CN110547356A - 一种功能性豆类乳清蛋白及其生产方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种功能性豆类乳清蛋白及其生产方法和应用，属于农副产品加工及综合利用技术领域。本发明改进生产工艺，采用热变形方法首先使乳清蛋白变性沉淀，然后采用离心原理将乳清蛋白与可溶性糖及其他非蛋白成分分开，再通过水洗去除附着在乳清蛋白分子上的可溶性糖及其他非蛋白成分，使乳清蛋白进一步纯化。把得到的乳清蛋白进行中和后，酶解或不酶解，在一定温度、时间和压力条件下进行改性，使乳清蛋白分子上的亲水基团进行释放，增加乳清蛋白的溶解性和/或分散性，因而可得到乳清蛋白含量达90％以上，无异味，且具有发泡性、乳化性非常优良的功能性乳清蛋白，因此具有良好的实际应用之价值。
Description
技术领域
本发明属于农副产品加工及综合利用技术领域，具体涉及一种功能性豆类乳清蛋白及其生产方法和应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
乳清蛋白是豆类(如大豆、豌豆等)豆清水中含有的一类小分子蛋白。由于蛋白分子量小，易于消化吸收，是亚健康人群和康复病人最理想的蛋白源。另外，乳清蛋白具有良好的发泡性和乳化性，可代替乳化剂生产裱花奶油、戚风蛋糕和高档冰淇淋。乳清蛋白来源天然，性能卓越，用途广泛，是理想的食材和功能性成分。
豆清水是豆类分离蛋白生产过程中产生的废水。目前全国大豆分离蛋白年产量约为30万吨，豆清水排放量为850万吨。豌豆蛋白加工约10万吨，豌豆豆清水排放量约为500万吨。排放的豆清水中含有大量的乳清蛋白和低聚糖。通常情况下，豆清水的COD和BOD高达10000mg/L以上，需经厌氧和好氧联合处理才能达标排放，处理费用非常高。在环保要求越来越严的情况下，由于豆清水不能完全处理或处理达不到排放标准，一些大豆分离蛋白生产企业和豌豆蛋白生产企业被限产，甚至要求停产。因此，利用豆清水分离提取大豆乳清蛋白和豌豆乳清蛋白不但能产生巨大的经济价值，而且具有重要的社会意义。
关于乳清蛋白的提取生产，以前有研究报道，但发明人发现，这些研究都具有局限性或难于工业化。
如CN107865185A公开了一种采用膜分离技术分离纯化乳清蛋白的方法，包括以下步骤：将大豆分离蛋白生产产生的废水中加入CaCl2，经转速为2000-5000r/min的离心机去除乳清废水中杂质形成的沉淀物；将除杂后的乳清废水经超滤膜组件进行多级逆流分离浓缩，分离浓缩后的截留液和渗析液相互排出，超滤膜的操作压力为0.2-0.5MPa，工作温度为25-40℃；将所述步骤S10中的截留液加热至80～155℃进行杀菌，然后喷雾干燥，获得大豆乳清蛋白粉。
该发明技术方案的缺点是：因乳清蛋白属于线性蛋白，用超滤和纳滤截留时容易堵塞膜孔，造成膜通量迅速下降，即使用大量的碱和酸进行清洗，也很难恢复原有通量，投资成本和生产成本都很高，因此，此方法不适合大规模工业化生产。
如CN107373012A公开了一种大豆乳清蛋白的生产工艺，包括如下步骤：向除去不溶性杂质的大豆乳清水添加中性盐后，调整pH为4.0 5.8；将所得混合液浓缩至8 40％后固液分离得到固相凝乳；将所得固相凝乳水洗后调整pH为4.0 5.8，得到水洗凝乳液，分离得到固相凝乳；加水后根据产品需要调整pH得到蛋白浆，杀菌后干燥得到所述大豆乳清蛋白。
该发明技术方案的缺点是：
1、该生产工艺缺少蛋白变性沉淀工序，只能得到极少量的盐析蛋白和未分离彻底的分离蛋白，正常的乳清蛋白得不到收集。
2、该生产工艺混合液浓缩至8-40％后固液分离得到固相凝乳，此时得到凝乳只可能是盐析蛋白，这些盐析蛋白在水洗时由于盐浓度变稀，凝固的盐析蛋白会再次溶解而流失，因此该工艺生产乳清蛋白得率极低，成本高。
3、由于该工艺采用盐析方法，所以灰分高，蛋白纯度低，异味大，达不到乳清蛋白标准，限制了产品的应用。
