CN111491516A

CN111491516A - 基于马铃薯蛋白的纤维结构和包含其的食品

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Publication number: CN111491516A
Application number: CN201880066345.3A
Authority: CN
Inventors: 朱思聪; 范·安霍·潘; 马克·克里斯蒂安·劳斯
Original assignee: Cooperative Avebe UA
Current assignee: Cooperative Avebe UA
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2020-08-04
Also published as: JP2021500043A; BR112020007779A2; US20200329737A1; CA3075624C; MX2020003419A; RU2020111803A3; AU2018361851B2; EP3703506A1; JP7011060B2; WO2019088834A1; CA3075624A1; AU2018361851A1; RU2020111803A; RU2769739C2

Abstract

本发明涉及食品和食品成分的制作，更特别地涉及用于纯素食产品如肉类似物中的基于植物的纤维结构。提供了一种制备可食用的基于蛋白质的纤维结构的方法，包括使非变性的马铃薯蛋白的水溶液与Mw为至少150,000道尔顿(Da)的羧甲基纤维素(CMC)接触，以获得纤维形成溶液，该纤维形成溶液具有0.5至15％范围内的总干物质(TDM)含量，并且其中所述接触在混合的同时在2至5的pH范围内进行，从而诱导形成基于马铃薯蛋白的可食用的纤维结构。

Description

基于马铃薯蛋白的纤维结构和包含其的食品

技术领域

本发明涉及食品和食品成分的制造。更具体地，本发明涉及用于纯素食产品(例如，肉类似物(素肉，meat analogous))中的植物基纤维结构。

背景技术

近年来，蓬勃发展的“纯素食(严格素食，vegan)产品”出现在市场上。这样的产品不仅吸引了纯素食消费者，还吸引了那些弹性素食者(flexitarian)。肉类似物在纯素食中起着重要的作用，需要引起高度重视。

对于那些主要食用植物性饮食的人来说，大豆通常成为奶制品和肉类产品的流行替代品。大豆食品为素食者提供了高质量的蛋白质来源，以及可用的铁源和钙源。在当前市场上，大多数肉类似物都基于纹理化的大豆。此类产品通常会经过挤压过程，从而在极端条件(例如高温和/或高压)下重新配制大豆蛋白。尽管它们具有类似于肉质的纤维质感，但值得关注的一个事实是，大豆蛋白是过敏原和潜在的GMO源。

大豆是过敏患者最难避免的产品之一。大豆连同牛奶、鸡蛋、花生、坚果、小麦、鱼类和贝类共同构成“八大”过敏原。Cleveland诊所称，这些食物占所有食物过敏的90％。当人体的免疫系统将大豆中发现的无害蛋白质误认为入侵物并产生针对它们的抗体时，就会发生大豆过敏。下次食用大豆产品时，免疫系统会释放化学物质(例如组胺)以“保护”身体。这些化学物质的释放引起过敏反应。

发明内容

本发明人因而着手提供一种基于植物的纤维结构，其适合用作食品(例如，肉类似物)中的纹理化剂(texturizing agent)，并且不具有诱发过敏的风险。

出乎意料地发现，在酸性条件下，非变性的(天然)马铃薯蛋白分离物可以在与CMC形成的复合物中形成强(即，肉样)纤维，这些纤维可适当地合并到各种食品例如肉类似物中。马铃薯在世界范围内种植和消费，是仅次于水稻、小麦和玉米的世界第四重要农作物。对马铃薯蛋白(或其其它成分)的过敏不常见。因此，本发明为公知的基于植物的纤维结构(特别是依赖大豆蛋白的那些)提供了有吸引力的替代方案。

本文提供了一种制备可食用的基于蛋白质的纤维结构的方法，包括使非变性的马铃薯蛋白的水溶液与Mw为至少150,000道尔顿(Da)的羧甲基纤维素(CMC)接触以获得纤维形成溶液，该纤维形成溶液具有0.5至15％的范围内的总干物质(TDM)含量，并且其中所述接触是在混合的同时在2至5的pH范围内进行的，以允许/诱导形成基于马铃薯蛋白的可食用纤维结构。已经发现，可以以各种方式将本发明的方法付诸实践。例如，可以通过中性马铃薯蛋白-CMC溶液的酸化来制造纤维结构。可替代地，它可以包括将酸性马铃薯蛋白溶液和CMC溶液混合。

因此，在一个实施方式中，本发明提供了一种制备可食用的基于蛋白质的纤维结构的方法，包括以下步骤：

-提供纤维形成溶液，该纤维形成溶液包含非变性的马铃薯蛋白以及Mw为至少150,000道尔顿(Da)的羧甲基纤维素(CMC)(的溶液)，并且其总干物质(TDM)含量在0.5至15％的范围内；和

-在混合的同时将所述纤维形成溶液酸化至2-5范围内的pH，从而诱导形成基于马铃薯蛋白的可食用纤维结构。

在另一实施方式中，本发明提供了一种制备可食用的基于蛋白质的纤维结构的方法，包括以下步骤：

-使pH在2至5范围内的非变性的马铃薯蛋白的水溶液与Mw为至少150,000道尔顿(Da)的羧甲基纤维素(CMC)(的溶液)接触，以获得总干物质(TDM)含量在0.5至15％范围内的纤维形成溶液；并且其中所述接触是在混合的同时进行的，从而诱导形成基于马铃薯蛋白的可食用纤维结构。

