CN113061175B - 以曲拉为原料制备的钙共沉淀蛋白及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钙共沉淀蛋白制备领域，具体地涉及一种以曲拉为原料制备的钙共沉淀蛋白及其制备方法。所述方法包括以下步骤：(1)将曲拉溶解并脱脂，得到脱脂物料；(2)调节所述脱脂物料的pH至5‑8.5，然后在70‑100℃的条件下热处理，得到絮凝的溶液；(3)向所述絮凝的溶液中加入钙源，并调节体系的pH至4.5‑6.5，形成白色沉淀，得到钙共沉淀蛋白。通过所述方法制备得到的共沉淀蛋白，乳清蛋白含量有所提高，出品率相比传统工艺大大提高。

Description

以曲拉为原料制备的钙共沉淀蛋白及其制备方法
技术领域
本发明涉及钙共沉淀蛋白制备领域，具体地涉及一种钙共沉淀蛋白及其制备方法。
背景技术
共沉淀蛋白是通过加热诱导乳清蛋白和酪蛋白发生络合反应，调节pH或加入氯化钙酸化后得到酪蛋白和乳清蛋白共沉淀的一类复合蛋白产品，根据加入氯化钙的量被称为高、中、低钙共沉淀蛋白。共沉淀蛋白同普通蛋白相比回收营养价值更高，并且具有很多令人关注的特性，在食品工业中有很大的发展潜力，主要应用于营养强化剂、食品品质改良剂、果汁生产、食品加工等。
目前共沉淀蛋白的生产原料主要是牛奶，但其生产成本较高。为优化共沉淀蛋白的生产工艺，同时最大程度的减少成本，提出了以我国特有的“曲拉”为原料制备共沉淀蛋白。
“曲拉”是牧民将牦牛奶脱脂后，发酵使酪蛋白凝结后风干制成的奶干渣。由于各种加工条件限制，导致以曲拉为原料生产钙共沉淀蛋白乳清蛋白含量低，钙共沉淀蛋白出品率低，造成以曲拉为原料生产钙共沉淀蛋白过程中共沉淀难的问题。共沉淀蛋白成品很难达到品质要求，从而限制牧区经济大发展。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种以曲拉为原料制备的钙共沉淀蛋白及其制备方法，通过所述方法制备得到的共沉淀蛋白，乳清蛋白含量有所提高，出品率相比传统工艺大大提高。
为了实现本发明的目的，一方面，本发明提供了一种以曲拉为原料生产钙共沉淀蛋白的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将曲拉溶解并脱脂，得到脱脂物料；
(2)调节所述脱脂物料的pH至5-8.5，然后在70-100℃的条件下热处理，得到絮凝的溶液；
(3)向所述絮凝的溶液中加入钙源，并调节体系的pH至4.5-6.5，形成白色沉淀，得到钙共沉淀蛋白。
第二方面，本发明提供了如上所述的方法制备的钙共沉淀蛋白。
本发明相比现有技术的有益效果为：
1、本发明利用调节加热前的pH使曲拉中的乳清蛋白与酪蛋白胶束表面相结合，提高了乳清蛋白和酪蛋白的覆盖面积，提高共沉淀蛋白中乳清蛋白的比例；
2、本发明利用高温加热溶液使乳蛋白变性发生络合，提高共沉率，从而提高了钙共沉淀蛋白出品率；
3、本发明方法制备得到的钙共沉淀蛋白具有较高的保水性、乳化能力、乳化稳定性、溶解性、起泡性和泡沫稳定性；
4、本发明通过分析目前牦牛乳及曲拉主要产区共沉淀蛋白制作工艺特征与品质，研究了共沉淀蛋白形成过程及机制，优化并验证了曲拉制中钙共沉淀生产关键工艺，对指导我国曲拉中钙共沉淀蛋白生产具有重要意义；
5、大多数生产厂家都是以鲜牛乳为原料，成本高。本发明所用曲拉的成本低、来源丰富、存放条件较鲜奶容易，因此具有很强的实用性和产品竞争力。
具体实施方式
在没有相反说明的情况下，本发明中对于同一参数所列举的点值之间均可任意的组合形成一个新的范围。
第一方面，本发明提供了一种以曲拉为原料生产钙共沉淀蛋白的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将曲拉溶解并脱脂，得到脱脂物料；
(2)调节所述脱脂物料的pH至5-8.5，然后在70-100℃的条件下热处理，得到絮凝的溶液；
(3)向所述絮凝的溶液中加入钙源，并调节体系的pH至4.5-6.5，形成白色沉淀，得到钙共沉淀蛋白。
步骤(1)
优选的，所述曲拉为牦牛乳曲拉。
优选的，为了进一步提高所制备的钙共沉淀蛋白中乳清蛋白的含量和出品率，优选的，所述牦牛乳曲拉的制备方法包括：将牦牛乳依次进行脱脂、煮沸、发酵、排乳清、晾晒和干燥。
其中，所述脱脂的方法优选包括：将牦牛乳在35-45℃，优选37-40℃的条件下加热3-8min，优选4-6min，然后进行离心脱脂，得到脱脂牦牛乳。
