CN110604213A - 一种提高蛋白质稳定性的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高蛋白质稳定性的方法，包括1将蛋白质原料加入40～50℃的水溶解，配制成10‑30％浓度的蛋白质溶液；所述蛋白质为浓缩乳清蛋白、牛奶蛋白、酪蛋白酸钙、酪蛋白的一种或几种；2用0.5‑1moL/L的pH调节剂加入已溶解好的蛋白质溶液中，使pH值为5‑9；3在已经溶解好的蛋白溶液中分别加入浓度为20～1500mg/100g的不同含钠、钾、钙、镁、铁、锌矿物质中的一种或者多种；4将调整好pH值的蛋白质溶液和加入不同类型矿物质的蛋白质溶液放入70～100℃的水浴中，以200‑600rpm的速度进行搅拌加热2小时。本发明的蛋白来源广，浓度高，研究不同矿物质类型，通过试验找出蛋白质的变性点可指导生产企业针对所用蛋白质的不同，直接避开导致蛋白变性的因素，提高产品的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于乳制品的加工技术领域，特别涉及一种提高蛋白质稳定性的工艺方法。
背景技术
在乳制品(含蛋白质类产品，包括奶粉等粉末乳制品、液体等)等食品生产中会涉及到蛋白质的处理过程，而蛋白质的稳定又是一个关键工艺。已有资料表明蛋白质的变性是一个复杂的变化，其中可导致蛋白质结构发生变化的又分为物理和化学因素两类；物理因素可以是加热、加压的作用等；化学因素有强酸、强碱、重金属盐等。
在其他领域，如医学领域，为了提高蛋白质的稳定性将引发剂与蛋白质进行共价连接，以便获得蛋白质-引发剂结合体，在将蛋白质-引发剂结合体与单体化合物进行原位聚合，以便获得蛋白质-高分子两亲体，用该方法制备的蛋白质-高分子两亲体可以作为化疗药物或诊断试剂的递送载体，蛋白质与引发剂经过共价键连接，共价键连接的位点在所述蛋白质的N-或C-端及其它任何远离所述蛋白质的活性的位点和/或不干扰所述蛋白质的活性的位点，进而所获得的蛋白质-引发剂结合体性质稳定，而不会破坏蛋白质的活性。
又如，中国专利文献公告号CN108486048A中使用了由透明质酸1-3wt％、海藻糖8-10wt％、磷酸盐缓冲液组成的蛋白稳定剂，且该稳定剂的pH值维持在6.5-7.5，主要运用于牛血清蛋白中。
常见的乳制品加工工艺包括原料乳的验收、过滤与净化、标准化、均质、杀菌或者灭菌、浓缩、冷却、喷雾干燥、罐装等过程。液体乳制品在标准化、均质、杀菌或者灭菌过程中可能会由于前期配方配料所带来的体系环境不同，在后续均质压力以及杀菌灭菌温度的选择而出现蛋白质变性，导致产品的品质下降。此外在奶粉等粉末乳制品加工时前期体系的不稳定，在浓缩和喷雾干燥阶段也可能由于浓缩浓度和干燥参数的选择最终导致蛋白质的变性而影响最终的产品质量。
但对于食品生产行业而言，直接采用以上方法存在下述缺点：有些方法制得的蛋白稳定体系不稳定或者体系较复杂，且目标蛋白较为局限，所用到的蛋白浓度较低，难以在食品生产过程中进行低成本大规模快速的操作。
发明内容
本发明提供一种提高蛋白质稳定性的工艺方法，目标蛋白种类类较多，浓度高，并且可根据需要加入不同矿物质，可指导生产企业针对所用蛋白质的不同，直接避开导致蛋白变性的因素，提高产品的稳定性。
本发明的技术方案如下：
一种提高蛋白质稳定性的工艺方法，包括如下步骤：
步骤1：将蛋白质原料加入40～50℃的温水进行溶解，配制成10-30％浓度的蛋白质溶液；所述蛋白质为浓缩乳清蛋白、牛奶蛋白、酪蛋白酸钙、酪蛋白的一种或几种；
步骤2：使用浓度为0.5-1moL/L的pH调节剂加入步骤1已溶解好的蛋白质溶液中进行pH值的调整，使pH值在5-9之间；
步骤3：在步骤1已经溶解好的蛋白溶液中分别加入浓度为20mg/100g～1500mg/100g的不同含钠矿物质、含钾矿物质、含钙矿物质、含镁矿物质、含铁矿物质、含锌矿物质中的一种或者多种；
步骤4：将步骤2调整好pH值的蛋白质溶液和步骤3加入不同类型矿物质的蛋白质溶液放入温度为70～100℃的水浴中，以200-600rpm的速度进行搅拌加热2小时；
步骤5：通过步骤1-4找到不同pH值和不同矿物质条件下的蛋白质的变性点，控制蛋白质的稳定体系避开所述变性点。
优选的，步骤1还包括溶解后，使用高速剪切机转速3500-6000rpm进行乳化剪切2-5分钟进行进一步的溶解。