同时，发明人发现，现有技术往往都是从大豆生产废水中提取乳清蛋白，而未有关于从其他豆类特别是豌豆豆清水中生产制备乳清蛋白的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功能性豆类(如大豆或豌豆)乳清蛋白及其生产方法和应用，本发明通过改进生产工艺，从而使乳清蛋白的制备提取方法更加有利于工业化生产，同时制备得到的豆类乳清蛋白纯度高(乳清蛋白含量达90％以上)，无异味，性能优良，不但具有较高的保健功能，而且具有较强的乳化性和起泡性，因此具有良好的实际应用之价值。
本发明的第一个方面，提供一种功能性豆类乳清蛋白的生产方法，包括以下步骤：
S1、把豆清水加热至55-105℃，保温10-50分钟，使蛋白质附聚，利于分离；
S2、轻微搅拌步骤S1所得的混合液，使混合液均匀，通过分离得到固相凝乳；
S3、将步骤S2所得固相凝乳按1：1～15的料液比加水，搅拌均匀，分离得到水洗后凝乳；
S4、将步骤S3所得水洗凝乳按1：1～15的料液比加水进行第二次水洗，分离得到二次水洗凝乳；
S5、将步骤S4得到的二次水洗凝乳加水调成4-20％的浓度(优选为10-14％)，调整pH为6.5-8.2(优选为6.8-7.8)，得到蛋白浆；
S6、将步骤S5得到的蛋白浆在100-160℃高温条件下保温5-60秒下进行改性并杀菌。
本发明的第二个方面，提供上述生产方法得到的乳清蛋白粉。本发明的方法生产的乳清蛋白纯度高，灰分低，性能优良，不但具有较高的保健功能，而且具有超强的乳化性和起泡性，是裱花奶油、戚风蛋糕和高档冰淇淋等产品的最佳使用蛋白。
本发明的第三个方面，提供上述乳清蛋白粉在休闲食品、特医食品、营养强化食品、保健品和宠物食品中的应用，进一步在裱花奶油、戚风蛋糕或高档冰淇淋等产品中的应用。
本发明有益技术效果：
1、本发明工艺方法得到的功能性大豆或豌豆乳清蛋白纯度高，蛋白含量在90％以上。
2、本发明工艺方法得到的功能性大豆或豌豆乳清蛋白具有良好的起泡性和乳化性。
3、本发明工艺方法得到的功能性大豆或豌豆乳清蛋白适用范围广，可用于各类食品和宠物食品，特别适用于幼儿食品和特殊膳食。
4、本发明所述生产功能性大豆或豌豆乳清蛋白的方法，自动化程度高，易于工业化。
5、本发明所述方法生产的功能性大豆或豌豆乳清蛋白成本低。
6、本发明所述方法解决了大豆分离蛋白、大豆浓缩蛋白和豌豆蛋白豆清水难处理问题，为大豆低聚糖、豌豆低聚糖等功能成分的分离提取提供了基础保障。因此具有良好的实际应用之价值。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如前所述，关于乳清蛋白的提取生产，虽然以前有研究报道，但这些研究普遍具有局限性或难于工业化。
有鉴于此，本发明的一个具体实施方式中，提供一种功能性豆类乳清蛋白的生产方法，本发明采用热变形方法首先使乳清蛋白变性沉淀，然后采用离心原理将乳清蛋白与可溶性糖及其他非蛋白成分分开，再通过水洗去除附着在乳清蛋白分子上的可溶性糖及其他非蛋白成分，使乳清蛋白进一步纯化。把得到的乳清蛋白进行中和后，酶解或不酶解，在一定温度、时间和压力条件下进行改性，使乳清蛋白分子上的亲水基团进行释放，增加乳清蛋白的溶解性和/或分散性，因而可得到乳清蛋白含量达90％以上，无异味，且具有发泡性、乳化性非常优良的功能性乳清蛋白。
所述功能性豆类乳清蛋白的生产方法，包括以下步骤：
S1、把豆清水加热至55-105℃，保温10-50分钟，使蛋白质附聚，利于分离；
S2、轻微搅拌步骤S1所得的混合液，使混合液均匀，通过分离得到固相凝乳；
S3、将步骤S2所得固相凝乳按1：1～15的料液比加水，搅拌均匀，分离得到水洗后凝乳；
S4、将步骤S3所得水洗凝乳按1：1～15的料液比加水进行第二次水洗，分离得到二次水洗凝乳；
