CN112042927A - 基于低温等离子体的卵白蛋白高效乳化剂制备方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于蛋白改性技术领域，涉及一种基于低温等离子体的卵白蛋白高效乳化剂制备方法，包括：S1、将卵白蛋白粉末溶解于磷酸缓冲液中，得到卵白蛋白溶液；S2、利用介质阻挡放电等离子体对步骤S1所得的卵白蛋白溶液进行处理；S3、将步骤S2处理后的溶液进行冷冻干燥后即得卵白蛋白高效乳化剂。本发明采用低温等离子体技术，能够利用低温等离子体物理及化学效应对蛋白质进行快速改性，使卵白蛋白暴露出疏水基团，更易吸附到油水界面上，从而提升其乳化性能。与其他方法相比，具有效率高、成本低的优点。本发明还提供一种基于低温等离子体的卵白蛋白高效乳化剂制备系统。
Description
技术领域
本发明涉及蛋白改性技术领域，具体涉及一种基于低温等离子体的卵白蛋白高效乳化剂制备方法及系统。
背景技术
卵白蛋白占蛋清中总蛋白含量的54％，是一种含有游离巯基的磷蛋白。每个卵白蛋白分子中含有4个巯基和1个二硫键。卵白蛋白分子中有约50％是疏水性氨基酸，分布于分子内的疏水腔中。在适当的外界条件干扰下，卵白蛋白分子结构极易展开，从而赋予分子间更强的疏水相互作用和二硫键交联，是一种极具潜力的天然乳化剂。然而在实际的食品加工中，卵白蛋白作为乳化剂的应用依然受到限制。主要归因于其自身结构的封闭性与加工环境中的高温、储藏等不利因素的影响。因此，仍然需要用物理或化学方法来对卵白蛋白进行改性，使其在油/水界面上形成更稳定的界面膜结构，从而提升其乳化能力。
传统改性方法主要有酶法改性、复合改性、干热改性等。《一种高起泡性和乳化性鸡蛋蛋清蛋白粉的制备方法》(中国发明专利申请，公开日为：2015年2月18日，公开号为：CN104351458A)中使用亚临界水对蛋清蛋白进行改性，耗时60分钟；《一种提高卵白蛋白的起泡性以及乳化性的方法》(中国发明专利申请，公开日为：2018年11月13日，公开号为：CN108782943A)对蛋白进行氧化改性，需要加入3种化学物质；《一种酶法改性制备大黄鱼脱脂鱼卵蛋白乳化剂的方法》(中国发明专利申请，公开日为：2018年12月7日，公开号为：CN108936579A)对蛋白进行酶法改性，历经8个步骤。以上方法均存在耗时耗能、成本较高的问题。
近年来，低温等离子体作为一种新型的食品加工技术，因其在低温下能产生丰富的活性物质而受到研究者的广泛关注。低温等离子体技术因具有处理成本低，时间短，处理流程简洁等优点，逐渐被用于蛋白质改性研究。
发明内容
针对现有方法的不足，本发明提供一种基于低温等离子体的卵白蛋白高效乳化剂制备方法。
本发明还提供一种基于低温等离子体的卵白蛋白高效乳化剂制备系统。
本发明采用以下技术方案实现：
基于低温等离子体的卵白蛋白高效乳化剂制备方法，包括步骤：
S1、将卵白蛋白粉末溶解于磷酸缓冲液中，得到卵白蛋白溶液；
S2、利用介质阻挡放电等离子体对步骤S1所得的卵白蛋白溶液进行处理；
S3、将步骤S2处理后的溶液进行冷冻干燥后即得卵白蛋白高效乳化剂。
优选地，步骤S1磷酸缓冲液pH＝7，稀释所得卵白蛋白溶液浓度为2～3mg/mL。
优选地，步骤S2介质阻挡放电等离子体对卵白蛋白溶液处理的方法包括：将卵白蛋白溶液处于直径60mm的塑料培养皿中，以石英板作为介质板；处理气隙间距为4～5mm；处理电压为50～60V，处理频率为1～1.5kHz，处理时间为1～4min，处理温度为25℃。
优选地，步骤S3冷冻干燥过程为在-40℃～-30℃条件下冷冻20～24h。
基于低温等离子体的卵白蛋白高效乳化剂制备系统，包括：
溶液单元，用于将卵白蛋白粉末溶解于磷酸缓冲液中，得到卵白蛋白溶液；
介质阻挡放电等离子体，用于对溶液单元所得的卵白蛋白溶液进行处理；
冷冻干燥单元，用于将介质阻挡放电等离子体处理后的溶液进行冷冻干燥，制得卵白蛋白高效乳化剂。
优选地，溶液单元所用磷酸缓冲液pH＝7，稀释所得卵白蛋白溶液浓度为2～3mg/mL。
优选地，介质阻挡放电等离子体对卵白蛋白溶液进行处理的方法包括：将卵白蛋白溶液处于直径60mm的塑料培养皿中，以石英板作为介质板；处理气隙间距为4～5mm；处理电压为50～60V，处理频率为1～1.5kHz，处理时间为1～4min，处理温度为25℃。
