CN104186911B - 一种由南极磷虾粉制备的分离蛋白粉 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种由南极磷虾粉制备的分离蛋白粉，该方法具有如下操作步骤：南极磷虾粉经乙醇脱脂后，依次经过酸处理脱除矿物质、碱处理溶解蛋白、等电点沉淀蛋白、蒸馏水洗涤蛋白脱除氟和盐等一系列工艺处理，得低脂、低氟、低盐磷虾分离蛋白湿渣；向分离蛋白湿渣中加入蒸馏水，调节蛋白溶液的pH值至中性，即得分离蛋白溶液；分离蛋白溶液经喷雾干燥后，得南极磷虾分离蛋白粉。本发明采用的原料丰富易得，蛋白质含量高；制备工艺步骤简单、设备投资少、无环境污染、产品得率高，适于工业化生产；磷虾分离蛋白粉中蛋白质含量高于90％，氟含量低于6mg/kg，灰分含量低于5％，无脂质残留，为低脂、低氟、低盐蛋白粉，具有形成热可逆蛋白凝胶的特性。

Description

一种由南极磷虾粉制备的分离蛋白粉

技术领域

本发明属于蛋白粉制备技术领域，具体涉及一种由南极磷虾粉制备的分离蛋白粉。

背景技术

南极磷虾是一类海洋无脊椎动物，分布于南极水域。据统计，南极磷虾的蕴藏量为6.5-10亿吨，是人类巨大的蛋白资源宝库。磷虾干重中蛋白质含量约为65-75％，其氨基酸组成合理、必需氨基酸含量高，是进行蛋白质高值化利用的重要原料。且利用蛋白质易于在碱性环境下溶出、等电点处沉淀的性质，以分离蛋白的形式回南极磷虾原料中的蛋白质，是食品工业中常用的加工技术。

凝胶性是分离蛋白应用中最重要的功能特性之一，分离蛋白凝胶性的开发也是国内外科研部门和企业界关注的热点之一。凝胶特性赋予蛋白质一定的弹性、可塑性以及粘度，在食品加工中具有广泛的应用。Chen&Jaczynski曾报道在不添加无机盐和功能性添加剂的条件下，由于磷虾体内丰富内源酶的水解作用，南极磷虾分离蛋白无法形成凝胶(Journal ofAgriculture and Food Chemistry,2007,55,1814-1822)。

目前，一般采用向分离蛋白中添加无机盐及功能性添加剂后，加热诱导蛋白变性的方式制备蛋白质凝胶。此种方式所得蛋白凝胶一般具有热不可逆性，且盐含量较高。热可逆凝胶可依据温度的升高或降低呈现出液态-固态的可逆性转变，在食品加工领域具有独特的应用价值。

因此，在不添加无机盐和功能性添加剂的条件下，如何制备具有凝胶特性的南极磷虾分离蛋白粉一直是本领域的研究热点，是开拓磷虾蛋白应用前景的重要技术支撑之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种由南极磷虾粉制备分离蛋白粉的方法，该分离蛋白粉具有热可逆凝胶特性，从而补充现有技术的不足，

