CN105648011A - 一种复合酶法水解制备牛皮胶原蛋白的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合酶法水解制备牛皮胶原蛋白的方法，利用复合酶水解制备牛皮胶原蛋白的工艺，以获取所需的蛋白质产品。经过牛皮浸泡清洗，蒸煮酶解，脱色脱苦，过滤，离子交换，浓缩，灭菌，喷雾干燥，过筛工序。本发明省去传统制作工艺复杂程序，降低能耗和成本，能直接使用牛皮制备胶原蛋白，获得的胶原蛋白质量好，分子量位于3050-3300Da之间，苦味显著降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合酶法水解制备牛皮胶原蛋白的工艺，属于生物技术领域。
背景技术
明胶的工业生产，其主要原料之一是牛皮，且制作工艺复杂。水解胶原蛋白根据行业标准的要求，其原料是明胶。多年来，形成了多种从明胶中提取胶原蛋白的工艺。如采用清水高温蒸煮、酸水解法、碱水解法，这些方法均存在较大缺点，不利于生产。胶原分子加热变性，引起胶原中键的随机水解，容易变成大分子明胶。酸水解法会破坏部分氨基酸，且产品得率低，工艺条件要求高并产生二次污染。碱水解法迅速且彻底，含羟基和巯基的氨基酸会全部被破坏且产生消旋作用。
目前，有见到蛋白酶提取牛皮胶原蛋白的相关报道，其使用的酶为胃蛋白酶，木瓜蛋白酶等。在明胶的生产过程中，胶液被蒸煮出后的浓度在10％以下，经浓缩、灭菌、冷冻、机械挤压成形、烘干之后，明胶成品的水分含量才能控制在标准要求的14％以下，前后需要蒸发掉75％以上的水分。操作繁琐，易出现次品，且耗时耗能。
水解胶原蛋白的生产原料又是明胶，明胶的优劣和价格主要看冻力、色泽及粘度的指标。而水解胶原蛋白相对于原料的对这三个指标，几乎没有要求，特别是冻力和粘度更是不作要求。在水解胶原蛋白的生产过程中，需先把明胶溶解降温后，才能进行酶解，操作比较繁琐。此外，蛋白质在酶法水解后经常会产生苦味，产生苦味的物质是一些短肽，称为苦味肽。这使酶法水解蛋白在食品工业上的应用受到严重的限制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种复合酶法水解制备牛皮胶原蛋白的工艺，在结合明胶和水解胶原蛋白的生产工艺，省去复杂程序，降低能耗和成本，同时保证产品的质量和多样性。
本发明采用的具体方案为：
1)将牛皮材料碱化处理后，控制温度60-65℃，复合蛋白酶水解；
2)将步骤1)获得的水解产物出去油漂，升温灭酶；
3)将步骤2)获得的水解产物通过离子交换器进行离子交换，去除重金属及过氧化物；
4)对步骤3)的到的混合物进行浓缩，控制料液浓度在35％以上，高压灭菌；
5)对步骤4)获得的浓缩液进行喷雾干燥处理，获得牛皮胶原蛋白。
为取得更好的技术效果，在步骤1)中控制碱化处理PH值为8-9。步骤1)中的复合蛋白酶组成为木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、枯草芽孢杆菌两种或多种混合液，其中优选木瓜蛋白酶：胰蛋白酶：枯草芽孢杆菌碱性蛋白酶＝3:2:1。
为了提高牛皮胶原蛋白的质量，还可以在步骤2)后添加一个脱色脱苦步骤，工艺参数为：活性炭高温脱色脱苦。
为了实现更好的技术效果，本发明的优选技术方案为：
(1)蒸煮酶解：将清洗后的牛皮5-10kg，加入蒸煮锅中，加适量水，用氢氧化钙将PH值调至8-9，升温至60-65℃保温，按照8-10x106U/kg底物的比例加入复合酶，进行水解；
(2)去脂肪：酶解中和完成后，在料液的表面，去掉可看见的油漂；
(3)灭酶：升温灭酶；
(4)脱色脱苦：灭酶后放出初道胶液，打入脱色罐中，加入重量0.05-0.1kg活性炭进行高温脱色脱苦；
