CN107455550A - 一种使用花生分离蛋白制备的Pickering乳液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用花生分离蛋白制备Pickering乳液的方法，该方法具体为：以花生分离蛋白溶液为原料制备花生蛋白分散液；将多糖溶液与所述花生分离蛋白分散液制备蛋白多糖混合分散液；向所述蛋白多糖混合分散液中加入转谷氨酰胺酶，经交联反应制得凝胶块；以凝胶块为原料制得微凝胶颗粒分散液；再将所述微凝胶颗粒分散液加入到食用油当中制备Pickering乳液。本发采用高速剪切、高压均质等常见设备进行造粒，通过高速剪切制备Pickering乳液，制备过程不添加任何无机材料，生物安全性好、生物相容性强。制备得到的Pickering在室温下可以稳定30天以上，能够作为脂溶性、光敏性活性物质的运载体系。

Description

一种使用花生分离蛋白制备的Pickering乳液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种使用花生分离蛋白制备Pickering乳液的方法，属于食品加工技术领域。
背景技术
乳液在食品工业中的地位至关重要，例如蛋白饮料、冰激凌、蛋黄酱等都是食品消费中常见的乳液体系。乳液不仅带来的独到的感官品质，而且在营养传递方面也有着重要的价值。然而近年来传统乳化剂中小分子表面活性剂(LWSFs)的安全问题引发了消费者们的担忧，无LWSFs的食品乳液将更贴合消费者的实际需求。
Pickering乳液是一类以固体颗粒代替传统乳化剂稳定的乳液，相对于小分子表面活性剂和天然大分子稳定的传统乳液，Pickering乳液中起到乳化作用的固体颗粒在水-油界面上的吸附过程是不可逆，颗粒不仅降低了体系的总自由能，也为液滴之间的接触提供了空间上的物理屏障，赋予了Pickering乳液更强的稳定性。
然而目前可以稳定Pickering乳液的颗粒多为SiO2、TiO2等在内的无机材料颗粒。在应用于食品领域当中时存在生物利用率低、生物可降解性差等诸多问题，开发食品级Pickering乳液迫在眉睫。
花生蛋白营养价值丰富，含有人体必需的8种氨基酸，其中赖氨酸含量比大米、小麦、玉米高3-8倍，其有效利用率达到98.94％，而大豆中赖氨酸有效利用率仅为78％。除此之外，精氨酸和谷氨酸含量高。有健脑、增强记忆力等功效。花生蛋白的不消化糖、棉籽糖和水苏糖含量相当于大豆蛋白的1/7，不会产生腹胀现象，因此花生蛋白的生物学效价要比大豆高很多。除此之外花生蛋白功能性质强，乳化性、凝胶性好，应用在肉制品、谷物焙烤食品当中时可以起到改善产品质地、结构等功效。无论从营养增强还是功能品质层面，花生蛋白均是开发食品级Pickering乳液的优质原材料。
但迄今为止，并未见到理想的利用花生分离蛋白制备Pickering乳液的方法。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种使用花生分离蛋白制备Pickering乳液的方法，其在较低颗粒浓度的前提下即可稳定Pickering乳液。
具体而言，本发明所述的使用花生分离蛋白制备Pickering乳液的方法，包括如下步骤：
(1)配制质量浓度为4％-30％的花生分离蛋白溶液，搅拌后冷藏使蛋白质充分水化，得到花生蛋白分散液；
(2)配制质量浓度为0.04％-0.2％的多糖溶液，搅拌后与所述花生分离蛋白分散液混合，混合比例为蛋白：多糖质量比为10:1-180：1，混合后搅拌，经高速剪切后得到蛋白多糖混合分散液；
(3)将步骤(1)所得花生蛋白分散液或步骤(2)所得蛋白多糖混合分散液的pH值调至6.1-8.2，放入70-95℃水浴锅中加热10-45分钟，冷却至室温后，以6-35U/g花生分离蛋白的加入量加入转谷氨酰胺酶，并于37-49℃水浴中交联反应,反应结束后于75-100℃下加热10-30分钟，得到凝胶块；
