CN112841394A - 改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合乳液及复合凝胶的制备方法 - Google Patents

改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合乳液及复合凝胶的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合乳液及复合凝胶的制备方法，属于食品加工技术领域。其包括如下步骤：(1)在中温协同pH偏移处理豌豆蛋白过程中介入多模式发散式超声提高其溶解度；(2)将得到的改性豌豆蛋白与乳清蛋白混合后通过高压均质制备复合蛋白乳状液；(3)将得到的改性豌豆蛋白与乳清蛋白混合后通过热诱导制备复合蛋白凝胶。本发明制备的复合蛋白乳状液的氧化稳定性显著高于乳清蛋白乳液。制备的复合蛋白凝胶在降低乳清蛋白含量的同时，可以显著提高乳清蛋白凝胶的凝胶强度。

Description

改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合乳液及复合凝胶的制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合乳液以及复合凝胶的制备方法，属于食品加工技术领域。
背景技术
联合国2015年报告预测2050年全球人口将达到95亿左右。人口的增长将导致人们对蛋白质需求的增加。目前，食品产品蛋白质主要来源于牛奶、鸡蛋、肉类和海鲜等动物原料，其次是豆类和坚果等植物原料。绝大部分动物蛋白质的生产会需要消耗大量土地，并且会造成大量温室气体排放和水资源污染问题。考虑环境可持续性发展和粮食安全问题，有必要降低动物蛋白质消费。因此，以替代动物蛋白为目标的植物或微生物蛋白配料的研究开发不断受到重视。我国在2006年推出“双蛋白”战略，建议将动物蛋白与植物蛋白相结合，开发优质的健康营养食品。植物蛋白与乳清蛋白的复配能够改善最终产品的物理特性、营养、风味、烹饪效果以及降低生产成本减少环境污染，在食品领域有较好的应用前景。
豌豆蛋白致敏性低，潜在的过敏性食品安全性问题较少，是一种良好的食品蛋白来源。同时，豌豆蛋白具有良好的乳化性、起泡性等加工功能特性，在食品产品中具有较好的应用潜力及广阔的市场。豌豆蛋白质中赖氨酸含量较多，且富含精氨酸和支链氨基酸，可以促进肌肉蛋白质的合成、增强机体的免疫力，在运动营养食品应用上有较好的前景。可见，豌豆蛋白在替代动物蛋白和改善食品营养品质方面有较好的潜力。然后，商业豌豆蛋白作为豌豆淀粉生产的副产物，生产过程导致的热聚集使其溶解度较低，极大影响了其乳化性以及凝胶性质。因此以提高豌豆蛋白溶解度、乳化性和凝胶性质等功能特性的改性处理方法受到了关注。已有报道表明pH偏移是的豌豆蛋白改性的有效手段，可以改善豌豆蛋白的起泡性和凝胶性等功能性质。超声协同pH偏移处理相比超声预处理可以更好的提高豌豆蛋白溶解度。超声波技术一种绿色安全无污染广泛用于食品蛋白改性的物理加工技术。现有研究中多是采用单一频率聚能式超声设备进行预处理，此方法耗能高，处理强度过大，改性效率低。而基于双频或是三频的多模式发散式超声相对聚能式超声具有能耗较低，处理条件温和，改性效率高的特点。然后，将装备多个频率的多模式发散式超声用于在线协同中温及pH偏移处理改善豌豆蛋白溶解度、乳化性和凝胶性的效果暂未见到报道。
目前关于乳清蛋白乳液及凝胶的报道较多，但是双蛋白乳液及凝胶的报道较少。并且，改性豌豆蛋白与乳清蛋白制备复合蛋白乳液及复合蛋白凝胶暂未见报道。改性豌豆蛋白部分替代动物蛋白如乳清蛋白对混合蛋白乳化性和凝胶性影响的效果同样暂未见到报道。可见本发明申请的内容具有一定新颖性。
