CN104351463A

CN104351463A - 提高大豆分离蛋白在酸性条件下乳化性能的方法及其产品

Info

Publication number: CN104351463A
Application number: CN201410718885.9A
Authority: CN
Inventors: 吴海波; 朱秀清; 赵彩红; 高珊; 李博群; 许慧; 黄艳玲; 姚磊; 郑环宇; 杨冬
Original assignee: Soybean Tech Development And Research Center Heilongjiang Prov
Current assignee: Soybean Tech Development And Research Center Heilongjiang Prov
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2015-02-18

Abstract

本发明公开了一种提高大豆分离蛋白在酸性条件下乳化性能的方法及其产品，属于大豆分离蛋白的改性领域，所述方法包括：(1)挤压膨化预处理大豆分离蛋白；(2)将步骤(1)的处理产物干燥粉碎后用水溶解得到大豆分离蛋白水溶液；(3)向大豆分离蛋白水溶液中加入蛋白酶进行酶解反应；(4)灭酶，冷却，浓缩干燥，即得。本发明改性方法获得的改性大豆分离蛋白在pH4时的乳化性为0.49m²/g，比普通大豆分离蛋白提高了172％；乳化稳定性为16.2min，比普通大豆分离蛋白提高了20％；本发明制备的改性大豆分离蛋白能应用于制备乳制品、饮料制品、面制品或肉制品等。

Description

提高大豆分离蛋白在酸性条件下乳化性能的方法及其产品

技术领域

本发明涉及一种提高大豆分离蛋白乳化性能的方法，尤其涉及一种提高大豆分离蛋白在酸性条件下乳化性能的方法，本发明进一步涉及由该方法制备得到的改性大豆分离蛋白及其应用，属于改性大豆分离蛋白的制备及应用技术领域。

背景技术

大豆分离蛋白是从脱脂大豆中除去可溶性糖类和不溶性多聚糖后，得到的蛋白含量在90％以上的大豆蛋白制品，具有多种良好的功能特性，如：溶解性、乳化性、发泡性、凝胶性、吸水性等，因此被广泛应用于肉制品、乳制品、饮料制品及面制品等。但是，普通大豆分离蛋白难以同时兼具上述多种性能，并且当环境条件发生某些改变时，蛋白会丧失原有的功能特性，如：在酸性或多离子等环境中，由于蛋白缺乏良好的乳化能力而发生沉降，从而影响食品品质，限制了大豆分离蛋白的应用。因此常将蛋白进行改性处理以提高和强化某些功能特性。

目前常见的改善大豆分离蛋白乳化性的方法主要有：物理改性、化学改性、生物酶改性、食品添加剂改性及复合改性。近几年国内外已有对大豆蛋白乳化性的改性研究，但现有的改性大豆分离蛋白在酸性条件下乳化性能及稳定性较差，有待改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改性大豆分离蛋白的制备方法，提高大豆分离蛋白在酸性条件下乳化性能以及乳化稳定性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

本发明首先提供了一种提高大豆分离蛋白在酸性条件下乳化性能的方法，包括以下步骤：

(1)挤压膨化预处理大豆分离蛋白；(2)将步骤(1)的处理产物干燥粉碎后用水溶解得到大豆分离蛋白水溶液；(3)向大豆分离蛋白水溶液中加入蛋白酶进行酶解反应；(4)灭酶，冷却，浓缩干燥，即得。

其中，优选的，按质量kg/体积L计，步骤(1)中控制大豆分离蛋白的含水量为20-25％，优选为20％。

步骤(1)中采用双螺杆挤压机对大豆分离蛋白进行挤压膨化预处理；所述双螺杆挤压机的机筒第一到四段的温度分别为常温、50℃、80℃和110℃；模孔孔径18mm，螺杆转速100r/min。

