CN104839423A - 一种改性乳清蛋白的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性乳清蛋白的制备方法，将充分溶解的乳清蛋白与一定比例的海藻酸钠或果胶等多糖混合，调节pH值后进行冷冻干燥，得乳清蛋白与果胶或海藻酸钠等多糖混合物固体样品；将混合物固体样品，在一定温度、湿度条件下反应得到乳清蛋白-多糖交联物；将乳清蛋白-多糖交联物配制成一定质量浓度的溶液，添加或不添加甘油后置于超高压条件下处理，得到改性乳清蛋白。本发明超高压辅助热改性乳清蛋白成膜后的膜机械性能得到大幅度提高，拉伸强度与未改性前的乳清蛋白膜相比提高3倍以上，与热改性的乳清蛋白膜相比提高了1倍以上；为乳清蛋白膜的工业化应用奠定了良好的技术基础，为乳清蛋白资源的高效利用提供了新途径。

Description

一种改性乳清蛋白的制备方法

技术领域

本发明属于食品深加工技术领域，尤其涉及一种改性乳清蛋白的制备方法。

背景技术

乳清是干酪和干酪素生产中得到的副产物，世界乳清年产量约为2.0亿吨，可生产出乳清蛋白200万吨。目前，乳清的利用率仅为世界乳清年产量的50％左右，其余均以废水排放，不仅浪费了可贵的优质蛋白资源，而且造成严重的环境污染。乳清蛋白作为乳清的主要成分，具有较高的营养价值和良好的功能特性，逐渐成为功能性食品、营养制品等的重要原料和添加成分，在食品生产尤其是功能性食品中应用广泛。近年来，国内外学者关于乳清蛋白的成膜性、乳化性、涂层性、起泡性等功能特性开展了大量研究工作，乳清蛋白改性后可以提高持水性，改善凝胶特性，提高热稳定性。可作为乳化剂、稳定剂、保湿剂、可食用膜和胶囊化壁材以及脂肪替代品等应用于食品中，改善食品的口感、质地，提高产品的稳定性和延长货架期。

乳清蛋白常见的改性方法有物理、化学和酶学改性。乳清蛋白的酶法改性主要包括水解和交联，酶法水解主要是通过胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶和碱性蛋白酶等酶部分降解乳清蛋白的多肽骨架，增加其分子内或分子间交联或连接特殊功能基团，从而降低其致敏性，提高其功能特性；酶法交联是通过谷氨酰胺转氨酶、赖氨酸氧化酶、过氧化物酶、儿茶酚氧化酶、漆酶、蛋白二硫键还原酶、蛋白二硫键异构酶和巯基氧化酶等多种酶催化蛋白质产生分子内或分子间的交联反应，一定程度上改善乳清蛋白的胶凝性、塑性、持水性、水溶性、稳定性等。但是酶法对蛋白质进行改性因为生产成本高，无法满足目前生产需要。

乳清蛋白的化学改性主要是通过对蛋白分子中氨基酸残基的侧链基团的修饰和二硫键的裂解改变乳清蛋白分子的结构、表面净电荷和疏水性提高其功能特性，化学改性方法主要包括酰化、酰胺化和酯化、硫醇化、糖基化、还原烷基化和共价连接氨基酸等，可以改善乳清蛋白的溶解度、表面性质、吸水性、凝胶形成和热稳定性。糖基化近年来成为国内外学者研究的重点，罗永康等通过美拉德反应将单糖、多糖引入乳清蛋白提高乳清蛋白的溶解性、稳定性，降低β-乳球蛋白的致敏性。

