CN104186917B - 一种乳清蛋白凝胶改性的方法及其产品 - Google Patents

一种乳清蛋白凝胶改性的方法及其产品 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种乳清蛋白凝胶改性的方法及其产品。该方法包括以下步骤：将5％～30％的乳清蛋白产品的水溶液，百分比为水溶液中乳清蛋白产品的质量占水溶液总质量的质量百分比，用碱性试剂调节其pH值到6.5～8.5；然后向所述的水溶液中加入0.1％～2％的淀粉并使淀粉在所述的水溶液中分散，百分比为淀粉质量占水溶液和淀粉总质量的质量百分比；将混合后的体系加热5min～60min后冷却，即可。本发明的方法通过调整乳清蛋白溶液的pH值的同时添加很少量的淀粉，即可获得强度高、弹性好、持水性好的乳清蛋白凝胶，并且本发明的制备工艺简单，过程可控，成本低廉，有利于产业化生产。

Description

一种乳清蛋白凝胶改性的方法及其产品
技术领域
本发明主要涉及一种乳清蛋白凝胶改性的方法及其产品。
背景技术
乳清是干酪生产过程中的副产物，其中主要营养成分包括乳清蛋白、乳糖、脂肪和矿物质。通常乳清处理的方式是通过膜过滤和喷雾干燥的方法得到不同种类的乳清蛋白粉，例如乳清蛋白浓缩物(WPC35、WPC50、WPC65、WPC80等)和乳清蛋白分离物。由于乳清蛋白氨基酸种类齐全且易于消化，属于全价优质蛋白，因此在食品配料中应用很广泛，例如婴幼儿食品、香肠、干酪和饮料等。
淀粉是一种常见的多糖类物质，在食品领域应用特别广泛。在方便面中加入高粘度的淀粉醋酸酯，可以提高面筋强度；在肉制品中加入酯化淀粉可以改善吸水性并增加粘结性；在酸奶中加入抗酸性的变性淀粉可以增加酸奶的粘稠度，改善质地和口感。淀粉一般不溶于水，但通过加热可以使得淀粉颗粒的晶状结构会因为氢键等作用的破坏而松散膨胀，导致溶液粘度增加，淀粉颗粒破裂，这一现象叫做淀粉糊化。
我国乳制品行业的发展离不开胶体的使用，酸奶中添加一定量的明胶、果胶、卡拉胶等可以有效抑制酸奶中酪蛋白的沉淀，保证产品组织状态的稳定性。但胶体的添加存在食品安全问题的隐患。所以如果可以通过相关技术手段使得来源于牛乳的乳清蛋白具有一定的凝胶功能性用于酸奶生产，不仅增加酸奶的营养，同时还降低食品安全风险。此外，儿童食品果冻的原料中主要也是胶体，如果可以开发出蛋白型果冻，同样可以增加果冻的营养成分。
乳清蛋白凝胶较多的是通过热凝胶方式形成，该过程首先是调整pH到乳清蛋白等电点(pH4.8-5.3)附近，然后加热到乳清蛋白变性的温度以上，使得乳清蛋白中的三、四级球状结构中的次级键断裂并相互重新作用，形成乳白色不透明凝胶。此方法形成的凝胶强度、弹性以及持水性均较差。
发明内容
本发明是为了解决现有的乳清蛋白凝胶改性方法所形成的凝胶在强度、弹性以及持水性方面均较差的问题，而提供了一种乳清蛋白凝胶改性的方法及其产品。本发明的方法通过调整乳清蛋白溶液的pH值的同时添加很少量的淀粉，即可获得强度高、弹性好、持水性好的乳清蛋白凝胶，并且本发明的制备工艺简单，过程可控，成本低廉，有利于产业化生产。
本发明提供了一种乳清蛋白凝胶改性的方法，其包括以下步骤：将5％～30％的乳清蛋白产品的水溶液，百分比为水溶液中乳清蛋白产品的质量占水溶液总质量的质量百分比，用碱性试剂调节其pH值到6.5～8.5；然后向所述的水溶液中加入0.1％～2％的淀粉并使淀粉在所述的水溶液中分散，百分比为淀粉质量占水溶液和淀粉总质量的质量百分比；将混合后的体系加热5min～60min后冷却，即可。
