CN110810617A - 高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农产品深加工行业中植物蛋白改性技术领域，公开一种高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法，其采用高压微射流技术及酸法热处理技术对大米谷蛋白进行改性，使得大米谷蛋白的乳化活性及乳化稳定得到显著的提高，得到乳化活性在28.55～31.26m2/g及乳化稳定性在93.1％～95.7％的大米谷蛋白。本发明工艺流程简单，易于操作，生产成本低，产品产率高、质量好。
Description
技术领域
本发明属于农产品深加工行业中植物蛋白改性技术领域，尤其是涉及一种高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法。
背景技术
大米蛋白主要由清蛋白、球蛋白、醇溶性蛋白和谷蛋白四种蛋白组成。其中的谷蛋白主要存在于二型蛋白体(PB-Ⅱ)，谷蛋白分子基本上由22KDa、37～39KDa、57KDa三个亚基组成。研究表明，富含谷蛋白的大米蛋白具有降低胆固醇的良好功效，因此，大米谷蛋白的有效提取，将为我国大力开发功能性大米蛋白的应用提供理论依据，具有广泛、深远的应用意义。
大米谷蛋白是大米蛋白中最主要的贮藏蛋白，所占比例约为66％～78％，由于疏水作用和亚基间-SH或-S-S-交联，导致大米谷蛋白具有高度疏水性，加工性质不理想，因而限制了大米谷蛋白的应用。因此，需要对天然大米蛋白的结构进行修饰以改善其溶解性和与水的相互作用来促进其应用。目前，对大米蛋白改性的方法主要有高压、脱酰胺、美拉德反应、酶解等物理、化学、生物酶法，但是，物理方法涉及到使用价格昂贵的设备，生产成本高，很难实现连续化生产；生物酶法改性在水解过程中蛋白质的-S-S-有部分被破坏，且酶法水解的程度不易控制；因此，开发大米谷蛋白资源并将其实现广泛应用的问题一直没有得到良好的解决。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法，其工艺流程简单，易于操作，生产成本低，产品产率高、质量好。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法，其包括以下步骤：
步骤1、原料大米粉碎、过筛，粉状大米以料液比1g：10～20ml溶于0.02～0.08mol/L氢氧化钠溶液中，常温下充分搅拌1～4h后，第一次离心收集上清液，采用0.02～0.05mol/L的盐酸调节上清液pH值至4.6～4.8，静置10～12h后，第二次离心取沉淀，用去离子水洗涤；接着，将所得沉淀物以料液比1g:3～5ml分散到质量分数5～10％的盐溶液中，常温搅拌2～5h，第三次离心取沉淀；然后，将所得沉淀物以料液比1g:2～4ml分散到体积分数70～80％乙醇溶液中，提取2～5h后，第四次离心取沉淀；最后，将所得沉淀物以料液比1g:3～5ml分散于去离子水中，调pH值至7.0，透析36～48h，冷冻干燥，得到大米谷蛋白；
步骤2、将步骤1所得的大米谷蛋白溶于pH值为1.5～3.0的2～5mmol/L磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液中，配制成1～8g/100mL浓度的蛋白质分散液，室温搅拌2～5h后密封于带盖瓶中，置于水浴摇床进行加热处理；热处理后将所得分散液迅速冰浴冷却，得大米谷蛋白纤维化聚集体溶液，备用；
步骤3、将步骤2所得的大米谷蛋白纤维化聚集体溶液进行微射流均质，然后将所得分散液浸入冰水浴中冷却，所得到的样品于2～6℃下贮存备用；
步骤4、采用比浊法测定步骤3中所得样品的乳化活性及乳化稳定性，得到乳化活性在28.55～31.26m2/g及乳化稳定性在93.1％～95.7％的大米谷蛋白。
进一步地，上述的步骤1中，盐溶液为NaCl、Na2SO4、KCl中的一种。
进一步地，上述的步骤1中，第一次离心的转速为4000～5000r/min，时间为10～30min。
进一步地，上述的步骤2中，水浴摇床进行加热处理时，温度为85～90℃，处理时间为30～40min。
进一步地，上述的步骤3中，微射流均质压力为70～90MPa，均质时间为5～8min。
本发明高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法，其大米谷蛋白样品的乳化活性及乳化稳定性测定方法：
取16mL质量浓度为0.1g/100mL的样品溶液和4mL大豆油，常温下用高速匀浆机在12000r/min条件下高速剪切1min，均质后在0min从底部0.5cm处移取乳状液50μL，并将乳状液加入5mL质量浓度为0.1g/100mL的十二烷基硫酸钠溶液中稀释，漩涡振荡混匀，在500nm波长处测吸光度A0，10min后再次移取50μL乳状液，用十二烷基硫酸钠溶液稀释后测定其吸光度A10；其计算如式(1)、(2)所示，