优选地，冷冻干燥单元的冷冻干燥过程为在-40℃～-30℃条件下冷冻20～24h。
本发明利用介质阻挡放电等离子体处理卵白蛋白，在适当的处理条件下，卵白蛋白的界面行为将发生两方面的变化。一方面介质阻挡放电等离子体中的RONS活性成分能够改变蛋白质的三级结构，使蛋白质原本封闭的结构舒展开，暴露出原本被包裹的疏水基团，从而在乳液中迅速吸附到油水界面处，并展开重排，形成界面膜。另一方面，活性物质能够打破卵白蛋白中原本的二硫键，游离巯基含量增多，有利于界面膜蛋白之间形成新的二硫键，从而提高界面膜强度，防止液滴絮凝。
与其他现有蛋白质改性技术相比，本发明的有益技术效果为：
(1)目前尚无采用低温等离子体提升卵白蛋白乳化能力的相关报道。发明人创新性提出利用低温等离子体制备卵白蛋白高效乳化剂的方法，能够快速提升卵白蛋白乳化能力，将其制备为卵白蛋白高效乳化剂，兼具成本低、易推广的特点。
(2)本发明采用低温等离子体技术，能够利用其物理及化学效应对蛋白质进行快速改性，使卵白蛋白暴露出疏水基团，更易吸附到油水界面上，从而提升其乳化性能。与其他方法相比，具有效率高、成本低的优点。
(3)本发明中所述的处理过程不涉及其他物质的添加，很好地保留了乳化过程中卵白蛋白本身的抗氧化能力，防止了乳液中油脂质量因氧化反应而下降。
(4)本发明所采用的低温等离子体技术能够保证处理过程中卵白蛋白溶液的温度保持在室温，与其他方法相比，有效防止了卵白蛋白在处理过程中因温度上升而发生的不利变化。
附图说明
图1为本发明一个实施例中卵白蛋白高效乳化剂制备流程图。
图2为本发明一个实施例中卵白蛋白表面疏水性与低温等离子体处理时间的关系。
图3为本发明一个实施例中卵白蛋白总巯基与自由巯基含量与低温等离子体处理时间的关系。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
基于低温等离子体的卵白蛋白高效乳化剂制备方法，如图1所示，包括步骤：
(1)将卵白蛋白粉分散于pH＝7的磷酸缓冲液中，配制成卵白蛋白浓度为3mg/mL的溶液，磁力搅拌均匀后，取10mL卵白蛋白溶液置于直径60mm的塑料培养皿中。
(2)使用介质阻挡放电等离子体对步骤(1)所得卵白蛋白溶液进行处理，选择厚1.5mm的石英片作为介质板固定于上电极，将装有卵白蛋白溶液的塑料培养皿放入介质板与下电极之间。调整电极间隙为4mm后，接通等离子体电源，将处理条件设定为电压60V，频率1kHz，处理2min。处理温度为25℃，空气作为电离气体。
(3)将步骤(2)处理所得的卵白蛋白溶液在-40℃条件下冷冻干燥20h，得到卵白蛋白高效乳化剂。
实施例2
基于低温等离子体制备卵白蛋白高效乳化剂的方法，包括步骤：
(1)将卵白蛋白粉用pH＝7的磷酸缓冲液复溶至浓度为2mg/mL，取10mL卵白蛋白溶液于直径为60mm的塑料培养皿中。
(2)对步骤(1)混合均匀的卵白蛋白溶液进行介质阻挡放电等离子体处理。将厚1.5mm的石英介质板固定在上电极，将装有卵白蛋白溶液的塑料培养皿放入石英介质板与下电极之间。将处理间隙调至5mm。接通等离子体电源，在电压50V，频率1.5kHz条件下处理样品1min/2min/3min/4min。处理温度为25℃，以空气为电离气体。
(3)将步骤(2)处理后的卵白蛋白溶液在-40℃条件下冷冻干燥24h，即得卵白蛋白高效乳化剂。
实施例3
一种基于低温等离子体的卵白蛋白高效乳化剂制备系统，包括：
溶液单元，用于将卵白蛋白粉末溶解于磷酸缓冲液中，得到卵白蛋白溶液；
介质阻挡放电等离子体，用于对溶液单元所得的卵白蛋白溶液进行处理；
冷冻干燥单元，用于将介质阻挡放电等离子体处理后的溶液进行冷冻干燥，制得高效乳化剂。
在一个优选的实施例中，溶液单元所用磷酸缓冲液pH＝7，稀释所得卵白蛋白溶液浓度为2～3mg/mL。
在一个优选的实施例中，介质阻挡放电等离子体对卵白蛋白溶液进行处理的方法包括：将卵白蛋白溶液处于直径60mm的塑料培养皿中，以石英板作为介质板；处理气隙间距为4～5mm；处理电压为50～60V，处理频率为1～1.5kHz，处理时间为1～4min，处理温度为25℃。