还提供了通过根据本发明的方法可获得的可食用的基于蛋白质的纤维结构，及其在食品中的用途。

如本文所示的方法或纤维结构在本领域中是未知的或未建议的。现有技术教导了黄原胶、海藻酸盐和果胶能够与多种蛋白质(包括乳清蛋白、大豆蛋白和蛋清蛋白)一起形成纤维状或纤维结构。参见，例如US3,792,175、US4,885,179和US3,829,587。然而，没有公开基于马铃薯蛋白形成的纤维结构。

Gonzalez等(Food Hydrocolloids Vol.4no.5pp.355-363,1991)报道了通过与CMC复合从马铃薯植物废液中回收马铃薯蛋白。然而，由于(模拟的)废液的总干物质低于0.45％，因此未观察到根据本发明的纤维结构。

马铃薯块茎蛋白质可以分为许多不同的组。Lindner等人1980年提出将马铃薯蛋白分为两个独立的组：酸溶性马铃薯蛋白和酸凝性马铃薯蛋白。根据SDS-PAGE分析，作者表明酸凝性级分(馏分，部分，fraction)主要是32-87kDa范围内的高分子量(HMW)蛋白质。类似地，表明酸溶性蛋白质级分主要是17-27kDa的低分子量(LMW)蛋白质。酸溶性蛋白质和酸凝性蛋白质的这种分类同时对酸性蛋白质(酸凝性/HMW)与碱性蛋白质(酸溶性/LMW)进行了分组(Ralet&Gueguen 2000)。本申请人典型地在非变性条件下通过混合模式色谱法生产这两种马铃薯蛋白级分，称为Solanic 200和Solanic 300。但重要的是，可以使用多种替代纯化方法来获得这些天然马铃薯蛋白级分中的至少一种。

天然蛋白质纯化方法采用温和的加工条件以避免变性，并在很大程度上维持蛋白质的二级和三级结构。这些温和的条件避免使用极端pH、温度和其它变性条件，以保留蛋白质的溶解性。特定蛋白质级分的内在生化特性在很大程度上决定了该蛋白质对蛋白质分离过程中的条件是否敏感或具有抗性。例如，高分子量级分对热更敏感，导致不溶性蛋白质在30℃或更高的温度下出现聚集。低分子量级分具有更高的耐热性，并且可以抵抗超过45℃的温度(Bartova 2008)。类似地，高分子量级分在3至5的pH值范围内聚集并沉淀，而低分子量级分在此pH范围内可大量溶解。这允许使用pH或温度或其组合来特异性凝结并随后沉淀一种蛋白质级分，同时保持另一蛋白质级分的天然特性。

天然酸溶性/LMW/碱性/Solanic 300纯化方法的实例(但不限于)：

·酸凝HMW蛋白，然后对可溶性LMW蛋白进行超滤和渗滤(Lindner 1980)

·分级热凝HMW蛋白，然后对可溶性LMW蛋白进行超滤和渗滤(例如pH 6.0；在50℃下30分钟)

·在特定pH值下的吸附色谱：

ο从膨润土类材料上吸附/解吸(Ralla 2012)

ο使用SP-琼脂糖树脂的离子交换色谱(Ralet&Gueguen 2000)

ο膜吸附色谱(Graf 2009)

ο膨胀床吸附色谱(Lokra 2009,WO 2008/069650))。

根据本发明，用作纤维形成剂的天然马铃薯蛋白优选包含低分子量马铃薯蛋白分离物。在一个实施方式中，该天然马铃薯蛋白分离物的等电点高于5.5，优选高于5.8，通过SDS-PAGE确定的分子量低于35kDa，优选4-30kDa，并且配糖生物碱(糖苷生物碱，glycoalkaloid)的浓度小于300ppm。

在一个实施方式中，在本发明中使用的非变性的马铃薯蛋白是通过如下获得的：将絮凝的马铃薯汁离心，由此形成上清液；使用能够结合马铃薯蛋白的混合模式吸附剂，在小于11的pH且在5-35℃的温度下对该上清液进行吸附色谱处理，从而使天然马铃薯蛋白吸附到吸附剂上；以及洗脱低分子量马铃薯蛋白分离物，通常在酸性pH(例如pH 1-3)或5.8-12.0的pH下进行。有关详细信息，请参见例如归属于本申请人的WO2008/069650。

适合的低分子量马铃薯蛋白分离物通过如下可获得：将絮凝的马铃薯汁离心，从而形成上清液；使用能够结合马铃薯蛋白的混合模式吸附剂，在小于11的pH且在5-35℃的温度下，对该上清液进行吸附色谱处理，从而使天然马铃薯蛋白吸附到吸附剂上；和洗脱低分子量马铃薯蛋白分离物。

在一个特定的方面，马铃薯蛋白是通过混合模式色谱法在非变性条件下获得或可获得的级分，例如，在本领域中被称为Solanic 200或Solanic 300的蛋白质分离物。