所述的乳清蛋白产品的种类可为本领域乳清蛋白常规各种产品类型，优选为乳清蛋白浓缩物和/或乳清蛋白分离物。
所述的乳清蛋白浓缩物的蛋白含量优选为75％以上，百分比为所述的乳清蛋白浓缩物中所有的蛋白质的质量占所述的乳清蛋白浓缩物总质量的质量百分比。
所述的乳清蛋白分离物的蛋白含量优选为85％以上，百分比为所述的乳清蛋白分离物中所有的蛋白质的质量占所述的乳清蛋白分离物总质量的质量百分比。
所述的水溶液中乳清蛋白产品的质量占水溶液总质量的质量百分比优选为8％～15％。
所述的水溶液中水和乳清蛋白产品的混合方式优选为搅拌使溶解，所述的搅拌的时间优选为4h～8h。
所述的碱性试剂可为本领域各种常规碱性溶剂，优选为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液和氨水中的一种或多种。所述的氢氧化钠水溶液的浓度优选为1M。所述的氢氧化钾水溶液的浓度优选为1M。所述的氨水的浓度优选为20％～30％，更优选为25％～28％，百分比为氨水中NH3的质量占氨水总质量的质量百分比。
所述的pH值优选为6.7～7.2。
所述的淀粉可为本领域常规各种淀粉，优选天然淀粉和/或变性淀粉，更优选天然淀粉和变性淀粉。所述的天然淀粉优选谷类淀粉和/或薯类淀粉。所述的谷类淀粉优选小麦淀粉和/或玉米淀粉。所述的薯类淀粉优选马铃薯淀粉。所述的变性淀粉优选醚化淀粉、酯化淀粉和氧化淀粉中的一种或几种；更优选酯化淀粉。所述的酯化淀粉优选乙酰化双淀粉己二酸酯和/或乙酰化二淀粉磷酸酯。所述的氧化淀粉优选氧化羟丙基淀粉。所述的醚化淀粉优选羧甲基淀粉钠。所述的天然淀粉和变性淀粉优选乙酰化二淀粉磷酸酯和马铃薯淀粉，或者，乙酰化二淀粉磷酸酯和小麦淀粉。
所述的淀粉的用量优选为0.3％～0.8％，百分比为所述的淀粉的质量占所述的水溶液和淀粉总质量的质量百分比。
所述的分散以淀粉均匀分布为准。所述的分散的方法优选为搅拌使分散。所述的搅拌的时间优选为30min～2h。
所述的加热的温度一般在本领域常规的乳清蛋白变性的温度范围内。
所述的加热的温度优选为80℃～100℃，更优选为85℃～95℃。
所述的加热的时间优选为10min～20min。
本发明还提供了一种由上述方法所制得的乳清蛋白凝胶改性的产品。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明的方法通过调整乳清蛋白水溶液的pH值的同时添加很少量的淀粉，即可获得强度高、弹性好、持水性好的乳清蛋白凝胶。
本发明的积极进步效果在于：
1、本发明的方法通过调整乳清蛋白水溶液的pH值的同时添加很少量的淀粉，即可获得强度高、弹性好、持水性好的乳清蛋白凝胶，克服了常规乳清蛋白凝胶强度低、弹性差、持水率不高的缺陷。
2、本发明的乳清蛋白凝胶改性的方法在改善乳清蛋白凝胶理化性能的同时，一定程度地破坏了乳清蛋白的二、三、四级结构，有利于蛋白的消化吸收，更适用于食品配料。
3、本发明的乳清蛋白凝胶改性的方法工艺简单，过程可控，成本低廉，有利于产业化生产。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述实施例中，所用原料的来源为：
