CN111053145A - 一种超声结合pH偏移改善马铃薯蛋白溶解度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声结合pH偏移改善马铃薯蛋白溶解度的方法，属于蛋白质改性技术领域。其包括如下步骤：(1)将马铃薯去皮切块浸入0.12％亚硫酸钠溶液中；(2)将马铃薯匀浆静置15min后离心取上清，调节pH至8.0，室温搅拌浸提2h后再离心取上清液，调节pH至4.0静置1h后，取沉淀加蒸馏水复溶后调节pH至7.0，冷冻干燥后得到马铃薯粉；(3)将得到的马铃薯蛋白配制适当浓度进行超声波处理；(4)取步骤(3)中超声处理后蛋白溶液调节pH至12.0并维持1h，再调回pH 7.0后得到改性马铃薯蛋白溶液。本发明的改性方法可极大提高马铃薯蛋白的溶解度，对拓展马铃薯蛋白应用领域具有十分重要的意义。

Description

一种超声结合pH偏移改善马铃薯蛋白溶解度的方法

技术领域

本发明涉及一种结合超声波和pH偏移对马铃薯蛋白进行改性的方法，属于蛋白质改性技术领域。

背景技术

马铃薯是排在大米、小麦和玉米之后的世界第四大粮食作物。中国是世界上马铃薯种植面积最大的国家。马铃薯是淀粉生产的主要原料之一。目前，全国生产淀粉的企业大小数千家，马铃薯淀粉总量达40多万吨，年加工马铃薯近300万吨，年排放废水800多万吨，其中蛋白废水约200万吨，废水中含有大量的氮，如果直接排放到环境中会污染环境。马铃薯蛋白是一种优质的植物蛋白，含人体所需的8种必需氨基酸，并且其他粮食作物所缺乏的赖氨酸含量丰富，具有很高的营养价值。马铃薯淀粉加工废水中含有一定量马铃薯蛋白，对废水中蛋白进行有效回收利用，不仅可以实现资源的充分利用，还有利于环境保护。目前工业上一般采用酸处理结合高温热处理的方法提取马铃薯蛋白，得到的马铃薯蛋白溶解度很低(小于10％)，导致马铃薯蛋白功能性质较差，从而限制了其在食品中的使用，通常被用来作为动物饲料，产品的附加值不高。

为了提高马铃薯蛋白的应用价值，拓展其应用领域，为马铃薯蛋白产业链的延伸开辟新的方向，需要提高马铃薯蛋白的溶解度。利用物理、化学、酶法改性修饰或改变蛋白分子结构可以改善蛋白质的溶解度，从而改善蛋白的功能性质。尽管酶解的手段是提高蛋白溶解度的有效手段之一，但是蛋白酶解后得到的多肽是小分子，不具备大分子蛋白的性质如乳化活性和凝胶性质。目前，超声和超高压等物理加工技术已被用于蛋白性质的改善。和其他物理改性手段相比，超声技术具有安全性高、操作简便、成本低等优点，并且被用于提高乳清蛋白和大豆蛋白的溶解度。化学改性手段中，pH偏移技术可控性强、反应条件温和，已被用于提高豌豆蛋白、大豆蛋白等植物蛋白的溶解度。目前，关于马铃薯蛋白提取的报道较多，但通过非酶解手段改性马铃薯蛋白提高其溶解度的报道极少，且通过超声波和pH偏移处理改性马铃薯蛋白还未见报道，可见本发明申请的内容具有一定新颖性。

发明内容

本发明要解决的问题是获得一种利用超声波处理结合pH偏移处理对马铃薯蛋白进行改性方法，得到溶解度明显提高的马铃薯蛋白。

本发明的技术方案，一种超声结合pH偏移对马铃薯蛋白进行改性的方法，以新鲜马铃薯为原料，采用碱溶酸沉的方法提取马铃薯蛋白，将冻干后的马铃薯蛋白/水按一定的比例进行超声处理，再对超声后的马铃薯蛋白溶液进行pH偏移处理，得到改性后的马铃薯蛋白溶液。