根据本发明，通过混合非变性的马铃薯蛋白和Mw为至少150,000Da(优选至少400,000Da)的羧甲基纤维素(CMC)来形成纤维形成溶液。CMC代表羧甲基纤维素。然而，CMC更准确地是羧甲基纤维素的钠盐。其衍生自纤维素，通过化学反应使得纤维素可溶于水。通过沿着纤维素链引入羧甲基基团来实现水溶性，这使得分子的水合成为可能。CMC由纤维素和一氯乙酸(MCA)并以氢氧化钠(NaOH)作为第三基本成分制成。CMC产品包括低分子量到高分子量聚合物。结果，溶液表现为从几乎牛顿的到逐渐伪塑性的，这意味着当对其施加不同的物理力时，粘度会发生变化。粘度与CMC分子的平均链长或聚合度成正比。CMC的分子量等级由平均链长和取代度决定。粘度随着聚合度的增加而迅速增加。

在本发明的一些实施方式中，所使用的CMC的Mw为至少150,000Da，优选至少400,000Da，更优选至少750,000Da。

当纤维形成溶液以3:1至15:1、优选8:1至12:1的相对重量比包含非变性的马铃薯蛋白和CMC时，获得了非常好的结果。该纤维形成溶液的总干物质(TDM)含量在0.5至15％、优选1至10％的范围内。

还提供了一种根据本发明的纤维形成溶液，包含非变性的马铃薯蛋白和Mw为至少150,000Da、优选400,000的羧甲基纤维素(CMC)。

在本发明的方法中，需要酸化以获得马铃薯蛋白-CMC纤维结构的形成。一个重要的方面是，纤维形成溶液的最终pH在2至5的范围内。这可以通过不同的方式来实现。例如，包含马铃薯蛋白和CMC的纤维形成溶液的pH为中性(至少pH 7)，然后通过在混合的同时添加酸(例如无机或有机酸)将该溶液酸化至2-5范围内的pH，以允许形成马铃薯蛋白可食用的纤维结构。作为另一个例子，将酸性马铃薯蛋白溶液与CMC溶液混合，从而立即发生纤维形成。

在一个特定的方面，非变性的马铃薯蛋白的纤维生成溶液的初始pH高于该蛋白质的等电点。例如，Solanic 300的初始pH优选高于7。纤维生成溶液的最终pH(即，在酸化后)为pH 2至pH 5，这尤其取决于初始纤维生成溶液中的离子强度、蛋白质含量、蛋白质-CMC比以及其它添加成分。

因此，在一个实施方式中，进行酸化直至pH低于5，优选在pH 2-5的范围内，更优选低于pH 3。观察到较低的蛋白质含量似乎需要较低的最终pH。例如，在相同的10:1蛋白质/CMC比的情况下，1％TDM的溶液需要2.2的最终pH，而10％TDM的溶液仅需要pH 4.5作为最终pH。

酸化适合地使用强酸(例如盐酸)或弱酸(例如乳酸)进行。当然，所用的酸优选是食品级酸。

发现混合速度和酸化速度的组合有助于形成不同的纤维结构。使用偶联有2.5mLCombitips

的

stream(Eppendorf)在1、5和10的分配速度水平下测试了三种水平的酸化。测试了三种水平的混合速度：在磁力搅拌(IKAMAG^TM RCT)下设定的200、400和1000rpm。缓慢的酸化速率与较高的搅拌速度更容易形成破碎和弱化的纤维，而快速的酸化速率和缓慢的搅拌速度可以产生粘稠的纤维。

在所有实施例中选择应用中等酸化速度(分配水平5,

stream,Eppendorp,2.5mL Combitips

)和中等混合速度(400rpm,磁力搅拌,IKAMAG^TMRCT)。

众所周知，盐对所有聚电解质复合物均具有解离作用。同样在本发明中，纤维形成溶液的离子强度是纤维形成中的重要参数。根据本发明，纤维形成步骤(即，马铃薯蛋白-CMC复合物的形成)在小于10mS/cm、优选小于8mS/cm、以及更优选小于4.8mS/cm的电导率下进行。值得注意的是，Gonzalez等人(Food Hydrocolloids Vol.4no.5pp.355-363,1991)使用的马铃薯植物废液的电导率通常高于10mS/m，这进一步解释了为什么当所述废液与CMC接触以便通过形成蛋白质-水胶体复合物来回收马铃薯蛋白时没有形成纤维结构。

与电导率相关的是纤维形成溶液中的盐浓度。一般来说，NaCl含量越高，形成强纤维复合物所需的酸就越多。例如，对于10:1蛋白质/CMC比下5％TDM溶液，NaCl的上限为约0.8％。1％NaCl完全不会产生纤维。NaCl浓度优选低于0.5％，并且优选低于0.2％。因此，在优选的实施方式中，酸化/纤维形成步骤在存在至多达0.6wt％NaCl、优选至多达0.5wt％、更优选至多达0.2wt％NaCl的条件下进行。

纤维形成溶液可以包含一种或多种其它成分，例如油、淀粉或其组合。

本发明还涉及通过根据本发明的方法可获得的可食用的基于蛋白质的纤维结构。进一步的方面提供了根据本发明的纤维形成溶液或可食用的基于蛋白质的纤维结构在制作食品(优选素食(素食主义，vegetarian)或纯素食(严格素食，vegan)食品)中的用途。