乳状液氧化稳定性主要影响因素为油脂氧化，会导致乳液食品感官品质和营养品质的下降，而且氧化产生的有害物质会对人体造成不良影响。有研究表明豌豆蛋白经过pH偏移改性后不仅溶解度提高，其制备的水包油乳液具有一定的抗聚结性和抗氧化性，其稳定性的提高与界面组成有关。而有研究报道一些植物蛋白与动物蛋白复合乳液具有比单一蛋白乳状液更好的性质和功能，它的稳定性可能取决于蛋白质使用的浓度和配比。但是，利用超声与中温协同pH偏移改性豌豆蛋白部分替代乳清蛋白影响复合蛋白乳液稳定性的效果暂未见研究报道。
蛋白凝胶三维网络结构需要通过二硫键和/或非共价相互作用来稳定。乳清蛋白单独制成的热诱导凝胶强度较弱，而乳清蛋白和豌豆蛋白质混合制备的复合凝胶，豌豆蛋白在热诱导凝胶可增强凝胶强度。通常添加一定浓度的氯化钠可以提高蛋白凝胶强度，但会引入大量盐不符合消费者低盐饮食的需求。因此，通过添加超声波在线加工强化中温协同pH偏移处理的豌豆蛋白来提高乳清蛋白凝胶性质，还可以降低凝胶产品中氯化钠的含量。复合蛋白凝胶既有良好的质地，还能满足消费者低盐食品的需求，是一种具有良好开发前景的凝胶食品。
发明内容
本发明拟解决的问题是获得一种利用超声波在线加工强化中温协同pH偏移处理提高豌豆蛋白豌豆蛋白溶解度、乳化性和凝胶性的方法。并将改性豌豆蛋白与乳清蛋白进行复配，用于制备复合蛋白乳状液和复合蛋白凝胶，进一步扩展豌豆蛋白在食品领域中的应用，开发新型双蛋白产品。
本发明的技术方案，以商业豌豆蛋白为原料，利用在线多模式超声强化中温协同pH偏移处理提高豌豆蛋白的溶解度。将改性后的豌豆蛋白与乳清蛋白混合后通过高压均质制备复合蛋白乳状液。将改性后的豌豆蛋白与经过多模式超声处理的乳清蛋白混合后制备复合蛋白凝胶。
改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合乳液的制备方法，按照下述步骤进行：
(1)将商业豌豆蛋白配置适当的浓度，用2mol/L NaOH滴定蛋白溶液至pH 12.0，并在40℃条件下利用在线多模式超声强化中温协同pH偏移改性豌豆蛋白的方法处理一定时间，诱导蛋白质去折叠。在pH偏移总时间1h后，用1mol/L HCl将溶液pH调至7.0，蛋白质重折叠，得到改性豌豆蛋白溶液。
(2)将改性豌豆蛋白和乳清蛋白溶液按照不同比例(v/v)进行混合，复合蛋白溶液与大豆油按1:9(w/w)的比例混合，经10000r/min高速分散2min处理后，在330bar下高压均质两次制备复合蛋白乳状液。
上述步骤(1)的利用在线多模式超声强化中温协同pH偏移改性豌豆蛋白的方法，选用三频发散式超声在线处理，超声频率为单频(20、28、40、60kHz)、双频(20/28、28/40、20/40、20/60、40/60kHz)、三频(20/28/40、20/40/60kHz)，工作模式为单独工作、同步工作或顺序工作，功率密度为96.77w/L，超声时间为0-15min。超声波脉冲工作时间10s，间歇时间3s。
上述步骤(1)的利用在线多模式超声强化中温协同pH偏移改性豌豆蛋白的方法，整个改性处理过程反应温度为40℃。
其中步骤(2)中改性豌豆蛋白与乳清蛋白浓度均为10mg/mL，复配比例为10:0-0:10(v/v)。
改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合凝胶的制备方法，按照下述步骤进行：
(1)将商业豌豆蛋白配置适当的浓度，用2mol/L NaOH滴定蛋白溶液至pH 12.0，并在40℃条件下利用在线多模式超声强化中温协同pH偏移改性豌豆蛋白的方法处理一定时间，诱导蛋白质去折叠。在pH偏移总时间1h后，用1mol/L HCl将溶液pH调至7.0，蛋白质重折叠，得到改性豌豆蛋白溶液。
(2)将改性豌豆蛋白与乳清蛋白溶液按照不同比例进行混合，混合均匀后于90℃水浴加热30