(4)向所述凝胶块中加入相当于凝胶块1-3倍质量的水，使用高速分散机在8500rpm-13500rpm下高速剪切30秒-120秒，得到微凝胶颗粒粗分散液，随后使用高压均质机在600bar-1200bar下高压均质2-5分钟，得到微凝胶颗粒分散液；
(5)将所述微凝胶颗粒分散液加入到食用油当中，以花生分离蛋白浓度计，加入量使颗粒浓度为0.1-2％，和/或，油相质量分数为10％-90％；于8000-13500rpm下高速剪切45-180秒，即得Pickering乳液。
本发明所述花生分离蛋白是使用商业购买得到的花生蛋白粉(如可购自青岛长寿食品有限公司)，通过碱溶酸沉法进一步制备得到，具体的制备方法为本领域技术人员所掌握，本发明所述的方法控制所制得的花生分离蛋白的蛋白含量在85％-92％即可(通过蛋白转换系数5.46计算得出)。
使用时，以水作为溶剂，将花生分离蛋白进一步配制成质量浓度为4％-30％的花生分离蛋白溶液，优选质量浓度为6％-27％，更优选10％-15％，上述浓度范围内的花生分离蛋白溶液有助于转谷氨酰胺酶的交联反应。
步骤(1)中，可采用将配制后的花生分离蛋白溶液充分搅拌后在1-10℃下冷藏12-16小时以使蛋白质充分水化，其中理想的搅拌条件如在150-250rpm转速下搅拌1-4小时。
作为本发明的一种优选实施方式，可以向所述花生蛋白分散液进一步加入多糖溶液，以将颗粒的三项接触角调节至更合适的角度，实现最终Pickering乳液的稳定。
其中，所述多糖可以是壳聚糖、瓜尔豆胶、黄原胶、葡聚糖、阿拉伯胶的一种，优选的，添加多糖为壳聚糖、瓜尔豆胶或黄原胶。
其中，进一步合适的多糖溶液浓度为0.05-0.18％，更优选0.1％-0.15％。
当本发明所述的制备方法需要向所述花生蛋白分散液进一步加入多糖溶液时，合适的加入量以蛋白：多糖质量比为10:1-180：1为宜，优选100:1-170：1，更优选120:1-160:1，在该比例范围下，有利于蛋白多糖之间通过相互作用结合。
将多糖溶液和花生分离蛋白分散液混合后，优选进一步搅拌，并使用高速分散机在6000-10000rpm的转速下高速剪切分散液1-3分钟，以控制蛋白和多糖分散的均匀程度，制得理想的蛋白多糖混合分散液。
本发明所述的方法，步骤(3)中优选将步骤(1)所得花生蛋白分散液或步骤(2)所得蛋白多糖混合分散液的pH值调至6.3-7.9，优选6.9-7.2，在该pH值范围下，有利于转谷氨酰胺酶实现交联反应。
本发明所述的方法，向蛋白多糖混合分散液中加入转谷氨酰胺酶以实现交联反应，制备凝胶块；其中，转谷氨酰胺酶的理想用量为7-30U/g，优选15-30U/g花生分离蛋白，本发明所述的转谷氨酰胺酶为已知酶，可购自北京索莱宝科技有限公司。
本发明所述的方法，步骤(4)所制得的微凝胶颗粒分散液的水力学直径为100-400nm，该微凝胶颗粒分散液具有体系稳定、颗粒粒径小等优点，有助于替代传统乳化剂吸附在油水界面上，将体系以Pickering乳液的方式进行稳定。
本发明所述的制备方法，步骤(5)中的所述食用油可选自大豆油、菜籽油、葵花籽油、花生油(高温压榨或低温压榨)中的一种或几种，优选大豆油和花生油(低温压榨)，以制备得到更为理想的Pickering乳液。
其中，微凝胶颗粒分散液在食用油中的加入量以使颗粒浓度为0.1-2％为宜，和/或，油相质量分数为10％-90％为准(优选在颗粒浓度为0.1-2％的同时油相质量分数为10％-90％)，更理想的加入量使颗粒浓度为1％-2％，此时，更有利于颗粒在油水界面上的高密度覆盖，确保终产物的稳定性。
作为本发明更为理想的技术方案，所述方法包括如下步骤：
(1)配制质量浓度为6％-27％的花生分离蛋白溶液，充分搅拌后在1-10℃下冷藏12-16小时以使蛋白质充分水化，得到花生蛋白分散液；
(2)配制质量浓度为0.05-0.18％的多糖溶液，搅拌后与所述花生分离蛋白分散液混合，混合比例为蛋白：多糖质量比为100:1-170：1混合后搅拌，并使用高速分散机在6000-10000rpm的转速下高速剪切分散液1-3分钟得到蛋白多糖混合分散液；