式中：ρ为样品溶液质量浓度(0.001g/mL)；Φ为油相所占体积分数(20％)；D为稀释倍数；t为时间(10min)；EAI为乳化活性指数(m2/g)；ESI为乳化稳定性指数(％)。
测定结果表明，未经过高压微射流处理米谷蛋白与经过高压微射流处理的米谷蛋白相比，乳化活性指数由12.25～15.36m2/g上升到28.55～31.26m2/g、乳化稳定性指数由70.6％～72.3％增加到93.1％～95.7％。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
高压微射流均质技术是一种新型的食品高压加工技术，能对流体混合物料进行强烈的剪切、撞击、高频振荡、压力瞬间释放、膨爆和气穴等一系列综合作用，从而起到很好的超微化、微乳化和均一化效果；与传统的高压均质技术相比，高压微射流在很大程度上更能对蛋白组分的结构和性质起到一定的改善作用，可以有效破坏分子间的疏水以及静电相互作用，能够改变蛋白分子的三、四级结构。
本发明高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法，其采用高压微射流技术及酸法热处理技术对大米谷蛋白进行改性，使得大米谷蛋白的乳化活性及乳化稳定得到显著的提高；微射流处理改变了蛋白分散体系中颗粒粒径的分散范围，使粒径分布范围减小，蛋白质更容易分散在溶液中，使经高压微射流处理的大米谷蛋白多分散系数比未经高压微射流处理的大米谷蛋白小；经高压微射流处理后大米谷蛋白分子构象发生的变化，谷蛋白分子的解折叠和原先嵌入在分子内部的疏水性氨基酸残基的暴露出来，谷蛋白的结构进一步展开，同时展开的众多蛋白质分子又在疏水作用和二硫键的作用下重新聚集，谷蛋白聚集体疏水性基团减少，整体上促进了谷蛋白聚集体结构的展开，疏水性基团的暴露。
附图说明
图1是天然大米谷蛋白的扫描电镜图；
图2是本发明制备得到的大米谷蛋白的扫描电镜图。
具体实施方式
参照以下实施例可以对本发明作进一步详细说明；但是，以下实施例仅仅是例证，本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
一种高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法，其包括以下具体步骤：
步骤1、将原料大米粉碎、过筛，称取粉状大米100g，溶于1.0L浓度为0.02mol/L的氢氧化钠溶液中，常温下充分搅拌2h后，第一次以转速4000r/min离心30min收集上清液，采用0.02mol/L的盐酸调节上清液pH值至4.8，静置12h后，第二次离心取沉淀，用去离子水洗涤3次去除可溶物；接着，将所得沉淀物以料液比1g:3ml分散到质量分数5％的NaCl溶液中，常温搅拌2.5h，第三次离心除去少量的清蛋白和球蛋白后取沉淀；然后，将所得沉淀物以料液比1g:2ml分散到体积分数70％乙醇溶液中，提取3h后，第四次离心除去醇溶蛋白后取沉淀；最后，将所得沉淀物以料液比1g:3ml分散于去离子水中，调pH值至7.0，透析48h，不间断多次换水，冷冻干燥，得到大米谷蛋白；
步骤2、将步骤1所得的大米谷蛋白称取1.0g，溶于pH值为1.5的2mmol/L磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液中，配制成1g/100mL浓度的蛋白质分散液，室温搅拌2h后密封于带盖瓶中，置于水浴摇床进行加热处理，温度为85℃，处理时间为40min；热处理后将所得分散液迅速冰浴冷却，得大米谷蛋白纤维化聚集体溶液，备用；
步骤3、将步骤2所得的大米谷蛋白纤维化聚集体溶液称取100mL，进行微射流均质一次，均质压力为70MPa，均质时间为8min；然后将所得分散液浸入冰水浴中冷却以除去微射流处理产生的热量，所得到的样品于3℃下贮存备用；
步骤4、采用比浊法测定步骤3中所得样品的乳化活性及乳化稳定性。
实施例2
一种高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法，其包括以下具体步骤：
步骤1、将原料大米粉碎、过筛，称取粉状大米150g，溶于1.5L浓度为0.05mol/L的氢氧化钠溶液中，常温下充分搅拌4h后，第一次以转速5000r/min离心30min收集上清液，采用0.05mol/L的盐酸调节上清液pH值至4.8，静置12h后，第二次离心取沉淀，用去离子水洗涤3次去除可溶物；接着，将所得沉淀物以料液比1g:4ml分散到质量分数7％的NaCl溶液中，常温搅拌3.5h，第三次离心除去少量的清蛋白和球蛋白后取沉淀；然后，将所得沉淀物以料液比1g:3.5ml分散到体积分数75％乙醇溶液中，提取3.5h后，第四次离心除去醇溶蛋白后取沉淀；最后，将所得沉淀物以料液比1g:3.5ml分散于去离子水中，调pH值至7.0，透析48h，不间断多次换水，冷冻干燥，得到大米谷蛋白；
