CN107853676B - 一种复合蛋白聚集体颗粒起泡剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合蛋白聚集体颗粒起泡剂及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：(1)蛋白溶液的配制；(2)复合蛋白热诱导聚集反应；(3)透析；(4)高压微射流处理；(5)干燥处理。本发明基于两种来源不同的蛋白在起泡特性方面的差异性，通过对蛋白进行亚基解离与分子去折叠后采用热诱导方式进行异源蛋白聚集重组，并经高压微射流处理对复合蛋白聚集体颗粒的粒径进行有效控制，从而使得复合蛋白聚集体颗粒满足在不同环境因素下均具有较好起泡特性，有效解决单类蛋白起泡特性对环境条件适应性不足的问题，从而消除或降低向食物产品中额外添加第二种发泡剂的需要。
Description
技术领域
本发明属于食品发泡剂领域，更具体地，涉及一种复合蛋白聚集体颗粒起泡剂及其制备方法。
背景技术
随着消费者对食品营养健康改善需求的日益增加，蛋白质的添加利用是减少食品中脂肪与糖的含量，改善食品体系质构、风味、色泽和外表等感官特性的高性价比方式。蛋白质作为一种两亲性大分子，具有凝胶、乳化、起泡、水结合和吸油等多种功能特性，其中基于起泡特性蛋白质可被作为起泡剂而应用于充气食品加工中。现今发泡工艺技术已成为一种快速增长的用来开发创新产品的食品创制加工技术，通过将空气以微小气泡形式均匀掺入食品体系中，可有效改善食品的质感和口感，使其质地均匀细腻，润滑，具有一定亮度，同时还能提高风味成分的分散性、可察觉性和食品的咀嚼性，甚至可替代部分油脂而降低人体对热量的摄入。现已出现的最常用的充气食品包括面包、蛋糕、人造稠黄油、蛋白酥皮、冰淇淋、生奶油、慕斯、奶昔、啤酒、汽酒、汽水和卡布奇诺等各种产品，如何将基于蛋白质的起泡剂替代常用发泡剂而应用于充气食品开发以给予产品良好的营养和功能效果已成为食品行业研究的热点。
理想的蛋白质发泡剂应具有高表面活性以提供良好发泡性，而且可提供长期的泡沫稳定性，然而蛋白质在食品加工过程中易于因较低pH值和较高温度等环境因素的影响而发生变性，降低其起泡特性，尤其是在蛋白质的等电点处。目前大多通过对蛋白质进行改性来改善其起泡特性，主要的改性方法包括物理法、化学法、酶法和基因工程方法等，其中基因工程法主要是通过重组蛋白质的合成基因来提高蛋白质的功能特性，该技术周期较长，见效较慢；而其他改性方法从蛋白质的改性效果、蛋白质的利用率，产品的安全性及成本等角度来综合考虑，单一的物理法改性无法显著改善菜籽蛋白的功能性质，化学法改性存在一定的安全问题，酶法改性则成本相对较高，因此选择一种合适并具有可应用前景的技术来提高蛋白质起泡特性对环境因素的适应性，是基于蛋白质起泡剂产品在充气食品加工中应用的关键。
发明内容
本发明的目的在于通过对两种异源蛋白质进行聚集重组并调控其颗粒介观结构，以改善单类蛋白质对环境因素适应性差的问题，从而制备出一种新型的适用条件较为广泛的蛋白质发泡剂。该技术工艺条件温和，无需有机溶剂，可控性强，成本低廉，工业化可行性高。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种复合蛋白聚集体颗粒起泡剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)蛋白质溶液的配制：
将至少一种植物蛋白与至少一种动物蛋白分别配制成植物蛋白溶液和动物蛋白溶液，搅拌、放置后使蛋白充分水化；
(2)复合蛋白热诱导聚集反应：
将步骤(1)中配制的至少两种蛋白溶液混合，混合后将蛋白溶液的pH 值调至1.5-3.0，搅拌、冷却，再将混合液的pH值调至6.5-7.5，离心，取上清液；
(3)透析：
将步骤(2)所得上清液进行透析；
(4)高压微射流处理：
使用高压微射流装置对步骤(3)所得透析后的上清液进行处理；
(5)干燥处理：
将步骤(4)所得处理后的上清液进行干燥制得复合蛋白聚集体颗粒起泡剂。