按质量百分比计，步骤(2)中所述的大豆分离蛋白水溶液的浓度优选为2-12％，更优选为6-8％，最优选为6％(大豆分离蛋白在水溶液中的总含量)。

步骤(3)所述蛋白酶为胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、酸性蛋白酶、菠萝蛋白酶或植酸酶中的任意一种或两种；优选为，菠萝蛋白酶；在所述蛋白酶的最适温度与最适pH下进行酶解反应；所述蛋白酶的用量为600-1600u/g；优选为1000-1400u/g；最优选为1200u/g；酶解反应时间为15-40min；优选为25-40min；最优选为30min。所述的酶解反应温度为50-60℃，优选为55℃；反应pH为7。

步骤(4)中采用沸水浴灭酶，冷水冷却。

本发明将挤压膨化预处理分别与胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、酸性蛋白酶、菠萝蛋白酶、植酸酶+酸性蛋白酶、植酸酶+菠萝蛋白酶对大豆分离蛋白进行改性。结果表明，挤压膨化预处理与菠萝蛋白酶联合改性，测定的改性蛋白在pH4时EA与ES分别为0.45m²/g和17min，比其它酶处理效果好。

本发明进一步对大豆分离蛋白浓度、菠萝蛋白酶添加量和酶解时间进行单因素实验。结果表明，改性效果较佳的工艺参数范围为蛋白浓度为6％-8％，菠萝蛋白酶添加量为1000u/g-1400u/g，酶解时间为25-40min。

本发明在单因素实验基础上进一步采用正交设计实验，酸性(pH4)条件下，以乳化性和乳化稳定性为指标，优化反应条件。初步确定改性SPI条件组合为：A₂B₃C₂，即蛋白浓度为6％，加酶量为1200u/g，酶解时间为30min，此条件下SPI的乳化性较好；组合A₃B₁C₂，即蛋白浓度为10％，酶添加量为800u/g，酶解时间为30min，此条件下SPI的乳化稳定性较好。

由于本发明对乳化活性的改善较大，从正交实验中得到的2个最佳组合中综合考虑，以乳化活性为主要考察指标，选择组合A₂B₃C₂作为最后优选结果，即：经过挤压膨化-菠萝蛋白酶联合改性，当蛋白浓度为6％，加酶量为1200u/g，酶解时间为30min，此条件下SPI在pH4时的乳化活性最佳，为0.49m²/g，比普通SPI提高了172％；此条件下SPI的乳化稳定性也较好，值为16.2min，比普通SPI提高了20％。

说明SPI经复合改性处理后，乳化性和乳化稳定性有了显著的提高，对于SPI在酸性条件中的应用具有现实的指导意义。

本发明还提供了所述改性大豆分离蛋白的制备方法制备得到的改性大豆分离蛋白。

本发明方法制备的改性大豆分离蛋白在酸性条件下(pH4)的乳化效果佳，乳化性为0.49m²/g，比普通大豆分离蛋白提高了172％；乳化稳定性为16.2min，比普通大豆分离蛋白提高了20％。

本发明方法制备的改性大豆分离蛋白可应用于制备乳制品、饮料制品、面制品或肉制品等。

本发明技术方案与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明采用挤压膨化-菠萝蛋白酶联合改性SPI，在SPI浓度为6％，加酶量为1200u/g，酶解时间为30min时，测得改性后的大豆蛋白在pH4的乳化活性为0.49m²/g，比普通SPI提高了172％；乳化稳定性为16.2min，比普通SPI提高了20％。SPI经改性处理后，乳化性和乳化稳定性有了显著的提高，能够应用于制备乳制品、饮料制品、面制品或肉制品等。

附图说明

图1为pH4时不同酶制剂酶解之后SPI的乳化性(EA)与乳化稳定性(ES)；其中，a：未改性SPI；b：挤压膨化处理SPI；c：菠萝蛋白酶改性SPI；d：挤压膨化-菠萝蛋白酶联合改性SPI；e：挤压膨化-木瓜蛋白酶联合改性SPI；f：挤压膨化-胰蛋白酶联合改性SPI；g：挤压膨化-酸性蛋白酶联合改性SPI；h：挤压膨化与植酸酶-酸性蛋白酶联合改性SPI；i：挤压膨化与植酸酶-菠萝蛋白酶联合改性SPI；