乳清蛋白浓缩物、乳清蛋白分离物：恒天然商贸(上海)有限公司；
氢氧化钠、氢氧化钾及氨水：国药集团化学试剂有限公司；
乙酰化二淀粉己二酸酯、乙酰化二淀粉磷酸酯、玉米淀粉、氧化羟丙基淀粉、马铃薯淀粉及小麦淀粉：国民淀粉工业(上海)有限公司。
实施例1
(1)常温机械搅拌条件下将乳清蛋白浓缩物80(即WPC80)缓慢加入蒸馏水中，使溶解并配成15％的水溶液，百分比为乳清蛋白浓缩物80的质量占水溶液总质量的质量百分比，搅拌溶解时间控制在6h以上；
(2)边搅拌边滴加1M的氢氧化钠水溶液，调节步骤(1)中水溶液的pH到6.85；
(3)向步骤(2)中水溶液中加入乙酰化二淀粉己二酸酯，添加量为0.6％，百分比为加入的乙酰化二淀粉己二酸酯的质量占总分散体系质量的质量百分比，常温搅拌30min使淀粉分散；
(4)将步骤(3)中淀粉分散后的体系置于85℃的水浴中，加热20min；
(5)取出步骤(4)中加热后的体系，室温自然冷却即形成凝胶；其凝胶性能效果见效果实施例1中的表1。
实施例2
(1)常温机械搅拌条件下将乳清蛋白分离物(乳清蛋白含量为91％，百分比为乳清蛋白质量占乳清蛋白分离物总质量的质量百分比)缓慢加入蒸馏水中，使溶解并配成10％的水溶液，百分比为乳清蛋白分离物质量占水溶液总质量的质量百分比，搅拌溶解时间控制在4h以上；
(2)边搅拌边滴加1M的氢氧化钾水溶液，调节步骤(1)中水溶液的pH到7.00；
(3)向步骤(2)中水溶液中加入乙酰化二淀粉磷酸酯，添加量为0.5％，百分比为加入的乙酰化二淀粉磷酸酯质量占总分散体系质量的质量百分比，常温搅拌30min使淀粉分散；
(4)将步骤(3)中淀粉分散后的体系置于88℃的水浴中，加热15min；
(5)取出步骤(4)中加热后的体系，室温自然冷却即形成凝胶；其凝胶性能效果见效果实施例1中的表1。
实施例3
(1)常温机械搅拌条件下将乳清蛋白分离物(乳清蛋白含量为91％，百分比为乳清蛋白质量占乳清蛋白分离物总质量的质量百分比)缓慢加入蒸馏水中，使溶解并配成10％的水溶液，百分比为乳清蛋白分离物质量占水溶液总质量的质量百分比，搅拌溶解时间控制在4h以上；
(2)边搅拌边滴加1M的氢氧化钾水溶液，调节步骤(1)中水溶液的pH到7.00；
(3)向步骤(2)中水溶液中加入乙酰化二淀粉磷酸酯和马铃薯淀粉的混合物，混合物中乙酰化二淀粉磷酸酯和马铃薯淀粉的质量比为1:2，添加量为0.5％，百分比为加入的混合淀粉的质量占总分散体系质量的质量百分比，常温搅拌30min使淀粉分散；
(4)将步骤(3)中淀粉分散后的体系置于88℃的水浴中，加热15min；
(5)取出步骤(4)中加热后的体系，室温自然冷却即形成凝胶；其凝胶性能效果见效果实施例1中的表1。
实施例4
(1)常温机械搅拌条件下将乳清蛋白分离物(乳清蛋白含量为91％，百分比为乳清蛋白质量占乳清蛋白分离物总质量的质量百分比)缓慢加入蒸馏水中，使溶解并配成10％的水溶液，百分比为乳清蛋白分离物质量占水溶液总质量的质量百分比，搅拌溶解时间控制在4h以上；
(2)边搅拌边滴加1M的氢氧化钾水溶液，调节步骤(1)中水溶液的pH到7.00；
(3)向步骤(2)中水溶液中加入乙酰化二淀粉磷酸酯和小麦淀粉的混合物，混合物中乙酰化二淀粉磷酸酯和小麦淀粉的质量比为1:2，添加量为0.2％，百分比为加入的混合物的质量占总分散体系质量的质量百分比，常温搅拌30min使淀粉分散；
