CN112971110A - 一种糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂的制备方法，属于食品加工技术领域。本发明产品制备的主要步骤为：采用凝乳酶沉淀法结合酸沉法提取酪蛋白，溶于水并调节pH至中性，干燥后按一定的比例与低聚木糖混合形成溶液，一定温度下在水浴锅中搅拌加热，反应后用冰水混合物迅速降温，停止反应，离心去除沉淀，最后冷冻干燥获得糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂。本发明充分利用了作为提取乳清蛋白的副产物的酪蛋白，添加了耐酸耐热的益生元低聚木糖，通过只需加热就可发生的美拉德反应对其进行改性，制备了一种乳化性能好、稳定性高、蛋白含量高、色泽风味良好的天然大分子乳化剂，提高了原料的利用率和经济价值，有良好的市场前景。
Description
技术领域
本发明属于食品加工技术领域，涉及一种糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂的制备方法。
背景技术
随着人们对食品安全的重视程度越来越高，天然来源成分制备的乳化剂就更受消费者青睐，尤其是孕妇与儿童食品，更注重原料的天然性。然而，目前市面上的食品所使用的乳化剂一般都是化学合成的物质，且中国食品乳化剂产品的品种和用量还远远少于国外，开发多种功能的乳化剂新品种，丰富中国食品乳化剂的内在功能应该成为业界开发新产品的理念。传统小分子乳化剂是通过物理吸附富集在单体或粒子表面，因此当受到高剪切力、离心力、高温或低温影响时乳化剂层容易解吸而脱落，影响产品的质量。而大分子乳化剂聚合度高，分子量较大，通过空间位阻效应而使乳胶粒稳定，从而大大提高了乳液上述影响的能力。
牛乳中80％左右的蛋白质为酪蛋白，作为提取乳清蛋白的副产物，天然酪蛋白含有人体需要的多种氨基酸，是一种营养价值很高的完整蛋白质，是公认的绿色安全的良好材料，因具有广阔的应用前景而备受关注。但由于其pH在等电点附近，基本不溶于水，阻碍了其在食品领域的发展。低聚木糖结构简单，理化性质非常稳定，既耐酸又耐热，具有增殖肠道益生菌的能力，在食品工业中应用广泛，代谢无需体内胰岛素分泌，也可作为甜味剂应用于糖尿病和肥胖患者的日常餐饮中。
化学改性是提升蛋白质功能性质的重要手段，但往往会引入杂质和副产物，而美拉德反应是食品中还原糖的羰基与氨基酸或蛋白质中的氨基在加热条件下通过羰氨缩合而发生的一系列复杂反应，也是富含糖与蛋白质的食品呈现颜色变化及产生特殊风味的主要途径之一。该反应在食品加工、生产、储藏过程中普遍存在，是一种安全可靠天然的蛋白改性手段。美拉德反应对控制食品品质极其重要，它不仅赋予食品特殊的色泽与风味，并且在反应过程中生成大量具有抗氧化作用的物质，可起到延长货架期的作用。蛋白质具有双亲性，既可亲油又可亲水，多糖具有良好的溶解性和增稠性，研究表明通过美拉德反应将多糖和蛋白质结合，同时继承了两者的优良特性，糖基化蛋白具有优良的乳化性能。
本产品采用凝乳酶沉淀法结合酸沉法提取酪蛋白，溶于水并调节pH至中性，干燥后按一定的比例与低聚木糖混合形成溶液，一定温度下在水浴锅中搅拌加热，反应后用冰水混合物迅速降温，停止反应，离心去除沉淀，最后冷冻干燥获得糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂。本发明充分利用了作为提取乳清蛋白的副产物的酪蛋白，添加了耐酸耐热的益生元低聚木糖，通过只需加热就可发生的美拉德反应对其进行改性，制备了一种乳化性能好、稳定性高、蛋白含量高、色泽风味良好的天然大分子乳化剂，提高了原料的利用率和经济价值，有良好的市场前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种糖基化酪蛋白的天然大分子乳化剂的制备方法，得到的产品呈均匀米黄色，粒径在180nm-200nm之间，气味良好，有淡淡奶香味，乳化性和乳化稳定性分别是原蛋白的4倍和6倍。
本发明是通过以下技术手段来实现的：
一种糖基化酪蛋白的天然大分子乳化剂的制备方法包括如下步骤：
(1)在脱脂乳中加入0.01％-0.2％的凝乳酶，在35℃-37℃条件下反应0.5-1小时后，用酸溶液调节pH至4.6-4.8，将溶液以7000-10,000r/min的转速离心，得到上清液为乳清蛋白，将酪蛋白沉淀回收备用；
(2)将酪蛋白沉淀按1：10(g/ml)的比例溶于水，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，喷雾干燥，进料口温度为140℃-160℃，出料口温度为80-120℃；
(3)取(2)中酪蛋白粉碎后过60目筛，分别配制相同质量浓度的酪蛋白溶液和低聚木糖溶液，以1：10-20(g/mL)的比例溶于水搅拌至充分溶解，将蛋白溶液和糖溶液按1：0.5-2(g/g)的比例混合；
(4)将(3)中溶液在40-60℃恒温水浴中搅拌360-480min，反应后用冷水迅速降温，停止反应；
