CN109123602A - 一种食品用蛋白质-多糖复合热凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种食品用蛋白质‑多糖复合热凝胶及其制备方法，食品用蛋白质‑多糖复合热凝胶的制备原料包括7‑11重量份的蛋白质、1.5重量份的多糖、100重量份水、催化剂。本发明具有如下优点：1、加工过程高效、简便；2、制备出双网络凝胶体系，有效提高凝胶的机械性能和持水能力，扩大其应用范围；3、蛋白质‑多糖双网络凝胶体系没有不良气味产生，流体力学性质良好。
Description
技术领域
本发明涉及食品加工技术领域，具体涉及一种食品用蛋白质-多糖复合热凝胶及其制备方法。
背景技术
凝胶是指溶液中的高分子链在一定条件下相互连接，形成的三维网状结构。凝胶在食品工业中具有十分重要的地位，可作为许多风味、营养物质及功能因子的载体。多糖和蛋白质是常用的天然凝胶材料。
蛋白凝胶是蛋白质分子在不同物理化学作用下，分子内作用力(氢键、二硫键)，以及蛋白质-蛋白质、蛋白质-水以及相邻多肽链间引力、斥力达到平衡，形成的定向有序的网络空间结构。多糖水凝胶在组织工程、细胞固定、药物包埋运输、食品质地改良和风味释放等多方面的应用研究日益增多。
但在应用时发现蛋白凝胶具有对外界环境因素(如金属盐、pH值、温度等)较为敏感，机械性能较差等缺点。而多糖凝胶则由于在水中溶解度低，质构特性单一，持水率差，脆性大，回弹性不好，柔韧性差等缺点而使其应用受到极大限制。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种食品用蛋白质-多糖复合热凝胶及其制备方法，用以解决现有热凝胶机械性差、持水率差、质构特性单一等的问题。
为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供了食品用蛋白质-多糖复合热凝胶，其制备原料包括7-11重量份的蛋白质、1.5重量份的多糖、100重量份水、催化剂。
本发明实施例提供的食品用蛋白质-多糖复合热凝胶属于食品用蛋白质-多糖双网络凝胶。
在一种可能的实现方式中，所述蛋白质为大豆分离蛋白。
在一种可能的实现方式中，所述多糖为甜菜果胶。
在一种可能的实现方式中，所述催化剂为按照每1g底物添加100nkat漆酶进行添加的漆酶，所述底物为所述蛋白质和所述多糖。
本发明实施例第二方面提供了一种如第一方面所述的食品用蛋白质-多糖复合热凝胶制备方法，包括如下步骤：包括如下步骤：
(1)水化7-11重量份蛋白质，得到蛋白质溶液；
(2)往蛋白质溶液中加入1.5重量份多糖，溶解，得到蛋白质-多糖混合溶液；
(3)加入催化剂，反应，然后90℃水浴预设时间，降温后，得到所述蛋白质-多糖复合热凝胶。
在一种可能的实现方式中，在所述步骤(1)中，水化7-11重量份蛋白质包括配制7-11％w/v的大豆分离蛋白溶液；
在所述步骤(2)中，所述多糖为甜菜果胶；
在所述步骤(3)中，催化剂为漆酶。
在一种可能的实现方式中，在所述步骤(1)中，配制7-11％w/v的大豆分离蛋白溶液包括将7-11重量份的大豆分离蛋白溶于100重量份的水中，充分搅拌，放置于4℃冰箱过夜，得到所述蛋白质溶液。
在一种可能的实现方式中，在所述步骤(3)中，按照每1g底物添加100nkat漆酶加入漆酶，所述底物包大豆分离蛋白质和甜菜果胶。
在一种可能的实现方式中，在所述步骤(3)中，加入催化剂，放入40℃水浴锅中保温静置2小时进行反应，然后放入90℃水浴锅中加热30分钟，以流动的水冷却降温后，得到蛋白质-多糖复合热凝胶。
在一种可能的实现方式中，在所述步骤(2)中，溶解包括加入1.5重量份多糖，磁力搅拌4小时。
本发明具有如下优点：
1、加工过程高效、简便；
2、制备出双网络凝胶体系，有效提高凝胶的机械性能和持水能力，扩大其应用范围；
3、蛋白质-多糖双网络凝胶体系没有不良气味产生，流体力学性质良好。
附图说明
图1为本发明实施例1、2、3、4、5提供的食品用蛋白质-多糖复合热凝胶的实物图。
图2为本发明实施例1、2、3、4、5食品用蛋白质-多糖复合热凝胶及对比例1提供的SPI单网络热凝胶的亮度值比较图。
图3为本发明实施例1、2、3、4、5食品用蛋白质-多糖复合热凝胶及对比例1提供的SPI单网络热凝胶的色差值(红色至绿色范围)的展示图。
图4为本发明实施例1、2、3、4、5食品用蛋白质-多糖复合热凝胶及对比例1提供的SPI单网络热凝胶的色差值(黄色至蓝色范围)的展示图。
图5为本发明实施例1、2、3、4、5食品用蛋白质-多糖复合热凝胶及对比例1提供的SPI单网络热凝胶的持水率比较图。
图6为本发明实施例1、2、3、4、5食品用蛋白质-多糖复合热凝胶及对比例1提供的SPI单网络热凝胶的硬度比较图。
图7为本发明实施例1、2、3、4、5食品用蛋白质-多糖复合热凝胶及对比例1提供的SPI单网络热凝胶的弹性比较图。
图8为本发明实施例1、2、3、4、5食品用蛋白质-多糖复合热凝胶及对比例1提供的SPI单网络热凝胶的内聚性比较图。