图2为pH4时乳化性和乳化稳定性随蛋白浓度的变化；

图3为pH4时乳化性和乳化稳定性随菠萝蛋白酶添加量的变化；

图4为pH4时乳化性和乳化稳定性随酶解时间的变化。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但是应理解所述实施例仅是范例性的，不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改或替换均落入本发明的保护范围。

1、材料与设备

大豆分离蛋白(粗蛋白含量85％，水分含量7％；购自黑龙江哈高科大豆食品有限责任公司)；大豆色拉油购自九三集团哈尔滨惠康食品有限公司；菠萝蛋白酶，购自上海金穗生物科技有限公司；其他试剂为分析纯，所用的水为去离子水。

SYSL G30-IV实验双螺杆挤压机，购自济南赛百诺科技开发有限公司。

实施例1改性大豆分离蛋白的制备

1、将大豆分离蛋白的水分含量调整为25％(kg/L)，双螺杆挤压机的机筒第一到四段的温度分别设为常温、50℃、80℃、110℃；模孔孔径18mm，螺杆转速100r/min。挤压膨化后的大豆分离蛋白经干燥、粉碎后保存备用。

2、按质量百分比计，将挤压预处理蛋白粉末配成浓度12％的大豆分离蛋白水溶液，加入菠萝蛋白酶1600u/g，于55℃震荡水浴锅中反应40min，反应的pH为7，然后在沸水浴中灭酶，冷水冷却，浓缩干燥，即得。

实施例2改性大豆分离蛋白的制备

1、将大豆分离蛋白的水分含量调整为20％(kg/L)，双螺杆挤压机的机筒第一到四段的温度分别设为常温、50℃、80℃、110℃；模孔孔径18mm，螺杆转速100r/min。挤压膨化后的大豆分离蛋白经干燥、粉碎后保存备用。

2、按质量百分比计，将挤压预处理蛋白粉末配成浓度2％的大豆分离蛋白水溶液，加入菠萝蛋白酶600u/g，于55℃震荡水浴锅中反应15min，反应的pH为7，然后在沸水浴中灭酶，冷水冷却，浓缩干燥，即得。

实施例3改性大豆分离蛋白的制备

2、按质量百分比计，将挤压预处理蛋白粉末配成浓度6％的大豆分离蛋白水溶液，加入菠萝蛋白酶1200u/g，于55℃震荡水浴锅中反应30min，反应的pH为7，然后在沸水浴中灭酶，冷水冷却，浓缩干燥，即得。

pH4时，制备的改性大豆分离蛋白的乳化活性为0.49m²/g，比普通SPI提高了172％；乳化稳定性为16.2min，比普通SPI提高了20％。

实验例1挤压膨化预处理与蛋白酶联合改性大豆分离蛋白

1、实验方法

1.1大豆分离蛋白的挤压膨化预处理

将大豆分离蛋白的水分含量调整为20％(kg/L)，双螺杆挤压机的机筒第一到四段的温度分别设为常温、50℃、80℃、110℃；模孔孔径18mm，螺杆转速100r/min。挤压膨化后的物料经干燥、粉碎后保存备用。

1.2酶制剂的选择

将上述挤压预处理蛋白粉末配成大豆分离蛋白浓度5％的水溶液，分别加入五种酶(胰蛋白酶，木瓜蛋白酶，酸性蛋白酶，菠萝蛋白酶，植酸酶)中的一种或两种，在其最适温度与最适pH下反应；各种酶的最适温度、最适pH、此酶活下的用量及酶解时间见表1，其中，加入两种酶时采用分步水解法，测得酶解30min后，改性蛋白在pH4时的乳化活性(EA)与乳化稳定性(ES)，以普通SPI作对照。

表1 蛋白酶的最适温度、最适pH与用量

1.3乳化活性和乳化稳定性的测定

取3ml酶处理后的蛋白溶液加27ml水后加10ml大豆色拉油混合，以转速为10000r/min的均质机均质1min，之后分别在0min、10min取样，以0.1％(w/v)SDS(十二烷基磺酸钠，pH7.0)稀释100倍，以SDS溶液为空白，测定500nm处的吸光度值，以0min的吸光度值(A0)表示乳化活性EA，乳化稳定性用ES表示：