优选的，步骤2的所述pH调节剂包括酸性调节剂和碱性调节剂，所述酸性调节剂包括柠檬酸和盐酸，碱性调节剂包括氢氧化钠和氢氧化钾。
优选的，含钠矿物质为碳酸氢钠、磷酸二氢钠、柠檬酸钠、氯化钠或磷酸氢二钠中的一种或者多种；
含钾矿物质为柠檬酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾或氯化钾中的一种；
含钙矿物质为柠檬酸钙、磷酸氢钙、氯化钙、氧化钙或硫酸钙中的一种；
含镁矿物质为硫酸镁、氯化镁、氧化镁或碳酸镁中的一种；
含铁矿物质为硫酸亚铁、葡萄酸亚铁、富马酸亚铁或焦磷酸铁中的一种；
含锌矿物质为硫酸锌、葡萄糖酸锌、柠檬酸锌或氧化锌中的一种。
优选的，控制蛋白质的生产过程满足以下条件：
pH值5～9；
杀菌温度70～100℃；
料液质量浓度10～30％
浓缩浓度30～50％；
干燥塔参数：进风温度140～200℃、排风温度60～100℃、进料速度15～60rpm；
喷雾压力0.2～0.8MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本方法较快的找出了蛋白质结构稳定的体系环境，pH值为中性或弱碱，使用分子量较小的矿物质，操作简单，能够在短时间帮助以蛋白质为原料的生产企业解决生产过程中蛋白质结构发生变化难题，解决生产工艺问题。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
由于不同的蛋白具有不同的耐受性，某一因素的改变可能只会引起某一种蛋白的变化，蛋白种类越多蛋白之间的共性环境越难发现；蛋白浓度越高，单位体积内蛋白质含量越高，对体系环境的变化越敏感；另外，根据不同人群的需求，也会需要一些矿物质和营养素改变；因此，现有技术中韩蛋白质的系统，一般蛋白稳定体系不稳定或者体系较复杂，目标蛋白较为局限，所用到的蛋白浓度较低，难以在食品生产过程中进行低成本大规模快速的操作。
本申请蛋白来源更广，浓度更高，研究不同的矿物质类型，通过试验找出蛋白质的变性点可指导生产企业针对所用蛋白质的不同，直接避开导致蛋白变性的因素，提高产品的稳定性。
步骤1、48质量份的蛋白质原料加入352质量份的40～50℃的温水进行初步溶解，使用高速剪切机(转速3500-6000rpm)进行乳化剪切2-5分钟后配制成10-30％浓度的蛋白质溶液。
步骤2、使用浓度为0.5-1moL/L的柠檬酸和0.5-1mol/L氢氧化钾加入已溶解好的蛋白质溶液中进行pH值的调整，使pH值在5-9之间。
步骤3、在已经溶解好的蛋白溶液中分别加入浓度为20-1500mg/100g的不同含钠、钾、钙、镁、铁、锌矿物质。
步骤4、将调整好pH值的蛋白质溶液和加入不同类型矿物质的蛋白质溶液放入温度为70～100℃的水浴中，以200-600rpm的速度进行搅拌加热2小时；
步骤5：通过步骤1-4找到不同pH值和不同矿物质条件下的蛋白质的变性点，控制蛋白质的稳定体系避开所述变性点。
在不同的pH值条件下时不同的蛋白质表现不同。
加入不同矿物质时的蛋白质结构变化也不同。
综合不同pH值和不同矿物质条件下，可以找出蛋白质的稳定体系。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例一：
步骤1、称取48克的牛奶蛋白、浓缩乳清蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙分别于500毫升的烧杯中加入352克50℃的温水进行初步溶解，使用高速剪切机进行乳化剪切2分钟(5000rpm)，配制成12％浓度的牛奶蛋白、浓缩乳清蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙溶液。
步骤2、使用浓度为1mol/L的柠檬酸、氢氧化钾加入到步骤1中已溶解好的蛋白质溶液中，调节pH值为5、6、7、8、9。
步骤3、将步骤2调整pH值后的蛋白质溶液进行70℃水浴加热，水浴搅拌速度300rpm。