乳清蛋白的物理改性是利用热能、机械能、声波能等进行改性，目前较为集中在热变性和挤压蒸煮过程研究，通过适度热变性，大分子聚合和质构化可改善蛋白质的功能特性。Fachin L.等人研究表明，当温度调至68℃热处理2min后，pH值在6.0～6.6时，乳清蛋白溶解性达到最大，pH值为6.3时，溶解性达到最大。当pH值从6.0调至7.0时，乳化性也有巨大的改观。热处理影响乳清蛋白乳化性被认为决定于pH值的水平，当pH值大约在7.0时，热处理明显改变了乳清蛋白的乳化性质，这时乳清表现出较好的乳化性能。Meza B.E.等人发现8％乳清蛋白液在pH值为6.0、90℃加热30min形成的凝胶最好，若同时配合使用2～5mmolCaCl2，效果更佳。Akkermans C.等人研究证实，热处理和剪切力对乳清蛋白纤维状结构和流变学性质有重要影响。国外学者Perez研究表明加热处理能使膜的交联度增加，而且改善了膜的结构，它能够增加巯基与二硫键之间的交换反应，还能增加蛋白质分子与其它成膜剂之间的相互作用，从而增加膜的致密性。尽管如此，单一热处理后的乳清蛋白膜存在着明显的机械强度较低、完整性和柔韧性较差等缺点，因此，采用适当的技术和研究方法改性乳清蛋白成为解决这一问题的关键。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种改性乳清蛋白的制备方法，旨在解决现有乳清蛋白膜存在着明显的机械强度较低、完整性和柔韧性较差的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种改性乳清蛋白的制备方法，该改性乳清蛋白的制备方法将乳清蛋白-多糖交联物配制成质量浓度为0.2～20％的溶液，添加为乳清蛋白-多糖交联物质量的0～80％的甘油后，装入聚丙烯真空袋中，赶出气泡，进行真空热封包装，将袋装反应溶液置于超高压处理釜中，超高压处理条件为200～800MPa，保压2～25min，超高压处理方式为连续式或间歇式，得到改性乳清蛋白。

进一步，乳清蛋白-多糖交联物的制备方法：

用蒸馏水先将乳清蛋白充分溶解，制成质量浓度为1～5％的乳清蛋白溶液，缓慢加入乳清蛋白1～5倍质量的果胶、海藻酸钠等多糖，磁力搅拌充分溶解后，用0.1mol/L HCl或0.1mol/L NaOH调节pH值6～10，冷冻干燥，得乳清蛋白与多糖混合物固体样品，将得到的混合物固体样品充分混合，放入到干燥器内，维持26～90％相对湿度，在50～80℃温度条件下，反应36～96h后，得到乳清蛋白-多糖交联物。

进一步，乳清蛋白为浓缩乳清蛋白或分离乳清蛋白，添加的多糖包括果胶、海藻酸钠、卡拉胶、壳聚糖、普鲁兰糖、麦芽糊精、可溶性淀粉等。

进一步，将乳清蛋白-多糖交联物配制成质量浓度为0.2～20％的溶液，不添加甘油或添加乳清蛋白-多糖交联物质量的0～80％的甘油后，装入聚丙烯真空袋中，赶出气泡，进行真空热封包装，将袋装反应溶液置于超高压处理釜中。

进一步，该改性乳清蛋白的制备方法包括：

步骤一，乳清蛋白-海藻酸钠交联物的制备：

用蒸馏水先将乳清蛋白溶解，制成质量浓度为1％的乳清蛋白溶液，加入乳清蛋白3倍质量的海藻酸钠，磁力搅拌溶解后，用0.1mol/L NaOH调节pH值8，冷冻干燥，得乳清蛋白与海藻酸钠混合物固体样品，将得到的混合物固体样品充分混合，放入到干燥器内，维持79％相对湿度，在60℃温度条件下，反应60h后，得到乳清蛋白-海藻酸钠交联物。

步骤二，超高压改性乳清蛋白-海藻酸钠交联物：

将乳清蛋白-海藻酸钠交联物配制成质量浓度为2％的溶液，装入聚丙烯真空袋中，赶出气泡，进行真空热封包装，将袋装反应溶液置于超高压处理釜中，超高压处理条件为600MPa，保压10min，超高压处理方式为连续式，得到改性乳清蛋白。

进一步，该改性乳清蛋白的制备方法包括：

步骤一，乳清蛋白-果胶交联物的制备：

用蒸馏水先将乳清蛋白溶解，制成质量浓度为1.2％的乳清蛋白溶液，加入乳清蛋白4倍质量的果胶，磁力搅拌充分溶解后，用0.1mol/L NaOH或0.1mol/LHCl调节pH值8，冷冻干燥，得乳清蛋白与果胶混合物固体样品，将得到的混合物固体样品充分混合，放入到干燥器内，维持79％相对湿度，在60℃温度条件下，反应72h后，得到乳清蛋白-果胶交联物；

