CN113508863B - 一种全溶性食用菌蛋白及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全溶性食用菌蛋白及其制备方法，所述全溶性食用菌蛋白是将未改性的食用菌蛋白在碱性条件下展开，然后加酸调至中性，制备得到全溶性食用菌蛋白。本发明所述制备方法不改变蛋白质的一级结构，能够最大限度的保留蛋白质的营养价值，并且所获得的食用菌蛋白无外源添加成分，最大程度上提高消费者的接受程度，实现了对食用菌副产物的合理利用，有效避免资源浪费和环境污染。

Description

一种全溶性食用菌蛋白及其制备方法
技术领域
本发明涉及食品真菌蛋白深加工技术领域，特别涉及一种全溶性食用菌蛋白及其制备方法。
背景技术
随着世界人口数量的爆炸式提高，人们对蛋白的需求日益增长。一方面，在发展中国家仍存在着蛋白资源严重缺乏的问题，另一方面，发达国家营养需求的升级意味着需要要对现有的蛋白质进行高附加值的精深加工。目前，世界上仍有大量亟待开发的优质蛋白质资源，尤其是植物蛋白资源，但由于其受限于低溶解性的特性，没有得到广泛的应用。真菌是一类生长快、产量巨大的生物资源，在我国，多种食用大型真菌品种已有成熟的人工培育技术。但用以食用的大型真菌收获后残留有大部分根部和柄部，仅作为菌渣部分用于动物饲料中。而菌渣的理化成分与食用菌主体相同，同时含有相当量的蛋白质(约30％)，且碱溶酸沉法的蛋白提取率与其他部位无异(约80％)。由于品相较劣，且蛋白质溶解度较低，菌渣无法作为商品销售，造成资源的极大浪费及环境污染。因而，通过提高食用菌蛋白的溶解度，可综合利用食用菌，扩大食用菌蛋白的应用范围，拓伸食用菌产业链深度，提高食用菌经济附加值。
目前，应用于蛋白质的增溶技术主要集中在生物酶法改性、化学改性技术以及物理改性。酶法改性蛋白质通过酶解蛋白大分子使其肽链断裂，形成小分子肽段，暴露更多极性基团分散于水中以实现疏水蛋白质的增溶。但酶解会带来蛋白质营养价值的变化，功能特性的改变，产生苦味肽等问题。化学改性则是通过化学手段使蛋白质基团发生化学反应，增强其化学基团的极性，以达到增溶目的。然而，强烈的化学反应可能导致蛋白质结构的破坏，降低其营养价值。同时，残留的化学试剂也可能导致潜在的食品安全问题。物理改性方法常常与酶法改性和化学改性联用，其本质与上述两种方法类似，并且物理改性的高投入，高能耗极大的提高了推广难度。
总之，现存的蛋白增溶技术虽然可以实现蛋白增溶效果，但是依然难以克服制备过程中蛋白质结构破坏带来的负面影响。因此，亟待寻找一种能够代替传统增溶技术的新方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种全溶性食用菌蛋白及其制备方法。本发明通过改变蛋白质二级结构间的疏水作用，实现食用菌蛋白增溶，以制备全溶性食用菌蛋白。本发明所述方法不改变蛋白质的一级结构，能够最大限度的保留蛋白质的营养价值，并且所获得的食用菌蛋白无外源添加成分，最大程度上提高消费者的接受程度，实现了对食用菌副产物的合理利用，有效避免资源浪费和环境污染。
本发明的技术方案如下：
一种全溶性食用菌蛋白，所述全溶性食用菌蛋白是将未改性的食用菌蛋白在碱性条件下展开，然后加酸调至中性，实现疏水基团的包埋和亲水基团的外露，从而形成具有疏水性内核的亲水胶体，实现食用菌蛋白增溶，制备得到全溶性食用菌蛋白；所述未改性的食用菌蛋白为具有亲水-疏水交错式柔性链状结构的食用菌蛋白。
所述食用菌为杏鲍菇、香菇、猴头菇中的一种。
所述食用菌蛋白可提取自食用菌可食部分，也可从食用菌副产物，即用于饲料的食用菌的菌根或菌柄部中提取。
一种全溶性食用菌蛋白的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)食用菌蛋白提取；
