CN105104706A - 高乳化活性大豆分离蛋白的加工方法 - Google Patents
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Abstract
<b>本发明公开了高乳化活性大豆分离蛋白的加工方法，包括以下步骤：</b><b>将大豆分离蛋白粉及麦芽糊精按照在大豆蛋白10-60%</b><b>、麦芽糊精35-45%</b><b>、水为15-45%</b><b>于高效混合器中混合，通过进液口慢速均匀的加入</b><b>15~27%</b><b>去离子水，搅拌均匀后，置于干法反应器中反应，反应温度为60-70</b><b>℃、反应时间为7-8.5h</b><b>，反应结束后自然风干，产品切碎，过100</b><b>目筛，得到高乳化活性产品</b><b>。</b><b>本发明</b><b>半干法改性工艺反应时间短，无污染，成本低，工艺简单，可有效提高大豆分离蛋白的凝胶强度，改善其在食品加工工业中的应用性能，具有较高的推广价值</b><b>，得到高乳化活性高、乳化稳定性高</b>。
Description
技术领域
本发明涉及一种高乳化活性大豆分离蛋白的加工方法。
背景技术
大豆分离蛋白是一种高纯度大豆蛋白产品，具有广泛的乳化性、溶解性、持水性、持油性、发泡性、凝胶性等功能特性。乳化性是大豆分离蛋白特别重要的一种功能特性，在焙烤、冷冻、汤类等食品中起到赋予制品特定结构，改善口感等重要作用。但现有大豆分离蛋白乳化性并不是太高，因此需要对原有的大豆分离蛋白有针对性的进行改性，以改善其专用功能特性，拓宽其应用。常规蛋白改性方法有物理法、化学法、酶法。其中，化学法改性反应时间较短、成本较低，设备要求不高，且改性效果最显著，因此，化学改性仍是当前蛋白质改性的主要手段。常用于改善大豆分离蛋白乳化性的化学改性有糖基化、酰化、脱酰胺、共价交联和磷酸化等。由于糖基化过程中不需要添加任何化学试剂，仅加热就能自发进行，属于“绿色加工工艺”，是提高蛋白功能特性的有效手段之一。糖基化改性机理是将碳水化合物以共价键与蛋白质分子上的α或ε氨基相连接形成糖基化蛋白的化学反应，从而改善蛋白的功能特性。目前，糖基化改性主要有干热法和湿热法。湿法工艺是在液相条件下进行，优点是产品杂质少，质量稳定，缺点是有一定的污水排出，要对产出的污水进行处理，设备投资大，能耗高，成本较高。干法是在固相条件下进行，操作简便、能耗低、污染小，缺点是反应体系不均匀，产品质量不稳定，反应效率低。半干法工艺体系含水量介于湿法和干法之间，具备湿法和干法工艺的优点，能够解决干法反应不均匀的问题，提高反应效率，生产过程无污水产生。半干法工艺在淀粉改性方面已得到广泛应用，但在大豆蛋白糖基化改性方面还未得到应用。因此，本文针对大豆分离蛋白糖基化改性目前存在的问题，采用半干法对其进行改性，旨在为大豆蛋白改性提供新的方法，进一步推动蛋白行业的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种高高乳化活性大豆分离蛋白的加工方法。
本发明的技术方案是：高乳化活性大豆分离蛋白的加工方法，包括以下步骤：将大豆分离蛋白粉及麦芽糊精按照在大豆蛋白10-60%、麦芽糊精35-45%、水为15-45%于高效混合器中混合，通过进液口慢速均匀的加入15~27%去离子水，搅拌均匀后，置于干法反应器中反应，、反应温度为60-70℃、反应时间为7-8.5h，反应结束后自然风干，产品切碎，过100目筛，得到高乳化活性产品。
本发明所述的大豆分离蛋白中蛋白质质量分数90.7%，脂肪质量分数0.79%，灰分质量分数2.71%，水分质量分数5.80%麦芽糊精的含水量为5.7%。