在一个优选的实施例中，冷冻干燥单元的冷冻干燥过程为在-40℃～-30℃条件下冷冻20～24h。
对处理后的卵白蛋白进行表面疏水性测定和总巯基与游离巯基含量测定，结果如图2和图3所示。其中，低温等离子体处理时间1～4min之间，表面疏水性随着处理时间的延长而升高。这意味着在两相界面上，蛋白质的亲/疏水基团能够更均匀地分布在两相中，使界面更稳定。
从巯基含量的变化来看，随着处理时间的增加，总巯基含量降低，游离巯基含量升高。总巯基含量降低说明卵白蛋白的三级结构随着处理时间的延长而逐渐展开。过氧自由基可与巯基反应形成亚硫酰基，硫酰基自由基与分子氧反应形成硫醇过氧基自由基，从而导致巯基的减少并加速了蛋白质的氧化。而游离巯基的增多是因为低温等离子体处理破坏了蛋白质中部分原始二硫键。低温等离子体中的.OH，HO2.和H.等自由基可以在水性介质中反应生成H2O2。后者可以氧化游离的自由巯基形成S–S键，从而在界面膜上的蛋白质分子之间形成新的二硫键交联，提升膜强度，增强乳液稳定性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于低温等离子体的卵白蛋白高效乳化剂制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1、将卵白蛋白粉末溶解于磷酸缓冲液中，得到卵白蛋白溶液；
S2、利用介质阻挡放电等离子体对步骤S1所得的卵白蛋白溶液进行处理；
S3、将步骤S2处理后的溶液进行冷冻干燥后即得卵白蛋白高效乳化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1磷酸缓冲液pH＝7，稀释所得卵白蛋白溶液浓度为2～3mg/mL。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2介质阻挡放电等离子体对卵白蛋白溶液处理的方法包括：将卵白蛋白溶液处于直径60mm的塑料培养皿中，以石英板作为介质板；处理气隙间距为4～5mm；处理电压为50～60V，处理频率为1～1.5kHz，处理时间为1～4min，处理温度为25℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3冷冻干燥过程为在-40℃～-30℃条件下冷冻20～24h。
5.基于低温等离子体的卵白蛋白高效乳化剂制备系统，其特征在于，包括：
溶液单元，用于将卵白蛋白粉末溶解于磷酸缓冲液中，得到卵白蛋白溶液；
介质阻挡放电等离子体，用于对溶液单元所得的卵白蛋白溶液进行处理；
冷冻干燥单元，用于将介质阻挡放电等离子体处理后的溶液进行冷冻干燥，制得卵白蛋白高效乳化剂。
6.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于，溶液单元所用磷酸缓冲液pH＝7，稀释所得卵白蛋白溶液浓度为2～3mg/mL。
7.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于，介质阻挡放电等离子体对卵白蛋白溶液进行处理的方法包括：将卵白蛋白溶液处于直径60mm的塑料培养皿中，以石英板作为介质板；处理气隙间距为4～5mm；处理电压为50～60V，处理频率为1～1.5kHz，处理时间为1～4min，处理温度为25℃。
8.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于，冷冻干燥单元的冷冻干燥过程为在-40℃～-30℃条件下冷冻20～24h。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114847394A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-08-05 | 天津科技大学 | 一种纤维化豌豆蛋白制备方法 |
| CN114847394B (zh) * | 2022-04-19 | 2023-10-24 | 天津科技大学 | 一种纤维化豌豆蛋白制备方法 |
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