步骤4、在步骤1已经溶解好的蛋白溶液中分别加入浓度为50mg/100g的不同含钠矿物质(碳酸氢钠、磷酸二氢钠、柠檬酸钠、氯化钠或磷酸氢二钠中的一种)、含钾矿物质(柠檬酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾或氯化钾中的一种)、含钙矿物质(柠檬酸钙、磷酸氢钙、氯化钙、氧化钙或硫酸钙中的一种)、含镁矿物质(硫酸镁、氯化镁、氧化镁或碳酸镁中的一种)、含铁矿物质(硫酸亚铁、葡萄酸亚铁、富马酸亚铁或焦磷酸铁中的一种)、含锌矿物质(硫酸锌、葡萄糖酸锌、柠檬酸锌或氧化锌中的一种)。
最后发现牛奶蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙在pH值调整为5和6时溶液中已出现蛋白质变性才会有的小白点，加热半小时后浓缩乳清蛋白出现变性。pH值调整为7、8时浓缩牛奶蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙、浓缩乳清蛋白状态较好无变性小白点，pH值介于8-9之间时，蛋白状态较好无变性小白点，pH值调整为9时浓缩牛奶蛋白、酪蛋白、浓缩乳清蛋白变粘稠，状态较之前差。
加入含钠矿物质时牛奶蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙状态一直较好，无变性情况；浓缩乳清蛋白中加入柠檬酸钠和磷酸氢二钠时状态较好，无变性情况出现。加入含钾矿物质时牛奶蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙状态一直较好，无变性情况；浓缩乳清蛋白中氯化钾和磷酸二氢钾在加热0.5h后就出现了蛋白不稳定情况。加入含镁矿物质时使用硫酸镁、氧化镁时状态较好，无蛋白变性情况，使用碳酸镁时效果差，在实验进行1.5h时会导致蛋白质出现变性小白点或小团块。加入含钙矿物质时使用氧化钙时牛奶蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙、浓缩乳清蛋白状态较好，无变性出现。加入含铁矿物质时酪蛋白酸钙和浓缩乳清蛋白状态较好，硫酸亚铁和葡萄糖酸亚铁易导致牛奶蛋白和酪蛋白的变性出现，使用富马酸亚铁时效果差，在实验进行1.5h时会导致蛋白质出现变性小白点或小团块。加入含锌矿物质时牛奶蛋白、浓缩乳清蛋白、酪蛋白酸钙的状态较好，硫酸锌易引起酪蛋白的变性出现，柠檬酸锌会导致蛋白质出现变性小白点、硫酸锌会导致蛋白质在实验进行1.5h时出现变性小白点。
因此，在制作含牛奶蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙、浓缩乳清蛋白类产品时调整pH值在7-9之间效果好；当需要含钠矿物质时加入柠檬酸钠和磷酸氢二钠，当需要含钾矿物质时加入柠檬酸钾和磷酸氢二钾，当需要含镁矿物质时可选择硫酸镁和氧化镁，当需要含铁矿物质时可选择焦磷酸铁，当需要含钙矿物质时可选择氧化钙，当需要含锌矿物质时可选择氧化锌和葡萄糖酸锌。
pH值过高或高低均会直接导致蛋白变性；杀菌温度低起不到杀菌的效果，太高的温度又会导致蛋白质变性结块；料液浓度太高，在UHT列管式杀菌过程时会堵管；浓缩的浓度过高会引起蛋白质的变性；干燥塔进风温度低、排风温度低、进料速度快会导致物料不能及时干燥，易出不合格品；进风温度高、排风温度高易引起终产品蛋白质变性；喷雾压力过低会所造物料颗粒变大引起塌床；喷雾压力过大的话所造物料颗粒细小，产品状态差，溶解性不好。因此，还需要，控制蛋白质的生产过程满足以下条件：
在初始配料质量浓度15％，浓缩到浓度30％，干燥进风温度140℃、出风温度80℃，进料速度15rpm，雾化压力0.3bar，此条件下时产品中蛋白质的稳定性较好。
实施例二：
步骤1、称取48克的牛奶蛋白、浓缩乳清蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙于500毫升的烧杯中加入352克50℃的温水进行初步溶解，使用高速剪切机进行乳化剪切2分钟(5000rpm)，配制成12％浓度的牛奶蛋白、浓缩乳清蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙溶液。