ES＝A0×ΔT/ΔA

式中：A0：0时刻的吸光值；

ΔT：时间差(min)；

ΔA：ΔT内的吸光值差。

2、实验结果

不同处理条件下所得改性蛋白在pH4时的乳化性(EA)与乳化稳定性(ES)见图1。

图1为pH4时，不同酶制剂酶解30min之后的SPI的乳化活性与乳化稳定性，综合考虑得出，挤压膨化处理与菠萝蛋白酶联合改性，测定的EA与ES分别为0.45m²/g和17min，比其他酶处理效果要好。因此选择挤压膨化处理与菠萝蛋白酶联合改性。

实验例2挤压膨化预处理与菠萝蛋白酶联合改性单因素实验

在实验例1基础上，进一步对大豆分离蛋白浓度、菠萝蛋白酶添加量和酶解时间进行单因素试验。

1、实验方法

1.1样品进行挤压膨化处理

将SPI的水分含量调整为20％(kg/L)，双螺杆挤压机的机筒第一到四段的温度分别设为常温、50℃、80℃、110℃；模孔孔径18mm，螺杆转速100r/min。制备好的挤压大豆分离蛋白贮存在密闭干燥箱中。

1.2酶解反应

将挤压处理后的蛋白粉末配成溶液，加入一定量的菠萝蛋白酶，于55℃震荡水浴锅中反应一定时间，然后在沸水浴中灭酶，冷水冷却之后进行乳化功能的测定。乳化活性和乳化稳定性的测定方法同实验例1。

1.3大豆分离蛋白浓度对改性SPI乳化性能的影响

按菠萝蛋白酶量1000u/g，酶解温度55℃，酶解时间30min，pH7，SPI浓度分别为2％、4％、6％、8％、10％、12％，以pH4时的乳化性为指标，考察蛋白浓度对改性SPI乳化能力的影响。

1.4菠萝蛋白酶添加量对改性SPI乳化性能的影响

按SPI蛋白浓度6％，酶解温度55℃，酶解时间30min，pH7，菠萝蛋白酶添加量分别为600u/g、800u/g、1000u/g、1200u/g、1400u/g、1600u/g，以pH4时的乳化性为指标，考察菠萝蛋白酶添加量对改性SPI乳化能力的影响。

1.5酶解时间对改性SPI乳化性能的影响

按SPI蛋白浓度6％，酶解温度55℃，加菠萝蛋白酶量1000u/g，pH7，酶解时间分别为15min、20min、25min、30min、35min、40min，以pH4时的乳化性为指标，考察酶解时间对改性SPI乳化能力的影响。

2、实验结果

2.1蛋白浓度对改性SPI的乳化性和乳化稳定性的影响

结果见图2，可以看出，蛋白浓度在6％-8％范围内改性后的SPI乳化性和乳化稳定性较佳。因此，在此范围内做优化实验。

2.2菠萝蛋白酶添加量对改性SPI的乳化性和乳化稳定性的影响

结果见图3，可以看出，菠萝蛋白酶添加量在1000u/g-1400u/g范围内改性后的SPI乳化性和乳化稳定性较佳。因此，在此范围内做优化实验。2.3酶解时间对改性SPI的乳化性和乳化稳定性的影响

结果见图4，从图4中看出，当酶解时间在25min-40min范围内时，改性后的SPI乳化性和乳化稳定性较佳。因此，在此范围内做优化实验。实验例3正交设计实验优化大豆分离蛋白的最佳改性条件

1、实验方法

在实验例2单因素实验基础上，普通SPI经挤压膨化预处理-菠萝蛋白酶联合后，采用正交设计(L3³)实验，酸性(pH4)条件下，以乳化性和乳化稳定性为指标，优化反应条件。