S5、将步骤S4得到的二次水洗凝乳加水调成4-20％的浓度(优选为10-14％)，调整pH为6.5-8.2(优选为6.8-7.8)，得到蛋白浆；
S6、将步骤S5得到的蛋白浆在100-160℃高温条件下保温5-60秒下进行改性并杀菌。
本发明的又一具体实施方式中，所述豆类包括但不限于大豆和豌豆；
本发明的又一具体实施方式中，所述豆类乳清蛋白的生产方法还包括将步骤S6得到的改性蛋白浆进行干燥/造粒，得乳清蛋白粉。
所述干燥可以是气流干燥、离心喷雾干燥、压力式喷雾干燥。
所述造粒可以是塔内附聚造粒，也可以是流化床造粒。
本发明的又一具体实施方式中，采用压力式喷雾塔进行喷雾干燥时，压力10-20Mpa，进风温度140-160℃较好。
本发明的又一具体实施方式中，所述步骤S1豆清水可以是豆类(如大豆或豌豆)分离蛋白生产排放的豆清水，也可以是酸法浓缩蛋白排放的豆清水。加热方式可以为直接加热或间接加热，考虑到工厂实际应用，加热器可以是列管、盘管、反应釜或汽水混合器。
本发明的又一具体实施方式中，所述步骤S2中采用高速离心机进行分离，高速离心机可以是三足式离心机、卧螺离心机、碟片式或管式离心机；进一步优选地，采用碟片式和管式离心机。
本发明的又一具体实施方式中，所述步骤S3中清洗用水，可以是一般饮用水、软化水和纯净水；优选地采用软化水或纯净水，加水比控制为1：5～8；同样采用高速离心机进行分离，高速离心机可以是三足式离心机、卧螺离心机、碟片式或管式离心机；进一步优选地，采用碟片式和管式离心机。
本发明的又一具体实施方式中，所述步骤S4中清洗用水，可以是一般饮用水、软化水和纯净水；优选地采用软化水或纯净水，加水比控制为1：4～6；同样采用高速离心机进行分离，高速离心机可以是三足式离心机、卧螺离心机、碟片式或管式离心机；进一步优选地，采用碟片式和管式离心机。
本发明的又一具体实施方式中，将所述S5制得蛋白浆进行酶解处理，得酶解液；将所述酶解液转入上述步骤S6中进行后续处理。
本发明的又一具体实施方式中，所述酶解处理具体条件为：在30-60℃酶解处理15-120分钟(优选为45分钟)，酶解处理所用酶为微生物蛋白酶、动物蛋白酶和植物蛋白酶中的任意一种或多种。
本发明的又一具体实施方式中，步骤S5中采用碱或碱性盐进行pH调节；所述碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾、氨水，所述碱性盐可以是碳酸钠、碳酸氢钠或碳酸氢铵。
本发明的又一具体实施方式中，步骤S6中改性杀菌设备可以是板式加/换热器、列管式加/换热器、盘管式加/换热器、反应釜和汽水混合器；
本发明的又一具体实施方式中，选用列管式加/换热器和盘管式加/换热器，加热温度135-160℃，保温10-30秒改性杀菌较好。
本发明的又一具体实施方式中，提供上述生产方法得到的乳清蛋白粉。本发明的方法生产的乳清蛋白纯度高，灰分低，性能优良，不但具有较高的保健功能，而且具有超强的乳化性和起泡性，是裱花奶油、戚风蛋糕和高档冰淇淋等产品的最佳使用蛋白。
本发明的又一具体实施方式中，提供上述乳清蛋白粉在休闲食品、特医食品、营养强化食品、保健品和宠物食品中的应用，进一步在裱花奶油、戚风蛋糕或高档冰淇淋等产品中的应用。
以下通过实施例对本发明做进一步解释说明，但不构成对本发明的限制。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件进行。
实施例1
(1)加热：用盘管把大豆豆清水加热到80℃，保温50分钟，使蛋白质附聚。
(2)分离：用蝶式离心机进行分离。
(3)水洗：按凝乳：水＝1:5加水，搅拌15分钟，得到水洗混合液。
(4)水洗凝乳分离：把水洗混合液用蝶式离心机进行分离，得到一次水洗凝乳。
(5)二次水洗：把一次水洗凝乳按凝乳：水＝1:6再次加水水洗，搅拌10分钟，得二次水洗混合液。