其中，所述煮沸的时间优选为20-50min，优选为23-35min。
其中，所述发酵的方法优选包括，向煮沸的牦牛乳中加入发酵剂，并在煮沸的条件搅拌5-20min。
其中，所述发酵剂为常规的曲拉制备过程的发酵剂，可以选自干酪乳杆菌、代田乳酸菌、嗜酸性乳酸菌、副干酪乳杆菌和鼠李糖乳杆菌，优选为干酪乳杆菌。
其中，相对于100重量份的脱脂牦牛乳，所述发酵剂的加入量优选为1-30重量％。
根据本发明，为了进一步提高所制备的钙共沉淀蛋白中乳清蛋白的含量和出品率，优选的，将曲拉溶解的方法包括：将曲拉与水按照1:15-25(例如，可以为1:15、1:16、1:17、1:18、1:19、1:20、1:21、1:22、1:23、1:24、1:25)的料液比进行混合，并加热25-35min(例如，可以为25min、26min、27min、28min、29min、30min、31min、32min、33min、34min、35min)；然后调节所得物料的pH至7.5-10(例如，可以为7.5、8、8.5、9、9.5、10)，优选8-9，继续加热25-35min(例如，可以为25min、26min、27min、28min、29min、30min、31min、32min、33min、34min、35min)，得到曲拉溶液。
优选的，所述加热的温度为40-65℃(优选为40℃、42℃、44℃、46℃、48℃、50℃、52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、65℃)，更优选为50-60℃，进一步优选为55℃。
其中，所述加热优选为恒温水浴加热。
根据本发明，步骤(1)中，所述脱脂的方法优选包括：将所述曲拉溶液依次进行第一过滤、离心和第二过滤，得到脱脂物料。
其中，所述第一过滤的孔径优选为100目，例如，可以使用100目单层纱布进行过滤。
其中，所述离心的条件优选包括：4000-5000rpm，时间为10-20min。
其中，所述第一过滤的孔径优选为100目，例如，可以使用100目多层，例如，2-5层，优选4层纱布进行过滤。
步骤(2)
根据本发明的方法，将得到的脱脂物料直接进行pH值的调节，调节pH后直接进行加热，中间不引入其他处理。
该处理方法能够有效提高所得钙共沉淀蛋白的乳清蛋白含量和出品率。
优选的，调节所述脱脂物料的pH至5.6-8，例如，可以为5.6、5.8、6、6.2、6.4、6.6、6.8、7、7.2、7.4、7.6、7.8、8，更优选为6.8-7.5，进一步优选为7.1-7.3。
优选的，在75-98℃(例如，可以为75℃、77℃、79℃、80℃、81℃、83℃、85℃、87℃、89℃、90℃、91℃、93℃、95℃、97℃、98℃)，更优选85-98℃，进一步优选90-97℃的条件下热处理。
优选的，所述热处理的时间为4-25min(例如，可以为4min、8min、10min、12min、14min、15min、18min、20min、23min、25min)，更优选10-20min，进一步优选11-13min。
其中，所述热处理优选为恒温水浴加热。
优选的，使用盐酸调节体系的pH，其中，所述盐酸的浓度可以为4-6重量％。
根据本发明一种优选的实施方式，调节体系的pH的方法包括：将酸加入到脱脂物料中，搅拌均匀后，静置0.5-5min，之后测定上清液的pH值。
步骤(3)
优选的，所述钙源为钙盐，更优选为氯化钙。
优选的，所述钙源的加入量使得所述絮凝的溶液中钙源的含量为0.04-0.15重量％，例如，可以为0.04重量％、0.06重量％、0.08重量％、0.09重量％、0.1重量％、0.12重量％、0.15重量％，更优选为0.06-0.12重量％，进一步优选为0.08-0.1重量％。
优选的，调节体系的pH值至4.6-5.1，例如，可以为4.6、4.7、4.8、4.9、5、5.1，优选4.7-4.9。
优选的，使用盐酸调节体系的pH，其中，所述盐酸的浓度可以为4-6重量％。
根据本发明，该方法还包括将得到的钙共沉淀蛋白进行干燥和研磨，得到钙共沉淀蛋白粉。
所述干燥的方法可以包括：将钙共沉淀蛋白分散平铺在洁净干燥的托盘中，放入40-55℃恒温干燥箱中干燥。
第二方面，本发明提供了如上所述的方法制备的钙共沉淀蛋白。
制备例1
用于说明曲拉的制备工艺
将来自甘肃省玛曲县齐哈玛乡的牦牛乳在37℃加热5min，然后进行离心脱脂，得到脱脂牦牛乳。