一种超声结合pH偏移改善马铃薯蛋白溶解度的方法，按照下述步骤进行：

(1)将马铃薯洗净后去皮切块，浸入0.12％的亚硫酸钠溶液；

(2)用打浆机打碎后将浑浊液静置15min，然后在离心力10000×g、4℃条件下离心10min，取上清液，用1mol/L氢氧化钠调节上清液pH至8.0，室温搅拌浸提2h后静置，将滤液在10000×g，4℃条件下离心10min。取上清液用1mol/L HCl将pH值调至4.0，磁力搅拌10min后静置1h。溶液在10000×g，4℃条件下离心10min。取沉淀置于蒸馏水复溶，用0.1mol/L氢氧化钠调pH至7后冷冻干燥，得到的马铃薯蛋白粉末装在密封袋中-20℃下保藏。

(3)将冷冻干燥后的马铃薯蛋白配置适当的浓度进行超声波处理。

(4)取步骤(3)中超声后的马铃薯蛋白溶液，用2mol/L NaOH滴定蛋白溶液至pH12.0。在保持pH12.0，温度在20±2℃条件下1h，以诱导蛋白质去折叠，随后用2mol/L HCl将溶液pH调至7.0，蛋白质重折叠，即得到改性马铃薯蛋白溶液，即可达到改善马铃薯蛋白溶解度的目的。

其中步骤(1)的亚硫酸钠溶液与马铃薯的添加比例为4:1(w/v)。

其中步骤(2)是将第一次离心后上清液先用氢氧化钠调节到pH8，静置2h；将第三次离心后的上清液调节到pH4，搅拌10min，静置1h。

其中步骤(3)选用双频扫频超声，频率为28±2kHz和40±2kHz。

其中步骤(3)的固定上下板间距为l0 cm扫频周期为500s，间歇比为10:3(超声10s，间歇3s)，上下每块振板功率为600W。

其中步骤(3)的超声时间设定在40-60min。

其中步骤(4)是将蛋白溶液调节到pH12,保持1h后再调节到pH4。

本发明的优点：

本发明采用双频扫频超声结合pH偏移处理得到的马铃薯蛋白的溶解度，与未处理的马铃薯蛋白相比提高了109％，与商业马铃薯蛋白不到10％的溶解度相比提高了约9倍，溶解度显著性提高。本发明技术手段的马铃薯蛋白是大分子蛋白，和酶水解得到的马铃薯水解物(小分子多肽)相比有更好的乳化性和起泡性等工艺特性。

附图说明：

图1为双频扫频超声处理装置；

图中：1、电脑控制面板，2、超声波发生器，3、反应釜，4、温度计，5和6分别为超声波振板上板和下板，7、马铃薯蛋白溶液。

图2为本发明马铃薯蛋白提取及超声改性流程图。

具体实施方式

实施例1

按照图2中本发明马铃薯蛋白提取及超声改性流程，取去皮后的马铃薯1.6kg,浸泡在6.4L的亚硫酸钠溶液中，用打浆机打碎后将浑浊液静置15min，然后在离心力10000×g、4℃条件下离心10min，取上清液，用碱溶酸沉的方法提取马铃薯蛋白。将冷冻干燥后的马铃薯蛋白按1:100比例取0.2g加20mL水，用50mL塑封袋密封后放入置于25℃超声池中。超声参数设定：双频扫频超声处理时，设定频率为28±2kHz和40±2kHz，固定上下板间距为l0cm，即固定水的体积10.8L(300×360×100mm)，扫频周期为500s，间歇比为10:3(超声10s，间歇3s)，上下每块振板功率为600W，超声时间为10min。图1为双频扫频超声处理装置。

对比例1

对比例1与实施例1的方法相同，不同之处在于没有进行超声波处理。

实施例2

实施例2与实施例1的方法相同，不同之处在于不同之处在于采用超声波处理的时间是20min。

实施例3

实施例3与实施例1的方法相同，不同之处在于采用超声波处理的时间是40min。

实施例4

实施例4与实施例1的方法相同，不同之处在于采用超声波处理的时间是60min。

实施例5

实施例5与实施例1的方法相同，不同之处在于采用超声波处理的时间是90min。

表1

通过表1的数据的对比，本发明中采用超声处理后的马铃薯蛋白与未经超声处理的马铃薯蛋白对比，超声处理后的马铃薯蛋白在溶解度上由一定程度的提高，在超声波处理60min的时候提高最多，之后出现了溶解度下降的趋势。