、单因素试验
麦芽糊精添加量对大豆分离蛋白乳化特性的影响：以大豆分离蛋白为基数，试验设置添加大豆分离蛋白质量分数为10%、20%、30%、40%、50%、60%七个水平，替代大豆分离蛋白的用量。
体系含水量对大豆分离蛋白乳化特性的影响：试验设置体系含水量10%、12%、14%、16%、18%、20%、22%七个水平。
反应温度对大豆分离蛋白乳化特性的影响：试验设置反应温度30、40、50、60、70、80、90℃七个水平。
反应时间对大豆分离蛋白乳化特性的影响：试验设置反应时间2、4、6、8、10、12、14h七个水平。
以上试验在研究某一因素对大豆分离蛋白乳化特性影响时，其它因素均保持在同一水平，乳化活性和乳化稳定性为考核指标。
、优化试验
在单因素试验基础上，采用响应面法，选取麦芽糊精添加量（X1）、体系含水量（X2）、反应温度（X3）和反应时间（X4）作为变量，以乳化活性（Y1）和乳化稳定性（Y2）作为响应值，设计因素五水平，利用DesignExpert统计软件对数据进行分析，根据模型预测最佳工艺条件并进行验证。
乳化特性的测定
取10mL蛋白质反应液与2mL大豆油混合，放入40mL离心管中在机械乳化机中乳化2min（13500r/min），将乳化液迅速倒入25mL的小烧杯中。取阳电固定在离烧杯底部0.5cm处，取50μL的乳化液与10mL0.1%的SDS混合，在500nm处测定，用0.1%的SDS作为空白对照。
乳化活性（EAI）=2×2.303×A
0
×N/c×(1-Φ)×10
4
乳化稳定性（ESI）=（A
1
∕A
0
）×100%
式中：N，稀释倍数；c，乳化液形成前蛋白质水溶液中蛋白质浓度（g/mL）；Φ，乳化液中有的体积分数（L∕L）。
麦芽糊精添加量对大豆分离蛋白乳化特性的影响
固定体系含水量14%、反应温度50℃、反应时间6h，麦芽糊精添加量对大豆分离蛋白乳化特性的影响，如图1所示。随着麦芽糊精添加量的不断增加，大豆分离蛋白的乳化活性、乳化稳定性不断增加。当麦芽糊精添加量为40%时，乳化活性和乳化稳定性分别达到最大值57.2mL/g，82.5%；但麦芽糊精添加量超过40%时，大豆分离蛋白的乳化活性、乳化稳定性反而有所下降。
这是由于随着麦芽糊精添加量的增加，增强了蛋白质的亲水性，不同程度地促进了大豆蛋白球状分子的伸展，疏水基团不断暴露，同时由于麦芽糊精的增稠作用，使伸展的大豆蛋白分子处于较为稳定的状态，从而使复合物的乳化活性和乳化稳定性也随之增加，但麦芽糊精添加量过多，形成的复合物的亲水性过大，就会降低其乳化特性。
体系含水量对大豆分离蛋白乳化特性的影响
固定麦芽糊精添加量40%、反应温度50℃、反应时间6h，体系含水量对大豆分离蛋白乳化特性的影响，如图2所示。在体系含水量10%-18%范围内，大豆分离蛋白的乳化活性、乳化稳定性随体系含水量的不断增加而增加，体系含水量超过18%时反而有所降低。这主要是由于随着体系含水量的增加，提高了大豆蛋白的多肽链的移动性和柔性，加速了蛋白质和麦芽糊精之间的作用，有利于反映的进行。但体系含水量超过18%，过高的含水量会增加蛋白分子或者麦芽糊精分子的空间位阻，减少分子间的碰撞概率，影响反应活性点的暴露程度和聚集状态，不利于反应的进行。
反应温度对大豆分离蛋白乳化特性的影响
固定麦芽糊精添加量40%、体系含水量18%、反应时间6h，反应温度对大豆分离蛋白乳化特性的影响，如图3所示。、大豆分离蛋白的乳化特性随着反应时间的增加呈现出先增大后减小的趋势，反应温度为70℃时，大豆分离蛋白的乳化活性和乳化稳定性分别达到最大值，这可能是由于反应温度在30-70℃范围内时，随着反应温度的升高，大豆分离蛋白与麦芽糊精共价交联的速度加快，蛋白的结构展开，提高了大分子的表面活性，从而提高其乳化活性和乳化稳定性，然而当反应温度超过70℃时，继续升高温度势必加快蛋白的变性，共价复合物的界面活性降低，从而降低大豆蛋白-多糖共价复合物的乳化特性,因此，选择最佳的反应温度为70℃。