(6)二次水洗凝乳分离：把二次水洗混合液用蝶式离心机进行分离，得到二次水洗凝乳。
(7)中和改性：把第二次水洗液分离得到的凝乳加水调整到浓度为12％，用氢氧化钠中和至pH＝6.8，然后在100℃温度下改性10秒钟。
(8)均质干燥：对改性液进行均质，然后用喷雾干燥塔，干燥至水分在10％以下，得到本发明的大豆乳清蛋白粉。
实施例2
(1)加热：用列管加热器把豌豆豆清水加热到100℃，保温10分钟，使豌豆乳清蛋白质附聚。
(2)分离：用卧螺式离心机进行分离。
(3)水洗：按凝乳：水＝1:10加水，搅拌20分钟，得到水洗混合液。
(4)水洗凝乳分离：把水洗混合液用卧螺式离心机进行分离，得到一次水洗凝乳。
(5)二次水洗：把一次水洗凝乳按凝乳：水＝1:6再次加水水洗，搅拌20分钟，得二次水洗混合液。
(6)二次水洗凝乳分离：把二次水洗混合液用卧螺式离心机进行分离，得二次水洗凝乳。
(7)中和改性：把第二次水洗分离得到的凝乳加水调整到浓度为18％，用氢氧化钠中和至pH＝7.8，然后在140℃温度下改性8秒钟。
(8)均质干燥：对改性液进行均质，然后用喷雾干燥塔，干燥至水分在8％以下，得到本发明的豌豆乳清蛋白粉。
实施例3
(1)加热：用列管加热器把大豆豆清水加热到100℃，保温20分钟，使大豆乳清蛋白质附聚。
(2)分离：用卧螺式离心机进行分离。
(3)水洗：按凝乳：水＝1:10加水，搅拌20分钟，得到水洗混合液。
(4)水洗凝乳分离：把水洗混合液用卧螺式离心机进行分离，得到一次水洗凝乳。
(5)二次水洗：把一次水洗凝乳按凝乳：水＝1:6再次加水水洗，搅拌20分钟，得二次水洗混合液。
(6)二次水洗凝乳分离：把二次水洗混合液用卧螺式离心机进行分离，得二次水洗凝乳。
(7)中和：把第二次水洗分离得到的凝乳加水调整到浓度为:6％，用氢氧化钠中和至pH＝7.2.
(8)酶解：把中和液在55℃，加入中性蛋白酶酶解60分钟。
(9)改性：把酶解液在140℃温度下改性12秒钟。
(10)均质干燥：对改性液进行均质，然后用喷雾干燥塔，干燥至水分在8％以下，得到本发明的酶解乳清蛋白粉。
实施例4
(1)加热：用汽水混合器将浓缩蛋白豆清水加热到105℃，保温10分钟，使蛋白质附聚。
(2)分离：用卧螺式离心机进行分离。
(3)水洗：按凝乳：水＝1:8加水，搅拌20分钟，得水洗混合液。
(4)水洗凝乳分离：把水洗混合液用蝶式离心机进行分离，得到一次水洗凝乳。
(5)二次水洗：把一次水洗凝乳按凝乳：水＝1:6再次加水水洗，搅拌20分钟，得二次水洗混合液。
(6)二次水洗凝乳分离：把二次水洗混合液用蝶式离心机进行分离，得二次水洗凝乳。
(7)中和改性：把第二次水洗分离凝乳加水调整到浓度为10％，用氢氧化钠中和至pH＝7.0，然后在120℃温度下改性15秒钟。
(8)均质干燥：对改性液进行均质，然后用喷雾干燥塔，干燥至水分在8％以下，得到本发明的大豆乳清蛋白粉。
实施例1应用效果
称取10克大豆分离蛋白和实施例1制备的10克大豆乳清蛋白放入烧杯中，分别加入70克大豆油和60克纯净水，搅拌或高速分散乳化均匀，，然后各取200克乳化液，放入离心杯中，转速3000rpm离心10分钟，取出观察，结果是装有大豆分离蛋白的离心杯上层由2mm后的油花，而装有大豆乳清蛋白的离心杯中乳化液均匀，无油滴出现。
实施例2应用效果
称取10克蛋清蛋白和实施例2制备的10克豌豆乳清蛋白放入烧杯中，分别加入30克大豆油、30克砂糖和100克纯净水，高速乳化5分钟，取出观察起泡高度和泡持性，结果显示装有蛋清蛋白的打法高度是原液高度的1.8倍，而装有豌豆乳清蛋白的打法高度是原液高度的2.1倍。同样条件下静止放置，观察1、2、3、4、5至10小时，打法高度的变化，结果如下表：(时间单位为h，高度单位为mm)
从上表可看出，豌豆乳清蛋白的打发性和泡持性都优于蛋清蛋白。