还进一步地，本发明提供了一种食品，其包含本文公开的可食用的基于蛋白质的纤维结构。该食品可以但不必是素食或纯素食食品。例如，本文提供的纤维结构有利地合并到选自由肉类替代品、无麸质烘焙产品、奶酪类似物或蛋类代用品组成的组的食品中。在一个具体的实施方式中，食品是肉类替代品，例如鸡胸肉、鸡条或香肠类似物。已经发现，本文公开的纤维结构也可以与天然肉一起用作肉类增量剂(补充剂，extenders)。

附图说明

图1：用不同马铃薯蛋白分离物和各种带电荷多糖形成的复合物概览。显然，在天然马铃薯蛋白分离物和CMC之间形成了最好的纤维结构。在每张图片中，条尺寸为1cm。有关详细信息，参见实施例4。

图2：包含本发明的蒸煮纤维结构作为鸡胸类似物的鸡汤。

图3：纤维形成溶液中NaCl浓度对所形成纤维结构收率的影响。另参见实施例7。

图4：对CMC-马铃薯蛋白复合重做现有技术实施例时，形成了非纤维状的沉淀颗粒。请参见实施例8。在左图和右图中，黑条尺寸均为1cm。

具体实施方式

实验部分

实施例1：非变性的马铃薯蛋白的分离

LMW马铃薯蛋白分离方法

从Gasselternijveen,NL的AVEBE淀粉厂获得了马铃薯废液(PJ)400升。使用Westfalia SAMR 3036分离器以200L/h的流量运行，每30分钟排放一次，除去大量不溶成分，从而对PJ进行了预处理。使用Larox过滤器(Larox型号PF 0.1H2)除去澄清的PJ中剩余部分的不溶组分。通过再循环150克Dicalite 4158(Dicalite Europe NV)对过滤器进行预涂并且使用该澄清的PJ以200L/h运行。将总计体积为250升的过滤汁收集在具有搅拌器和14℃水冷却套的500L Terlet容器中。加入200ppm亚硫酸氢钠(Castor InternationalBV)。使用33％NaOH(Brenntag)将pH调节至6.0。

将蛋白质含量为12g/l的经过滤的PJ装载到3柱模拟移动床(SMB)装置上。每个定制的PVC柱(5.5x 90cm)所具有的树脂床高度为65cm，对应于1.6升的树脂体积。该树脂由苯甲酸官能化的甲基丙烯酸酯色谱树脂(Resindion)组成。将3.5床体积(BV)量的已过滤的PJpH 6.0以向下流速15l/h加载到两根串联的柱上。将穿过的流出物作为LMW耗尽的PJ收集在14℃下冷却的Terlet容器中。用1BV水以12l/h的流速将第一柱中的PJ移至第二和第三柱中，然后用2.6BV洗脱缓冲液(50mM磷酸(来自85％磷酸,Brenntag))洗脱吸附的蛋白质。使用2.8BV 12mM pH 6.0的柠檬酸盐(来自柠檬酸一水合物,RZBC和33％NaOH,Brenntag)进行柱平衡。柱的洗脱和平衡在23l/h的速率下进行。基于UV280信号(UVis-920,GEHealtcare)，收集到约2.7BV的峰作为含LMW蛋白质的洗脱液。这个过程进行大约22小时，直到完成250l PJ。

原始250升PJ产生了190升LMW蛋白质洗脱液，蛋白质含量为0.8％。使用装有Microza SIP-3013模块的Pall超滤(UF)单元以6000道尔顿的截止值将洗脱液浓缩至10°白利糖度(Brix)。该单元在2.0巴的入口压力和0.5巴的出口压力下运行。加入体积为4倍于浓缩液体积的软化水进行渗滤。在渗滤期间，通过添加苛性碱将蛋白质溶液的pH设置为pH7.5。将物料进一步浓缩至20°白利糖度或最小7升的UF工作体积。使用Anhydro Compact喷雾干燥机干燥浓缩物。干燥机配有雾化轮。干燥机以175℃的进风温度和75℃的出风温度运行。从原始250升PJ获得数量为1.1kg的低MW非变性(天然)马铃薯蛋白分离粉(Solanic300N)。

HMW马铃薯蛋白分离方法：

用盐酸将体积为250l的LMW蛋白质耗尽的PJ(6g/l蛋白质)调节至pH 5.3，并且装载到3柱模拟移动床(SMB)装置上。每个定制的PVC柱(5.5x 90cm)所具有的树脂床高度为65cm，对应于1.6升的树脂体积。该树脂由苯甲酸官能化的甲基丙烯酸酯色谱树脂(Resindion)组成。

将5.5床体积(BV)LMW耗尽的PJ pH 5.3以向下流速18l/h加载到两根串联的柱上。用1BV 12mM pH 4.8的柠檬酸盐以12l/h将第1柱中的PJ移动到第二和第三柱，然后用3.1BV洗脱缓冲液(100mM磷酸盐缓冲液pH 8,Boom BV,NL)洗脱吸附的蛋白质，然后使用3.1BV12mM柠檬酸盐(一水柠檬酸,RZBC和33％NaOH,Brenntag)进行柱平衡。以17l/h的流速进行柱的洗脱和平衡。基于UV280信号(UVis-920,GE Healthcare)，将约3.1BV的峰作为含有HMW蛋白质的洗脱液收集在14℃冷却的Terlet容器中。这个过程进行大约21小时，直到完成250l耗尽的PJ。