图1示出了本发明的工艺路线图，由图1可见，将植物蛋白溶液与动物蛋白溶液按比例混合、加热诱导聚集、离心、透析、调节上清液PH、高压微射流处理、干燥处理后，即得所述复合蛋白质干粉。
根据本发明，优选地，步骤(1)中，所述动物蛋白选自卵白蛋白、乳清蛋白和酪蛋白中的至少一种；所述植物蛋白选自米糠蛋白、大豆蛋白，大米蛋白和菜籽蛋白中的至少一种。
根据本发明，优选地，步骤(1)中，蛋白溶液的浓度为10-50mg/mL。
根据本发明，优选地，步骤(1)中，植物蛋白溶液与动物蛋白溶液的体积比为1-3:1。
根据本发明，优选地，步骤(2)中，采用1mol/mL的盐酸溶液将pH 值调至1.5-3.0；采用1mol/mL的NaOH溶液回调复合蛋白溶液的pH值，更优选将pH值调至7.0。
根据本发明，优选地，步骤(2)中，搅拌温度为60-90℃，搅拌时间为1-3小时。
根据本发明，优选地，步骤(2)中，离心转速为4000-5000rpm，离心时间为5-20min，更优选为10min。
根据本发明，优选地，步骤(3)中，透析时间为10-20h，透析液为水，透析目的在于除去无机盐类。
根据本发明，优选地，步骤(4)中，高压微射流处理的压力为60-180MPa，处理次数通常为1-2次。
根据本发明，步骤(4)中，优选采用冷冻干燥或喷雾干燥等方法，所述冷冻干燥或喷雾干燥等方法为本领域常规技术手段，所得复合蛋白聚集体颗粒起泡剂的粒径优选为100nm-300nm。
本发明的第二方面提供由所述的制备方法制得的复合蛋白聚集体颗粒起泡剂。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明制得的发泡剂可在提供良好起泡性和泡沫稳定性的基础上有效扩延蛋白质发泡剂的适用条件范围，不仅能有效改善食品的感官特性(即口感，质构，味道和风味)、弥补单类蛋白质起泡特性的不足，还能使得蛋白质在氨基酸组成上形成营养互补，提高营养价值。
(2)本发明基于两种来源不同的蛋白在起泡特性方面的差异性，通过对蛋白质进行亚基解离与分子去折叠后采用热诱导方式进行异源蛋白质聚集重组，并经高压微射流处理对复合蛋白质聚集体颗粒的粒径进行有效控制，从而使得复合蛋白质聚集体颗粒满足在不同环境因素下均具有较好起泡特性，有效解决单类蛋白质起泡特性对环境条件适应性不足的问题，以便应用于食品而赋予其蛋白质的营养与功能性特征，从而消除或降低向食物产品中额外添加第二种发泡剂的需要。
(3)本发明制备的复合蛋白聚集体颗粒在pH值2-10内显示了良好的起泡能力和泡沫稳定性，尤其是在pH值为4.0-4.5的蛋白质等电点附近也具备良好的起泡能力，在NaCl浓度为0.5％-1.5％内也呈现了更好的起泡能力和泡沫稳定性。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1示出了本发明的工艺路线图。
图2示出了pH值对本发明实施例3所得复合蛋白聚集体颗粒的起泡剂的起泡能力(FC)和泡沫稳定性(FS)的影响。
图3示出了NaCl浓度对本发明实施例3所得复合蛋白聚集体颗粒的起泡剂的起泡能力(FC)的影响。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1-10中，起泡特性的测定方法为：将微颗粒化复合蛋白质配置成浓度为1％的溶液，取30mL于带刻度的试管(直径4cm，高10cm)中，将电动打蛋器深入到溶液中约1cm处，搅拌15s后，立即测量泡沫体积V0，静置2h后再次测定体积Vt。按下面公式计算蛋白质的起泡能力(FC)及泡沫稳定性(FS)：
实施例1：
称取一定量的米糠蛋白和卵白蛋白分别溶解于去离子水中配制成浓度为10mg/mL的蛋白溶液，充分搅拌一定时间后放置过夜以使得蛋白充分水化。将两种蛋白溶液分别按1:1的比例混合，使用1mol/mL的盐酸溶液调整复合蛋白混合溶液的pH值为1.5并在60℃下缓慢搅拌1小时后于冷水中迅速冷却至室温。使用1mol/mL的NaOH溶液回调复合蛋白溶液的pH值为7.0，在4000rpm下离心10min，取上清液并放入透析袋中在去离子水中透析10h以除去无机盐。采用微射流设备在60MPa下对透析后的上清液处理2次，收集处理过的上清液采用冷冻干燥或喷雾干燥等方法制备成微颗粒化复合蛋白。