(5)将(4)得到的溶液以2000-5000r/min的转速离心，取上清液；
(6)收集(5)中上清液，浓缩后喷雾干燥得糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂。
步骤(1)、(5)中所述的离心条件分别为7000-10,000r/min，10-30min，2000-5000r/mi，10-20min，优选条件为8000r/min，20min和3000r/min，15min；
步骤(1)中所述的凝乳酶选自动物源凝乳酶、植物源凝乳酶和微生物源凝乳酶。酸溶液选自乳酸、柠檬酸以及食用盐酸；
步骤(2)中所述的喷雾干燥进料口温度为140-160℃，出料口温度为80-120℃，优选条件为进料口温度150℃，出料口温度为100℃；
步骤(3)中所述的酪蛋白为酪蛋白酸钠、α-酪蛋白、β-酪蛋白或κ-酪蛋白；
步骤(3)中所述酪蛋白与低聚木糖的混合比例为1：0.5-2(g/g)，优选条件为1：1(g/g)，酪蛋白与低聚木糖溶于水，与水的比例为1：10-20(g/mL)，优选条件为1：10(g/mL)；
步骤(4)中所述加热条件为40-60℃，360-480min,优选条件为60℃，420min。
本发明的积极效果在于：
本发明的原料为提取乳清蛋白的副产物酪蛋白，富含人体所需的多种氨基酸，营养价值高，天然绿色安全，充分提高了副产物利用率，拓宽了酪蛋白的应用。
本发明考虑了酪蛋白等电点处溶解度低的特性，选用低聚木糖对其进行改性，低聚木糖结构简单，理化性质非常稳定，既耐酸又耐热，可使糖基化产物的溶解性和乳化性大大提高。
本发明采用美拉德反应对酪蛋白进行改性，方法简便易操作，只需加热就可发生，不需添加额外的化学试剂，绿色安全。
本发明有效提高了酪蛋白的乳化特性，尤其是乳化稳定性，糖基化酪蛋白乳化剂可使酪蛋白胶束在油水界面完整地存在，不发生解离，具有较高的界面活性，空间位阻大，因此能长期的稳定乳液，粒径明显减小，在180nm-200nm之间，色泽风味优良，最终得到的成品呈淡黄色粉末状，有淡淡奶香味。
本发明反应条件容易达到，成本低，制备出稳定的酪蛋白改性制品，从而能够长时间稳定乳液，充分提高了原料的利用率和经济价值，有良好的市场前景。
具体实施方式
通过以下实施例进一步举例描述本发明，并不以任何方式限制本发明，在不背离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。
实施例1
制备糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂：
(1)在脱脂乳中加入0.01％的凝乳酶，在35℃条件下反应0.5小时后，用酸溶液调节pH至4.6，将溶液以7000r/min的转速离心，得到上清液为乳清蛋白，将酪蛋白沉淀回收备用；
(2)将酪蛋白沉淀按1：10(g/ml)的比例溶于水，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，喷雾干燥，进料口温度为140℃，出料口温度为80℃；
(3)取(2)中酪蛋白粉碎后过60目筛，分别配制相同质量浓度的酪蛋白溶液和低聚木糖溶液，以1：10(g/mL)的比例溶于水搅拌至充分溶解，将蛋白溶液和糖溶液按1：0.5(g/g)的比例混合；
(4)将(3)中溶液在40℃恒温水浴中搅拌360min，反应后用冰水混合物迅速降温，停止反应；
(5)将(4)得到的溶液以2000r/min的转速离心，取上清液；
(6)收集(5)中上清液，浓缩后喷雾干燥得糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂。
制备水包油型乳状液：
(1)将10g实施例1中得到的糖基化酪蛋白乳化剂添加到990g水中，搅拌至充分溶解；制得糖基化酪蛋白分散液；
(2)将溶解后的800g分散液与200g油混合，用立式高速剪切仪1,2000r/min剪切乳化5次，每次2min，将剪切乳化后的乳液用高压均质机进行均质，第一次均质压力为20-30MPa，第二次均质压力为40-50MPa。
实施例2
制备糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂：
(1)在脱脂乳中加入0.05％的凝乳酶，在35℃条件下反应0.5小时后，用酸溶液调节pH至4.6，将溶液以8000r/min的转速离心，得到上清液为乳清蛋白，将酪蛋白沉淀回收备用；
(2)将酪蛋白沉淀按1：10(g/ml)的比例溶于水，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，喷雾干燥，进料口温度为150℃，出料口温度为90℃；
(3)取(2)中酪蛋白粉碎后过60目筛，分别配制相同质量浓度的酪蛋白溶液和低聚木糖溶液，以1：10(g/mL)的比例溶于水搅拌至充分溶解，将蛋白溶液和糖溶液按1：1(g/g)的比例混合；
(4)将(3)中溶液在50℃恒温水浴中搅拌420min，反应后用冰水混合物迅速降温，停止反应；