步骤2、在步骤1已经溶解好的蛋白溶液中分别加入浓度为400mg/100g的不同含钠矿物质(碳酸氢钠、磷酸二氢钠、柠檬酸钠、氯化钠或磷酸氢二钠中的一种)、含钾矿物质(柠檬酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾或氯化钾中的一种)、含钙矿物质(柠檬酸钙、磷酸氢钙、氯化钙、氧化钙或硫酸钙中的一种)、含镁矿物质(硫酸镁、氯化镁、氧化镁或碳酸镁中的一种)、含铁矿物质(硫酸亚铁、葡萄酸亚铁、富马酸亚铁或焦磷酸铁中的一种)、含锌矿物质(硫酸锌、葡萄糖酸锌、柠檬酸锌或氧化锌中的一种)。
步骤3、将步骤2加入不同矿物质后的蛋白质溶液进行70℃水浴加热，水浴搅拌速度300rpm。
实验发现，加入含钠矿物质时牛奶蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙状态一直较好，无变性情况；碳酸氢钠的加入遇水时会产生部分气体，如果混料罐为密闭环境，会有一定的安全隐患；浓缩乳清蛋白中氯化钠和磷酸二氢钠在加热1.5小时后出现蛋白不稳定情况。氯化钾和磷酸二氢钾加入时在加热0.5h就会出现蛋白质变性小白点或者小团块，加入其它含钾矿物质时牛奶蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙状态一直较好，无变性情况。加入含镁矿物质时使用硫酸镁、氧化镁时状态较好，无蛋白变性情况，加入碳酸镁效果差，加热处理1h时会导致蛋白质出现变性小白点或小团块。加入含钙矿物质时使用氧化钙时牛奶蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙、浓缩乳清蛋白状态较好，无变性出现。加入含铁矿物质时酪蛋白酸钙和浓缩乳清蛋白状态较好，硫酸亚铁和葡萄糖酸亚铁易导致牛奶蛋白和酪蛋白的变性出现，富马酸亚铁加入后加热1h时会导致蛋白变性。硫酸锌加入，加热20min会出现变性小白点或者小团块，柠檬酸锌则在1h会出现蛋白质变性，加入其它含锌矿物质时牛奶蛋白、浓缩乳清蛋白、酪蛋白酸钙的状态较好。
在制作含牛奶蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙、浓缩乳清蛋白类产品时当需要含钠矿物质时加入柠檬酸钠和磷酸氢二钠，当需要含钾矿物质时加入柠檬酸钾和磷酸氢二钾，当需要含镁矿物质时可选择硫酸镁和氧化镁，当需要含铁矿物质时可选择焦磷酸铁，当需要含钙矿物质时可选择氧化钙，当需要含锌矿物质时可选择氧化锌和葡萄糖酸锌。在初始配料质量浓度25％，浓缩到浓度45％，干燥进风温度200℃、出风温度100℃，进料速度50rpm，雾化压力0.8bar，在此条件下产品中蛋白质的稳定性较好。
实施例三：
步骤1、称取48克的牛奶蛋白、浓缩乳清蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙分别于500毫升的烧杯中加入352克50℃的温水进行初步溶解，使用高速剪切机进行乳化剪切2分钟(5000rpm)，配制成12％浓度的牛奶蛋白、浓缩乳清蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙溶液。
步骤2、使用浓度为1mol/L的柠檬酸和氢氧化钾加入到步骤1已溶解好的蛋白质溶液中，调节pH值为5、6、7、8、9。
步骤3、将步骤2调整pH值后的蛋白质溶液进行70℃水浴加热，水浴搅拌速度300rpm。
步骤4、在步骤1已经溶解好的蛋白溶液中分别加入浓度为1000mg/100g的不同含钠矿物质(碳酸氢钠、磷酸二氢钠、柠檬酸钠或氯化钠磷酸氢二钠中的一种)、含钾矿物质(柠檬酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾或氯化钾中的一种)、含钙矿物质(柠檬酸钙、磷酸氢钙、氯化钙、氧化钙或硫酸钙中的一种)、含镁矿物质(硫酸镁、氯化镁、氧化镁或碳酸镁中的一种)、含铁矿物质(硫酸亚铁、葡萄酸亚铁、富马酸亚铁或焦磷酸铁中的一种)、含锌矿物质(硫酸锌、葡萄糖酸锌、柠檬酸锌或氧化锌中的一种)。
5、最后发现牛奶蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙在pH值调整为5和6时溶液中已出现蛋白质变性才会有的小白点，加热半小时后浓缩乳清蛋白出现变性。pH值调整为7、8时牛奶蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙、浓缩乳清蛋白状态较好无变性小白点，pH值介于8-9之间时，蛋白状态较好无变性小白点，pH值调整为9时浓缩牛奶蛋白、酪蛋白、浓缩乳清蛋白变粘稠，状态较之前差一些。