(5)过滤：脱色脱苦后的料液，通过过滤机进行过滤后进入贮料罐；
(6)离子交换：将贮料罐中的料液降温至37-60℃后，料液才可进入离子交换器，进行离子交换；进胶速度控制在2-5m3/h以下；
(7)浓缩：将料液打入双效浓缩器中进行浓缩，料液浓度浓缩至35％以上；
(8)灭菌：浓缩完成的料液，进行高压灭菌；
(9)喷雾干燥：喷雾干燥处理，获得产品。
所述喷雾干燥工艺为：用高压泵，将料液打入干燥塔中，控制热风进风温度在170℃以上，出风温度在70-90℃之间；出风温度用料液进入干燥塔内的速度进行控制。
苦味判定：
选取一定的咖啡因作为苦味物质标准物，将其配成0％、0.025％、0.05％、0.10％、0.20％、0.30％的不同浓度，然后对应的苦味值为0、1、2、3、4、5，代表苦味依次增强。选取10名品尝者对水解蛋白的苦味进行评定。测定水解蛋白的苦味值，能够降低2-3个苦味值，脱苦效果较为明显。
本发明工艺结合明胶和水解胶原蛋白的工艺，节省工序，增加有利于产品的工序，能保证产品色泽的多样性，理化指标的可控性。在生产过程中可直接对牛皮进行处理，省去了单独的制备明胶的工艺，化简复杂程序，达到降低能耗和制作成本，同时提高产品的品质，将苦味降低2个数量级。
本发明水解牛皮蛋白中各种氨基酸含量，如表一：
表一
| 氨基酸名称 | 含量(％) |
| 丙氨酸 | 8.7 |
| 精氨酸 | 8.4 |
| 天冬酰胺 | 2.0 |
| 天冬氨酸 | 3.6 |
| 谷氨酰胺 | 3.5 |
| 谷氨酸 | 6.7 |
| 甘氨酸 | 20.6 |
| 组氨酸 | 0.6 |
| 离氨酸 | 1.0 |
| 异亮氨酸 | 1.2 |
| 亮氨酸 | 3.0 |
| 赖氨酸 | 3.8 |
| 甲硫氨酸 | 0.6 |
| 苯丙氨酸 | 2.3 |
| 脯氨酸 | 14.0 |
| 丝氨酸 | 3.3 |
| 苏氨酸 | 2.0 |
| 酪氨酸 | 0.5 |
| 缬氨酸 | 2.8 |
具体实施方式
本发明所用木瓜蛋白酶：胰蛋白酶：枯草芽孢杆菌碱性蛋白酶均为市售产品，无专一性要求。
实施例1
取5kg牛皮清洗，加入蒸煮锅中，加适量水，用氢氧化钙将PH值调整至8。升温至65℃保温，按照8x106U/kg底物的比例加入复合酶(木瓜蛋白酶：胰蛋白酶：枯草芽孢杆菌碱性蛋白酶＝3:2:1)，进行2小时的水解。酶解中和，酶解完成后，在料液的表面，去掉可看见的油漂。升温至90℃保温5分钟。放出初道胶液，打入脱色脱苦罐中，加入0.05kg活性炭进行脱色脱苦，升温至90℃保温30分钟。将料液，通过板框过滤机进行过滤后进入贮料罐。将贮料罐中的料液降温至60℃后，料液才可进入离子交换器，进行离子交换。进胶速度控制在2m3/h以下控制温度50℃的。处理后的料液打入双效浓缩器中进行浓缩，料液浓度浓缩至35％。浓缩完成的料液，进行高压灭菌，温度控制在100℃，保持1小时。用高压泵，将料液打入干燥塔中，控制热风进风温度在170℃以上，出风温度在70℃之间，使用18目不锈钢丝网进行过筛。水解后得到牛皮胶原蛋白的3.2kg，胶原蛋白中蛋白质含量为96％，其平均分子量为3150Da，测定水解蛋白的苦味值约为1，降低3个苦味值。
实施例2
取10kg牛皮清洗，加入蒸煮锅中，加适量水，用氢氧化钙将PH值调整至8。升温至65℃保温，按照10x106U/kg底物的比例加入复合酶(木瓜蛋白酶：胰蛋白酶：枯草芽孢杆菌碱性蛋白酶＝3:2:1)，进行6小时的水解。酶解中和，酶解完成后，在料液的表面，去掉可看见的油漂。升温至90℃保温5分钟。放出初道胶液，打入脱色脱苦罐中，加入0.1kg活性炭进行脱色脱苦，升温至100℃保温1小时。将料液，通过板框过滤机进行过滤后进入贮料罐。将贮料罐中的料液降温至60℃后，料液才可进入离子交换器，进行离子交换。进胶速度控制在5m3/h以下控制温度60℃的。处理后的料液打入双效浓缩器中进行浓缩，料液浓度浓缩至35％。浓缩完成的料液，进行高压灭菌，温度控制在100℃，保持1小时。用高压泵，将料液打入干燥塔中，控制热风进风温度在170℃以上，出风温度在90℃之间，使用18目不锈钢丝网进行过筛获得产品。水解后得到牛皮胶原蛋白6.25kg，胶原蛋白中蛋白质含量为95.8％，其平均分子量为3200Da，测定水解蛋白的苦味值约为1，降低3个苦味值。
