2mol/L的NaOH溶液调整pH至8.0，温度保持在50℃，搅拌1h后12000×g离心20min，再用2mol/L的HCL溶液调整上清液pH至4.5，经3300×g离心15min后得到蛋白沉淀；将蛋白沉淀用去离子水复溶，用去离子水将蛋白浓度调整到12%w/v，用2mol/L的NaOH溶液调整pH至7.0；
（2）L-半光氨酸和EDTA二钠的添加：取L-半胱氨酸和EDTA二钠，分别按照L-半胱氨酸与蛋白干重计，质量比2‰~10‰，EDTA二钠与蛋白干重计，质量比0.02‰~0.2‰的量称取该两种原料，用微量水溶解完全后再加入到步骤（1）复溶好的大豆分离蛋白溶液中，边搅拌边重新用2mol/L的NaOH溶液调整到pH为7.0；
（3）喷雾干燥：将步骤（2）加入添加剂后的蛋白液进行喷雾干燥，进口温度为183-185℃，出口温度控制为80-82℃；喷雾干燥后将大豆蛋白贮藏。
2.根据权利要求1所述控制大豆蛋白贮藏过程中溶解度下降的方法，其特征在于：所得的大豆蛋白贮藏12周后溶解度比未添加L-半光氨酸和EDTA二钠的产品提高了42.5%-95%。
3.根据权利要求1所述控制大豆蛋白贮藏过程中溶解度下降的方法，其特征在于：所述的大豆蛋白贮藏条件是37℃，非真空密封包装。
4.根据权利要求1所述控制大豆蛋白贮藏过程中溶解度下降的方法，其特征在于：步骤（2）所述L-半胱氨酸为食品级，EDTA二钠为食品级。
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