图9为本发明实施例1、2、3、4、5食品用蛋白质-多糖复合热凝胶及对比例1提供的SPI单网络热凝胶的咀嚼性比较图。
图10为本发明实施例1、2、3、4、5食品用蛋白质-多糖复合热凝胶及对比例1提供的SPI单网络热凝胶的粘附性比较图。
图11为本发明实施例1、2、3、4、5食品用蛋白质-多糖复合热凝胶及对比例1提供的SPI单网络热凝胶的黏性比较图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
大豆分离蛋白(SOY PROTEIN ISOLATE，SPI)是一种全价蛋白，包含20种氨基酸，其中酪氨酸是漆酶作用的重要位点。本发明实施例使用的SPI购自不二富吉科技有限公司，其型号为凝胶型，≥90％。
甜菜果胶(SUGAR BEET PECTIN，SBP)是从甜菜粕中提取得到的可溶性低聚糖，其RG-I结构中，鼠李糖和半乳糖醛酸交替连接组成主链。鼠李糖的C-4位置与阿拉伯糖通过α-1,5键连接，部分阿拉伯糖与阿魏酸共价连接，是酶促交联的重要位点。本发明实施例使用的SPB采用酸提法制得，具体提取条件为85℃，pH 1.5，2h。
漆酶作为一种多酚氧化酶可以氧化酚羟基在内的多种底物，将底物中的电子转移到氧气分子上形成水，具有底物广泛、活性高、寿命长等特点，是一种被广泛应用的环保型酵素。大豆分离蛋白中的酪氨酸和甜菜果胶中的阿魏酸均可被漆酶高效利用。本发明实施例使用的漆酶购自美国Sigma-Aldrich公司，型号为E.C.3.2.1.15,from Trametesversicolor。
本发明实施例使用的罗丹明B购自美国Sigma-Aldrich公司。
接下来在具体实施例中对本发明实施例提供的食品用蛋白质-多糖复合热凝胶及其制备方法进行具体说明。
在本发明实施例中，食品用蛋白质-多糖复合热凝胶也可以称为SPI-SBP热凝胶，或者SPI-SBP双网络热凝胶，或者双网络热凝胶，或者网络凝胶。
实施例1
本实施例提供的双网络热凝胶，其组成成分：7％(w/v)大豆分离蛋白，1.5％(w/v)甜菜果胶，漆酶(100nkat/g底物)。底物为大豆分离蛋白和甜菜果胶。
其制备的具体过程如下：
将7g SPI溶于100ml蒸馏水中，充分搅拌4h，放置于4℃冰箱过夜保证SPI充分水化，获得7％(w/v)SPI溶液。加入1.5g SBP磁力搅拌4h至充分溶解。随后加入漆酶(100nkat/g底物)，搅拌均匀后放入40℃水浴锅中保温静置2h，后放入90℃水浴锅中加热30min，以流动的水迅速冷却降温，放于4℃冰箱过夜备用，获得SPI-SBP热凝胶。
获得的SPI-SBP热凝胶在4℃冰箱保存。
实施例2
本实施例提供的双网络热凝胶，其组成成分：8％(w/v)大豆分离蛋白，1.5％(w/v)甜菜果胶，漆酶(100nkat/g底物)。底物为大豆分离蛋白和甜菜果胶。
其制备的具体过程如下：
将8g SPI溶于100ml蒸馏水中，充分搅拌4h，放置于4℃冰箱过夜保证SPI充分水化,获得8％(w/v)SPI溶液。加入1.5g SBP磁力搅拌4h至充分溶解。随后加入漆酶(100nkat/g底物)，搅拌均匀后放入40℃水浴锅中保温静置2h，后放入90℃水浴锅中加热30min，以流动的水迅速冷却降温，放于4℃冰箱过夜备用，获得SPI-SBP热凝胶。
获得的SPI-SBP热凝胶在4℃冰箱保存。
实施例3
本实施例提供的双网络热凝胶，其组成成分：9％(w/v)大豆分离蛋白，1.5％(w/v)甜菜果胶，漆酶(100nkat/g底物)。底物为大豆分离蛋白和甜菜果胶。
其制备具体过程如下：
将9g SPI溶于100ml蒸馏水中，充分搅拌4h，放置于4℃冰箱过夜保证SPI充分水化,获得9％(w/v)SPI溶液。加入1.5g SBP磁力搅拌4h至充分溶解。随后加入漆酶(100nkat/g底物)，搅拌均匀后放入40℃水浴锅中保温静置2h，后放入90℃水浴锅中加热30min，以流动的水迅速冷却降温，放于4℃冰箱过夜备用，获得SPI-SBP热凝胶。
获得的SPI-SBP热凝胶在4℃冰箱保存。
实施例4
本实施例提供的的双网络热凝胶，其组成成分：10％(w/v)大豆分离蛋白，1.5％(w/v)甜菜果胶，漆酶(100nkat/g底物)。底物为大豆分离蛋白和甜菜果胶。
其制备具体过程如下：
将10g SPI溶于100ml蒸馏水中，充分搅拌4h，放置于4℃冰箱过夜保证SPI充分水化,获得10％(w/v)SPI溶液。加入1.5g SBP磁力搅拌4h至充分溶解。随后加入漆酶(100nkat/g底物)，搅拌均匀后放入40℃水浴锅中保温静置2h，后放入90℃水浴锅中加热30min，以流动的水迅速冷却降温，放于4℃冰箱过夜备用，获得SPI-SBP热凝胶。
获得的SPI-SBP热凝胶在4℃冰箱保存。
实施例5
本实施例提供的双网络热凝胶，其组成成分：11％(w/v)大豆分离蛋白，1.5％(w/v)甜菜果胶，漆酶(100nkat/g底物)。底物为大豆分离蛋白和甜菜果胶。
其制备具体过程如下：