(4)将步骤(3)中淀粉分散后的体系置于88℃的水浴中，加热15min；
(5)取出步骤(4)中加热后的体系，室温自然冷却即形成凝胶；其凝胶性能效果见效果实施例1中的表1。
实施例5
(1)常温机械搅拌条件下将乳清蛋白分离物(乳清蛋白含量为91％，百分比为乳清蛋白质量占乳清蛋白分离物总质量的质量百分比)和乳清蛋白浓缩物80(即WPC80)的混合物缓慢加入蒸馏水中，混合物中乳清蛋白分离物和乳清蛋白浓缩物80的质量比为6：4，使溶解并配成12％的水溶液，百分比为乳清蛋白分离物和乳清蛋白浓缩物80的总质量占水溶液总质量的质量百分比，搅拌溶解时间控制在4h以上；
(2)边搅拌边滴加25％(百分比为NH3的质量占氨水总质量的质量百分比)氨水，调节步骤(1)中水溶液的pH到6.80；
(3)向步骤(2)中水溶液中加入玉米淀粉，添加量为1％，百分比为加入的玉米淀粉的质量占总分散体系质量的质量百分比，常温搅拌30min使淀粉分散；
(4)将步骤(3)中淀粉分散后的体系置于88℃的水浴中，加热30min；
(5)取出步骤(4)中加热后的体系，室温自然冷却即形成凝胶；其凝胶性能效果见效果实施例1中的表1。
实施例6
(1)常温机械搅拌条件下将乳清蛋白分离物(乳清蛋白含量为91％，百分比为乳清蛋白质量占乳清蛋白分离物总质量的质量百分比)缓慢加入蒸馏水中，使溶解并配成5％的水溶液，百分比为乳清蛋白分离物的质量占水溶液总质量的质量百分比，搅拌溶解时间控制在4h以上；
(2)边搅拌边滴加1M的氢氧化钠水溶液，调节步骤(1)中水溶液的pH到6.90；
(3)向步骤(2)中水溶液中加入氧化羟丙基淀粉，添加量为2％，百分比为加入的氧化羟丙基淀粉的质量占总分散体系质量的质量百分比，常温搅拌30min使淀粉分散；
(4)将步骤(3)中淀粉分散后的体系置于100℃的水浴中，加热5min；
(5)取出步骤(4)中加热后的体系，室温自然冷却即形成凝胶；其凝胶性能效果见效果实施例1中的表1。
实施例7
(1)常温机械搅拌条件下将乳清蛋白浓缩物80(即WPC80)缓慢加入蒸馏水中，使溶解并配成30％的水溶液，百分比为乳清蛋白浓缩物80的质量占水溶液总质量的质量百分比，搅拌溶解时间控制在8h以上；
(2)边搅拌边滴加1M的氢氧化钠水溶液，调节步骤(1)中水溶液的pH到6.50；
(3)向步骤(2)中水溶液中加入乙酰化二淀粉磷酸酯和马铃薯淀粉的混合物，混合物中乙酰化二淀粉磷酸酯和马铃薯淀粉的质量比为1:2，添加量为0.1％，百分比为加入的混合淀粉的质量占总分散体系质量的质量百分比，常温搅拌30min使淀粉分散；
(4)将步骤(3)中淀粉分散后的体系置于80℃的水浴中，加热60min；
(5)取出步骤(4)中加热后的体系，室温自然冷却即形成凝胶；其凝胶性能效果见效果实施例1中的表1。
实施例8
(1)常温机械搅拌条件下将乳清蛋白浓缩物80(即WPC80)缓慢加入蒸馏水中，使溶解并配成15％的水溶液，百分比为乳清蛋白浓缩物80的质量占水溶液总质量的质量百分比，搅拌溶解时间控制在6h以上；
(2)边搅拌边滴加1M的氢氧化钾水溶液，调节步骤(1)中水溶液的pH到8.50；
(3)向步骤(2)中水溶液中加入乙酰化二淀粉磷酸酯和小麦淀粉的混合物，混合物中乙酰化二淀粉磷酸酯和小麦淀粉的质量比为1:2，添加量为0.9％，百分比为加入的混合物的质量占总分散体系质量的质量百分比，常温搅拌30min使淀粉分散；