步骤二，超高压改性乳清蛋白-果胶交联物：

将乳清蛋白-果胶交联物配制成质量浓度为2％的溶液，添加乳清蛋白-果胶交联物30％质量分数的甘油，搅匀，装入聚丙烯真空袋中，赶出气泡，进行真空热封包装，将袋装反应溶液置于超高压处理釜中，超高压处理条件为500MPa，保压15min，超高压处理方式为连续式，得到改性乳清蛋白。

本发明提供的改性乳清蛋白的制备方法，以乳清蛋白为原料，添加果胶、海藻酸钠等多糖类物质，采用超高压辅助加热改性乳清蛋白-多糖交联物，制备改性乳清蛋白。该工艺下改性乳清蛋白的成膜性和包被性得到了明显提高，成膜性方面可以增强改性乳清蛋白膜的完整性，改善膜的机械强度，增加膜的柔韧性；包被性方面，作为益生菌的包埋壁材，益生菌的包埋率和胃肠通过率得到了显著提升。本发明为乳清蛋白膜的工业化应用奠定了良好的技术基础，为乳清蛋白资源的高效开发和高值化利用提供了新途径。

附图说明

图1是本发明实施例提供的改性乳清蛋白的制备方法流程图；

图2是本发明实施例提供的乳清蛋白-海藻酸钠混合物及改性后交联物的FTIR图谱示意图；

图3是本发明实施例提供的未改性乳清蛋白膜、热改性乳清蛋白-果胶膜与本发明超高压辅助热改性乳清蛋白-果胶膜的拉伸强度对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的改性乳清蛋白的制备方法包括以下步骤：

S101：用蒸馏水先将乳清蛋白充分溶解，制成质量浓度为1～5％的乳清蛋白溶液，缓慢加入乳清蛋白1～5倍质量的果胶、海藻酸钠等多糖，磁力搅拌充分溶解后，用0.1mol/L HCl或0.1mol/L NaOH调节pH值6～10，冷冻干燥，得乳清蛋白与多糖混合物固体样品；

S102：将得到的混合物固体样品充分混合，放入到干燥器内(维持26～90％相对湿度)，在50～80℃温度条件下，反应36～96h后，得到乳清蛋白-多糖交联物；

S103：将乳清蛋白-多糖交联物配制成一定质量浓度的溶液，添加或不添加甘油后置于超高压条件下处理，得到改性乳清蛋白。

本发明实施例的具体步骤：

步骤一，乳清蛋白-多糖交联物的制备：

用蒸馏水先将乳清蛋白充分溶解，制成质量浓度为1～5％的乳清蛋白溶液，缓慢加入乳清蛋白1～5倍质量的果胶、海藻酸钠等多糖，磁力搅拌充分溶解后，用0.1mol/L HCl或0.1mol/L NaOH调节pH值6～10，冷冻干燥，得乳清蛋白与多糖混合物固体样品。将上述得到的混合物固体样品充分混合，放入到干燥器内(维持26～90％相对湿度)，在50～80℃温度条件下，反应36～96h后，得到乳清蛋白-多糖交联物；