将11g SPI溶于100ml蒸馏水中，充分搅拌4h，放置于4℃冰箱过夜保证SPI充分水化,获得11％(w/v)SPI溶液。加入1.5g SBP磁力搅拌4h至充分溶解。随后加入漆酶(100nkat/g底物)，搅拌均匀后放入40℃水浴锅中保温静置2h，后放入90℃水浴锅中加热30min，以流动的水迅速冷却降温，放于4℃冰箱过夜备用，获得SPI-SBP热凝胶。
获得的SPI-SBP热凝胶在4℃冰箱保存。
对比例1
本对比例提供了单网络热凝胶，其组成成分：12％(w/v)大豆分离蛋白，漆酶(100nkat/g底物)。底物为大豆分离蛋白。
其制备具体过程如下：
将12g SPI溶于100ml蒸馏水中，充分搅拌4h，放置于4℃冰箱过夜保证SPI充分水化,获得12％(w/v)SPI溶液。后加入漆酶(100nkat/g底物)，搅拌均匀后放入40℃水浴锅中保温静置2h，后放入90℃水浴锅中加热30min，以流动的水迅速冷却降温，放于4℃冰箱过夜备用，获得SPI单网络热凝胶。
获得的SPI单网络热凝胶在4℃冰箱保存。
在以下实施例中，SPI单网络热凝胶也可以称为SPI热凝胶。
实施例6
在本实施例中，对实施例1、2、3、4、5提供的食品用蛋白质-多糖复合热凝胶的特性进行研究。
图1为实施例1、2、3、4、5提供的双网络凝胶的实物图，在图1中，7％表示实施例1提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、8％表示实施例2提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、9％表示实施例3提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、10％表示实施例4提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、11％表示实施例5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶。
采用CR-300色彩色差计对实施例1、2、3、4、5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶和对比例1提供的SPI单网络凝胶的明亮指数(L*)进行测定，测定结果如图2所示。
在图2中，横坐标中的7表示实施例1提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的8表示实施例2提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的9表示实施例3提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的10表示实施例4提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的11表示实施例5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的SPI表示对比例1提供的SPI单网络热凝胶。
如图2所示，实施例1提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、实施例2提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、实施例3提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、实施例4提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、实施例5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶的亮度依次减低，可知，随着SPI浓度的升高，亮度逐渐降低(从99.93降至90.18)。
采用CR-300色彩色差计对实施例1、2、3、4、5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶以及对比例1提供的SPI单网络凝胶的色差值(红色至绿色的范围)(a*)进行测定，测定结果如图3所示。
在图3中，横坐标中的7表示实施例1提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的8表示实施例2提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的9表示实施例3提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的10表示实施例4提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的11表示实施例5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的SPI表示对比例1提供的SPI单网络热凝胶。
如图3所示，可知，对于双网络热凝胶，随着SPI浓度的升高，呈现一种升高的趋势(从0.82升至1.45)，即红黄加深。而SPI单网络凝胶则呈现绿色