(2)将步骤(1)提取的食用菌蛋白加水搅拌后，加碱溶液调节pH值；
(3)将步骤(2)调节pH值后所得的溶液搅拌，使蛋白质二级结构暴露；
(4)然后滴加盐酸溶液调节pH值；
(5)将步骤(4)调节pH值后所得的溶液加热、冷却；
(6)将冷却后的溶液置于透析袋中透析；
(7)将透析后的溶液离心，取上清液，冷冻干燥后，即得全溶性食用菌蛋白。
进一步地，步骤(1)中，所述食用菌蛋白提取所用的方法为碱溶酸沉提取法。
进一步地，步骤(2)中，所述食用菌蛋白与水的质量比为0.1～10:100；所述搅拌的速度为500～900r/min，时间为10～30min；所述碱溶液为NaOH溶液，摩尔浓度为0.1～1mol/L；所述pH≥11。
进一步地，步骤(3)中，所述搅拌的速度为500～900r/min，时间为80～180min。
进一步地，步骤(4)中，所述盐酸溶液中盐酸的摩尔浓度为0.1～4mol/L；所述pH值为7.0。
进一步地，步骤(5)中，所述加热为95～121℃加热5～45min。
进一步地，步骤(6)中，所述透析袋的截留分子量为3500Da，所述透析的时间为18～36h。
进一步地，步骤(7)中，所述离心的离心力为4000～8000×g，时间为15～25min；所述冷冻干燥的温度为-60～-40℃，时间为2～4天。
本发明有益的技术效果在于：
(1)本发明无需借助外源蛋白，仅通过食用菌蛋白结构的疏水化自组装即可实现亲水改性，从蛋白来源上保证了产品的纯正性。
(2)本发明借助加热处理钝化表面疏水基团，因而浊度较低，提高了全溶性蛋白的稳定性。
(3)本发明所述的全溶性食用菌蛋白的制备方法，相对于传统的蛋白质改性方法，操作简便，能耗低，工艺及设备要求较低，工业应用可行性较大；条件温和，使用的试剂均为食品助剂，无化学试剂残留风险。
(4)本发明所述制备原理新颖，针对疏水性蛋白的疏水二级结构进行结构改性。首先，通过水合分散使难溶蛋白质结构在碱环境中充分展开；其次，在酸碱中和过程中使食用菌蛋白质结构在疏水相互作用下改变疏水二级结构；最后，在中和过程中，疏水蛋白质重构形成新的二、三级结构，使其亲水区域更多暴露于外而疏水区域包裹在内，达到较强的水分散体系稳定性。
(5)本发明所述方法制得的全溶性食用菌蛋白，能完整保留其主要亚基结构，因而一级结构未被破坏，这说明食用菌蛋白质的氨基酸组成完整，使得两者营养特性与功能特性得到很好保留，具有广阔的应用前景。
(6)本发明所制备的全溶性食用菌蛋白是将未改性的食用菌蛋白在碱性条件下充分展开，再将其调回中性。通过此过程，食用菌蛋白在疏水相互作用的驱动下实现了疏水基团的包埋和亲水基团的外露，从而形成具有疏水性内核的亲水胶体、并达到提高蛋白质溶解度的目的。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的全溶性杏鲍菇蛋白与增溶改性前杏鲍菇蛋白浊度的对比图。
图2为本发明实施例2制备的全溶性香菇蛋白与增溶改性前香菇蛋白浊度的对比图。
图3为本发明实施例3制备的全溶性猴头菇蛋白与增溶改性前猴头菇蛋白浊度的对比图。
图4为本发明实施例1-3制备的全溶性食用菌蛋白增溶改性前后蛋白溶解度的对比照片。
图中：a为改性后的全溶性杏鲍菇蛋白；b为改性后的全溶性香菇蛋白；c为改性后的全溶性猴头菇蛋白；d为改性前的杏鲍菇蛋白；e为改性前的香菇蛋白；f为改性前的猴头菇蛋白。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述，但本发明不仅仅限于这些实施例。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
一种全溶性食用菌蛋白，其制备方法包括以下步骤：