实施例3
取8.5kg牛皮清洗，加入蒸煮锅中，加适量水，用氢氧化钙将PH值调整至8。升温至65℃保温，按照9x106U/kg底物的比例加入复合酶(木瓜蛋白酶：胰蛋白酶：枯草芽孢杆菌碱性蛋白酶＝3:2:1)，进行10小时的水解。酶解中和，酶解完成后，在料液的表面，去掉可看见的油漂。升温至90℃保温5分钟。放出初道胶液，打入脱色脱苦罐中，加入0.085kg活性炭进行脱色脱苦，升温至90℃保温1小时。将料液，通过板框过滤机进行过滤后进入贮料罐。将贮料罐中的料液降温至60℃后，料液才可进入离子交换器，进行离子交换。进胶速度控制在3m3/h以下控制温度55℃的。处理后的料液打入双效浓缩器中进行浓缩，料液浓度浓缩至35％。浓缩完成的料液，进行高压灭菌，温度控制在100℃，保持1小时。用高压泵，将料液打入干燥塔中，控制热风进风温度在170℃以上，出风温度在80℃之间，使用18目不锈钢丝网进行过筛。水解后得到牛皮胶原蛋白5.47kg，胶原蛋白中蛋白质含量为97.1％，其平均分子量为3150Da，测定水解蛋白的苦味值约为2，降低2个苦味值。
对照例1
取8.5kg牛皮清洗，加入蒸煮锅中，加适量水，用氢氧化钙将PH值调整至8。升温至65℃保温，按照9x106U/kg底物的比例加入复合酶(木瓜蛋白酶：胰蛋白酶：枯草芽孢杆菌碱性蛋白酶＝1:2:1)，进行10小时的水解。酶解中和，酶解完成后，在料液的表面，去掉可看见的油漂。升温至90℃保温5分钟。放出初道胶液，打入脱色脱苦罐中，加入牛皮干物质重量的0.085kg活性炭进行脱色脱苦，升温至90℃保温1小时。将料液，通过板框过滤机进行过滤后进入贮料罐。将贮料罐中的料液降温至60℃后，料液才可进入离子交换器，进行离子交换。进胶速度控制在3m3/h以下控制温度55℃的。处理后的料液打入双效浓缩器中进行浓缩，料液浓度浓缩至35％。浓缩完成的料液，进行高压灭菌，温度控制在100℃，保持1小时。用高压泵，将料液打入干燥塔中，控制热风进风温度在170℃以上，出风温度在80℃之间，使用18目不锈钢丝网进行过筛。水解后得到牛皮胶原蛋白4.26kg，胶原蛋白中蛋白质含量为88.1％，其平均分子量为3450Da，测定水解蛋白的苦味值约为3，降低1个苦味值。
对照例2
取5kg牛皮清洗，加入蒸煮锅中，加适量水，用氢氧化钙将PH值调整至8。升温至65℃保温，按照8x106U/kg底物的比例加入复合酶(木瓜蛋白酶：胰蛋白酶：枯草芽孢杆菌碱性蛋白酶＝2:3:2)，进行2小时的水解。酶解中和，酶解完成后，在料液的表面，去掉可看见的油漂。升温至90℃保温5分钟。放出初道胶液，打入脱色脱苦罐中，加入牛皮干物质重量的0.05kg活性炭进行脱色脱苦，升温至90℃保温30分钟。将料液，通过板框过滤机进行过滤后进入贮料罐。将贮料罐中的料液降温至60℃后，料液才可进入离子交换器，进行离子交换。进胶速度控制在2m3/h以下控制温度50℃的。处理后的料液打入双效浓缩器中进行浓缩，料液浓度浓缩至35％。浓缩完成的料液，进行高压灭菌，温度控制在100℃，保持1小时。用高压泵，将料液打入干燥塔中，控制热风进风温度在170℃以上，出风温度在70℃之间，使用18目不锈钢丝网进行过筛。水解后得到牛皮胶原蛋白的2.74kg，胶原蛋白中蛋白质含量为89％，其平均分子量为3500Da，测定水解蛋白的苦味值约为2，降低2个苦味值。