采用CR-300色彩色差计对实施例1、2、3、4、5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶及对比例1提供的SPI单网络凝胶的色差值(黄色至蓝色的范围)(b*)进行测定，测定结果如图4所示。
在图4中，横坐标中的7表示实施例1提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的8表示实施例2提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的9表示实施例3提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的10表示实施例4提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的11表示实施例5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的SPI表示对比例1提供的SPI单网络热凝胶。
如图4所示，可知，对于双网络热凝胶，随着SPI浓度的升高，随着SPI浓度的升高没有明显的趋势(均大于7)，但均高于SPI单网络凝胶。
此外，双网络凝胶的表观状态比SPI单独凝胶更加充盈坚挺，成型性更好。
在本实施例中，对实施例1、2、3、4、5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶以及对比例1提供的SIP单网络凝胶进行持水率测试，具体如下。
将在4℃冰箱里放置过夜的凝胶样品取出，室温中放置1h后进行测定。放入已称重的超滤离心管内管(记为w)中，称重，记为w1，以8000r/min的速度离心10min，取出内管，擦干表面水分，称重，记为w2，计算凝胶持水性(water holding capacity，WHC)，公式如下：
其中w2为离心后凝胶重加上内管的重量，单位g；w1为未离心时的凝胶重加上内管的重量，单位g；w为超滤离心管内管重量，单位g。
持水率的测试结果如图5所示，在图5中，横坐标中的7表示实施例1提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的8表示实施例2提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的9表示实施例3提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的10表示实施例4提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的11表示实施例5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶、横坐标中的SPI表示对比例1提供的SPI单网络热凝胶。
由图5可知，随着蛋白质浓度的增加，双网络凝胶的持水率得到不断提高，热凝胶持水率从90.23％提升到95.28％。SPI单网络凝胶的持水率仅为87.85％，显著低于双网络凝胶。可能的原因有两点，一是单网络凝胶结构粗糙，网孔较大，凝胶结构松散，形成的毛细管虹吸作用较小；二是SBP作为一种大分子亲水胶体，主链半乳糖醛酸所带羧基和侧链中性糖所带羟基均可与水作用生成氢键，从而提高保水性。
在本实施例中，对实施例1、2、3、4、5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶以及对比例1提供的SPI单网络凝胶进行硬度测试，具体如下。
采用质构仪对凝胶进行TPA(Texture Profile Analysis)测试。将凝胶样品从冰箱中取出室温中放置1h后进行测定。采用直径为20mm的P/20a的圆柱型探头下压两次。测试参数如下：下压高度为样品高度的25％，测试速度及测前和测后速度均为60mm/min，触发力为0.5N，每组样品至少设三组平行。
硬度测试结果如图6所示
在本实施例中，对实施例1、2、3、4、5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶以及对比例1提供的SPI单网络凝胶进行弹性测试，具体如下。
采用质构仪对凝胶进行TPA测试。将凝胶样品从冰箱中取出室温中放置1h后进行测定。采用直径为20mm的P/20a的圆柱型探头下压两次。测试参数如下：下压高度为样品高度的25％，测试速度及测前和测后速度均为60mm/min，触发力为0.5N，每组样品至少设三组平行。
弹性测试结果如图7所示。
在本实施例中，对实施例1、2、3、4、5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶以及对比例1提供的SPI单网络凝胶进行内聚性测试，具体如下。
采用质构仪对凝胶进行TPA测试。将凝胶样品从冰箱中取出室温中放置1h后进行测定。采用直径为20mm的P/20a的圆柱型探头下压两次。测试参数如下：下压高度为样品高度的25％，测试速度及测前和测后速度均为60mm/min，触发力为0.5N，每组样品至少设三组平行。