(4)将步骤(3)中淀粉分散后的体系置于88℃的水浴中，加热15min；
(5)取出步骤(4)中加热后的体系，室温自然冷却即形成凝胶；其凝胶性能效果见效果实施例1中的表1。
对比实施例1
(1)常温机械搅拌条件下将乳清蛋白浓缩物80缓慢加入蒸馏水中，使溶解并配成15％的水溶液，百分比为乳清蛋白浓缩物80质量占水溶液总质量的质量百分比，搅拌溶解时间控制在6h以上；
(2)边搅拌边滴加1M的氢氧化钠水溶液，调节步骤(1)中水溶液的pH到6.85；
(3)将步骤(2)中pH为6.85的水溶液置于85℃的水浴中，加热20min；
(4)取出步骤(3)中加热后的水溶液，室温自然冷却；其凝胶性能效果见效果实施例1中的表1。
对比实施例2
(1)常温机械搅拌条件下将乳清蛋白分离物(乳清蛋白含量为91％，百分比为乳清蛋白质量占乳清蛋白分离物总质量的质量百分比)缓慢加入蒸馏水中，使溶解并配成3％的水溶液，百分比为乳清蛋白分离物质量占水溶液总质量的质量百分比，搅拌溶解时间控制在4h以上；
(2)边搅拌边滴加1M的氢氧化钾水溶液，调节步骤(1)中水溶液的pH到7.00；
(3)向步骤(2)中水溶液中加入乙酰化二淀粉磷酸酯，添加量为0.5％，百分比为加入的乙酰化二淀粉磷酸酯质量占总分散体系质量的质量百分比，常温搅拌30min使淀粉分散；
(4)将步骤(3)中淀粉分散后的体系置于88℃的水浴中，加热15min；
(5)取出步骤(4)中加热后的体系，室温自然冷却；其凝胶性能效果见效果实施例1中的表1。
对比实施例3
(1)常温机械搅拌条件下将乳清蛋白分离物(乳清蛋白含量为91％，百分比为乳清蛋白质量占乳清蛋白分离物总质量的质量百分比)缓慢加入蒸馏水中，使溶解并配成10％的水溶液，百分比为乳清蛋白分离物质量占水溶液总质量的质量百分比，搅拌溶解时间控制在4h以上；
(2)边搅拌边滴加1M的氢氧化钾水溶液，调节步骤(1)中水溶液的pH到5.50；
(3)向步骤(2)中水溶液中加入乙酰化二淀粉磷酸酯，添加量为0.5％，百分比为加入的乙酰化二淀粉磷酸酯质量占总分散体系质量的质量百分比，常温常温搅拌30min使淀粉分散；
(4)将步骤(3)中淀粉分散后的体系置于88℃的水浴中，加热15min；
(5)取出步骤(4)中加热后的体系，室温自然冷却；其凝胶性能效果见效果实施例1中的表1。
效果实施例1
凝胶特性测定方法：采用质构仪TA-XTplus测定，运行模式为TPA模式，测定参数：测前速度1.0mm/s，测时速度1.0mm/s，测后速度1.0mm/s，下压距离10mm，间隔时间5s，探头为平底柱形探头P/0.5R。凝胶强度和弹性数据从质构图中得到。
持水性测定方法：采用离心法测定凝胶持水性，取一定质量(m1)的凝胶，切成大小均一的小粒，4000r/min离心20min，取出凝胶用滤纸吸干表面水分后称重(m2)，凝胶持水率计算公式：持水率/％＝m2/m1*100％。
将实施例1～8和对比实施例1～3中的最终产品进行凝胶特性测定，测定结果见表1。
表1乳清蛋白凝胶特性
表格中的每个特征的数值越大，该特征效果越好。通过对比发现，通过添加一定量的淀粉，即可获得强度、弹性和持水率等凝胶特性都显著优于不添加淀粉的乳清蛋白凝胶产品。而且淀粉用量很少。采用天然淀粉和变性淀粉混合使用的效果最优，获得同等效果，淀粉用量也明显比仅使用天然淀粉或变性淀粉减少很多。