使用原始250升PJ，获得体积为140升蛋白质含量为0.5％的HMW蛋白质洗脱液。使用装有Microza SIP-3013模块的Pall超滤(UF)单元以6000道尔顿的截止值将洗脱液浓缩至20°白利糖度。该单元以2.0巴的入口压力和0.5巴的出口压力运行。使用AnhydroCompact喷雾干燥机干燥浓缩物。该干燥机配有雾化轮。干燥机以进气温度175℃和出气温度75℃运行。从原始250升LMW蛋白质耗尽的PJ，获得数量为0.6kg HMW非变性的(天然)马铃薯蛋白粉。

变性的马铃薯蛋白的分离方法：

出于比较例的目的，还从马铃薯汁中获得了变性的马铃薯蛋白分离物，Solanic100。将马铃薯汁在104℃的温度下热凝，获得12.9克固体蛋白质颗粒/kg悬浮液。通过两相倾析器在4000g下从汁中分离出蛋白质颗粒。获得的凝结蛋白的干固含量为34wt.％。将凝结的蛋白质重悬于水中，并添加硫酸直至达到3.3的pH。搅拌30分钟后，将蛋白质悬浮液脱水并通过真空带式过滤器洗涤。洗涤凝结的蛋白质，同时监控洗涤水的电导率。使用前的洗涤水的电导率为0.4mS/cm，持续洗涤直到用过的洗涤水的电导率低于1mS/cm。通过快速干燥器，分别使用170℃/80℃的入口/出口温度干燥滤饼。干燥后，水含量为4.5wt.％。

实施例2：CMC-马铃薯蛋白纤维结构的形成

将15克天然马铃薯蛋白分离物S300N(参见实施例1)以常规方式悬浮在85克软化水中。通过使用Ultra-turrax(

4R)将1.5g CMC 4000(

CP Kelco)与98.5克脱矿质水混合，制备CMC溶液。将36.4克马铃薯蛋白溶液、36.4克CMC 4000溶液和7.3克脱矿质水充分混合。该混合的CMC 4000-马铃薯蛋白溶液含有5％的总干物质含量，并且蛋白质与CMC的比率为10:1。在磁力搅拌(IKAMAG^TM RCT)下使用0.5毫升四摩尔盐酸将CMC-马铃薯蛋白溶液酸化，产生大块的CMC-马铃薯蛋白纤维。最终混合物的pH为4。使用孔径为1.00mm的实验室测试筛(Endecolts LTD,BS410/1986)收集生成的CMC-蛋白质复合物。用流动的自来水洗涤收集的复合物。用手压缩洗涤后的复合物以挤出过多的水。形成的纤维块具有纤维状、耐嚼和弹性的“肉样”质地。

实施例3：CMC的选择

为了比较各种CMC分子量对形成纤维状CMC-马铃薯蛋白纤维复合物的能力的影响，测试了4种CMC。

CMC-马铃薯蛋白复合物1

以实施例2中描述的方法，使用Ultra-turrax制备10％马铃薯蛋白分离物溶液(S300N)和1.5％CMC 30(

CP Kelco)溶液。取用36.4克马铃薯蛋白溶液、36.4克CMC30溶液和7.3克脱矿质水并且充分混合。在搅拌下，用0.5毫升四摩尔盐酸将由此获得的CMC-马铃薯蛋白溶液酸化，生成CMC-马铃薯蛋白复合物。

CMC-马铃薯蛋白复合物2

以实施例2所述的方式，使用Ultra-turrax制备10％马铃薯蛋白分离物溶液和5％CMC 150(

CP Kelco)溶液。取36.4克马铃薯蛋白溶液、36.4克CMC 150溶液和7.3克脱矿质水，并充分混合。在搅拌下用0.5毫升四摩尔盐酸将由此获得的CMC-马铃薯蛋白溶液酸化，生成CMC-马铃薯蛋白复合物。

CMC-马铃薯蛋白复合物3

与实施例2中所述的成分和过程相同。

CMC-马铃薯蛋白复合物4

以实施例2所述的方式，使用Ultra-turrax制备10％马铃薯蛋白分离物溶液和0.5％CMC 30000(

CP Kelco)溶液。取20克马铃薯蛋白溶液、8克CMC 30000溶液和52克脱矿质水并充分混合。在搅拌下用0.5毫升四摩尔盐酸将由此获得的CMC-马铃薯蛋白溶液酸化，生成CMC-马铃薯蛋白复合物。