(1)未改性蛋白提取：将采摘后剩余的杏鲍菇菇根、菇柄用刀片式粉碎机粉碎后过80目筛，然后将粉末与去离子水以1：10(w/v)混合，再用1mol/L NaOH将其调节至pH 12后，在室温下搅拌4小时。然后，在10000×g和4℃下离心30分钟，收集上清液。接着用1mol/LHCl在搅拌条件下将上清液pH调节至3.6，并在10000×g和4℃下离心20分钟后，收集沉淀。收集到的蛋白质用去离子水洗涤三次后分散适量的去离子水，并用1mol/L NaOH调节pH到7。经冷冻干燥后，获得未改性杏鲍菇蛋白。
(2)将步骤(1)制备的未改性的杏鲍菇蛋白与蒸馏水以质量比2:100混合后，以500r/min，搅拌10min，搅拌水化，加入摩尔浓度为0.1mol/L的NaOH溶液，调节pH＝11。
(3)将步骤(2)所得溶液在900r/min的搅拌速率下搅拌120min，使杏鲍菇蛋白的高级空间结构充分展开，暴露蛋白质的二级结构。
(4)滴加0.1mol/L盐酸溶液使pH＝7.0，使杏鲍菇蛋白分子空间结构展开后经疏水相互作用形成新的空间结构，实现疏水基团的包埋和亲水基团的外露。
(5)将步骤(4)所得料液在121℃下加热5min后迅速冰浴冷却。
(6)将步骤(5)所得的料液于截留分子量为3500Da的透析袋中透析24h。
(7)将步骤(6)所得料液于8000×g下离心20min，取上清液。
(8)将步骤(7)所得上清液于-40℃冷冻干燥2天，即得全溶性杏鲍菇蛋白。
实施例2
一种全溶性食用菌蛋白的制备方法，包括以下步骤：
(1)未改性蛋白提取：将采摘后剩余的香菇菇根、菇柄用刀片式粉碎机粉碎后过80目筛，然后将粉末与去离子水以1：10(w/v)混合，再用1mol/L NaOH将其调节至pH 12后，在室温下搅拌4小时。然后，在10000×g和4℃下离心30分钟，收集上清液。接着用1mol/L HCl在搅拌条件下将上清液pH调节至4.4，并在10000×g和4℃下离心20分钟后，收集沉淀。收集到的蛋白质用去离子水洗涤三次后分散适量的去离子水，并用1mol/L NaOH调节pH到7。经冷冻干燥后，获得未改性香菇蛋白。
(2)将步骤(1)制备的未改性的香菇蛋白与蒸馏水以1:100的质量混合后，以700r/min，搅拌20min，搅拌水化，加入摩尔浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，调节pH＝11。
(3)将步骤(2)所得溶液在900r/min的搅拌速率下搅拌120min，使香菇蛋白的高级空间结构充分展开，暴露蛋白质的二级结构。
(4)滴加0.1mol/L盐酸溶液使pH＝7.0，使香菇蛋白分子空间结构展开后经疏水相互作用形成新的空间结构，实现疏水基团的包埋和亲水基团的外露。
(5)将步骤(4)所得料液在100℃下加热30min后迅速冰浴冷却。
(6)将步骤(5)所得的料液于截留分子量为3500Da的透析袋中透析24h。(7)将步骤(6)所得料液于8000×g下离心20min，取上清液。
(8)将步骤(7)所得上清液于-50℃冷冻干燥3天，即得全溶性香菇蛋白。
实施例3
一种全溶性食用菌蛋白的制备方法，包括以下步骤：
(1)未改性蛋白提取：将采摘后剩余的猴头菇菇根、菇柄用刀片式粉碎机粉碎后过80目筛，然后将粉末与去离子水以质量比1:10(w/v)混合，再用1mol/L NaOH将其调节至pH12后，在室温下搅拌4小时。然后，在10000×g和4℃下离心30分钟，收集上清液。接着用1mol/L HCl在搅拌条件下将上清液pH调节至3.0，并在10000×g和4℃下离心20分钟后，收集沉淀。收集到的蛋白质用去离子水洗涤三次后分散适量的去离子水，并用1mol/L NaOH调节pH到7。经冷冻干燥后，获得未改性猴头菇蛋白。
(2)将步骤(1)制备的未改性的猴头菇蛋白与蒸馏水以质量比1:100混合后，以900r/min，搅拌30min，搅拌水化，加入摩尔浓度为1mol/L的NaOH溶液，调节pH＝11。