步骤2、将步骤1所得的大米谷蛋白称取2.0g，溶于pH值为2.0的5mmol/L磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液中，配制成2g/100mL浓度的蛋白质分散液，室温搅拌3h后密封于带盖瓶中，置于水浴摇床进行加热处理，温度为87℃，处理时间为36min；热处理后将所得分散液迅速冰浴冷却，得大米谷蛋白纤维化聚集体溶液，备用；
步骤3、将步骤2所得的大米谷蛋白纤维化聚集体溶液称取180mL，进行微射流均质一次，均质压力为75MPa，均质时间为8min；然后将所得分散液浸入冰水浴中冷却以除去微射流处理产生的热量，所得到的样品于4℃下贮存备用；
步骤4、采用比浊法测定步骤3中所得样品的乳化活性及乳化稳定性。
实施例3
一种高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法，其包括以下具体步骤：
步骤1、将原料大米粉碎、过筛，称取粉状大米300g，溶于4.5L浓度为0.05mol/L的氢氧化钠溶液中，常温下充分搅拌4h后，第一次以转速4500r/min离心30min收集上清液，采用0.04mol/L的盐酸调节上清液pH值至4.8，静置12h后，第二次离心取沉淀，用去离子水洗涤4次去除可溶物；接着，将所得沉淀物以料液比1g:4ml分散到质量分数8％的Na2SO4溶液中，常温搅拌4h，第三次离心除去少量的清蛋白和球蛋白后取沉淀；然后，将所得沉淀物以料液比1g:3ml分散到体积分数80％乙醇溶液中，提取4h后，第四次离心除去醇溶蛋白后取沉淀；最后，将所得沉淀物以料液比1g:4ml分散于去离子水中，调pH值至7.0，透析48h，不间断多次换水，冷冻干燥，得到大米谷蛋白；
步骤2、将步骤1所得的大米谷蛋白称取5.0g，溶于pH值为2.5的3mmol/L磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液中，配制成5g/100mL浓度的蛋白质分散液，室温搅拌4h后密封于带盖瓶中，置于水浴摇床进行加热处理，温度为86℃，处理时间为33min；热处理后将所得分散液迅速冰浴冷却，得大米谷蛋白纤维化聚集体溶液，备用；
步骤3、将步骤2所得的大米谷蛋白纤维化聚集体溶液称取250mL，进行微射流均质一次，均质压力为80MPa，均质时间为5min；然后将所得分散液浸入冰水浴中冷却以除去微射流处理产生的热量，所得到的样品于5℃下贮存备用；
步骤4、采用比浊法测定步骤3中所得样品的乳化活性及乳化稳定性。
实施例4
一种高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法，其包括以下具体步骤：
步骤1、将原料大米粉碎、过筛，称取粉状大米450g，溶于8.1L浓度为0.07mol/L的氢氧化钠溶液中，常温下充分搅拌3.5h后，第一次以转速5000r/min离心30min收集上清液，采用0.05mol/L的盐酸调节上清液pH值至4.8，静置11h后，第二次离心取沉淀，用去离子水洗涤5次去除可溶物；接着，将所得沉淀物以料液比1g:5ml分散到质量分数9％的KCl溶液中，常温搅拌4.5h，第三次离心除去少量的清蛋白和球蛋白后取沉淀；然后，将所得沉淀物以料液比1g:3.5ml分散到体积分数76％乙醇溶液中，提取4.5h后，第四次离心除去醇溶蛋白后取沉淀；最后，将所得沉淀物以料液比1g:4.5ml分散于去离子水中，调pH值至7.0，透析43h，不间断多次换水，冷冻干燥，得到大米谷蛋白；
步骤2、将步骤1所得的大米谷蛋白称取7.0g，溶于pH值为2.8的4mmol/L磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液中，配制成7g/100mL浓度的蛋白质分散液，室温搅拌4.5h后密封于带盖瓶中，置于水浴摇床进行加热处理，温度为88℃，处理时间为30min；热处理后将所得分散液迅速冰浴冷却，得大米谷蛋白纤维化聚集体溶液，备用；
步骤3、将步骤2所得的大米谷蛋白纤维化聚集体溶液称取400mL，进行微射流均质一次，均质压力为85MPa，均质时间为6min；然后将所得分散液浸入冰水浴中冷却以除去微射流处理产生的热量，所得到的样品于5℃下贮存备用；
步骤4、采用比浊法测定步骤3中所得样品的乳化活性及乳化稳定性。
实施例5
一种高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法，其包括以下具体步骤：