本发明的分离蛋白粉，其制备方法包括如下的步骤：

1)脱脂：将南极磷虾粉经乙醇溶液脱脂处理后得到脱脂磷虾粉；

2)酸处理：向脱脂磷虾粉中加入酸溶液，搅拌反应后，离心取沉淀，用蒸馏水反复洗涤沉淀pH值至中性，得到沉淀；

3)碱溶解：向沉淀中加入碱溶液，搅拌后，离心取上清液；

4)酸沉淀：向步骤3)中的上清液中加入酸溶液，调节上清液的pH值至4.5～4.7，静置后，离心得沉淀；

其中酸溶液优选为2M HCl；

5)脱氟脱盐：步骤4)的沉淀经蒸馏水洗涤后，得到分离蛋白沉淀；

6)中和：向沉淀中加入蒸馏水，搅拌混匀，再向其中加入碱溶液，调节混合液的pH值，得分离蛋白溶液；

其中碱溶液优选为2M NaOH；

7)干燥：分离蛋白溶液经冷冻干燥或喷雾干燥后，即得南极磷虾分离蛋白粉，该分离蛋白粉具有热可逆凝胶特性。

其中，步骤1)中的乙醇浓度为85～95％；

步骤2)中酸溶液为无机酸或有机酸稀溶液中的一种或几种，酸溶液的浓度为0.1～1.0M，搅拌时间为1～10h，脱脂磷虾粉和酸溶液的质量体积比为1:2～12；

步骤3)中碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或两种，碱溶液的浓度为0.05～1.0M，搅拌时间为20～120min，搅拌温度为30～60℃，脱脂磷虾粉和碱溶液的质量体积比为1:5-1:12；

步骤4)中静置时间为20～60min，静置温度为4～30℃；

步骤5)中蒸馏水洗涤的过程中，应调节混合液的pH值为4.5～4.7；

步骤6)中调节pH值为6.0～8.0；

步骤7)中喷雾干燥时进风温度为120～160℃，出风温度为80～120℃。

本发明制备的分离蛋白粉用于制备凝胶。

本发明制备的南极磷虾分离蛋白粉具有低脂、低氟、低盐含量的特点，且具有形成热可逆蛋白凝胶的特性，在食品加工领域具有广泛应用。

本发明采用的原料丰富易得，蛋白质含量高；制备工艺步骤简单、设备投资少、无环境污染、产品得率高，适于工业化生产；所得磷虾分离蛋白粉具有形成热可逆蛋白凝胶的特性；分离蛋白粉中，蛋白质含量高于90％，氟含量低于6mg/kg，灰分含量低于5％，无脂质残留，必需氨基酸组成和含量符合FAO/WHO对成人/婴儿需求的规定，分离蛋白粉在非等电点外的较宽pH范围内溶解性良好，分子量主要分布在10～250kD范围内。本发明所制备南极磷虾分离蛋白粉在食品加工领域具有广泛的应用价值。

附图说明

图1：南极磷虾分离蛋白粉在不同的酸碱性环境中的溶解性；

图2：南极磷虾分离蛋白粉的SDS-PAGE电泳图谱，其中，泳道1为标准蛋白样品，泳道2为本发明制备的南极磷虾分离蛋白粉；

图3：南极磷虾分离蛋白粉凝胶特性的分析(以粘弹性表征)。其中图(a)为加热过程中(25～100℃)，15％分离蛋白凝胶的粘弹性(弹性模量G’和粘性模量G”)随温度的变化；图(b)为冷却过程中(100～25℃)，15％分离蛋白凝胶的粘弹性(弹性模量G’和粘性模量G”)随温度的变化。

具体实施方式

申请人在对南极磷虾粉进行加工过程中，发现制备的分离蛋白粉具有热可逆凝胶的特性，从而促成了本发明。

首先对本发明中所涉及的术语解释如下：

1、可逆凝胶：指能够平滑流动且当进行长期剪切时能够恢复其初始形式的凝胶结构；

2、热可逆凝胶：蛋白溶液在低温时可形成凝胶，凝胶加热后呈流体状态，而冷却后可逆性地恢复其凝胶状态的凝胶结构，在食品加工中具有独特的应用价值。

2、粘弹性：蛋白质在不同条件下会分别表现出固体和液体的性质，即表现出弹性和粘性，蛋白质对应力的响应兼有弹性固体和粘性流体的双重特性即为粘弹性。

对本发明中分离蛋白粉热可逆凝胶特性(以粘弹性表征)的检测方法如下所述：

向南极磷虾分离蛋白粉中加入蒸馏水，分离蛋白粉和蒸馏水的质量体积比为3:20，搅拌混匀后，即得分离蛋白水溶液；将分离蛋白水溶液于4℃静置48h，得磷虾分离蛋白凝胶。采用MCR101流变仪测定蛋白凝胶的粘弹性，记录弹性模量(G’)和粘性模量(G”)随温度变化的曲线。温度扫描条件如下：以5℃/min由25℃升温至100℃，100℃保持10min，以5℃/min由100℃降温至25℃；频率为1Hz；应变为2％。