(3)将步骤(2)所得溶液在900r/min的搅拌速率下搅拌120min，使猴头菇蛋白的高级空间结构充分展开，暴露蛋白质的二级结构。
(4)滴加0.1mol/L盐酸溶液使pH＝7.0，使猴头菇蛋白分子空间结构展开后经疏水相互作用形成新的空间结构，实现疏水基团的包埋和亲水基团的外露。
(5)将步骤(4)所得料液在95℃下加热45min后迅速冰浴冷却。
(6)将步骤(5)所得的料液于截留分子量为3500Da的透析袋中透析24h。
(7)将步骤(6)所得料液于8000×g下离心20min，取上清液。
(8)将步骤(7)所得上清液于-60℃冷冻干燥4天，即得全溶性猴头菇蛋白。
实施例4
一种全溶性食用菌蛋白，其制备方法包括以下步骤：
(1)未改性蛋白提取：将采摘后剩余的杏鲍菇菇根、菇柄用刀片式粉碎机粉碎后过80目筛，然后将粉末与去离子水以1：10(w/v)混合，再用1mol/L NaOH将其调节至pH 12后，在室温下搅拌4小时。然后，在10000×g和4℃下离心30分钟，收集上清液。接着用1mol/LHCl在搅拌条件下将上清液pH调节至3.6，并在10000×g和4℃下离心20分钟后，收集沉淀。收集到的蛋白质用去离子水洗涤三次后分散适量的去离子水，并用1mol/L NaOH调节pH到7。经冷冻干燥后，获得未改性杏鲍菇蛋白。
(2)将步骤(1)制备的未改性的杏鲍菇蛋白与蒸馏水以质量比10:100混合后，以600r/min，搅拌25min，搅拌水化，加入摩尔浓度为0.6mol/L的NaOH溶液，调节pH＝12。
(3)将步骤(2)所得溶液在500r/min的搅拌速率下搅拌180min，使杏鲍菇蛋白的高级空间结构充分展开，暴露蛋白质的二级结构。
(4)滴加0.4mol/L盐酸溶液使pH＝7.0，使杏鲍菇蛋白分子空间结构展开后经疏水相互作用形成新的空间结构，实现疏水基团的包埋和亲水基团的外露。
(5)将步骤(4)所得料液在95℃下加热25min后迅速冰浴冷却。
(6)将步骤(5)所得的料液于截留分子量为3500Da的透析袋中透析18h。
(7)将步骤(6)所得料液于4000×g下离心25min，取上清液。
(8)将步骤(7)所得上清液于-45℃冷冻干燥3天，即得全溶性杏鲍菇蛋白。
实施例5
一种全溶性食用菌蛋白，其制备方法包括以下步骤：
(1)未改性蛋白提取：将采摘后剩余的杏鲍菇菇根、菇柄用刀片式粉碎机粉碎后过80目筛，然后将粉末与去离子水以1：10(w/v)混合，再用1mol/L NaOH将其调节至pH 12后，在室温下搅拌4小时。然后，在10000×g和4℃下离心30分钟，收集上清液。接着用1mol/LHCl在搅拌条件下将上清液pH调节至3.6，并在10000×g和4℃下离心20分钟后，收集沉淀。收集到的蛋白质用去离子水洗涤三次后分散适量的去离子水，并用1mol/L NaOH调节pH到7。经冷冻干燥后，获得未改性杏鲍菇蛋白。
(2)将步骤(1)制备的未改性的杏鲍菇蛋白与蒸馏水以质量比0.1:100混合后，以650r/min，搅拌25min，搅拌水化，加入摩尔浓度为0.8mol/L的NaOH溶液，调节pH＝11。
(3)将步骤(2)所得溶液在600r/min的搅拌速率下搅拌80min，使杏鲍菇蛋白的高级空间结构充分展开，暴露蛋白质的二级结构。
(4)滴加0.2mol/L盐酸溶液使pH＝7.0，使杏鲍菇蛋白分子空间结构展开后经疏水相互作用形成新的空间结构，实现疏水基团的包埋和亲水基团的外露。
(5)将步骤(4)所得料液在110℃下加热10min后迅速冰浴冷却。
(6)将步骤(5)所得的料液于截留分子量为3500Da的透析袋中透析36h。
(7)将步骤(6)所得料液于6000×g下离心15min，取上清液。
(8)将步骤(7)所得上清液于-55℃冷冻干燥3天，即得全溶性杏鲍菇蛋白。
测试例
(1)食用菌蛋白溶解度测试：