(3)将步骤(1)所得花生蛋白分散液或步骤(2)所得蛋白多糖混合分散液的pH值调至6.3-7.9，放入70-95℃水浴锅中加热10-45分钟，冷却至室温后，以7-30U/g花生分离蛋白的加入量加入转谷氨酰胺酶，并于37-49℃水浴中交联反应,反应结束后于75-100℃下加热10-30分钟，得到凝胶块；
(4)向所述凝胶块中加入相当于凝胶块1-3倍质量的水，使用高速分散机在8500rpm-13500rpm下高速剪切30秒-120秒，得到微凝胶颗粒粗分散液，随后使用高压均质机在600bar-1200bar下高压均质2-5分钟，得到微凝胶颗粒分散液；
(5)将所述微凝胶颗粒分散液加入到食用油当中，以花生分离蛋白浓度计，加入量使颗粒浓度为1-2％，油相质量分数为10％-90％；于8000-13500rpm下高速剪切45-180秒，即得Pickering乳液。
本发明同时请求保护依据本发明所述的上述制备方法制得的Pickering乳液。
本发明所制得的Pickering乳液的粒径在20μm-70μm之间，在室温下可以稳定1个月以上，能够理想作为脂溶性、光敏性活性物质的运载体系。
本发明的特点在于：
(1)使用花生分离蛋白为原料，在未添加任何无机材料的情况下能够制备得到Pickering乳液，极大拓宽了Pickering乳液在食品工业中的应用；
(2)使用TG酶交联制备凝胶颗粒，成本低，操作简便；
(3)所得Pickering乳液稳定性强，能在室温下稳定1个月以上(保质期最高可长达1年)，较已知的其他Pickering乳液，具有生物安全性强、稳定性高、制备简单等优势。
附图说明
图1为实施例1制得的Pickering乳液外观照片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步进行说明，但本发明技术方案不局限于以下列举具体实施方式。
实施例1
本实施例提供了一种使用花生分离蛋白制备Pickering乳液的方法，具体步骤如下：
a.配置6％的花生分离蛋白溶液，搅拌2小时后放入4℃冰箱内冷藏过夜，使蛋白质充分水化，得到花生蛋白分散液；
b.将花生蛋白分散液pH调至6.3，放入70℃水浴锅中加热14分钟，冷却至室温后，加入(7U/g花生分离蛋白)转谷氨酰胺酶，并于37℃水浴中交联反应1小时，完毕后于85℃下加热10分钟，得到凝胶块；
c.向b中所得凝胶块中加入2倍质量的水，使用高速分散机在8500rpm下高速剪切35秒，得到微凝胶颗粒粗分散液，随后使用高压均质机在750bar下高压均质2分钟，得到微凝胶颗粒分散液，颗粒性质如表1。
d.将c中所得分散液加入到花生油中，使颗粒浓度(以花生分离蛋白计)为0.5％，油相质量分数50％，在8500rpm条件下高速剪切60秒，得到使用花生蛋白稳定的Pickering乳液。
本实施例所制得Pickering乳液外观如图1所示，乳液粒径为43±2.5μm，储藏过程中乳析指数如表2所示，结果表明储藏30天过程中，乳析指数变化不明显，乳液乳化层稳定。
表1微凝胶颗粒分散液性质分析
表2 Pickering乳液乳析指数
实施例2
本实施例提供了一种使用花生分离蛋白制备Pickering乳液的方法，具体步骤如下：
a.配置11％的花生分离蛋白溶液，搅拌2小时后放入4℃冰箱内冷藏过夜，使蛋白质充分水化，得到花生蛋白分散液；
b.配置0.05％的壳聚糖溶液，搅拌2小时后与a中所得花生分离蛋白分散液混合，使最终溶液中蛋白多糖比例为100:1，混合后进一步搅拌30分钟，并使用高速分散机在11500rpm下高速剪切分散液1分钟,得到蛋白多糖混合分散液；
c.将分散液pH调至7.2，放入83℃水浴锅中加热39分钟，冷却至室温后，加入(15U/g花生分离蛋白)转谷氨酰胺酶，并于42℃水浴中交联反应3小时,完成后于80℃下加热17分钟，得到凝胶块；
d.向c中所得凝胶块中加入2倍质量的水，使用高速分散机在11000rpm下高速剪切80秒，得到微凝胶颗粒粗分散液，随后使用高压均质机在1100bar下高压均质4分钟，得到微凝胶颗粒分散液,颗粒性质如表3；