取30mL用去离子水配置的浓度为1％的微颗粒化复合蛋白溶液，测定其起泡特性，起泡能力和泡沫稳定分别可达56％和81％。调节蛋白溶液的 pH值后再测定其起泡特性，实验结果发现即使在蛋白质等电点pH值4.0 下，微颗粒化复合蛋白的起泡能力和泡沫稳定性均可达到30％和75％，特别是当加入1％的NaCl后，其起泡能力可提高至70％，泡沫稳定性不受影响。
实施例2：
称取一定量的米糠蛋白和卵白蛋白分别溶解于去离子水中配制成浓度为20mg/mL的蛋白溶液，充分搅拌一定时间后放置过夜以使得蛋白充分水化。将两种蛋白溶液分别按2:1的比例混合，使用1mol/mL的盐酸溶液调整复合蛋白混合溶液的pH值为1.5并在80℃下缓慢搅拌1小时后于冷水中迅速冷却至室温。使用1mol/mL的NaOH溶液回调复合蛋白溶液的pH值为7.0，在4000rpm下离心10min，取上清液并放入透析袋中在去离子水中透析10h以除去无机盐。采用微射流设备在90MPa下对透析后的上清液处理2次，收集处理过的上清液采用冷冻干燥或喷雾干燥等方法制备成微颗粒化复合蛋白。
测定微颗粒化复合蛋白的起泡特性，起泡能力和泡沫稳定分别可达 70％和85％。调节复合蛋白聚集体颗粒溶液的pH值后测定其起泡特性，实验结果发现在等电点pH值4.0下，其起泡能力和泡沫稳定性分别为32％和 75％，高于米糠蛋白和卵白蛋白单独使用时的起泡能力和泡沫稳定性，特别是当加入1％的NaCl后，其起泡能力可提高至70％，而泡沫稳定性不受影响。
实施例3：
称取一定量的米糠蛋白和卵白蛋白分别溶解于去离子水中配制成浓度为20mg/mL的蛋白溶液，充分搅拌一定时间后放置过夜以使得蛋白充分水化。将两种蛋白溶液分别按2:1的比例混合，使用1mol/mL的盐酸溶液调整复合蛋白混合溶液的pH值为2.0并在90℃下缓慢搅拌1小时后于冷水中迅速冷却至室温。使用1mol/mL的NaOH溶液回调复合蛋白溶液的pH值为7.0，在4000rpm下离心10min，取上清液并放入透析袋中在去离子水中透析10h以除去无机盐。采用微射流设备在150MPa下对透析后的上清液处理1次，收集处理过的上清液采用冷冻干燥或喷雾干燥等方法制备成微颗粒化复合蛋白。
图2示出了pH值对本实施例所得复合蛋白聚集体颗粒的起泡剂的起泡能力(FC)和泡沫稳定性(FS)的影响。
图3示出了NaCl浓度对本实施例所得复合蛋白聚集体颗粒的起泡剂的起泡能力(FC)的影响。
由图2、3可见，pH值＝7.0时，本实施例制得的复合蛋白聚集体颗粒的起泡剂的起泡能力和泡沫稳定分别可达80％和90％。在pH值＝4.0时，起泡能力和泡沫稳定性为45％和90％，高于米糠蛋白和卵白蛋白单独使用时的起泡能力和泡沫稳定性，特别是当加入1％的NaCl后，其起泡能力可提高至98％，而泡沫稳定性不受影响。
实施例4：
称取一定量的米糠蛋白和卵白蛋白分别溶解于去离子水中配制成浓度为30mg/mL的蛋白溶液，充分搅拌一定时间后放置过夜以使得蛋白充分水化。将两种蛋白溶液分别按2:1的比例混合，使用1mol/mL的盐酸溶液调整复合蛋白混合溶液的pH值为1.5并在80℃下缓慢搅拌1小时后于冷水中迅速冷却至室温。使用1mol/mL的NaOH溶液回调复合蛋白溶液的pH值为7.0，在4000rpm下离心10min，取上清液并放入透析袋中在去离子水中透析10h以除去无机盐。采用微射流设备在180MPa下对透析后的上清液处理1次，收集处理过的上清液采用冷冻干燥或喷雾干燥等方法制备成微颗粒化复合蛋白。
测定微颗粒化复合蛋白的起泡特性，起泡能力和泡沫稳定分别可达 75％和86％，在pH值4.0处的起泡能力和泡沫稳定性为41％和87％，高于米糠蛋白和卵白蛋白单独使用时的起泡能力和泡沫稳定性，特别是当加入 1％的NaCl后，其起泡能力可提高至87％，而泡沫稳定性不受影响。
实施例5：