6、加入含钠矿物质柠檬酸钠时牛奶蛋白、浓缩乳清蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙状态一直较好，无变性情况出现。加入含钾矿物质柠檬酸钾时牛奶蛋白、浓缩乳清蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙状态一直较好，无变性情况。加入含镁矿物质时使用硫酸镁、氧化镁时状态较好，无蛋白变性情况。加入含钙矿物质氧化钙时牛奶蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙、浓缩乳清蛋白状态较好，无变性出现。当加入含铁矿物质时均易导致牛奶蛋白、浓缩乳清蛋白、酪蛋白酸钙、酪蛋白的变性出现。加入含锌矿物质葡萄糖酸锌时牛奶蛋白、浓缩乳清蛋白、酪蛋白酸钙、酪蛋白的状态较好。
在制作高矿物质含量的含牛奶蛋白、酪蛋白、酪蛋白酸钙、浓缩乳清蛋白类产品时调整pH值在7-9之间，当需要含钠矿物质时选择柠檬酸钠，当需要含钾矿物质时选择柠檬酸钾，当需要含镁矿物质时可选择硫酸镁或氧化镁，当需要含钙矿物质时可选择氧化钙，当需要含锌矿物质时可选择葡萄糖酸锌。在初始配料质量浓度10％，浓缩到浓度30％，干燥进风温度160℃、出风温度80℃，进料速度20rpm，雾化压力0.4bar，在此条件下时产品中蛋白质的稳定性较好。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (5)
1.一种提高蛋白质稳定性的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将蛋白质原料加入40～50℃的温水进行溶解，配制成10-30％质量浓度的蛋白质溶液；所述蛋白质为浓缩乳清蛋白、牛奶蛋白、酪蛋白酸钙、酪蛋白的一种或几种；
步骤2：使用浓度为0.5-1moL/L的pH调节剂加入步骤1已溶解好的蛋白质溶液中进行pH值的调整，使pH值在5-9之间；
步骤3：在步骤1已经溶解好的蛋白溶液中分别加入浓度为20mg/100g～1500mg/100g的不同含钠矿物质、含钾矿物质、含钙矿物质、含镁矿物质、含铁矿物质、含锌矿物质中的一种或者多种；
步骤4：将步骤2调整好pH值的蛋白质溶液和步骤3加入不同类型矿物质的蛋白质溶液放入温度为70～100℃的水浴中，以200-600rpm的速度进行搅拌加热2小时；
步骤5：通过步骤1-4找到不同pH值和不同矿物质条件下的蛋白质的变性点，控制蛋白质的稳定体系避开所述变性点。
2.根据权利要求1所述的提高蛋白质稳定性的工艺方法，其特征在于，步骤1还包括溶解后，使用高速剪切机转速3500-6000rpm进行乳化剪切2-5分钟进行进一步的溶解。
3.根据权利要求1所述的提高蛋白质稳定性的工艺方法，其特征在于，步骤2的所述pH调节剂包括酸性调节剂和碱性调节剂，所述酸性调节剂包括柠檬酸和盐酸，碱性调节剂包括氢氧化钠和氢氧化钾。
4.根据权利要求1所述的提高蛋白质稳定性的工艺方法，其特征在于，
含钠矿物质为碳酸氢钠、磷酸二氢钠、柠檬酸钠、氯化钠或磷酸氢二钠中的一种；
含钾矿物质为柠檬酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾或氯化钾中的一种；
含钙矿物质为柠檬酸钙、磷酸氢钙、氯化钙、氧化钙或硫酸钙中的一种；
含镁矿物质为硫酸镁、氯化镁、氧化镁或碳酸镁中的一种；
含铁矿物质为硫酸亚铁、葡萄酸亚铁、富马酸亚铁或焦磷酸铁中的一种；
含锌矿物质为硫酸锌、葡萄糖酸锌、柠檬酸锌或氧化锌中的一种。
5.根据权利要求1-4所述的提高蛋白质稳定性的工艺方法，其特征在于，控制蛋白质的生产过程满足以下条件：
pH值5～9；
杀菌温度70～100℃；
料液质量浓度10～30％
浓缩浓度30～50％；
干燥塔参数：进风温度140～200℃、排风温度60～100℃、进料速度15～60rpm；
喷雾压力0.2～0.8MPa。
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