CN114557442B - 一种改善大豆分离蛋白凝胶特性的方法及其应用 - Google Patents
一种改善大豆分离蛋白凝胶特性的方法及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及大豆分离蛋白加工领域，涉及一种改善大豆分离蛋白凝胶特性的方法及其应用，该方法包括以下步骤，将大豆分离蛋白和油茶籽蛋白分散于水中，充分混匀，得到复合蛋白溶液；调节所述复合蛋白溶液的pH至8‑11后再调节至6‑7，得到预处理液；对所述预处理液进行热处理，冷却到68‑75℃，喷雾干燥，完成大豆分离蛋白凝胶特性的改善。本发明利用与油茶籽蛋白复配协同pH偏移预处理改善大豆分离蛋白凝胶特性，为大豆分离蛋白凝胶的制备提供新技术。
Description
技术领域
本发明涉及大豆分离蛋白加工领域，涉及一种改善大豆分离蛋白凝胶特性的方法及其应用，具体来说，是一种利用与油茶籽蛋白复配协同pH偏移预处理改善大豆分离蛋白凝胶特性的方法。
背景技术
大豆是重要的粮油作物，经榨油后得到的副产物可作为蛋白质加工的原料。大豆分离蛋白是从大豆低温脱脂豆粕中提取的一种蛋白质含量不低于90%的混合蛋白。大豆分离蛋白富含必需氨基酸，氨基酸组成与牛奶蛋白接近，是植物性的完全蛋白，具有极高的营养价值。此外，大豆分离蛋白还具有凝胶性、乳化性、起泡性、吸油性等诸多加工特性，被广泛应用于食品工业中。
大豆分离蛋白因其优异的凝胶化性能，优越的营养价值和低成本而被公认为用于生产加工肉制品的良好选择。大豆分离蛋白的加入能够赋予肉制品良好的组织结构，增加咀嚼感，保留水分、脂肪和风味物质等。大豆分离蛋白的凝胶性能直接决定了富含大豆分离蛋白肉制品的品质。大豆分离蛋白可通过多种方式形成凝胶，比如热处理、添加酶，添加盐离子、酸诱导等，但在食品工业中，热处理是最常见、最直接的加工手段。大豆分离蛋白受热后结构充分展开，内部功能基团暴露，这些结构展开的蛋白分子通过相互作用产生聚集，当聚集的蛋白质超过临界浓度时，这些聚集体形成三维凝胶网络结构。同时，二硫键、氢键和静电相互作用也不同程度地提升了凝胶性能。然而，大豆分离蛋白在生产、加工、储藏、运输过程中会发生变性和氧化，改变蛋白质巯基的数量、分子间的共价结合、改变蛋白质的带点状态和疏水性，造成大豆蛋分离蛋白溶解性下降，产生不溶性聚集体，导致大豆分离蛋白凝胶强度和持水性下降，最终对产品质量产生负面影响。这些因素都限制了大豆分离蛋白在食品工业中的应用。
目前有多种技术用于提升大豆分离蛋白的凝胶性。按照改性机理不同可分为物理改性（预热处理、超声处理、高压处理等），化学改性（pH偏移、离子诱导、糖基化等）和酶改性（转谷氨酰胺酶等）三种方式。其中最简单易行且节省能源的方法就是pH偏移处理。pH偏移使蛋白质远离等电点带上同种电荷，使蛋白质分子间相互排斥，导致亚基的解离和结构的展开，同时带电的蛋白质分子通过离子-偶极相互作用增强了与水分子的相互作用，增加了蛋白质的溶解性。碱性偏移还可以使蛋白质分子的粒径减小。近年来的研究表明，pH偏移处理方法可以使植物蛋白凝胶性能得到明显改善，且凝胶结构变得更加致密。因此，运用pH偏移对大豆分离蛋白进行预处理，有利于凝胶性能的提升。
pH偏移作为一种化学改性的手段，可以增强大豆分离蛋白的凝胶性能，改善凝胶性能。但是，为了能更进一步提升大豆分离蛋白的凝胶性能，本方法将与其他技术相结合（即添加高亲水性蛋白通过蛋白之间的相互作用）对大豆分离蛋白进行改性，以获得凝胶性能更好的大豆分离蛋白凝胶。