将脱脂的牦牛乳煮沸并维持约30min，然后在煮沸并搅拌的条件下加入发酵剂(副干酪乳杆菌CGMCC No.9800)，维持约10min。其中，相对于100重量份的脱脂牦牛乳，所述发酵剂的加入量约为10重量份。
发酵结束后排乳清，之后将所得凝块平铺晾凉并干燥，得到曲拉。
制备例2
用于说明曲拉的制备工艺
将来自甘肃省玛曲县齐哈玛乡的牦牛乳在38℃加热15min，然后再在47℃下加热18min，之后进行离心脱脂，得到脱脂牦牛乳。
向脱脂的牦牛乳中加入发酵剂(副干酪乳杆菌CGMCC No.9800)，发酵约24h。其中，相对于100重量份的脱脂牦牛乳，所述发酵剂的加入量约为10重量份。
发酵结束后在57-60℃加热约30min，然后排出清，之后将所得凝块平铺晾凉并干燥，得到曲拉。
以下实施例和对比例中，如果没有特别的说明，所有原料均为商购获得。在5000r/min(4℃)条件下离心30min去除乳脂，取出上清液，用乙酸调pH值到4.6，4000r/min(4℃)条件下离心35min，去除酪蛋白，取出上清液，上清液经0.22μm微孔滤膜过滤备用。
钙共沉淀蛋白中乳清蛋白含量的测定方法采用液相色谱法：采用0.1％三氟乙酸水溶液为流动相A，0.1％三氟乙酸乙腈溶液为流动相B进行程序洗脱，用XbridgeTM SneildRP C18色谱柱对乳清蛋白进行分离检测。
钙共沉淀蛋白的出品率的计算方法：准确称取钙共沉淀蛋白，测定其蛋白含量与原料中蛋白总质量之比，即为共沉淀蛋白的产率。其中，蛋白含量采用凯氏定氮法测定。
实施例1
(1)溶解
将制备例1制备的曲拉与水以1:20料液比在55℃水浴下恒温加热30min；调节pH达到8.5，继续加热30min并不断搅拌，曲拉溶解完全。
(2)粗过滤
将溶解的曲拉溶液用100目单层纱布过滤，除去还未溶解的杂质，滤液备用。
(3)离心脱脂
将滤液均匀的倒入离心管，对称置于离心机中，以4500rpm的转速离心15min，离心后的液体用四层100目纱布过滤；
(4)酸调
向上述滤液中逐滴加入5重量％的HCl溶液，搅拌均匀后，静置1min，用pH计测其上清液的pH值，使pH值达到7.2；
(5)加热
将酸调后的溶液进行90℃加热12min，得到絮凝的溶液；
(6)共沉
再将絮凝的溶液加CaCl2，使其终浓度为0.09重量％、同时用5重量％的HCl溶液调节pH至4.8产生大量白色沉淀；
(7)恒温干燥
将共沉凝块分散平铺在洁净干燥的托盘中，放入45℃恒温干燥箱中干燥，经研磨后制成钙共沉淀蛋白。其中，乳清蛋白含量为20.1重量％，出品率为61.04％。
实施例2——酸调pH值的影响
按照实施例1的方法进行钙共沉淀蛋白的制备，不同的是，步骤(4)中，酸调pH值分别为5.6(实施例2-1)、6(实施例2-2)、6.4(实施例2-3)、6.8(实施例2-4)。钙共沉淀蛋白中，乳清蛋白含量和出品率如表1所示。
表1
实施例1 实施例2-1 实施例2-2 实施例2-3 实施例2-4
pH 7.2 5.6 6 6.4 6.8
乳清蛋白含量(重量％) 20.1 17.2 17.5 18.0 19.2
出品率(％) 61.04 38.67 40.25 42.39 57.75
实施例3——加热温度的影响
按照实施例1的方法进行钙共沉淀蛋白的制备，不同的是，步骤(5)中，加热温度分别为75℃(实施例3-1)、80℃(实施例3-2)、85℃(实施例3-3)、95℃(实施例3-4)。钙共沉淀蛋白中，乳清蛋白含量和出品率如表2所示。
表2
实施例1 实施例3-1 实施例3-2 实施例3-3 实施例3-4
加热温度(℃) 90 75 80 85 95
乳清蛋白含量(重量％) 20.1 17.9 18.2 18.5 20.0
出品率(％) 61.04 44.17 53.71 60.53 61.81
实施例4——加热时间的影响
按照实施例1的方法进行钙共沉淀蛋白的制备，不同的是，步骤(5)中，加热时间分别为4min(实施例4-1)、8min(实施例4-2)、16min(实施例4-3)、20min(实施例4-4)。钙共沉淀蛋白中，乳清蛋白含量和出品率如表3所示。
表3
实施例1 实施例2-1 实施例2-2 实施例2-3 实施例2-4
加热时间(min) 12 4 8 16 20
乳清蛋白含量(重量％) 20.1 17.4 18.6 18.7 19.2
出品率(％) 61.04 40.39 45.02 52.33 52.09