下面结合具体实施例对本发明进行详细的描述

实施例1

1)取南极磷虾粉10kg，向磷虾粉中加入90％乙醇120L，室温下在反应釜中搅拌10h，离心取沉淀，真空干燥得脱脂磷虾粉；

南极磷虾粉中蛋白质含量为60～65％，脂质含量为8～13％，灰分含量为10～15％，氟含量为1800～2200mg/kg，步骤1)所得的脱脂磷虾粉中脂质含量低于2％。

蛋白质含量的测定方法参照GB5009.5-2010《国标-食品中蛋白质的测定》中的凯氏定氮法；灰分含量的测定方法参照GB5009.4-2010《国标-食品中灰分的测定》；氟含量的测定方法参照GB/T5009.18-2003《国标-食品中氟的测定》中的氟离子选择电极法；总脂含量的测定方法采用氯仿甲醇法。

2)取脱脂磷虾粉5kg，向其中加入0.3M的乳酸溶液40L，室温下在反应釜中搅拌2h，5000r/min离心取沉淀，用蒸馏水反复洗涤沉淀至中性，得到沉淀A；

3)向沉淀A中加入0.1M氢氧化钾溶液40L，在30℃的反应釜中搅拌50min，离心取上清液A；

4)向上清液A中加入2M HCl，调节上清液A的pH值为4.7，室温静置30min，离心得低脂分离蛋白沉淀B；

5)沉淀B经蒸馏水反复洗涤后，得低氟、低盐含量的分离蛋白沉淀C；

6)向沉淀C中加入5L蒸馏水，搅拌混匀后，向其中加入2M NaOH调节混合液的pH值至7.5，得分离蛋白溶液；

7)分离蛋白溶液经冷冻干燥后，即得南极磷虾分离蛋白粉。

结果表明，本发明所得南极磷虾分离蛋白粉中蛋白质含量高于90％，经过脱脂、脱氟、脱盐处理后，氟含量由100～150mg/kg降至低于6mg/kg，灰分含量低于5％，无脂质检出。磷虾分离蛋白粉中必需氨基酸组成和含量符合FAO/WHO对成人/婴儿需求的规定(表1所示)。磷虾分离蛋白粉在非等电点外的较宽pH范围内溶解性良好(图1所示)，分子量主要分布在10～250kDa(图2所示)。

表1：南极磷虾分离蛋白粉的氨基酸组成；

制备的南极磷虾蛋白水溶液可形成均一稳定的热可逆性凝胶。如图3所示，高温时，磷虾蛋白溶液为液体样凝胶(G’≤G”)；低温时，磷虾蛋白溶液为固体样凝胶(G’≥G”)。加热过程中，随温度的升高，G’和G”均显著下降，且G’下降的速率较快；冷却过程中，随温度的降低，G’和G”均显著上升，且G’上升的速率较快。冷却后蛋白凝胶的G’显著高于加热前蛋白凝胶的G’，说明热变性过程中，蛋白分子去折叠、构像发生变化；冷却过程中，蛋白分子重新折叠、排列，形成了结构更为整齐、弹性更优的三维网络结构。