内聚性测试结果如图8所示。
在本实施例中，对实施例1、2、3、4、5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶以及对比例1提供的SPI单网络凝胶进行咀嚼性测试，具体如下。
采用质构仪对凝胶进行TPA测试。将凝胶样品从冰箱中取出室温中放置1h后进行测定。采用直径为20mm的P/20a的圆柱型探头下压两次。测试参数如下：下压高度为样品高度的25％，测试速度及测前和测后速度均为60mm/min，触发力为0.5N，每组样品至少设三组平行。
咀嚼性测试结果如图9所示。
在本实施例中，对实施例1、2、3、4、5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶以及对比例1提供的SPI单网络凝胶进行粘附性测试，具体如下。
本实验用微流变仪考察了冷凝胶的形成速率及形成后的黏弹性。将冷凝胶制备过程中配好的SPI-SBP溶液加入一定浓度漆酶后，迅速混匀转移到微量样品瓶中，然后放入微流变样品槽中(40℃)进行测试，记录凝胶形成过程。
粘附性测试结果如图10所示。
对实施例1、2、3、4、5提供的蛋白质-多糖复合热凝胶以及对比例1提供的SPI单网络凝胶进行黏性测试，具体如下。
本实验用微流变仪考察了冷凝胶的形成速率及形成后的黏弹性。将冷凝胶制备过程中配好的SPI-SBP溶液加入一定浓度漆酶后，迅速混匀转移到微量样品瓶中，然后放入微流变样品槽中(40℃)进行测试，记录凝胶形成过程。
黏性测试结果如图11所示。
由图6、图7、图8、图9、图10、图11可知，对于SPI-SBP双网络热凝胶，随着蛋白质浓度的增加，所形成的双凝胶的硬度(0.75→1.35)、弹性(0.47→1.89)、内聚性(1.21→2.71)、粘附性(0.62→0.71)、咀嚼性(0.22→1.81)和黏性(0.47→0.96)均在增加。
以上实验结果表明，SPI-SBP双网络热凝胶中，随着SPI及SBP浓度的升高，机械性能和持水率均有所改善。且SPI浓度升高，主要改善了双网络凝胶的弹性，而SBP浓度的升高，则主要改善了双网络凝胶的内聚性和硬度。SBP可以极大的提高双网络凝胶的硬度、咀嚼性和黏附性，因而导致的爽口性可能有所下降。应就不同的应用目的，选择不同的添加浓度。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种食品用蛋白质-多糖复合热凝胶，其特征在于，其制备原料包括7-11重量份的蛋白质、1.5重量份的多糖、100重量份水、催化剂。
2.根据权利要求1所述的食品用蛋白质-多糖复合热凝胶，其特征在于，所述蛋白质为大豆分离蛋白。
3.根据权利要求1所述的食品用蛋白质-多糖复合热凝胶，其特征在于，所述多糖为甜菜果胶。
4.根据权利要求1所述的食品用蛋白质-多糖复合热凝胶，其特征在于，所述催化剂为按照每1g底物添加100nkat漆酶进行添加的漆酶，所述底物为所述蛋白质和所述多糖。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的食品用蛋白质-多糖复合热凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)水化7-11重量份蛋白质，得到蛋白质溶液；
(2)往蛋白质溶液中加入1.5重量份多糖，溶解，得到蛋白质-多糖混合溶液；
(3)加入催化剂，反应，然后90℃水浴预设时间，降温后，得到所述蛋白质-多糖复合热凝胶。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，水化7-11重量份蛋白质包括配制7-11％w/v的大豆分离蛋白溶液；
在所述步骤(2)中，多糖为甜菜果胶；
在所述步骤(3)中，催化剂为漆酶。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，配制7-11％w/v的大豆分离蛋白溶液包括将7-11重量份的大豆分离蛋白溶于100重量份的水中，充分搅拌，放置于4℃冰箱过夜，得到所述蛋白质溶液。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，按照每1g底物添加100nkat漆酶加入漆酶，所述底物包大豆分离蛋白质和甜菜果胶。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，加入催化剂，放入40℃水浴锅中保温静置2小时进行反应，然后放入90℃水浴锅中加热30分钟，以流动的水冷却降温后，得到蛋白质-多糖复合热凝胶。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，溶解包括加入1.5重量份多糖，磁力搅拌4小时。
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