应注意的是，以上实例仅用于说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管参照所给出的实例对本发明进行了详细说明，但是本领域的普通技术人员可根据需要对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种功能性豆类乳清蛋白的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、把豆清水加热至55-105℃，保温10-50分钟；
S2、轻微搅拌步骤S1所得的混合液，使混合液均匀，通过分离得到固相凝乳；
S3、将步骤S2所得固相凝乳按1：1～15的料液比加水，搅拌均匀，分离得到水洗后凝乳；
S4、将步骤S3所得水洗凝乳按1：1～15的料液比加水进行第二次水洗，分离得到二次水洗凝乳；
S5、将步骤S4得到的二次水洗凝乳加水调成4-20％的浓度，调整pH＝6.5-8.2，得到蛋白浆；
S6、将步骤S5得到的蛋白浆在100-160℃高温条件下保温5-60秒下进行改性并杀菌。
2.如权利要求1所述的一种功能性豆类乳清蛋白的生产方法，其特征在于，所述功能性豆类乳清蛋白的生产方法还包括将步骤S6得到的改性蛋白浆进行干燥/造粒，得乳清蛋白粉；
优选地，所述干燥为气流干燥、离心喷雾干燥或压力式喷雾干燥；
优选地，所述造粒为塔内附聚造粒或流化床造粒；
进一步优选地，采用压力式喷雾塔进行喷雾干燥时，压力10-20Mpa，进风温度140-160℃。
3.如权利要求1所述的一种功能性豆类乳清蛋白的生产方法，其特征在于，所述步骤S1豆清水为豆类分离蛋白生产排放的豆清水或酸法浓缩蛋白排放的豆清水；优选地，所述豆类为大豆或豌豆。
4.如权利要求1所述的一种功能性豆类乳清蛋白的生产方法，其特征在于，所述步骤S2中采用高速离心机进行分离，高速离心机是三足式离心机、卧螺离心机、碟片式或管式离心机；进一步优选地，采用碟片式离心机和管式离心机。
5.如权利要求1所述的一种功能性豆类乳清蛋白的生产方法，其特征在于，所述步骤S3中用水，是一般饮用水、软化水和纯净水；进一步优选地，采用软化水或纯净水，加水比按1：5～8；
优选采用高速离心机进行分离，高速离心机是三足式离心机、卧螺离心机、碟片式或管式离心机；进一步优选地，采用碟片式离心机和管式离心机。
6.如权利要求1所述的一种功能性豆类乳清蛋白的生产方法，其特征在于，所述步骤S4中用水，是一般饮用水、软化水和纯净水；进一步优选地，采用软化水或纯净水，加水比按1：4～6；
优选采用高速离心机进行分离，高速离心机是三足式离心机、卧螺离心机、碟片式或管式离心机；进一步优选地，采用碟片式离心机和管式离心机。
7.如权利要求1所述的一种功能性豆类乳清蛋白的生产方法，其特征在于，步骤S5中采用碱或碱性盐进行pH调节；所述碱是氢氧化钠、氢氧化钾、氨水，所述碱性盐是碳酸钠、碳酸氢钠或碳酸氢铵；
优选地，所述S5制得蛋白浆进行酶解处理，得酶解液；将所述酶解液转入所述步骤S6中进行后续处理；
进一步优选地，所述酶解处理具体条件为：在30-60℃酶解处理15-120分钟(优选为45分钟)，酶解处理所用酶为微生物蛋白酶、动物蛋白酶和植物蛋白酶中的任意一种或多种。
8.如权利要求1所述的一种功能性豆类乳清蛋白的生产方法，其特征在于，步骤S6中改性杀菌设备是板式加/换热器、列管式加/换热器、盘管式加/换热器、反应釜和汽水混合器；
优选地，选用列管式加/换热器和盘管式加/换热器，加热温度135-160℃，保温10-30秒改性杀菌。
9.权利要求1-8任一项所述生产方法得到的乳清蛋白粉。
10.权利要求9所述乳清蛋白粉在休闲食品、特医食品、营养强化食品、保健品和宠物食品中的应用，优选在裱花奶油、戚风蛋糕或高档冰淇淋中的应用。
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