实施例6

实施例6与实施例1的方法相同，不同之处在于，将超声处理后的马铃薯蛋白溶液分别用2mol/L NaOH滴定蛋白溶液至pH12.0。在保持pH12.0，温度在20±2℃条件下1h，以诱导蛋白质去折叠，随后用2mol/L HCl将溶液pH调至7.0，蛋白质重折叠。为保证处理后的蛋白溶液具有同样的离子强度，用2mol/L NaCl溶液进行体积校正。

对比例2

对比例2与实施例1的方法相同，不同之处在于没有进行超声波处理和pH偏移处理。

实施例7

实施例7与实施例6相同，不同之处在于超声处理20min后再进行pH偏移处理。

实施例8

实施例8与实施例6相同，不同之处在于超声处理40min后再进行pH偏移处理。

实施例9

实施例9与实施例6相同，不同之处在于超声处理60min后再进行pH偏移处理。

实施例10

实施例10与实施例6相同，不同之处在于超声处理90min后再进行pH偏移处理。

表2

通过表2中的数据对比，本发明采用了经过超声处理后的马铃薯蛋白溶液进行pH偏移处理，显著的提高了蛋白溶液的溶解度。发明人在实验中发现，与未经超声处理的蛋白溶液的溶解度相比显著提高。超声时间40min后偏移得到的马铃薯蛋白溶液中马铃薯蛋白的溶解度比未超声样品提高了109％；与单独超声处理或是单独pH偏移处理马铃薯蛋白溶液相比，超声结合pH偏移处理马铃薯蛋白的溶解度可以提高58.4％和13.5％；与商业马铃薯蛋白不到10％的溶解度相比，溶解度提高了约9倍。

Claims (7)

1.一种超声结合pH偏移对马铃薯蛋白进行改性的方法，其特征在于按照下述步骤进行：

(1)将马铃薯洗净后去皮切块，浸入0.12％的亚硫酸钠溶液；

(2)用打浆机打碎后将浑浊液静置15min，然后在离心力10000×g、4℃条件下离心10min，取上清液，用1mol/L氢氧化钠调节上清液pH至8.0，室温搅拌浸提2h后静置，将滤液在10000×g、4℃条件下离心10min；取上清液用1mol/L HCl将pH值调至4.0，磁力搅拌10min后静置1h；溶液在10000×g、4℃条件下离心10min；取沉淀置于蒸馏水复溶，用0.1mol/L氢氧化钠调pH至7后冷冻干燥，得到的马铃薯蛋白粉末装在密封袋中-20℃下保藏；

(3)将冷冻干燥后的马铃薯蛋白配置适当的浓度进行超声处理；

(4)取步骤(3)中超声后的马铃薯蛋白溶液，用2mol/LNaOH滴定蛋白溶液至pH12.0；接着将蛋白溶液在pH12.0、温度20±2℃条件下保持1h，诱导蛋白质去折叠，随后用2mol/LHCl将溶液pH调至7.0，蛋白质重折叠，得到改性马铃薯蛋白溶液。

2.根据权利要求1中所述的一种提取马铃薯蛋白并进行超声结合pH偏移改性的方法，其中步骤(1)的特征在于：亚硫酸钠溶液与马铃薯的添加比例为4:1(m/m)。

3.根据权利要求1中所述的一种提取马铃薯蛋白并进行超声结合pH偏移改性的方法，其中步骤(2)的特征在于：将第一次离心后上清液先用氢氧化钠调节到pH 8，静置2h；将第三次离心后的上清液调节到pH 4,搅拌10min后静置1h。

4.根据权利要求1中所述的一种提取马铃薯蛋白并进行超声结合pH偏移改性的方法，其中步骤(3)的特征在于：选用双频扫频模式超声，双频超声的频率为28kHz和40kHz，超声扫频振幅为±2kHz，工作模式为双频同时工作。

5.根据权利要求1中所述的一种提取马铃薯蛋白并进行超声结合pH偏移改性的方法，其中步骤(3)的特征在于：固定上下板间距为l0 cm扫频周期为500s，超声工作间歇比为10:3(超声10s，间歇3s)，上下每块振板的功率为600W。

6.根据权利要求1中所述的一种提取马铃薯蛋白并进行超声结合pH偏移改性的方法，其中步骤(3)中的特征在于：超声设定值在40-60min。

7.根据权利要求1中所述的一种提取马铃薯蛋白并进行超声结合pH偏移改性的方法，其中步骤(4)中的特征在于：将蛋白溶液调节到pH12,保持1h后再调节到pH 7。

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