油茶籽蛋白是从油茶籽粕中提取出的一种主要以清蛋白和谷蛋白为主的植物蛋白。油茶籽蛋白中的氨基酸组成较为平衡，含有七种人体必需氨基酸，特别是含硫氨基酸含量丰富，具有较高的经济价值，可以作为食品加工的蛋白原料。油茶籽蛋白与大豆分离蛋白相比，清水性好，溶解度高，可作为一种有效配料通过增强蛋白质之间的相互作用来提升大豆分离蛋白的凝胶性质。目前，油茶籽蛋白的研究多集中于起泡性和乳化性，对大豆分离蛋白凝胶的改性方面鲜有报道。利用pH偏移技术预处理后可获得具有较好凝胶性的蛋白，但是通过与油茶籽蛋白进行复配协同pH偏移技术改善大豆分离蛋白凝胶性质的技术方法鲜有报道。
发明内容
本发明旨在提供一种改善大豆分离蛋白凝胶特性的方法及其应用，利用与油茶籽蛋白复配协同pH偏移预处理改善大豆分离蛋白凝胶特性，为大豆分离蛋白凝胶的制备提供新技术。
按照本发明的技术方案，所述改善大豆分离蛋白凝胶特性的方法，包括以下步骤，
S1：将大豆分离蛋白和油茶籽蛋白分散于水中，充分混匀，得到复合蛋白溶液（大豆分离蛋白和油茶籽蛋白的混合水溶液）；
S2：调节所述复合蛋白溶液的pH至8-11后再调节至6-7（pH偏移），得到预处理液；
S3：对所述预处理液进行热处理，再冷却到68-75℃，喷雾干燥，完成大豆分离蛋白凝胶特性的改善。
进一步的，所述大豆分离蛋白和油茶籽蛋白的质量比为10：1-4，即油茶籽蛋白的含量在9-30%之间。
具体的，油茶籽蛋白中蛋白质含量不低于60%。
进一步的，所述复合蛋白溶液中大豆分离蛋白和油茶籽蛋白的总质量分数为2-8%。
进一步的，所述步骤S1中，通过连续搅拌2-10 h实现充分混匀，使油茶籽蛋白和大豆分离蛋白充分复水并相互作用。
进一步的，所述步骤S2中，调节所述复合蛋白溶液的pH至8-11后，还包括4-35℃条件下静置1-12h的操作。
具体的，可以通过NaOH水溶液调节pH至8-11，NaOH水溶液的浓度为1-3mol/L。
进一步的，所述步骤S2中，调节pH至6-7后，还包括室温（25±5℃）条件下静置0.8-1.2h的操作。
具体的，可以通过HCl水溶液调节pH至6-7，HCl水溶液的浓度为1-3mol/L。
进一步的，所述步骤S3中，热处理的温度为100℃以上。
具体的，热处理的操作为：将预处理液置于130-145℃条件下加热4-20s。
进一步的，所述步骤S3中，热处理后，在20s内将温度降低到68-75℃。
本发明的第二方面提供了一种大豆分离蛋白凝胶的制备方法，包括以下步骤，
1）采用上述方法对大豆分离蛋白的凝胶特性进行改善；
2）将凝胶特性改善后的大豆分离蛋白溶于水中，加热反应，得到所述大豆分离蛋白凝胶。
进一步的，所述步骤2）中加热反应的温度为90-100℃，时间为25-50min。
本发明的第二方面提供了上述制备方法制得的大豆分离蛋白凝胶。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
pH偏移技术使一种绿色的化学改性方法，具有简单易行、节省能源的优点。通过pH偏移技术使大豆分离蛋白远离等电点带上同种电荷，从而使蛋白质分子间相互排斥，导致亚基的解离和结构的展开，疏水性增加，粒径减小，同时带电的蛋白质分子通过离子-偶极相互作用增强了与水分子的相互作用，溶解性增加，可以促进大豆分离蛋白形成结构均匀、致密的改性凝胶。
油茶籽蛋白具有与大豆分离蛋白不同的亲疏水性，分子量大小等特征。通过蛋白与蛋白之间的协同增效作用，可以很好地改善大豆分离蛋白凝胶的功能性质。
本发明的方法能够更好地对大豆分离蛋白凝胶复合物更深地认识，对进一步了解不同性质蛋白质之间的相互作用有着重要的理论指导意义，为食品工业应用大豆分离蛋白以及油茶籽蛋白，改善大豆分离蛋白凝集性质提供了新的思路。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