实施例5——氯化钙添加量的影响
按照实施例1的方法进行钙共沉淀蛋白的制备，不同的是，步骤(6)中，氯化钙添加量分别为0.04重量％(实施例5-1)、0.06重量％(实施例5-2)、0.1重量％(实施例5-3)、0.12重量％(实施例5-4)。钙共沉淀蛋白中，乳清蛋白含量和出品率如表4所示。
表4
Figure BDA0003002879020000091
Figure BDA0003002879020000101
实施例6——酸凝pH的影响
按照实施例1的方法进行钙共沉淀蛋白的制备，不同的是，步骤(6)中，酸凝pH分别为5.1(实施例6-1)、5.4(实施例6-2)、5.7(实施例6-3)、6(实施例6-4)。钙共沉淀蛋白中，乳清蛋白含量和出品率如表5所示。
表5
实施例1 实施例2-1 实施例2-2 实施例2-3 实施例2-4
酸凝pH 4.8 5.1 5.4 5.7 6
乳清蛋白含量(重量％) 20.1 18.3 17.6 17.4 17.9
出品率(％) 61.04 51.67 44.43 42.37 40.41
实施例7
按照实施例1的方法进行钙共沉淀蛋白的制备，不同的是，所用曲拉为将制备例2制备的曲拉。其中，乳清蛋白含量为11.6重量％，出品率为50.36％。
实施例8
按照实施例1的方法进行钙共沉淀蛋白的制备，不同的是，使用硫酸调节各步骤的pH；步骤(3)，离心脱脂后不进行纱布过滤；步骤(6)中，将CaCl2替换为等摩尔量的氢氧化钙。其中，乳清蛋白含量为16.9重量％，出品率为52.45％。
对比例1
按照实施例1的方法进行钙共沉淀蛋白的制备，不同的是，步骤(4)中，在90℃加热滤液的过程中加入5重量％的HCl溶液，待体系的pH值达到7.2后停止加热，然后进行步骤(6)的共沉淀步骤。其中，乳清蛋白含量为15.9重量％，出品率为32.14％。
对比例2
按照实施例1的方法进行钙共沉淀蛋白的制备，不同的是，将步骤(6)和步骤(5)对调，也即，向酸调后的溶液中加入CaCl2，使其终浓度为0.09重量％，然后90℃加热12min，之后离心得到蛋白质沉淀。其中，乳清蛋白含量为16.3重量％，出品率为41.05％。
对比例3
按照实施例1的方法进行钙共沉淀蛋白的制备，不同的是，将步骤(4)和步骤(5)对调，也即，先将脱脂物料90℃加热12min，然后再加入5重量％的HCl溶液，使pH值达到7.2；同时步骤(6)在60℃的条件下进行。其中，乳清蛋白含量为14.6重量％，出品率为45.69％。
测试例
1)溶解性
配制质量浓度2g/100mL的共沉淀蛋白溶液，25℃恒温振荡1h，10 000r/min离心5min，取上清液。用凯氏定氮法测上清液的蛋白质含量，每个样品重复实验3次，溶解性按照公式(1)计算。
Figure BDA0003002879020000111
式中：C1为上清液中蛋白质含量/(g/100g)：C为样品中蛋白质含量/(g/100g)。
2)起泡性
配制质量浓度2g/100mL的共沉淀蛋白溶液，取40mL，用内切式高速分散器10000r/min搅打1min，快速将泡沫转移至量筒中，测量搅打后的泡沫体积和静止10min时的泡沫体积。起泡能力用经搅打后蛋白质分散物的体积增加量表示，起泡能力和泡沫稳定性分别按照公式
起泡能力/mL＝V0    (4)
Figure BDA0003002879020000121
式中：V0为搅打后泡沫的体积/mL：V10为放置10min后的泡沫体积/mL：V为搅打前样品溶液的体积/mL。
3)乳化能力
配制质量浓度2g/100mL的共沉淀蛋白溶液，取21mL，边搅拌边加入纯大豆色拉油9mL，然后10000r/min的速度高速匀浆1min制成乳状液；乳状液放置10min时小心地从玻璃容器底部取100μL乳化液加入到5mL、0.1％十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate，SDS)溶液中，混匀，利用紫外-可见分光光度计于500nm波长处测量。其吸光度，用0.1％的SDS溶液为空白调零。采用乳化活性指数(emulsifying activity index，EAI)及乳化稳定性指数(emulsifying stability index，ESI)来表示乳化特性。EAI是指在乳化体系中每克蛋白质所产生的界面面积的大小，ESI是指蛋白质持油水混合不分离的乳化特性对外界条件的抗应变能力。EAI和ESI分别按照公式(6)～(7)计算。