反应时间对大豆分离蛋白乳化特性的影响
固定麦芽糊精添加量40%、体系含水量18%、反应温度70℃，反应时间对大豆分离蛋白乳化特性的影响，如图4所示。在反应时间2-8h范围内，大豆分离蛋白的乳化活性随着反应时间的不断增加而增加，若反应时间超过8h，大豆分离蛋白的乳化活性随着反应时间的不断增加而有所减少。在蛋白与多糖反应过程的初始阶段，大豆蛋白中的游离氨基不可能一下子暴露在分子表面，随着反应时间的增加，蛋白质结构展开，多糖与蛋白受热逐步共价结合，形成的大豆蛋白-多糖共价复合物逐渐增加，乳化活性也逐渐升高；随着反应时间的继续增加，反应体系内游离的蛋白氨基和多糖醛轻基减少，反应速度减缓，同时蛋白质变性逐渐增强，蛋白与多糖反应产物增加产生的影响低于蛋白质变性的影响，乳化活性和乳化稳定性逐渐降。因此，选择最佳的反应时间为8h。
乳化活性回归模型的建立与显著性分析
采用DesignExpert软件，得回归方程如下：
Y1=71.20-0.75X
1
-0.93X
2
-3.34X
3
+0.14X
4
-1.43X
1
X
2
+0.55X
1
X
3
-0.62X
1
X
4
-2.83X
2
X
3
+
16.50X
2
X
4
+3.50X
3
X
4
-147.99X
1
2
-14.50X
2
2
-35.87X
3
2
-28.38X
4
2
模型的显著水平小于0.0001，说明此模型显著，该方法可靠。回归方程各项方差分析显示，当显著水平小于0.05时，它所对应的条件对响应值的作用是显著的，并且该模型的R
2
=0.9739，说明此模型与试验拟合较好，方程的失拟误差不显著，因此可用该回归方程代替试验真实点对试验结果进行分析。结果表明，X
1
、X
1
2
、X
2
2
、X
3
2
、X
4
2
对大豆分离蛋白乳化影响高度显著，X
4
、X
2
X
3
、X
3
X
4
、对大豆分离蛋白乳化活性影响显著，因此各试验因素对响应值的影响不是线性关系，响应面图见图5。
利用DesignExpert软件，以大豆分离蛋白的乳化活性最大化为目标，根据回归方程求得麦芽糊精添加量39.43%、体系含水量为18.12%、反应温度为65.12℃、反应时间为8.38h，模型的预测乳化活性为72.0218ml/g。
乳化稳定性回归模型的建立与显著性分析
回归方程如下：
Y2=71.20-0.75X
1
-0.93X
2
-3.34X
3
+0.14X
4
-1.43X
1
X
2
+0.55X
1
X
3
-0.62X
1
X
4
-2.83X
2
X
3
+
16.50X
2
X
4
+3.50X
3
X
4
-147.99X
1
2
-14.50X
2
2
-35.87X
3
2
-28.38X
4
2
模型的显著水平小于0.0001，说明此模型显著，该方法可靠。回归方程各项方差分析显示，当显著水平小于0.05时，它所对应的条件对响应值的作用是显著的，并且该模型的R
2
=0.9739，说明此模型与试验拟合较好，方程的失拟误差不显著，因此可用该回归方程代替试验真实点对试验结果进行分析。结果表明，X
3
、X
1
X
4
、X
2
X
4
、X
1
2
、X
2
2
、X
3
2
、X
4
2
对大豆分离蛋白乳化影响高度显著，X
4
对大豆分离蛋白乳化稳定性影响显著响应面图见图6。