步骤二，超高压改性乳清蛋白-多糖交联物：

将乳清蛋白-多糖交联物配制成一定质量浓度的溶液，添加或不添加甘油后置于超高压条件下处理，得到改性乳清蛋白。

在步骤一中，原料的乳清蛋白为浓缩乳清蛋白(WPC)或分离乳清蛋白(WPI)，添加的多糖包括果胶、海藻酸钠、卡拉胶、壳聚糖、普鲁兰糖、麦芽糊精、可溶性淀粉等。

在步骤二中，乳清蛋白-多糖交联物的质量浓度为0.2～20％；

甘油的添加量为乳清蛋白-多糖交联物质量的0～80％质量分数。

超高压处理条件为200～800MPa，保压2～25min，超高压处理方式为连续式或间歇式。

本发明的具体实施例：

实施例1：

A.乳清蛋白-海藻酸钠交联物的制备：

用蒸馏水先将乳清蛋白[浓缩乳清蛋白(WPC-80)]充分溶解，制成质量浓度为1％的乳清蛋白溶液，缓慢加入乳清蛋白3倍质量的海藻酸钠，磁力搅拌充分溶解后，用0.1mol/L NaOH调节pH值8，冷冻干燥，得乳清蛋白与海藻酸钠混合物固体样品。将上述得到的混合物固体样品充分混合，放入到干燥器内(维持79％相对湿度)，在60℃温度条件下，反应60h后，得到乳清蛋白-海藻酸钠交联物。

B.超高压改性乳清蛋白-海藻酸钠交联物：

将乳清蛋白-海藻酸钠交联物配制成质量浓度为2％的溶液，装入聚丙烯真空袋中，赶出气泡，避免在高压处理过程中产生包装袋破裂，进行真空热封包装。将袋装反应溶液置于超高压处理釜中，超高压处理条件为600MPa，保压10min，超高压处理方式为连续式，得到改性乳清蛋白。

实施例2：

A.乳清蛋白-果胶交联物的制备

用蒸馏水先将乳清蛋白[浓缩乳清蛋白(WPC-80)]充分溶解，制成质量浓度为1.2％的乳清蛋白溶液，缓慢加入乳清蛋白4倍质量的果胶，磁力搅拌充分溶解后，用0.1mol/L NaOH或0.1mol/L HCl调节pH值8，冷冻干燥，得乳清蛋白与果胶混合物固体样品。将上述得到的混合物固体样品充分混合，放入到干燥器内(维持79％相对湿度)，在60℃温度条件下，反应72h后，得到乳清蛋白-果胶交联物。

B.超高压改性乳清蛋白-果胶交联物

将乳清蛋白-果胶交联物配制成质量浓度为2％的溶液，添加乳清蛋白-果胶交联物30％质量分数的甘油，慢慢搅匀(尽量避免起泡)，装入聚丙烯真空袋中，赶出气泡，避免在高压处理过程中产生包装袋破裂，进行真空热封包装。将袋装反应溶液置于超高压处理釜中，超高压处理条件为500MPa，保压15min，超高压处理方式为连续式，得到改性乳清蛋白。

如图2所示，对比乳清蛋白-海藻酸钠(WPC-SA)混合物与改性乳清蛋白-海藻酸钠(WPC-SA)交联物的FTIR图，WPC-SA交联物在3277cm^-1处的吸收峰迁移至3297cm^-1处，这是由于乳清蛋白与海藻酸钠在改性后，通过共价交联反应导致新的N-H键的产生，使吸收峰的强度增大，而且N-H键变成＝N-H后键长缩短，伸缩振动波数反而升高；在1260～949cm^-1处的吸收较混合物增强，这是由于乳清蛋白与海藻酸钠改性产生新的共价键基团-C-N键(1213cm^-1)、C＝C-H处的面外弯曲振动和O-H面内变形振动导致的(1156cm^-1)。在波数1401cm^-1处出现C＝O伸缩振动减弱，说明海藻酸钠的羰基与乳清蛋白的氨基发生了反应。在此区间的相对尖锐的单峰变成宽钝峰，由于反应进行一定阶段后，有不同分子量的产物产生，各个分子之间会相互影响，使价键之间发生相互作用造成的。

如图3所示，未改性乳清蛋白膜、热改性乳清蛋白-果胶膜与本发明超高压辅助热改性乳清蛋白-果胶膜的拉伸强度对比图；

未改性乳清蛋白膜的拉伸强度为310.25g；

热改性乳清蛋白-果胶膜的拉伸强度为1235.24g；

本发明超高压辅助热改性乳清蛋白-果胶膜的拉伸强度为2507.53g，与未经改性的乳清蛋白膜和热改性乳清蛋白-果胶膜相比，分别提高了7.08倍和1.03倍，显著改善了膜的机械强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种改性乳清蛋白的制备方法，其特征在于，该改性乳清蛋白的制备方法将乳清蛋白-多糖交联物配制成质量浓度为0.2～20％的溶液，添加为乳清蛋白-多糖交联物质量的0～80％的甘油后，装入聚丙烯真空袋中，赶出气泡，进行真空热封包装，将袋装反应溶液置于超高压处理釜中，超高压处理条件为200～800MPa，保压2～25min，超高压处理方式为连续式或间歇式，得到改性乳清蛋白。