反应条件因素水平见表2。

表2 反应条件因素水平表

2、实验结果

2.1乳化性和乳化稳定性正交试验设计及结果

pH4时乳化性和乳化稳定性正交试验设计及结果见表3。

表3 pH4时，乳化性和乳化稳定性正交试验设计及结果

2.2大豆分离蛋白乳化性的方差分析

乳化性方差分析结果见表4。

表4 乳化性方差分析表

*表示在α＝0.05水平上显著。

由表4可知，极差值反映了各因素影响试验指标的主次关系，极差值越大，表明此因素对试验指标的影响越大。表3中，乳化性正交试验的极差值为R_A>R_C>R_B。各反应条件对SPI乳化性影响为：SPI的浓度影响最大，其次是酶解时间，而酶添加量对改性SPI的乳化性影响较小。通过乳化性的优化试验，可以初步确定改性SPI条件组合为：A₂B₃C₂，即各个反应条件分别为：蛋白浓度为6％，加酶量为1200u/g，酶解时间为30min，此条件下SPI的乳化性较好。

2.3乳化稳定性的方差分析

乳化稳定性方差分析结果见表5。

表5 乳化稳定性方差分析表

*表示在α＝0.05水平上显著。

表3中，乳化稳定性正交试验的极差值为R_C>R_A>R_B，由表5可知，各反应条件对改性SPI乳化稳定性影响为：酶解时间影响最大(α＝0.05)，其次是SPI的浓度(α＝0.05)，而酶添加量在一定范围内对改性SPI的乳化稳定性影响最小。通过乳化稳定性的优化试验，可以初步确定改性SPI条件组合为A₃B₁C₂，即各个反应条件分别为：蛋白浓度为10％，酶添加量为800u/g，酶解时间为30min，此条件下SPI的乳化稳定性较好。

由于本发明对乳化活性的改善较大，从正交实验得到的2个最佳组合中综合考虑，以乳化活性为主要考察指标，选择组合A₂B₃C₂作为最后优选结果。即：经过挤压膨化-菠萝蛋白酶联合改性，当蛋白浓度为6％，加酶量为1200u/g，酶解时间为30min，此条件下SPI在pH4时的乳化活性最佳，为0.49m²/g，比普通SPI提高了172％；此条件下SPI的乳化稳定性也较好，值为16.2min，比普通SPI提高了20％。说明SPI经复合改性处理后，乳化性和乳化稳定性有了显著的提高，对于SPI在酸性条件中的应用具有现实的指导意义。

Claims

1.一种提高大豆分离蛋白在酸性条件下乳化性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)挤压膨化预处理大豆分离蛋白；(2)将步骤(1)的处理产物干燥粉碎后用水溶解得到大豆分离蛋白水溶液；(3)向大豆分离蛋白水溶液中加入蛋白酶进行酶解反应；(4)灭酶，冷却，浓缩干燥，即得。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：按质量kg/体积L计，步骤(1)中控制大豆分离蛋白的含水量为20-25％，优选为20％。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中采用双螺杆挤压机挤压膨化预处理大豆分离蛋白；所述双螺杆挤压机的机筒第一到四段的温度分别为常温、50℃、80℃和110℃；模孔孔径为18mm，螺杆转速为100r/min。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：按质量百分比计，步骤(2)中所述大豆分离蛋白水溶液的浓度为2-12％，优选为6-8％，最优选为6％。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)所述蛋白酶为胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、酸性蛋白酶、菠萝蛋白酶或植酸酶中的任意一种或两种；优选为菠萝蛋白酶。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述蛋白酶的用量为600-1600u/g，优选为1000-1400u/g，最优选为1200u/g。

7.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述酶解反应时间为15-40min，优选为25-40min，最优选为30min；所述的酶解反应温度为50-60℃，优选为55℃；反应pH为7。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)采用沸水浴灭酶，冷水冷却。

9.权利要求1至8任何一项所述的方法制备得到的改性大豆分离蛋白。

10.权利要求9所述改性大豆分离蛋白在制备乳制品、饮料制品、面制品或肉制品中的应用。