下表1中呈现了所描述的复合物结构：

--：无纤维形成，仅形成小颗粒/沉淀/团块

+/-：观察到细小/断裂的纤维

+：纤维结构，形成一些纤维束，很容易撕开

++：形成纤维结构的块，带有大纤维束，撕裂时可拉伸。

这些数据表明，分子量至少为150,000Da的CMC能够形成具有纤维结构的复合物。

实施例4：与其它水胶体形成复合物

为了测试各种阴离子水胶体与马铃薯蛋白形成纤维复合物的能力，测试了黄原胶、CMC、海藻酸钠、LM-果胶和

-角叉菜胶。此外，还测试并比较了各种马铃薯蛋白分离物产品诸如S300N、S200(天然)和S100(变性的)。

样品1马铃薯蛋白(S300N)与黄原胶的复合

使用常规方法制备10％马铃薯蛋白(S300N)溶液。使用Ultra-turrax制备0.5％黄原胶(

AP-F,CP Kelco)溶液。然后，使用磁力搅拌器将120克蛋白质溶液、120克黄原胶溶液和120克脱矿质水充分混合。在搅拌的同时，向混合溶液中加入2克三摩尔乳酸。加酸后几乎立即形成了短的断裂纤维。整个过程通常需要约2-3分钟。

样品2马铃薯蛋白质(S300N)与CMC的复合

使用常规方法制备10％马铃薯蛋白(S300N)溶液。使用Ultra-turrax制备0.5％CMC 30000(CP Kelco CMC 30000)溶液。然后使用磁力搅拌器将120克蛋白质溶液、120克CMC溶液和120克脱矿质水充分混合。在搅拌下将2克三摩尔乳酸加入到该混合溶液中。加酸后几乎立即形成长弹性纤维材料。整个过程通常需要大约2-3分钟。

样品3马铃薯蛋白(S300N)与海藻酸钠的复合

使用常规方法制备5％马铃薯蛋白(S300N)溶液。使用Ultra-turrax制备0.5％海藻酸钠(VWR Chemicals,

)溶液。然后使用磁力搅拌器将40克蛋白质质溶液、40克海藻酸钠溶液充分混合。在搅拌下将2克三摩尔乳酸加入到该混合溶液中。加酸后几乎立即形成短纤维材料。整个过程通常需要大约2-3分钟。

样品4马铃薯蛋白(S300N)与LM-果胶的复合

使用常规方法制备5％马铃薯蛋白(S300N)溶液。使用Ultra-turrax制备0.5％LM-果胶(

果胶类型LM-104AS-FS)溶液。使用磁力搅拌器将48克蛋白质溶液与32克LM-果胶溶液充分混合。将蛋白质溶液与LM-果胶溶液混合后，体系的pH为约7.5。在搅拌下将2克三摩尔乳酸加入到该混合溶液中。加酸之后几乎立即形成沉淀物。整个过程通常需要大约2-3分钟。