本发明中提及的食用菌蛋白溶解度用可溶性食用菌蛋白含量来表征，即如式(1)所示，可溶性食用菌蛋白溶液中可溶性食用菌蛋白的质量m1占原料中总食用菌蛋白质量m0的百分比，其中，原料中总食用菌蛋白的质量m0及可溶性食用菌蛋白质的质量m1可通过凯式定氮法测定。
在本发明中食用菌蛋白溶解度计算公式如下式(1)所示：
Figure BDA0003162327860000071
式中：m0为原料中总食用菌蛋白的质量(g)；m1为可溶性食用菌蛋白的质量(g)。
根据式(1)计算得到实施例1-3制备得到的全溶性食用菌蛋白的溶解度如表1所示，其中，未改性蛋白是指将食用菌通过碱溶酸沉方法提取得到的食用菌蛋白。
表1
Figure BDA0003162327860000081
由表1可知，经过增溶改性后，原本溶解度较低的蛋白质实现了全溶状态。
将本发明实施例1-3制备的全溶性食用菌蛋白与各自未改性的食用菌蛋白各取1g，分别溶于100g水中，静置24小时，得到改性前后食用菌蛋白的溶解度照片，如图4所示。由图4可知，本发明实施例1-3改性后的蛋白质溶于水静置后溶液澄清透明，分散均匀，未经改性的蛋白溶液静置后出现沉淀，说明本发明通过改性实现了食用菌蛋白的全溶。
(2)食用菌蛋白浊度测试：
本发明中提及的食用菌蛋白浊度是将蛋白样品用蒸馏水稀释至0.2％(w/v)时的浓度，用0.8mol/L NaOH溶液分别调节pH至7、8、9、10、11、12，在500nm波长下，测量各pH值对应的透过率。
本发明实施例1-3制备的全溶性食用菌蛋白与增溶改性前食用菌蛋白的浊度的对比分别如图1-3所示，由图1-3可知，在相同pH条件下，本方法改性后的食用菌蛋白的透过率显著高于未改性的食用菌蛋白透过率，表明改性后蛋白的溶解度提高，浊度降低，透过率增大。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (3)

1.一种全溶性食用菌蛋白，其特征在于，所述全溶性食用菌蛋白是将未改性的食用菌蛋白在碱性条件下展开，然后加酸调至中性，制备得到全溶性食用菌蛋白；所述未改性的食用菌蛋白为具有亲水-疏水交错式柔性链状结构的食用菌蛋白；
所述食用菌为杏鲍菇、香菇、猴头菇中的一种；
所述全溶性食用菌蛋白的制备方法，包括如下步骤：
（1）食用菌蛋白提取；
（2）将步骤（1）提取的食用菌蛋白加水搅拌后，加碱溶液调节pH值；
（3）将步骤（2）调节pH值后所得的溶液搅拌，使蛋白质二级结构暴露；
（4）然后滴加盐酸溶液调节pH值；
（5）将步骤（4）调节pH值后所得的溶液加热、冷却；
（6）将冷却后的溶液置于透析袋中透析；
（7）将透析后的溶液离心，取上清液，冷冻干燥后，即得全溶性食用菌蛋白；
步骤（2）中，所述食用菌蛋白与水的质量比为0.1~10:100；所述搅拌的速度为500~900r/min，时间为10~30min；所述碱溶液为NaOH溶液，摩尔浓度为0.1~1mol/L；所述pH值≥11；
步骤（3）中，所述搅拌的速度为500~900r/min，时间为80~180 min；
步骤（5）中，所述加热为95~121 ℃加热5~45 min；
步骤（6）中，所述透析袋的截留分子量为3500 Da，所述透析的时间为18~36h；
步骤（7）中，所述离心的离心力为4000~8000 × g，时间为15~25min；所述冷冻干燥的温度为-60~-40℃，时间为2~4天。
2.根据权利要求1所述的全溶性食用菌蛋白，其特征在于，步骤（1）中，所述食用菌蛋白提取所用的方法为碱溶酸沉提取法。
3.根据权利要求1所述的全溶性食用菌蛋白，其特征在于，步骤（4）中，所述盐酸溶液中盐酸的摩尔浓度为0.1~4mol/L；所述pH值为7.0。
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