称取一定量的大豆蛋白和乳清蛋白分别溶解于去离子水中配制成浓度为40mg/mL的蛋白溶液，充分搅拌一定时间后放置过夜以使得蛋白充分水化。将两种蛋白溶液分别按1:1的比例混合，使用1mol/mL的盐酸溶液调整复合蛋白混合溶液的pH值为1.5并在50℃下缓慢搅拌1小时后于冷水中迅速冷却至室温。使用1mol/mL的NaOH溶液回调复合蛋白溶液的pH值为7.0，在4000rpm下离心10min，取上清液并放入透析袋中在去离子水中透析10h以除去无机盐。采用微射流设备在180MPa下对透析后的上清液处理1次，收集处理过的上清液采用冷冻干燥或喷雾干燥等方法制备成微颗粒化复合蛋白。
测定微颗粒化复合蛋白的起泡特性，起泡能力和泡沫稳定分别可达 72％和88％，在pH值4.0处的起泡能力和泡沫稳定性为43％和82％，高于大豆蛋白和乳清蛋白单独使用时的起泡能力和泡沫稳定性，特别是当加入 1％的NaCl后，其起泡能力可提高至80％，而泡沫稳定性不受影响。
实施例6：
称取一定量的大豆蛋白和酪蛋白分别溶解于去离子水中配制成浓度为 30mg/mL的蛋白溶液，充分搅拌一定时间后放置过夜以使得蛋白充分水化。将两种蛋白溶液分别按1:1的比例混合，使用1mol/mL的盐酸溶液调整复合蛋白混合溶液的pH值为1.5并在50℃下缓慢搅拌1小时后于冷水中迅速冷却至室温。使用1mol/mL的NaOH溶液回调复合蛋白溶液的pH值为7.0，在5000rpm下离心10min，取上清液并放入透析袋中在去离子水中透析20h 以除去无机盐。采用微射流设备在120MPa下对透析后的上清液处理1次，收集处理过的上清液采用冷冻干燥或喷雾干燥等方法制备成微颗粒化复合蛋白。
测定微颗粒化复合蛋白的起泡特性，起泡能力和泡沫稳定分别可达 71％和83％，在pH值4.0处的起泡能力和泡沫稳定性为44％和82％，高于大豆蛋白和酪蛋白单独使用时的起泡能力和泡沫稳定性，特别是当加入1％的NaCl后，其起泡能力可提高至78％，而泡沫稳定性不受影响。
实施例7：
称取一定量的大豆蛋白和酪蛋白分别溶解于去离子水中配制成浓度为 50mg/mL的蛋白溶液，充分搅拌一定时间后放置过夜以使得蛋白充分水化。将两种蛋白溶液分别按2:1的比例混合，使用1mol/mL的盐酸溶液调整复合蛋白混合溶液的pH值为3.0并在80℃下缓慢搅拌1小时后于冷水中迅速冷却至室温。使用1mol/mL的NaOH溶液回调复合蛋白溶液的pH值为7.0，在5000rpm下离心10min，取上清液并放入透析袋中在去离子水中透析20h 以除去无机盐。采用微射流设备在180MPa下对透析后的上清液处理1次，收集处理过的上清液采用冷冻干燥或喷雾干燥等方法制备成备成微颗粒化复合蛋白。
测定微颗粒化复合蛋白的起泡特性，起泡能力和泡沫稳定分别可达 73％和81％，在pH值4.0处的起泡能力和泡沫稳定性为39％和85％，高于大豆蛋白和酪蛋白单独使用时的起泡能力和泡沫稳定性，特别是当加入1％的NaCl后，其起泡能力可提高至86％，而泡沫稳定性不受影响。
实施例8：
称取一定量的大米蛋白和卵白蛋白分别溶解于去离子水中配制成浓度为20mg/mL的蛋白溶液，充分搅拌一定时间后放置过夜以使得蛋白充分水化。将两种蛋白溶液分别按3:1的比例混合，使用1mol/mL的盐酸溶液调整复合蛋白混合溶液的pH值为3.0并在90℃下缓慢搅拌1小时后于冷水中迅速冷却至室温。使用1mol/mL的NaOH溶液回调复合蛋白溶液的pH值为7.0，在5000rpm下离心10min，取上清液并放入透析袋中在去离子水中透析20h以除去无机盐。采用微射流设备在120MPa下对透析后的上清液处理1次，收集处理过的上清液采用冷冻干燥或喷雾干燥等方法制备成备成微颗粒化复合蛋白。
测定微颗粒化复合蛋白的起泡特性，起泡能力和泡沫稳定分别可达 74％和82％，在pH值4.0处的起泡能力和泡沫稳定性为45％和82％，高于大米蛋白和卵白蛋白单独使用时的起泡能力和泡沫稳定性，特别是当加入 1％的NaCl后，其起泡能力可提高至80％，而泡沫稳定性不受影响。
实施例9：