样品5马铃薯蛋白(S300N)与

-角叉菜胶

使用常规方法制备5％马铃薯蛋白(S300N)溶液。使用Ultra-turrax制备0.5％

-角叉菜胶(

-角叉菜胶，商业级，II型)溶液。使用磁力搅拌器将48克蛋白质溶液与32克

-角叉菜胶溶液充分混合。在搅拌下将2克三摩尔乳酸加入到该混合溶液中。加酸后几乎立即形成小的白色复合物。整个过程通常需要大约2-3分钟。

样品6马铃薯蛋白(S200)与黄原胶复合

使用常规方法制备10％马铃薯蛋白(S200)溶液。使用Ultra-turrax制备0.5％黄原胶溶液。如下表所述形成复合物。

样品7马铃薯蛋白(S200)与CMC的复合

使用常规方法制备10％马铃薯蛋白(S200)溶液。使用Ultra-turrax制备0.5％CMC30000溶液。如下表所述形成复合物。

样品8马铃薯蛋白(S200)与海藻酸钠复合

使用常规方法制备5％马铃薯蛋白(S200)溶液。使用Ultra-turrax制备0.5％海藻酸钠溶液。如下表所述形成复合物。

样品9马铃薯蛋白(S200)与LM-果胶

使用常规方法制备5％马铃薯蛋白(S200)溶液。使用Ultra-turrax制备0.5％LM-果胶溶液。如下表所述形成复合物。

样品10马铃薯蛋白(S200)与

-角叉菜胶

使用常规方法制备5％马铃薯蛋白(S200)溶液。使用Ultra-turrax制备0.5％

-角叉菜胶溶液。如下表所述形成复合物。

样品11马铃薯蛋白(变性的，S100)与黄原胶

使用常规方法分散10％马铃薯蛋白(变性的，S100)。使用Ultra-turrax制备0.5％黄原胶。如下表所述形成复合物。

样品12马铃薯蛋白(变性的，S100)与CMC

使用常规方法制备10％马铃薯蛋白(变性的，S100)溶液。使用Ultra-turrax制备0.5％CMC 30000溶液。如下表所述形成复合物。

样品13马铃薯蛋白(变性的，S100)与海藻酸钠

使用常规方法制备5％马铃薯蛋白(变性的，S100)溶液。使用Ultra-turrax制备0.5％海藻酸钠溶液。如下表所述形成复合物。

样品14马铃薯蛋白(变性的，S100)与LM-果胶

使用常规方法制备5％马铃薯蛋白(变性的，S100)溶液。使用Ultra-turrax制备0.5％LM-果胶溶液。如下表2所述形成复合物。

表2

--：无纤维形成，仅形成小颗粒/沉淀/团块

+/-：观察到细小/断裂的纤维

+：纤维结构，形成一些纤维束，很容易撕开

++：形成鸡肉样纤维结构的块，带有大的纤维束，撕裂时可稍微拉伸。只有这些结构类似于鸡胸肉的结构。

图1示出了使用不同的马铃薯蛋白分离物和各种带电荷的多糖形成的复合物的概览。显然，在天然马铃薯蛋白分离物与CMC之间形成了最佳的纤维结构。

实施例5：纤维形成需要酸性条件

在本发明的方法中，为了形成马铃薯蛋白-CMC纤维结构，需要酸性条件。一个重要方面是纤维形成溶液的最终pH在2至5的范围内。

本实施例示出了本发明的两个实施方式之间的直接比较。在实施方式1中，初始纤维形成溶液的pH是中性的(例如，高于7)，然后在混合的同时添加无机酸或有机酸将其酸化至2-5的pH，以允许形成马铃薯蛋白可食用的纤维结构。在实施方式2中，通过混合pH低于5的酸性马铃薯蛋白溶液与CMC的溶液来制备纤维形成溶液，从而允许形成马铃薯蛋白可食用的纤维结构。

为此，如实施例2中的描述，制备10w％马铃薯蛋白分离物溶液(S300N)和0.5％CMC4000溶液。实施方式1：取120克蛋白质溶液、120克CMC溶液和120克脱矿质水并充分混合。然后在搅拌下加入4.5g乳酸溶液，直至达到最终pH 2.9。在实施方式2中，使用乳酸将120g马铃薯蛋白溶液酸化至pH 3.4。然后将蛋白质溶液和CMC溶液加入到120g脱矿质水中，同时充分混合至少30s。立即发生纤维形成。如实施例2中所述进行CMC-蛋白质复合物的收集。

下表3总结了两个实施方式的技术细节和获得的结果。

表3

实施例6：含鸡胸肉类似物的鸡汤

以与实施例2中描述的相同方式制备CMC 4000-马铃薯蛋白纤维复合物。轻柔地按压洗涤后的纤维复合物以除去多余的水，然后蒸(

TM31)5分钟。将蒸煮的纤维复合物切成切成约1立方厘米大小的小块。

向250g自来水中加入五克鸡汤粉(Hong Kong Gold Label Chicken Power,

)并且在炉上煮。将切好的纤维复合物作为“鸡胸肉类似物”添加到煮鸡汤中。发现这种添加的鸡胸类似物具有与常规煮熟的鸡胸相似的质地。图2显示了在鸡汤中作为“鸡胸类似物”的CMC-马铃薯蛋白纤维复合物。

实施例7：工艺中氯化钠浓度的影响

在本实施例中，研究了NaCl浓度如何影响CMC-马铃薯蛋白纤维复合物的收率。

样品No.1

如实施例2所述制备CMC 4000-马铃薯蛋白溶液，其含有5％的总干物质含量并且蛋白质与CMC的比率为10:1。在搅拌下使用0.5毫升四摩尔盐酸酸化该CMC-马铃薯蛋白溶液，生成CMC-马铃薯蛋白复合物。

样品No.2

与实施例2所述相同的CMC 4000-马铃薯蛋白溶液，添加额外的0.1％w/w氯化钠。在搅拌下使用0.5毫升四摩尔盐酸酸化该CMC-马铃薯蛋白-NaCl溶液，生成CMC-马铃薯蛋白复合物。

样品No.3

与实施例2所述相同的CMC 4000-马铃薯蛋白溶液，添加额外的0.3％w/w氯化钠。在搅拌下使用0.7毫升四摩尔盐酸酸化该CMC-马铃薯蛋白-NaCl溶液，生成CMC-马铃薯蛋白复合物。

样品No.4

与实施例2所述相同的CMC 4000-马铃薯蛋白溶液，添加额外的0.5％w/w氯化钠。在搅拌下使用0.9毫升四摩尔盐酸酸化该CMC-马铃薯蛋白-NaCl溶液，生成CMC-马铃薯蛋白复合物。

样品No.5

与实施例2所述相同的CMC 4000-马铃薯蛋白溶液，添加额外的0.8％w/w氯化钠。在搅拌下用1.2毫升四摩尔盐酸将该CMC-马铃薯蛋白-NaCl溶液酸化，生成CMC-马铃薯蛋白复合物。

样品No.6

与实施例2所述相同的CMC 4000-马铃薯蛋白溶液，添加额外的1％w/w氯化钠。在搅拌下用1.5毫升四摩尔盐酸将该CMC-马铃薯蛋白-NaCl溶液酸化，生成CMC-马铃薯蛋白复合物。

使用孔径为1.00mm的实验室测试筛收集生成的CMC-蛋白质复合物。用流动的自来水洗涤收集的复合物。压缩经洗涤的复合物块以挤出过多的水并在50℃的烘箱中干燥过夜。测量烘箱干燥的复合物的重量，并如下计算收率：

计算溶液中具有不同NaCl浓度的上述六个样品的收率，并绘制在图3中。

结果表明，盐的存在抑制了CMC与马铃薯蛋白形成纤维结构。如果在最终配方中需要，则建议在收集纤维结构之后添加盐。

实施例8：CMC-马铃薯蛋白复合的现有技术重做

Gonzalez等人(Food Hydrocolloids Vol.4no.5pp.355-363,1991)先前曾报道过CMC-马铃薯蛋白复合物的复合，涉及通过与羧甲基纤维素复合以从马铃薯植物废液中回收蛋白质。