(5)将(4)得到的溶液以3000r/min的转速离心，取上清液；
(6)收集(5)中上清液，浓缩后喷雾干燥得糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂。
制备水包油型乳状液：
(1)将10g实施例1中得到的糖基化酪蛋白乳化剂添加到990g水中，搅拌至充分溶解；制得糖基化酪蛋白分散液；
(2)将溶解后的800g分散液与200g油混合，用立式高速剪切仪1,2000r/min剪切乳化5次，每次2min，将剪切乳化后的乳液用高压均质机进行均质，第一次均质压力为20-30MPa，第二次均质压力为40-50MPa。
实施例3
制备糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂：
(1)在脱脂乳中加入0.1％的凝乳酶，在36℃条件下反应1小时后，用酸溶液调节pH至4.7，将溶液以9000r/min的转速离心，得到上清液为乳清蛋白，将酪蛋白沉淀回收备用；
(2)将酪蛋白沉淀按1：10(g/ml)的比例溶于水，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，喷雾干燥，进料口温度为160℃，出料口温度为110℃；
(3)取(2)中酪蛋白粉碎后过60目筛，分别配制相同质量浓度的酪蛋白溶液和低聚木糖溶液，以1：15(g/mL)的比例溶于水搅拌至充分溶解，将蛋白溶液和糖溶液按1：1.5(g/g)的比例混合；
(4)将(3)中溶液在40℃恒温水浴中搅拌480min，反应后用冰水混合物迅速降温，停止反应；
(5)将(4)得到的溶液以4000r/min的转速离心，取上清液；
(6)收集(5)中上清液，浓缩后喷雾干燥得糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂。
制备水包油型乳状液：
(1)将10g实施例1中得到的糖基化酪蛋白乳化剂添加到990g水中，搅拌至充分溶解；制得糖基化酪蛋白分散液；
(2)将溶解后的800g分散液与200g油混合，用立式高速剪切仪1,2000r/min剪切乳化5次，每次2min，将剪切乳化后的乳液用高压均质机进行均质，第一次均质压力为20-30MPa，第二次均质压力为40-50MPa。
实施例4
制备糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂：
(1)在脱脂乳中加入0.15％的凝乳酶，在37℃条件下反应1小时后，用酸溶液调节pH至4.8，将溶液以10,000r/min的转速离心，得到上清液为乳清蛋白，将酪蛋白沉淀回收备用；
(2)将酪蛋白沉淀按1：10(g/ml)的比例溶于水，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，喷雾干燥，进料口温度为150℃，出料口温度为120℃；
(3)取(2)中酪蛋白粉碎后过60目筛，分别配制相同质量浓度的酪蛋白溶液和低聚木糖溶液，以1：15(g/mL)的比例溶于水搅拌至充分溶解，将蛋白溶液和糖溶液按1：2(g/g)的比例混合；
(4)将(3)中溶液在60℃恒温水浴中搅拌420min，反应后用冰水混合物迅速降温，停止反应；
(5)将(4)得到的溶液以5000r/min的转速离心，取上清液；
(6)收集(5)中上清液，浓缩后喷雾干燥得糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂。
制备水包油型乳状液：
(1)将10g实施例1中得到的糖基化酪蛋白乳化剂添加到990g水中，搅拌至充分溶解；制得糖基化酪蛋白分散液；
(2)将溶解后的800g分散液与200g油混合，用立式高速剪切仪1,2000r/min剪切乳化5次，每次2min，将剪切乳化后的乳液用高压均质机进行均质，第一次均质压力为20-30MPa，第二次均质压力为40-50MPa。
实施例5
制备糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂：
(1)在脱脂乳中加入0.2％的凝乳酶，在37℃条件下反应1小时后，用酸溶液调节pH至4.6，将溶液以8000r/min的转速离心，得到上清液为乳清蛋白，将酪蛋白沉淀回收备用；
(2)将酪蛋白沉淀按1：10(g/ml)的比例溶于水，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，喷雾干燥，进料口温度为160℃，出料口温度为100℃；
(3)取(2)中酪蛋白粉碎后过60目筛，分别配制相同质量浓度的酪蛋白溶液和低聚木糖溶液，以1：20(g/mL)的比例溶于水搅拌至充分溶解，将蛋白溶液和糖溶液按1：1(g/g)的比例混合；
(4)将(3)中溶液在60℃恒温水浴中搅拌480min，反应后用冰水混合物迅速降温，停止反应；
(5)将(4)得到的溶液以4000r/min的转速离心，取上清液；