称取一定量的米糠蛋白和酪蛋白分别溶解于去离子水中配制成浓度为 30mg/mL的蛋白溶液，充分搅拌一定时间后放置过夜以使得蛋白充分水化。将两种蛋白溶液分别按3:1的比例混合，使用1mol/mL的盐酸溶液调整复合蛋白混合溶液的pH值为3.0并在90℃下缓慢搅拌1小时后于冷水中迅速冷却至室温。使用1mol/mL的NaOH溶液回调复合蛋白溶液的pH值为7.0，在5000rpm下离心10min，取上清液并放入透析袋中在去离子水中透析20h 以除去无机盐。采用微射流设备在150MPa下对透析后的上清液处理1次，收集处理过的上清液采用冷冻干燥或喷雾干燥等方法制备成备成微颗粒化复合蛋白。
测定微颗粒化复合蛋白的起泡特性，起泡能力和泡沫稳定分别可达 77％和82％，在pH值4.0处的起泡能力和泡沫稳定性为43％和80％，高于米糠蛋白和酪蛋白单独使用时的起泡能力和泡沫稳定性，特别是当加入1％的NaCl后，其起泡能力可提高至83％，而泡沫稳定性不受影响。
实施例10：
称取一定量的大豆蛋白和乳清蛋白分别溶解于去离子水中配制成浓度为10mg/mL的蛋白溶液，充分搅拌一定时间后放置过夜以使得蛋白充分水化。将两种蛋白溶液分别按2:1的比例混合，使用1mol/mL的盐酸溶液调整复合蛋白混合溶液的pH值为2.0并在80℃下缓慢搅拌1小时后于冷水中迅速冷却至室温。使用1mol/mL的NaOH溶液回调复合蛋白溶液的pH值为7.0，在5000rpm下离心10min，取上清液并放入透析袋中在去离子水中透析20h以除去无机盐。采用微射流设备在90MPa下对透析后的上清液处理2次，收集处理过的上清液采用冷冻干燥或喷雾干燥等方法制备成备成微颗粒化复合蛋白。
测定微颗粒化复合蛋白的起泡特性，起泡能力和泡沫稳定分别可达 70％和75％，在pH值4.0处的起泡能力和泡沫稳定性为39％和80％，高于大豆蛋白和乳清蛋白单独使用时的起泡能力和泡沫稳定性，特别是当加入 1％的NaCl后，其起泡能力可提高至83％，而泡沫稳定性不受影响。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (5)
1.一种复合蛋白聚集体颗粒起泡剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
（1）蛋白溶液的配制：
将至少一种植物蛋白与至少一种动物蛋白分别配制成植物蛋白溶液和动物蛋白溶液，搅拌、放置后使蛋白充分水化；
（2）复合蛋白热诱导聚集反应：
将步骤（1）中配制的蛋白溶液混合，混合后将蛋白溶液的pH值调至1.5-2.0，搅拌、冷却，再将混合液的pH值调至6.5-7.5，离心，取上清液；
（3）透析：
将步骤（2）所得上清液进行透析；
（4）高压微射流处理：
使用高压微射流装置对步骤（3）所得透析后的上清液进行处理；
（5）干燥处理：
将步骤（4）所得处理后的上清液进行干燥，制得复合蛋白聚集体颗粒起泡剂；
步骤（1）中，所述动物蛋白选自卵白蛋白、乳清蛋白和酪蛋白中的至少一种；所述植物蛋白选自米糠蛋白、大豆蛋白，大米蛋白和菜籽蛋白中的至少一种；
步骤（1）中，蛋白溶液的浓度为10-50mg/mL；
步骤（1）中，植物蛋白溶液与动物蛋白溶液的体积比为1-3:1；
步骤（2）中，搅拌温度为60-90℃，搅拌时间为1-3小时；
步骤（4）中，高压微射流处理的压力为60-180MPa。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤（2）中，离心转速为4000-5000rpm，离心时间为5-20min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤（3）中，透析时间为10-20h，透析液为水。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述复合蛋白聚集体颗粒起泡剂的粒径为100nm-300nm。
5.由权利要求1-4中任意一项所述的制备方法制得的复合蛋白聚集体颗粒起泡剂。
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