步骤1、将原料大米粉碎、过筛，称取粉状大米600g，溶于12L浓度为0.08mol/L的氢氧化钠溶液中，常温下充分搅拌4h后，第一次以转速5000r/min离心30min收集上清液，采用0.05mol/L的盐酸调节上清液pH值至4.8，静置12h后，第二次离心取沉淀，用去离子水洗涤3次去除可溶物；接着，将所得沉淀物以料液比1g:5ml分散到质量分数10％的NaCl溶液中，常温搅拌5h，第三次离心除去少量的清蛋白和球蛋白后取沉淀；然后，将所得沉淀物以料液比1g:4ml分散到体积分数75％乙醇溶液中，提取5h后，第四次离心除去醇溶蛋白后取沉淀；最后，将所得沉淀物以料液比1g:5ml分散于去离子水中，调pH值至7.0，透析48h，不间断多次换水，冷冻干燥，得到大米谷蛋白；
步骤2、将步骤1所得的大米谷蛋白称取8.0g，溶于pH值为3.0的5mmol/L磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液中，配制成8g/100mL浓度的蛋白质分散液，室温搅拌5h后密封于带盖瓶中，置于水浴摇床进行加热处理，温度为90℃，处理时间为30min；热处理后将所得分散液迅速冰浴冷却，得大米谷蛋白纤维化聚集体溶液，备用；
步骤3、将步骤2所得的大米谷蛋白纤维化聚集体溶液称取500mL，进行微射流均质一次，均质压力为90MPa，均质时间为5min；然后将所得分散液浸入冰水浴中冷却以除去微射流处理产生的热量，所得到的样品于6℃下贮存备用；
步骤4、采用比浊法测定步骤3中所得样品的乳化活性及乳化稳定性。
根据图1、图2可知，图1中的天然大米谷蛋白为片状结构，图2中的大米谷蛋白为本发明中经高压微射流处理的大米谷蛋白，能够观察到为明显的网络状结构，且随着压力的增大，网状结构由致密且排列有序的网状结构变得松散且无序；经高压微射流处理的大米谷蛋白多分散系数比未经高压微射流处理的大米谷蛋白小，表明微射流处理改变了蛋白分散体系中颗粒粒径的分散范围，使粒径分布范围减小，蛋白质更容易分散在溶液中。
上述各个实施例中的大米谷蛋白，采用比浊法测定，乳化活性均在28.55～31.26m2/g，乳化稳定性均在93.1％～95.7％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法，其特征是：其包括以下步骤：
步骤1、原料大米粉碎、过筛，粉状大米以料液比1g：10～20ml溶于0.02～0.08mol/L氢氧化钠溶液中，常温下充分搅拌1～4h后，第一次离心收集上清液，采用0.02～0.05mol/L的盐酸调节上清液pH值至4.6～4.8，静置10～12h后，第二次离心取沉淀，用去离子水洗涤；接着，将所得沉淀物以料液比1g:3～5ml分散到质量分数5～10％的盐溶液中，常温搅拌2～5h，第三次离心取沉淀；然后，将所得沉淀物以料液比1g:2～4ml分散到体积分数70～80％乙醇溶液中，提取2～5h后，第四次离心取沉淀；最后，将所得沉淀物以料液比1g:3～5ml分散于去离子水中，调pH值至7.0，透析36～48h，冷冻干燥，得到大米谷蛋白；
步骤2、将步骤1所得的大米谷蛋白溶于pH值为1.5～3.0的2～5mmol/L磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液中，配制成1～8g/100mL浓度的蛋白质分散液，室温搅拌2～5h后密封于带盖瓶中，置于水浴摇床进行加热处理；热处理后将所得分散液迅速冰浴冷却，得大米谷蛋白纤维化聚集体溶液，备用；
步骤3、将步骤2所得的大米谷蛋白纤维化聚集体溶液进行微射流均质，然后将所得分散液浸入冰水浴中冷却，所得到的样品于2～6℃下贮存备用；
步骤4、采用比浊法测定步骤3中所得样品的乳化活性及乳化稳定性，得到乳化活性在28.55～31.26m2/g及乳化稳定性在93.1％～95.7％的大米谷蛋白。
2.根据权利要求1所述的高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法，其特征是：其步骤1中，盐溶液为NaCl、Na2SO4、KCl中的一种。
3.根据权利要求1所述的高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法，其特征是：其步骤1中，第一次离心的转速为4000～5000r/min，时间为10～30min。
4.根据权利要求1所述的高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法，其特征是：其步骤2中，水浴摇床进行加热处理时，温度为85～90℃，处理时间为30～40min。
5.根据权利要求1所述的高乳化活性和乳化稳定性的大米谷蛋白的制备方法，其特征是：其步骤3中，微射流均质压力为70～90MPa，均质时间为5～8min。
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