min，流水冷却后于4℃冰箱老化过夜，制备复合凝胶。
上述步骤(1)的利用在线多模式超声强化中温协同pH偏移改性豌豆蛋白的方法，选用三频发散式超声在线处理，超声频率为单频(20、28、40、60kHz)、双频(20/28、28/40、20/40、20/60、40/60kHz)、三频(20/28/40、20/40/60kHz)，工作模式为单独工作、同步工作或顺序工作，功率密度为96.77w/L，超声时间为0-15min。超声波脉冲工作时间10s，间歇时间3s。
上述步骤(1)的利用在线多模式超声强化中温协同pH偏移改性豌豆蛋白的方法，整个改性处理过程反应温度为40℃。
其中步骤(2)中乳清蛋白为经超声处理的乳清蛋白。超声条件为：20/35kHz的双频超声在顺序工作模式下处理15min，超声波脉冲工作时间5s，间歇时间2s。
其中步骤(2)中豌豆蛋白浓度是2％(w/v)，乳清蛋白浓度是10％(w/v)。豌豆蛋白与乳清蛋白复配比例为4:1-1:4(v/v)。
本发明的有益效果：
本发明采用在线超声强化中温协同pH偏移处理的豌豆蛋白，与单独pH偏移处理的豌豆蛋白相比豌豆蛋白溶解度提高了79％。以改性后的豌豆蛋白与乳清蛋白复合蛋白乳状液，可以改善乳清蛋白乳液的氧化稳定性，油脂氧化产物丙二醛含量(TBARS)降低了25.6％。以改性后的豌豆蛋白替代部分乳清蛋白制备复合蛋白凝胶，可以改善乳清蛋白凝胶的凝胶强度。改性豌豆蛋白替代20％乳清蛋白时，复合凝胶的储能模量提高了192.3％。
附图说明：
图1为三频发散式超声设备；
图1中：1.控制面板，2.超声发生器，3.恒温水浴锅，4.蠕动泵，5.反应釜，6.铁架台，7.豌豆蛋白溶液。
具体实施方式
实施例1
将0.2g商业豌豆蛋白溶于20mL 50mmol/L pH 7.0的磷酸盐缓冲液中，于40℃下磁力搅拌混匀，用2mol/L NaOH调节蛋白溶液pH到12.0后装入塑料袋中密封，悬挂于超声波反应釜中，控制试验温度为40℃。超声参数设定：频率为20/28/40kHz，同步超声模式，工作10s间歇3s，功率密度96.77w/L，同步工作时间为5min，顺序工作时间为15min。超声处理后，将样品用1mol/L HCl调回pH 7.0，保持pH偏移处理的总时间为1h。
对比例1
对比例1与实例1的方法相同，不同之处在于没有进行超声处理。
实例2
实例2与实例1的方法相同，不同之处在于超声频率为20/40/60kHz。
实例3
实例3与实例1的方法相同，不同之处在于超声频率为28/40kHz，同步超声时间为7.5min。
实例4
实例4与实例3的方法相同，不同之处在于超声频率为20/28kHz。
实例5
实例5与实例3的方法相同，不同之处在于超声频率为20/40kHz。
实例6
实例6与实例3的方法相同，不同之处在于超声频率为20/60kHz。
实例7
实例7与实例3的方法相同，不同之处在于超声频率为40/60kHz。
实例8
实例8与实例3的方法相同，不同之处在于超声频率为20kHz，单独工作超声时间为15min。
实例9
实例9与实例8的方法相同，不同之处在于超声频率为28kHz。
实例10
实例10与实例8的方法相同，不同之处在于超声频率为40kHz。
实例11
实例11与实例8的方法相同，不同之处在于超声频率为60kHz。
表1.多模式超声频率、多频超声工作模式和超声时间对豌豆蛋白溶解度的影响
Figure BDA0002903634740000051
通过表1的数据对比，与pH偏移的蛋白相比，经在线多模式超声强化中温协同pH偏移处理后，豌豆蛋白的溶解度得到显著性的提高。其中，经双频28/40kHz超声处理后溶解度提高了79％。
实施例12