从表1中可见，凝胶强度这一参数上，本发明的实施例1～5(乳清蛋白产品含量基本接近)均明显优于申请号为CN201310541756.2的发明专利中超声法制备乳清蛋白凝胶的技术。
从表1中可见，实施例1～8形成的凝胶无论是从强度、弹性还是持水率参数上均明显优于对比实施例1不加淀粉的工艺条件下形成的凝胶。
比较实施例2和对比实施例2发现，乳清蛋白产品的含量不在本发明范围内，即使在相同条件下也不能形成凝胶，说明乳清蛋白产品的含量对凝胶的优异性能的形成非常关键。
比较实施例2和对比实施例3发现，pH值不在本发明范围内形成的凝胶，在弹性和持水率参数上均明显差于实施例，说明合适的pH值对改善乳清蛋白凝胶的理化性能至关重要。

Claims (7)

1.一种乳清蛋白凝胶改性的方法，其特征在于，其包括以下步骤：将5％～30％的乳清蛋白产品的水溶液，百分比为水溶液中乳清蛋白产品的质量占水溶液总质量的质量百分比，用碱性试剂调节其pH值到6.5～8.5；然后向所述的水溶液中加入0.1％～0.8％的淀粉并使淀粉在所述的水溶液中分散，百分比为淀粉质量占水溶液和淀粉总质量的质量百分比；将混合后的体系加热5min～60min后冷却，即可；
其中，所述淀粉为乙酰化双淀粉己二酸酯、乙酰化二淀粉磷酸酯、“乙酰化二淀粉磷酸酯和马铃薯淀粉”或者“乙酰化二淀粉磷酸酯和小麦淀粉”。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的乳清蛋白产品的种类为乳清蛋白浓缩物和/或乳清蛋白分离物；
和/或，所述的水溶液中乳清蛋白产品的质量占水溶液总质量的质量百分比为8％～15％；
和/或，所述的水溶液中水和乳清蛋白产品的混合方式为搅拌使溶解。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的乳清蛋白浓缩物的蛋白含量为75％以上，百分比为所述的乳清蛋白浓缩物中所有的蛋白质的质量占所述的乳清蛋白浓缩物总质量的质量百分比；
和/或，所述的乳清蛋白分离物的蛋白含量为85％以上，百分比为所述的乳清蛋白分离物中所有的蛋白质的质量占所述的乳清蛋白分离物总质量的质量百分比；
和/或，所述的搅拌使溶解中搅拌的时间为4h～8h。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的淀粉的用量为0.3％～0.8％，百分比为所述的淀粉的质量占所述的水溶液和淀粉总质量的质量百分比；
和/或，所述的pH值为6.7～7.2；
和/或，所述的分散的方法为搅拌使分散；
和/或，所述的加热的温度为80℃～100℃；
和/或，所述的加热的时间为10min～20min。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的搅拌的时间为30min～2h；
和/或，所述的加热的温度为85℃～95℃。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碱性试剂为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液和氨水中的一种或多种。
7.一种乳清蛋白凝胶改性的产品，其特征在于，所述的产品的制备方法如权利要求1～6中任一项所述。
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