将大豆分离蛋白和油茶籽蛋白以10：0（w/w）的比例分散于去离子水中，通过磁力搅拌器搅拌2h，使大豆分离蛋白和油茶籽蛋白充分作用，制得蛋白总浓度为6%的复合蛋白溶液，控制溶液pH为7.0。
处理后的大豆蛋白分散溶液采用130~145℃温度加热4~20 s，并在20 s内将温度降低到68-75℃，进行喷雾干燥。
称取一定质量处理后的大豆分离蛋白溶于去离子水中，配置为浓度为12%的蛋白溶液。8g蛋白溶液置于10mL烧杯中放入水浴锅，95℃加热35分钟，通过热诱导制备大豆分离蛋白凝胶。将大豆分离蛋白凝胶放入冰水浴中，冷却后置于4℃冰箱中冷藏过夜，第二天取出凝胶恢复至室温后测定凝胶强度和持水性。
实施例2
实施例2与实施例1的方法相同，不同之处在于大豆分离蛋白与油茶籽蛋白的复配比例为0：10（w/w）。
实施例3
实施例3与实施例1的方法相同，不同之处在于大豆分离蛋白与油茶籽蛋白的复配比例为10：1（w/w）。
实施例4
实施例4与实施例1的方法相同，不同之处在于大豆分离蛋白与油茶籽蛋白的复配比例为10：2（w/w）。
实施例5
实施例5与实施例1的方法相同，不同之处在于大豆分离蛋白与油茶籽蛋白的复配比例为10：3（w/w）。
实施例6
实施例6与实施例1的方法相同，不同之处在于大豆分离蛋白与油茶籽蛋白的复配比例为10：4（w/w）。
实施例7
将大豆分离蛋白和油茶籽蛋白以10：2（w/w）的比例分散于去离子水中，通过磁力搅拌器搅拌2h，使大豆分离蛋白和油茶籽蛋白充分作用，制得复合蛋白溶液，控制溶液pH为7.0，蛋白总浓度为6%。用浓度为2mol/L的NaOH将复合蛋白溶液的pH调节至8，25℃条件下静置2h，然用浓度为2mol/L的HCl将溶液的pH调节至7，25℃条件下静置1h。
处理后的大豆蛋白分散溶液采用130-145℃温度加热4-20 s，并在20 s内将温度降低到68-75℃，进行喷雾干燥。
称取一定质量处理后的大豆分离蛋白溶于去离子水中，配置为浓度为12%的蛋白溶液。8g蛋白溶液置于10mL烧杯中放入水浴锅，95℃加热35分钟，通过热诱导制备大豆分离蛋白凝胶。将大豆分离蛋白凝胶放入冰水浴中，冷却后置于4℃冰箱中冷藏过夜，第二天取出凝胶恢复至室温后测定凝胶强度和持水性。
实施例8
实施例8与实施例7的方法相同，不同之处在于将复合蛋白溶液的pH调节至9。
实施例9
实施例9与实施例7的方法相同，不同之处在于将复合蛋白溶液的pH调节至10。
实施例10
实施例10与实施例7的方法相同，不同之处在于将复合蛋白溶液的pH调节至11。
结果分析
实施例1-10中得到的大豆分离蛋白凝胶的强度如表1所示。
表1
| 项目 | 大豆分离蛋白：油茶籽蛋白（w/w） | 是否pH偏移 | 凝胶强度（g） |
| 实施例1 | 10：0 | 否 | 213.57±21.47 |
| 实施例2 | 0：10 | 否 | 0 |
| 实施例3 | 10：1 | 否 | 350.91±17.28 |
| 实施例4 | 10：2 | 否 | 411.15±10.53 |
| 实施例5 | 10：3 | 否 | 427.30±22.73 |
| 实施例6 | 10：4 | 否 | 381.49±6.35 |
| 实施例7 | 10：2 | 是 | 643.95±17.56 |
| 实施例8 | 10：2 | 是 | 772.12±84.88 |
| 实施例9 | 10：2 | 是 | 805.25±76.93 |
| 实施例10 | 10：2 | 是 | 604.79±26.65 |