将改性豌豆蛋白溶液(PP)及乳清蛋白(WP)液以超纯水为溶剂分别配制成浓度为10mg/mL，并分别按照10:0(v/v)的比例混合制备复合蛋白溶液。将大豆油与水相溶液按照1:9(w/w)的比例混合。混合物经10000r/min高速分散2min处理后制备得到粗乳液。取120mL粗乳液于烧杯中，通过高压均质乳化。选用压力为330bar，均质两次。
实例13
实例13与实例12的方法相同，不同之处在于PP与WP的复配比例为7:3(v/v)。
实例14
实例14与实例12的方法相同，不同之处在于PP与WP的复配比例为5:5(v/v)。
实例15
实例15与实例12的方法相同，不同之处在于PP与WP的复配比例为3:7(v/v)。
实例16
实例16与实例12的方法相同，不同之处在于PP与WP的复配比例为0:10(v/v)。
如表2
项目 PP:WP 丙二醛含量(10<sup>-6</sup>mol/L)
实例12 10:0 3.81
实例13 7:3 3.70
实例14 5:5 3.69
实例15 3:7 4.01
实例16 0:10 4.96
通过表2的数据对比，复合蛋白经高压均质乳化后得到的复合蛋白乳液丙二醛含量(TBARS)较低，添加豌豆蛋白能够提高乳清蛋白乳状液的氧化稳定性。本发明人在实验中发现，与PP:WP＝0:10的样品相比，PP:WP＝5:5乳状液和PP:WP＝7:3乳状液TBARS值分别降低了25.6％和25.4％。
实施例17
将中温pH偏移在线超声处理的豌豆蛋白(2％(w/v)，PP)与频率为20/35kHz的双频超声处理15min的乳清蛋白(10％(w/v),WPu)按照PP:WPu＝4:1(v/v)进行复配得到复合蛋白溶液。将均匀的复合蛋白乳液置于90℃中加热30min，待其冷却至室温后放于4℃冰箱中过夜老化，获得复合蛋白凝胶。
对比例2
对比例与实例17的方法相同，不同之处在于不添加改性豌豆蛋白。
实例18
实例18与实例17的方法相同，不同之处在于PP与WPu的复配比例为3:2(v/v)。
实例19
实例19与实例17的方法相同，不同之处在于PP与WPu的复配比例为2:3(v/v)。
实例20
实例20与实例17的方法相同，不同之处在于PP与WPu的复配比例为1:4(v/v)。
表3
项目 PP:WP<sub>u</sub> 储能模量(Pa)
对比例3 control 503.6
实例19 4:1 未形成凝胶
实例20 3:2 62.8
实例21 2:3 727.1
实例22 1:4 1471.6
通过数据对比，改性豌豆蛋白部分替代乳清蛋白可以增强乳清蛋白凝胶的强度。PP:WPu为1:4时凝胶的凝胶强度最高，与未加豌豆蛋白相比储能模量提高了192.2％，并且此时乳清蛋白含量减少20％。PP:WPu为2:3时，乳清蛋白含量减少40％，此时复合蛋白凝胶的储能模量与未加豌豆蛋白相比提高了44％。
综上所述，在线超声强化中温协同pH偏移处理可以显著改善豌豆蛋白的溶解度，以改性后的豌豆蛋白与乳清蛋白制备复合乳液，可以改善乳清蛋白乳液的氧化稳定性，降低乳液中脂肪氧化带来的不良影响。以改性后的豌豆蛋白与乳清蛋白制备复合凝胶，可以在降低乳清蛋白含量的同时步改善凝胶强度，为低盐凝胶产品开发提供新思路。

Claims (9)

1.改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合乳液的制备方法，其特征在于按照下述步骤进行：
(1)将商业豌豆蛋白配置适当的浓度，用2mol/L NaOH滴定蛋白溶液至pH 12.0，并在40℃条件下利用在线多模式超声强化中温协同pH偏移改性豌豆蛋白的方法处理一定时间，诱导蛋白质去折叠；在pH偏移总时间1h后，用1mol/L HCl将溶液pH调至7.0，蛋白质重折叠，得到改性豌豆蛋白溶液；
(2)将改性豌豆蛋白和乳清蛋白溶液按照不同比例(v/v)进行混合，复合蛋白溶液与大豆油按1:9(w/w)的比例混合，经10000r/min高速分散2min处理后，在330bar下高压均质两次制备复合蛋白乳状液。