(6)收集(5)中上清液，浓缩后喷雾干燥得糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂。
制备水包油型乳状液：
(1)将10g实施例1中得到的糖基化酪蛋白乳化剂添加到990g水中，搅拌至充分溶解；制得糖基化酪蛋白分散液；
(2)将溶解后的800g分散液与200g油混合，用立式高速剪切仪1,2000r/min剪切乳化5次，每次2min，将剪切乳化后的乳液用高压均质机进行均质，第一次均质压力为20-30MPa，第二次均质压力为40-50MPa。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
结论：
本发明采用凝乳酶沉淀法结合酸沉法提取酪蛋白，方法简便快捷易操作，通过糖基化手段对酪蛋白进行接枝改性，将糖基化酪蛋白作为乳化剂，制备了水包油型乳状液。经实验证明，在同一温度条件下乳化活性提高为原来的4倍左右，乳化稳定性提高为原来的6倍左右，粒径明显减小，稳定在180nm-200nm左右。本发明所得最终产品呈米白色，有淡淡的奶香味，无异味腥味。与低聚木糖的共价结合改善了酪蛋白的溶解性和乳化特性，降低了粒径的大小，能使糖基化产物能迅速吸附至油水界面，进而增加界面的机械强度，使它在乳液体系中发挥更好的稳定作用，且在常温环境下储藏一个月以上仍稳定。该方法简便成本低，可扩大酪蛋白作为乳化剂在食品工业中的应用范围，且安全无毒无污染，有良好的市场前景。
Claims (9)
1.一种糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在脱脂乳中加入0.01％-0.2％的凝乳酶，在35℃-37℃条件下反应0.5-1小时后，用酸溶液调节pH至4.6-4.8，将溶液以7000-10,000r/min的转速离心，得到上清液为乳清蛋白，将酪蛋白沉淀回收备用；
(2)将酪蛋白沉淀按1：10(g/ml)的比例溶于水，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，喷雾干燥，进料口温度为140℃-160℃，出料口温度为80-120℃；
(3)取(2)中酪蛋白粉碎后过60目筛，分别配制相同质量浓度的酪蛋白溶液和低聚木糖溶液，以1：10-20(g/mL)的比例溶于水搅拌至充分溶解，将蛋白溶液和糖溶液按1：0.5-2(g/g)的比例混合；
(4)将(3)中溶液在40-60℃恒温水浴中搅拌360-480min，反应后用冷水迅速降温，停止反应；
(5)将(4)得到的溶液以2000-5000r/min的转速离心，取上清液；
(6)收集(5)中上清液，浓缩后喷雾干燥得糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂。
2.根据权利要求1所述的一种糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂的制备方法，其特征在于：(1)中所述的离心条件为7000-10,000r/min，10-30min。
3.根据权利要求1所述的一种糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂的制备方法，其特征在于：(1)中所述的凝乳酶选自动物源凝乳酶、植物源凝乳酶和微生物源凝乳酶。
4.根据权利要求1所述的一种糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂的制备方法，其特征在于：(1)中所述的酸溶液选自乳酸、柠檬酸以及食用盐酸。
5.根据权利要求1所述的一种糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂的制备方法，其特征在于：(2)中所述的喷雾干燥进料口温度为140-160℃，出料口温度为80-120℃。
6.根据权利要求1所述的一种糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂的制备方法，其特征在于：(3)中所述的酪蛋白为酪蛋白酸钠、α-酪蛋白、β-酪蛋白或κ-酪蛋白。
7.根据权利要求1所述的一种糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂的制备方法，其特征在于：(3)中所述酪蛋白与低聚木糖的混合比例为1：0.5-2，酪蛋白与低聚木糖溶于水，与水的比例为1：10-20(g/mL)。
8.根据权利要求1所述的一种糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂的制备方法，其特征在于：(4)中所述加热条件为40-60℃，360-480min。
9.根据权利要求1所述的一种糖基化酪蛋白天然大分子乳化剂的制备方法，其特征在于：(5)中所述离心条件为为2000-5000r/min，10-30min。
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