Figure BDA0003002879020000122
Figure BDA0003002879020000123
式中：ρ为样品溶液质量浓度(2g/100mL)：
Figure BDA0003002879020000124
为油相所占的体积分数(2％)：A500nm为500nm波长处的吸光度：n为样品稀释倍数；A0为0时刻的吸光度：A10为10min后的吸光度。
4)保水性
向5.00g干燥蛋白样品中加水10mL，搅拌均匀后室温放置30min，使之充分吸水，然后离心(2500g，5min)，分离出上清液，测定残留物的质量。同时，测定上清液中的蛋白质质量分数，结果以每克蛋白样品(干重)吸附水的量(g)表示，按如下公式计算。
Figure BDA0003002879020000131
结果如表6所示：
表6
Figure BDA0003002879020000132
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种以曲拉为原料生产钙共沉淀蛋白的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将牦牛乳曲拉溶解并脱脂，得到脱脂物料；
(2)调节所述脱脂物料的pH至5.6-7.3，然后在75-97℃的条件下热处理4-25min，得到絮凝的溶液；
(3)向所述絮凝的溶液中加入钙盐，所述钙盐的加入量使得所述絮凝的溶液中钙源的含量为0.04-0.12重量％，并调节体系的pH至4.6-6，形成白色沉淀，得到钙共沉淀蛋白。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(2)中，调节所述脱脂物料的pH至7.1-7.3。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(2)中，在85-97℃的条件下热处理；
和/或，所述热处理的时间为10-20min。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(2)中，使用盐酸调节体系的pH。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)中，将曲拉溶解的方法包括：将曲拉与水按照1:15-25的料液比进行混合，并加热25-35min；然后调节所得物料的pH至7.5-10，继续加热25-35min，得到曲拉溶液。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，调节所得物料的pH至8-9。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述加热的温度为40-65℃。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述加热的温度为50-60℃。
9.根据权利要求1-2和5-8中任意一项所述的方法，其中，步骤(1)中，所述脱脂的方法包括：将所述曲拉溶液依次进行第一过滤、离心和第二过滤，得到脱脂物料。
10.根据权利要求1-2和5-8中任意一项所述的方法，其中，步骤(3)中，所述钙源为钙盐；
和/或，所述钙盐的加入量使得所述絮凝的溶液中钙源的含量为0.06-0.12重量％；
和/或，调节体系的pH值至4.6-5.1；
和/或，使用盐酸调节体系的pH。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(3)中，所述钙源为氯化钙。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(3)中，调节体系的pH值至4.7-4.9。
13.根据权利要求1-2、5-8和11-12中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括将得到的钙共沉淀蛋白进行干燥和研磨，得到钙共沉淀蛋白粉。
14.根据权利要求1-2、5-8和11-12中任意一项所述的方法，其中，所述牦牛乳曲拉的制备方法包括：将牦牛乳依次进行脱脂、煮沸、发酵、排乳清、晾晒和干燥。
15.由权利要求1-14中任意一项所述的方法制备的钙共沉淀蛋白。
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