e.使用d中所得分散液加入到食用油大豆油当中，使颗粒浓度(以花生分离蛋白浓度计)为1.3％，油相质量分数为60％，于7500rpm下高速剪切70秒，得到使用花生分离蛋白颗粒稳定的Pickering乳液,乳液粒径为53.85±1.63μm，该乳液可以在室温下稳定1个月以上。储藏过程中乳析指数如表4所示，结果表明储藏30天过程中，乳析指数变化不明显，乳液乳化层稳定。
表3微凝胶颗粒分散液性质分析
表4 Pickering乳液乳析指数
实施例3
本实施例提供了一种使用花生分离蛋白制备Pickering乳液的方法，具体步骤如下：
a.配置27％的花生分离蛋白溶液，搅拌2小时后放入4℃冰箱内冷藏过夜，使蛋白质充分水化，得到花生蛋白分散液；
b.配置0.18％的瓜尔豆胶溶液，搅拌2小时后与a中所得花生分离蛋白分散液混合，使最终溶液中蛋白多糖比例为170:1，混合后进一步搅拌30分钟，并使用高速分散机在11500rpm下高速剪切分散液1分钟,得到蛋白多糖混合分散液；
c.将分散液pH调至7.9，放入90℃水浴锅中加热40分钟，冷却至室温后，加入(30U/g花生分离蛋白)转谷氨酰胺酶，并于48℃水浴中交联反应4小时,完成后于95℃下加热30分钟，得到凝胶块；
d.向c中所得凝胶块中加入2倍质量的水，使用高速分散机在13500rpm下高速剪切115秒，得到微凝胶颗粒粗分散液，随后使用高压均质机在1200bar下高压均质5分钟，得到微凝胶颗粒分散液,颗粒性质如表5；
e.使用d中所得分散液加入到花生油当中，使颗粒浓度(以花生分离蛋白浓度计)为1.8％，油相质量分数为70％，于7500rpm下高速剪切180秒，得到使用花生分离蛋白颗粒稳定的Pickering乳液,乳液粒径为37.84±0.71μm，该乳液可以在室温下稳定1个月以上。储藏过程中乳析指数如表6所示，结果表明储藏30天过程中，乳析指数变化不明显，乳液乳化层稳定。
表5微凝胶颗粒分散液性质分析
表6 Pickering乳液乳析指数
对比例1：
中国申请201310686408.4的实施例1公开了一种硅油Pickering乳液的制备方法，其使用了二氧化硅无机颗粒以及表面活性剂来实现乳液的稳定，稳定剂生物降解性低、具有一定生物毒性，限制了该Pickering乳液在生物医药领域的应用。而本发明使用了花生蛋白及多糖等天然材料，不存在生物降解性、生物毒性等问题，在保证稳定性的同时拓宽了Pickering乳液的应用范围。
对比例2：
中国申请201610375510.6的实施例1公开了一种可食性蛋白稳定Pickering乳液制备方法，该方法需要在制备过程中引入有机溶剂乙醇，而本发明在制备过程中不会引入任何有机溶剂，不会引发任何因溶剂残留导致的风险，且可制得高质量的Pickering乳液。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，如：改变物料用量，以及加工时温度时间的改变等，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种使用花生分离蛋白制备Pickering乳液的方法，包括如下步骤：
(1)配制质量浓度为4％-30％的花生分离蛋白溶液，搅拌后冷藏使蛋白质充分水化，得到花生蛋白分散液；
(2)配制质量浓度为0.04％-0.2％的多糖溶液，搅拌后与所述花生分离蛋白分散液混合，混合比例为蛋白：多糖质量比为10:1-180：1，混合后搅拌，经高速剪切后得到蛋白多糖混合分散液；
(3)将步骤(1)所得花生蛋白分散液或步骤(2)所得蛋白多糖混合分散液的pH值调至6.1-8.2，放入70-95℃水浴锅中加热10-45分钟，冷却至室温后，以6-35U/g花生分离蛋白的加入量加入转谷氨酰胺酶，并于37-49℃水浴中交联反应,反应结束后于75-100℃下加热10-30分钟，得到凝胶块；