利用DesignExpert软件，以大豆分离蛋白的乳化活性最大化为目标，根据回归方程求得麦芽糊精添加量39.43%、体系含水量为18.12%、反应温度为65.12℃、反应时间为8.38h,模型的预测乳化稳定性为91.123%。
综合优化分析
对回归模型进行分析，可得到两个响应值所对应的的因素条件，达到最大的乳化活性和乳化稳定性的因素条件基本一致。说明两个响应值之间并不相互制约。考虑到实际操作，将工艺参数修正为：麦芽糊精添加量39%、体系含水量为18%、反应温度为65℃、反应时间为8.4h。
验证试验
为了证实预测值，在上述优化后的工艺条件下进行验证试验。试验重复3次，平均乳化活性为71.9ml/g，乳化稳定性为91.2%，与理论预测值基本一致。说明在优化工艺条件下得出的验证结果与理论值拟合均较好，且优化条件下的验证试验在95%的置信区间内也符合了预测值，说明采用响应面优化得到的半干法改性大豆分离蛋白乳化特性的工艺条件参数准确，半干法可有效提高大豆分离蛋白的乳化特性。
本发明的有益效果是：1）采用中心组合试验设计，建立了评价高大豆分离蛋白乳化特性的2个回归方程。
）通过方差分析，对各回归模型进行了拟合度和显著性检验，优化了乳化活性和乳化稳定性的最佳工艺条件。
）本发明半干法改性工艺反应时间短，无污染，成本低，工艺简单，可有效提高大豆分离蛋白的凝胶强度，改善其在食品加工工业中的应用性
能，具有较高的推广价值，得到高乳化活性高、乳化稳定性高。
附图说明
图1为本发明质量比对大豆分离蛋白凝胶特性的影响图。
图2为本发明体系含水量对大豆分离蛋白特性的影响。
图3为本发明反应温度对大豆分离蛋白凝胶性的影响。
图4为本发明反应时间对大豆分离蛋白凝胶性的影响。
图5为本发明响应面试验因素与水平图。
图6为本发明优化响应面试验设计及结果图。
图7为回归模型方差分析图。
图8为回归模型方差分析图。
具体实施方式:
实施例1
将大豆分离蛋白粉及麦芽糊精按照在大豆蛋白10%、麦芽糊精35%、水为15%于高效混合器中混合，通过进液口慢速均匀的加入15~%去离子水，搅拌均匀后，置于干法反应器中反应，、反应温度为60℃、反应时间为7h，反应结束后自然风干，产品切碎，过100目筛，得到高乳化活性产品。
实施例2
将大豆分离蛋白粉及麦芽糊精按照在大豆蛋白60%、麦芽糊精35-45%、水为45%于高效混合器中混合，通过进液口慢速均匀的加入27%去离子水，搅拌均匀后，置于干法反应器中反应，、反应温度为70℃、反应时间为8.5h，反应结束后自然风干，产品切碎，过100目筛，得到高乳化活性产品。
实施例3
将大豆分离蛋白粉及麦芽糊精按照在大豆蛋白41%、麦芽糊精39%、水为20%于高效混合器中混合，通过进液口慢速均匀的加入20%去离子水，搅拌均匀后，置于干法反应器中反应，反应温度为65℃、反应时间为8.4h，反应结束后自然风干，产品切碎，过100目筛，得到高乳化活性产品。
Claims (2)
1.高乳化活性大豆分离蛋白的加工方法，包括以下步骤：将大豆分离蛋白粉及麦芽糊精按照在大豆蛋白10-60%、麦芽糊精35-45%、水为15-45%于高效混合器中混合，通过进液口慢速均匀的加入15~27%去离子水，搅拌均匀后，置于干法反应器中反应，、反应温度为60-70℃、反应时间为7-8.5h，反应结束后自然风干，产品切碎，过100目筛，得到高乳化活性产品。
2.根据权利要求1所述的高乳化活性大豆分离蛋白的加工方法，其特征在于：所述的大豆分离蛋白中蛋白质质量分数90.7%，脂肪质量分数0.79%，灰分质量分数2.71%，水分质量分数5.80%麦芽糊精的含水量为5.7%。
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