以上结果表明，本发明中所得磷虾分离蛋白粉具有形成热可逆凝胶的特性，为南极磷虾蛋白在食品加工中的应用提供了技术基础。

实施例2

1)取南极磷虾粉10kg，向磷虾粉中加入95％乙醇80L，在反应釜中搅拌10h，离心取沉淀，真空干燥得脱脂磷虾粉；

脱脂磷虾粉中脂质含量低于2％，总脂含量测定方法采用氯仿甲醇法。

2)取脱脂磷虾粉5kg，向其中加入0.3M的乙酸溶液50L，室温下在反应釜中搅拌4h，5000r/min离心取沉淀，用蒸馏水反复洗涤沉淀至中性，得沉淀A；

3)向沉淀A中加入0.15M氢氧化钠溶液50L，在40℃的反应釜中搅拌40min，离心取上清液A；

4)向上清液A中加入2M HCl，调节上清液A的pH值为4.6，4℃静置30min，离心得低脂分离蛋白沉淀B；

5)沉淀B经蒸馏水反复洗涤后，得低氟、低盐含量的分离蛋白沉淀C；

6)向沉淀C中加入蒸馏水5L，搅拌混匀后，向其中加入2M NaOH，调节混合液的pH值至7.0，得分离蛋白溶液；

7)分离蛋白溶液经喷雾干燥(进风温度为90℃，出风温度为120℃)后，即得南极磷虾分离蛋白粉。

结果表明，本发明所得分离蛋白粉中蛋白质含量高于90％，经过脱脂、脱氟、脱盐处理后，氟含量由100～150mg/kg降至低于6mg/kg，灰分含量低于5％，无脂质检出。磷虾分离蛋白粉中必需氨基酸组成和含量符合FAO/WHO对成人/婴儿需求的规定。磷虾分离蛋白粉在非等电点外的较宽pH范围内溶解性良好，分子量主要分布在10～250kDa。

15％南极磷虾蛋白水溶液形成均一稳定的热可逆性凝胶。高温时，磷虾蛋白溶液为液体样凝胶(G’≤G”)；低温时，磷虾蛋白溶液为固体样凝胶(G’≥G”)。加热过程中，随温度的升高，G’和G”均显著下降，且G’下降的速率较快；冷却过程中，随温度的降低，G’和G”均显著上升，且G’上升的速率较快。冷却后蛋白凝胶的G’显著高于加热前蛋白凝胶的G’。

实施例3

本发明中南极磷虾分离蛋白粉具有低脂、低盐和热可逆凝胶特性，可作为脂肪替代品应用于食品加工中，如：蛋黄酱、加工肉、冰淇淋、乳酪、沙司、甜点、烘焙食品，可用于部分或全部替代脂肪，有效调节和控制脂肪的摄入量。

取南极磷虾分离蛋白1kg，向分离蛋白粉中加入10L水，搅拌混匀后，将分离蛋白溶液于4℃静置12h；向分离蛋白溶液中加入黄原胶35g，超声处理20min，使溶液混合均匀，混合后的溶液在80℃条件下热处理30min(热处理的过程中不进行搅拌)，热处理后立即冰浴10min，冷却后，采用均质机在12000r/min条件下微粒化处理15min，即得脂肪替代品凝胶，将脂肪替代品凝胶冷冻干燥后，即得脂肪替代品粉末。使用结果表明本实施例制备的分离蛋白粉也具有热可逆性。

Claims (8)

1.一种制备分离蛋白粉的方法，其特征在于，所述的方法是由南极磷虾粉制备分离蛋白粉，其制备方法包括如下的步骤：

1)脱脂：将南极磷虾粉经乙醇溶液脱脂处理后得到脱脂磷虾粉；

2)酸处理：向脱脂磷虾粉中加入酸溶液，搅拌反应后，离心取沉淀，用蒸馏水反复洗涤沉淀pH值至中性，得到沉淀；

3)碱溶解：向沉淀中加入碱溶液，搅拌后，离心取上清液；

4)酸沉淀：向步骤3)中的上清液中加入酸溶液，调节上清液的pH值至4.5～4.7，静置后，离心得沉淀；

5)脱氟脱盐：步骤4)的沉淀经蒸馏水洗涤后，得到分离蛋白沉淀；

6)中和：向沉淀中加入蒸馏水，搅拌混匀，再向其中加入碱溶液，调节混合液的pH值，得分离蛋白溶液；

7)干燥：分离蛋白溶液经冷冻干燥或喷雾干燥后，即得南极磷虾分离蛋白粉，该分离蛋白粉具有热可逆凝胶特性。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤1)中的乙醇浓度为85～95％。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤2)中酸溶液的浓度为0.1～1.0M，搅拌时间为1～10h，脱脂磷虾粉和酸溶液的质量体积比为1:2～12。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述的酸溶液为无机酸或有机酸溶液。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤3)中碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，碱溶液的浓度为0.05～1.0M，搅拌时间为20～120min，搅拌温度为30～60℃，脱脂磷虾粉和碱溶液的质量体积比为1:5-1:12。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤4)中静置时间为20～60min，静置温度为4～30℃。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤6)中调节pH值为6.0～8.0。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤7)中喷雾干燥时进风温度为120～160℃，出风温度为80～120℃。