2.如权利要求1所述的改性乳清蛋白的制备方法，其特征在于，乳清蛋白-多糖交联物的制备方法：

用蒸馏水先将乳清蛋白充分溶解，制成质量浓度为1～5％的乳清蛋白溶液，缓慢加入乳清蛋白1～5倍质量的果胶、海藻酸钠多糖，磁力搅拌充分溶解后，用0.1mol/L HCl或0.1mol/L NaOH调节pH值6～10，冷冻干燥，得乳清蛋白与多糖混合物固体祥品，将得到的混合物固体样品充分混合，放入到干燥器内，维持26～90％相对湿度，在50～80℃温度条件下，反应36～96h后，得到乳清蛋白-多糖交联物。

3.如权利要求2所述的改性乳清蛋白的制备方法，其特征在于，乳清蛋白为浓缩乳清蛋白或分离乳清蛋白，添加的多糖包括果胶、海藻酸钠、卡拉胶、壳聚糖、普鲁兰糖、麦芽糊精、可溶性淀粉。

4.如权利要求1所述的改性乳清蛋白的制备方法，其特征在于，将乳清蛋白-多糖交联物配制成质量浓度为0.2～20％的溶液，不添加甘油或添加乳清蛋白-多糖交联物质量的0～80％的甘油后，装入聚丙烯真空袋中，赶出气泡，进行真空热封包装，将袋装反应溶液置于超高压处理釜中。

5.如权利要求1所述的改性乳清蛋白的制备方法，其特征在于，该改性乳清蛋白的制备方法包括：

步骤一，乳清蛋白-海藻酸钠交联物的制备：

用蒸馏水先将乳清蛋白溶解，制成质量浓度为1％的乳清蛋白溶液，加入乳清蛋白3倍质量的海藻酸钠，磁力搅拌溶解后，用0.1mol/L NaOH调节pH值8，冷冻干燥，得乳清蛋白与海藻酸钠混合物固体样品，将得到的混合物固体样品充分混合，放入到干燥器内，维持79％相对湿度，在60℃温度条件下，反应60h后，得到乳清蛋白-海藻酸钠交联物。

步骤二，超高压改性乳清蛋白-海藻酸钠交联物：

将乳清蛋白-海藻酸钠交联物配制成质量浓度为2％的溶液，装入聚丙烯真空袋中，赶出气泡，进行真空热封包装，将袋装反应溶液置于超高压处理釜中，超高压处理条件为600MPa，保压10min，超高压处理方式为连续式，得到改性乳清蛋白。

6.如权利要求1所述的改性乳清蛋白的制备方法，其特征在于，该改性乳清蛋白的制备方法包括：

步骤一，乳清蛋白-果胶交联物的制备：

用蒸馏水先将乳清蛋白溶解，制成质量浓度为1.2％的乳清蛋白溶液，加入乳清蛋白4倍质量的果胶，磁力搅拌充分溶解后，用0.1mol/L NaOH或0.1mol/LHCl调节pH值8，冷冻干燥，得乳清蛋白与果胶混合物固体样品，将得到的混合物固体样品充分混合，放入到干燥器内，维持79％相对湿度，在60℃温度条件下，反应72h后，得到乳清蛋白-果胶交联物；

步骤二，超高压改性乳清蛋白-果胶交联物：

将乳清蛋白-果胶交联物配制成质量浓度为2％的溶液，添加乳清蛋白-果胶交联物30％质量分数的甘油，搅匀，装入聚丙烯真空袋中，赶出气泡，进行真空热封包装，将袋装反应溶液置于超高压处理釜中，超高压处理条件为500MPa，保压15min，超高压处理方式为连续式，得到改性乳清蛋白。