对照例3
将市售明胶溶液，升温至65℃保温，按照10x106U/kg底物的比例加入复合酶(木瓜蛋白酶：胰蛋白酶：枯草芽孢杆菌碱性蛋白酶＝3:2:1)，进行10小时的水解。酶解中和，升温至90℃保温5分钟。放出初道胶液，打入脱色脱苦罐中，加入0.1kg活性炭进行脱色脱苦，升温至90℃保温1小时。将料液，通过板框过滤机进行过滤后进入贮料罐。将贮料罐中的料液降温至60℃后，料液才可进入离子交换器，进行离子交换。进胶速度控制在4m3/h以下控制温度55℃的。处理后的料液打入双效浓缩器中进行浓缩，料液浓度浓缩至35％。浓缩完成的料液，进行高压灭菌，温度控制在100℃，保持1小时。用高压泵，将料液打入干燥塔中，控制热风进风温度在170℃以上，出风温度在80℃之间，使用18目不锈钢丝网进行过筛。水解后得到牛皮胶原蛋白5.37kg，胶原蛋白中蛋白质含量为86.1％，其平均分子量为3850Da，测定水解蛋白的苦味值约为2，降低2个苦味值。
Claims (8)
1.一种复合酶法水解制备牛皮胶原蛋白的方法，其特征在于包含如下步骤：
1)将牛皮材料碱化处理后，控制温度60-65℃，进行复合蛋白酶水解；
2)将步骤1)获得的水解产物除去油漂，升温灭酶；
3)将步骤2)获得的水解产物通过离子交换器进行离子交换，去除重金属及过氧化物；
4)对步骤3)得到的混合物进行浓缩，控制料液浓度在35％以上，高压灭菌；
5)对步骤4)获得的浓缩液进行喷雾干燥处理，获得牛皮胶原蛋白。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤1)中碱化处理PH值为8-9。
3.权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述步骤1)复合蛋白酶组成为木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、枯草芽孢杆菌两种或多种混合液。
4.权利要求3所述的方法，其特征在于所述步骤3)复合蛋白酶组成为木瓜蛋白酶：胰蛋白酶：枯草芽孢杆菌碱性蛋白酶比例为3:2:1。
5.权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤2)后还包括一个脱色脱苦步骤，工艺参数为：90℃活性炭进行脱色保温30分钟。
6.权利要求5所述的方法，其特征在于具体步骤为：
(1)蒸煮酶解：将清洗后的牛皮5-10kg，加入蒸煮锅中，加适量水，将PH值调至8-9，升温至60-65℃保温，按照8-10x106U/kg的比例加入复合酶，进行水解，酶解时间2-10h；
(2)去脂肪：酶解中和完成后，在料液的表面，去除可看见的油漂；
(3)灭酶：升温灭酶；
(4)脱色脱苦：灭酶后放出初道胶液，打入脱色罐中，加入0.05-0.1kg活性炭进行高温脱色脱苦；
(5)过滤：脱色脱苦后的料液，通过过滤机进行过滤后进入贮料罐；
(6)离子交换：将贮料罐中的料液降温至37-60℃后，料液才可进入离子交换器，进行离子交换；进胶速度控制在2-5m3/h以下；
(7)浓缩：将料液打入双效浓缩器中进行浓缩，料液浓度浓缩至35％以上；
(8)灭菌：浓缩完成的料液，进行高压灭菌；
(9)喷雾干燥：喷雾干燥处理，获得产品。
7.权利要求1或6所述的方法，其特征在于所述喷雾干燥工艺为：用高压泵，将料液打入干燥塔中，控制热风进风温度在170℃以上，出风温度在70-90℃之间。
8.权利要求1或6所述的方法，其特征在于脱色脱苦工艺为90-100℃，30min以上。
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