(4)向所述凝胶块中加入相当于凝胶块1-3倍质量的水，使用高速分散机在8500rpm-13500rpm下高速剪切30秒-120秒，得到微凝胶颗粒粗分散液，随后使用高压均质机在600bar-1200bar下高压均质2-5分钟，得到微凝胶颗粒分散液；
(5)将所述微凝胶颗粒分散液加入到食用油当中，以花生分离蛋白浓度计，加入量使颗粒浓度为0.1-2％，和/或，油相质量分数为10％-90％；于8000-13500rpm下高速剪切45-180秒，即得Pickering乳液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述花生分离蛋白溶液中花生分离蛋白的蛋白含量在85％-92％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，将配制后的花生分离蛋白溶液充分搅拌后在1-10℃下冷藏12-16小时以使蛋白质充分水化。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多糖选自壳聚糖、瓜尔豆胶、黄原胶、葡聚糖、阿拉伯胶的一种，优选为壳聚糖、瓜尔豆胶或黄原胶；和/或，优选所述多糖溶液浓度为0.05-0.18％，更优选0.1％-0.15％。
5.根据权利要求1，2或4任一项所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，蛋白：多糖质量比为100:1-170：1，更优选120-160：1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，将步骤(1)所得花生蛋白分散液或步骤(2)所得蛋白多糖混合分散液的pH值调至6.3-7.9，优选6.9-7.2，和/或，转谷氨酰胺酶的加入量为7-30U/g，优选15-30U/g花生分离蛋白。
7.根据权利要求1，2，4或6任一项所述的方法，其特征在于：所述食用油可选自大豆油、菜籽油、葵花籽油、花生油中的一种或几种，优选大豆油或低温压榨花生油。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于：步骤(5)中，所述微凝胶颗粒分散液在食用油中的加入量以使使颗粒浓度为0.1-2％，和/或，油相质量分数为10％-90％为准。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)配制质量浓度为6％-27％的花生分离蛋白溶液，充分搅拌后在1-10℃下冷藏12-16小时以使蛋白质充分水化，得到花生蛋白分散液；
(2)配制质量浓度为0.05-0.18％的多糖溶液，搅拌后与所述花生分离蛋白分散液混合，混合比例为蛋白：多糖质量比为100:1-170：1混合后搅拌，并使用高速分散机在6000-10000rpm的转速下高速剪切分散液1-3分钟得到蛋白多糖混合分散液；
(3)将步骤(1)所得花生蛋白分散液或步骤(2)所得蛋白多糖混合分散液的pH值调至6.3-7.9，放入70-95℃水浴锅中加热10-45分钟，冷却至室温后，以7-30U/g花生分离蛋白的加入量加入转谷氨酰胺酶，并于37-49℃水浴中交联反应,反应结束后于75-100℃下加热10-30分钟，得到凝胶块；
(4)向所述凝胶块中加入相当于凝胶块1-3倍质量的水，使用高速分散机在8500rpm-13500rpm下高速剪切30秒-120秒，得到微凝胶颗粒粗分散液，随后使用高压均质机在600bar-1200bar下高压均质2-5分钟，得到微凝胶颗粒分散液；
(5)将所述微凝胶颗粒分散液加入到食用油当中，以花生分离蛋白浓度计，加入量使颗粒浓度为1-2％，油相质量分数为10％-90％；于8000-13500rpm下高速剪切45-180秒，即得Pickering乳液。
10.权利要求1-9任一项方法制备得到的Pickering乳液。
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