本实施例证明，当重做Gonzalez等人的方法时，产生了不具有纤维结构的CMC-马铃薯蛋白复合物。

从当地超市购买新鲜马铃薯。如文献所述制作新鲜的马铃薯汁。将500g土豆洗净，去皮，切成小方块，与500g水混合，并在商用搅拌机(Braun,JB3060)中在高速下成浆1分钟。将0.5g亚硫酸氢钠添加到浆液中以控制酶促褐变。首先将浆液在室温下以3500rpm离心15分钟(Mistral 6000,Beun de Ronde)。然后将上清液收集在15ml离心管中，并在室温下以4500rpm进一步离心15分钟(Multifuge 1S-R)，以去除任何残留的淀粉或颗粒。再次收集上清液，并使用校准的Sprint蛋白质分析仪(CEM)测量蛋白质浓度。根据所测量的蛋白质含量，将上清液稀释至1g蛋白质/l以符合文献中使用的蛋白质浓度。

稀释的马铃薯蛋白汁含有1g/l马铃薯蛋白并且具有6.2的中性pH。使用ultraturrax(

4R)制备0.25％的CMC 4000溶液。将8g CMC 4000溶液加入到200ml马铃薯汁中以获得0.1的CMC/蛋白质比率。在磁力搅拌下将1M HCl加入到该溶液混合物中，直到溶液pH降低至3.5。

如图4所示，发现生成的CMC-马铃薯蛋白复合物为颗粒沉积物。这种复合物不具有本发明目标的纤维结构。

Claims

1.一种制备可食用的基于蛋白质的纤维结构的方法，包括：使非变性的马铃薯蛋白的水溶液与Mw为至少150,000道尔顿(Da)的羧甲基纤维素(CMC)接触以获得纤维形成溶液，所述纤维形成溶液具有0.5至15％范围内的总干物质(TDM)含量，并且其中所述接触是在混合的同时在2至5的pH范围内进行的，从而诱导形成基于马铃薯蛋白的可食用的纤维结构。

2.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：

-提供纤维形成溶液，所述纤维形成溶液包含非变性的马铃薯蛋白和Mw为至少150,000Da的CMC，并且其中所述纤维形成溶液具有0.5至15％的范围内的TDM含量；以及

-在混合的同时酸化所述纤维形成溶液，从而诱导形成基于马铃薯蛋白的可食用的纤维结构。

3.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：

-使pH范围为2-5的非变性的马铃薯蛋白的水溶液与Mw为至少150,000Da的CMC接触，以制备TDM含量在0.5至15％范围内的纤维形成溶液；并且其中所述接触是在混合的同时进行的，从而诱导形成基于马铃薯蛋白的可食用的纤维结构。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述非变性的马铃薯蛋白包含低分子量马铃薯蛋白分离物，优选其中所述马铃薯蛋白分离物的等电点高于5.5、优选高于5.8，分子量低于35kDa、优选为4-30kDa(通过SDS-PAGE确定)，并且配糖生物碱的浓度小于300ppm。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述低分子量马铃薯蛋白分离物通过以下可获得：

-离心絮凝的马铃薯汁，从而形成上清液；

-使用能够结合马铃薯蛋白的混合模式吸附剂，在小于11的pH和5-35℃的温度下使所述上清液经受吸附色谱处理，从而使天然马铃薯蛋白吸附到所述吸附剂；以及

-洗脱所述低分子量马铃薯蛋白分离物。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述CMC的Mw为至少400,000，优选至少500,000，更优选至少750,000。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述纤维形成溶液以3:1至15:1、优选8:1至12:1的相对重量比包含非变性的马铃薯蛋白和CMC。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述纤维形成溶液具有1至10％范围内的总干物质(TDM)含量。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述纤维形成溶液具有小于10mS/cm、优选小于8mS/cm且更优选小于4.8mS/cm的电导率。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述混合是在至多达0.6wt％NaCl、优选至多达0.5wt％、更优选至多达0.2wt％NaCl的存在下进行的。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述纤维形成溶液包含一种或多种其它成分，优选选自油和淀粉。

12.一种纤维形成溶液，包含非变性的马铃薯蛋白和Mw为至少150,000的羧甲基纤维素(CMC)，具有2-5范围内的pH和0.5至15％范围内的总干物质(TDM)含量。

13.一种可食用的基于蛋白质的纤维结构，通过权利要求1-11中任一项所述的方法可获得。

14.一种食品，包含根据权利要求13所述的可食用的基于蛋白质的纤维结构，优选其中所述食品是素食或纯素食食品。

15.根据权利要求14所述的食品，选自由肉类替代品、无麸质烘焙产品、奶酪类似物和蛋类代用品组成的组。

16.根据权利要求12所述的纤维形成溶液或根据权利要求13所述的可食用的基于蛋白质的纤维结构在制作食品中的用途。

17.根据权利要求16所述的用途，其中所述食品是素食或纯素食食品。