通过表1中实施例1-6的数据对比，在不添加油茶籽蛋白时，大豆分离蛋白的凝胶强度为213.57g，而油茶籽蛋白则不能形成凝胶。大豆分离蛋白与油茶籽蛋白复配后，随着油茶籽蛋白比例的升高，复配凝胶的凝胶强度在10：2达到最高值，随后逐步降低，但始终高于未复配大豆分离蛋白凝胶强度。大豆分离蛋白和油茶籽蛋白复配比例为10：2的复合凝胶的凝胶强度，达到411.15g，是未复配油茶籽蛋白的大豆分离蛋白凝胶强度的1.93倍。这种现象的出现可以归因于，油茶籽蛋白具有高亲水性，和大豆分离蛋白复配后提高了大豆分离蛋白的展开程度，增加了大豆分离蛋白在水中的溶解度。大豆分离蛋白容易形成聚集体，这其中有部分的不溶性聚集体，导致有效参与蛋白凝胶形成的蛋白浓度降低，而油茶籽蛋白的添加使得参与蛋白凝胶形成的浓度增大，最终能显著提高复合凝胶的凝胶强度。同时，油茶籽蛋白相对分子量低，低浓度的油茶籽蛋白可作为大豆分离蛋白凝胶网络的填充物，增加复配凝胶的凝胶强度。但是随着体系中油茶籽蛋白浓度的进一步升高，大豆分离蛋白的浓度降低，会干扰作为凝胶主要骨架的大豆蛋白凝胶网络的形成，使得复配凝胶强度降低。
通过表1中实施例7-10的数据对比，大豆分离蛋白与油茶籽蛋白以10：2的比例进行pH偏移处理后，复合凝胶的强度得到显著提升。随着处理pH的增加，凝胶强度增大，当处理pH达到10时，凝胶强度达到最大，由643.95g增加到805.25g。pH为11时，凝胶强度下降，但是仍比未经pH偏移处理的凝胶强度高。pH偏移处理使得蛋白质分子结构展开，疏水基团暴露，疏水性增加，随着pH增加，蛋白质的表面疏水性持续增大，而表面疏水性的增加有利于蛋白凝胶的形成。当pH增大至一定程度后，过强的pH值使得蛋白的亚基解离，反而不利于凝胶的形成。
油茶籽蛋白的添加可以显著改善大豆分离蛋白凝胶的凝胶强度，在此基础上再对大豆分离蛋白和油茶籽蛋白进行pH偏移处理后可更进一步提高大豆分离蛋白的凝胶性能。
综上所述，通过与油茶籽蛋白复配协同pH偏移预处理可以改善大豆分离蛋白凝胶特性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种改善大豆分离蛋白凝胶特性的方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1：将大豆分离蛋白和油茶籽蛋白分散于水中，充分混匀，得到复合蛋白溶液；
所述大豆分离蛋白和油茶籽蛋白的质量比为10：1-4，所述复合蛋白溶液中大豆分离蛋白和油茶籽蛋白的总质量分数为2-8%；
S2：调节所述复合蛋白溶液的pH至8-11，4-35℃条件下静置1-12h，再调节至6-7，室温条件下静置0.8-1.2h，得到预处理液；
S3：将预处理液置于130-145℃条件下加热4-20s，再冷却到68-75℃，喷雾干燥，完成大豆分离蛋白凝胶特性的改善。
2.如权利要求1所述的改善大豆分离蛋白凝胶特性的方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过连续搅拌2-10 h实现充分混匀。
3.如权利要求1所述的改善大豆分离蛋白凝胶特性的方法，其特征在于，所述步骤S3中，热处理后，在20s内将温度降低到68-75℃。
4.一种大豆分离蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
1）采用权利要求1-3中任一项所述的方法对大豆分离蛋白的凝胶特性进行改善；
2）将凝胶特性改善后的大豆分离蛋白溶于水中，加热反应，得到所述大豆分离蛋白凝胶。
5.如权利要求4所述的大豆分离蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中加热反应的温度为90-100℃，时间为25-50min。
6.一种权利要求4或5所述的制备方法制得的大豆分离蛋白凝胶。
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