2.根据权利要求1所述的改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合乳液的制备方法，其特征在于步骤(1)的利用在线多模式超声强化中温协同pH偏移改性豌豆蛋白的方法，选用三频发散式超声在线处理，超声频率为单频(20、28、40、60kHz)、双频(20/28、28/40、20/40、20/60、40/60kHz)、三频(20/28/40、20/40/60kHz)，工作模式为单独工作、同步工作或顺序工作，功率密度为96.77w/L，超声时间为0-15min；超声波脉冲工作时间10s，间歇时间3s。
3.根据权利要求1所述的改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合乳液的制备方法，其特征在于步骤(1)的利用在线多模式超声强化中温协同pH偏移改性豌豆蛋白的方法，整个改性处理过程反应温度为40℃。
4.根据权利要求1所述的改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合乳液的制备方法，其特征在于步骤(2)中改性豌豆蛋白与乳清蛋白浓度均为10mg/mL，复配比例为10:0-0:10(v/v)。
5.改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合凝胶的制备方法，按照下述步骤进行：
(1)将商业豌豆蛋白配置适当的浓度，用2mol/L NaOH滴定蛋白溶液至pH 12.0，并在40℃条件下利用在线多模式超声强化中温协同pH偏移改性豌豆蛋白的方法处理一定时间，诱导蛋白质去折叠；在pH偏移总时间1h后，用1mol/L HCl将溶液pH调至7.0，蛋白质重折叠，得到改性豌豆蛋白溶液；
(2)将改性豌豆蛋白与乳清蛋白溶液按照不同比例进行混合，混合均匀后于90℃水浴加热30min，流水冷却后于4℃冰箱老化过夜，制备复合凝胶。
6.根据权利要求5所述的改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合乳液的制备方法，其特征在于步骤(1)的利用在线多模式超声强化中温协同pH偏移改性豌豆蛋白的方法，选用三频发散式超声在线处理，超声频率为单频(20、28、40、60kHz)、双频(20/28、28/40、20/40、20/60、40/60kHz)、三频(20/28/40、20/40/60kHz)，工作模式为单独工作、同步工作或顺序工作，功率密度为96.77w/L，超声时间为0-15min；超声波脉冲工作时间10s，间歇时间3s。
7.根据权利要求5所述的改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合乳液的制备方法，其特征在于步骤(1)的利用在线多模式超声强化中温协同pH偏移改性豌豆蛋白的方法，整个改性处理过程反应温度为40℃。
8.根据权利要求5所述的改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合乳液的制备方法，其特征在于其中步骤(2)中乳清蛋白为经超声处理的乳清蛋白；超声条件为：20/35kHz的双频超声在顺序工作模式下处理15min，超声波脉冲工作时间5s，间歇时间2s。
9.根据权利要求5所述的改性豌豆蛋白与乳清蛋白复合乳液的制备方法，其特征在于其中步骤(2)中豌豆蛋白浓度是2％(w/v)，乳清蛋白浓度是10％(w/v)；豌豆蛋白与乳清蛋白复配比例为4:1-1:4(v/v)。
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