CN114933630A - 大米蛋白改性方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大米蛋白改性方法及应用，其改性方法是通过对大米分离蛋白进行极碱处理和微射流均质，改性方法可以显著改善大米分离蛋白的溶解性、乳化性及所制备乳液的稳定性。改性大米蛋白可以用于蛋白粉、保健品、饲料、婴儿奶粉及食品饮料的生产中，尤其是植物蛋白类饮品中，实现植物蛋白的深加工与利用。

Description

大米蛋白改性方法及应用
技术领域
本发明涉及食品技术领域，具体涉及一种大米蛋白改性方法及应用。
背景技术
大米蛋白是近年来新兴的一种优质蛋白质来源，其在人体的消化率高、易吸收，符合WHO/FAO的理想模式。但是，大米蛋白在中性条件下溶解性差，大大限制了其在食品行业中的发展，需进行改性以提高其应用价值。
发明内容
基于此，有必要提供一种大米蛋白改性方法及应用，该改性方法可以同时显著改善大米分离蛋白的溶解性、乳化性及制备乳液的稳定性。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种大米蛋白改性方法，包括如下步骤：配制浓度为2％～5％的大米分离蛋白水溶液；调节所述大米分离蛋白水溶液的pH至9～11，保持 3～6h，得碱处理蛋白溶液；将所述碱处理蛋白溶液进行微射流均质，均质压力20～80MPa，得均质处理蛋白溶液；干燥，即得改性大米蛋白粉。
在其中一些实施例中，调节所述大米分离蛋白水溶液的pH至9～11所采用的碱试剂选自NaOH、KOH、Ca(OH)2中的一种或者多种。
在其中一些实施例中，配制浓度为5％的大米分离蛋白水溶液，调节所述大米分离蛋白水溶液的pH至10～11，保持4h。
在其中一些实施例中，所述微射流均质的均质压力为35～45MPa，均质次数为1次。
在其中一些实施例中，所述干燥为冷冻干燥。
本发明提供一种由上述大米蛋白改性方法制备获得的改性大米蛋白粉。
本发明还提供上述所述的大米蛋白改性方法或者上述所述的改性大米蛋白粉在制备食品、保健品、药品中的应用。
优选地，所述食品为奶粉或者饮料。
本发明还提供一种饮料，包含上述所述的改性大米蛋白粉。
在其中一些实施例中，所述饮料主要由如下重量百分比的原料制备而成：上述改性大米蛋白粉3～6％，甜味剂粉0～8％，羧甲基纤维素钠0.02～0.1％，三聚磷酸钠0.02～0.1％，增稠剂0～2％，pH调节剂0～0.2％，余量为纯净水。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过在极碱环境下结合微射流均质处理对大米分离蛋白改性，可以同步显著改善大米分离蛋白的溶解性、乳化性及制备乳液的稳定性，便于低成本适应生产需求，有效地提高乳液产品的稳定性。同时，改性大米蛋白粉可以作为乳化剂用于制备功能性食品，可以在植物蛋白饮料中进行深加工利用，提高产品附加值。
附图说明
图1为试验例1中获取的部分改性大米蛋白的溶解性测试结果统计图；其中Control对应未经pH和微射流均质处理的大米分离蛋白。
图2为试验例1中获取的部分改性大米蛋白的表面疏水性测试结果统计图；其中Control对应未经pH和微射流均质处理的大米分离蛋白。
图3为试验例2中获取的部分改性大米蛋白乳液的粒径(A)和电位(B) 测试结果统计图；其中Control对应未经pH和微射流均质处理的大米分离蛋白制备的乳液。
图4为试验例2中获取的部分改性大米蛋白乳液的宏观形态观察图；其中Control对应未经pH处理的大米分离蛋白，RPI-1、RPI-2、RPI-3、RPI-10、 RPI-11、RPI-12分别代表使用经pH1、pH2、pH3、pH10、pH11、pH12以及均质处理的改性大米分离蛋白制备的乳液。
图5为试验例2中获取的部分改性大米蛋白乳液的TSI测试结果统计图。
图6为试验例2中获取的部分改性大米蛋白乳液的EAI测试结果统计图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。
以下各实施例，仅用于说明本发明，但不止用来限制本发明的范围。基于本发明中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下，所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明实施例中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品；在本发明实施例中，若未具体指明，所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
试验例1
本试验例提供大米蛋白改性方法，包括如下步骤：
S1，将大米分离蛋白溶解于去离子水中，形成浓度为3％或5％的大米蛋白溶液。分别采用2mol/L HCL和2mol/L NaOH调整溶液pH值调至1、2、 3、9、10、11以及12，处理4h，得pH处理蛋白溶液。
S2，对步骤S1获得的pH处理蛋白溶液进行微射流均质处理，均质压力40MPa，均质处理次数为1次，然后将均质后的蛋白溶液的pH调回至7.0，将处理好的样品冷冻干燥后，得到改性大米蛋白粉。
S3对改性大米蛋白粉进行性能测试：
(1)溶解性测试：
将大米分离蛋白及各改性大米蛋白粉样品用超纯水稀释至1mg/mL待测溶液，4000r/min离心10min。离心后收集上清液，以BSA为标准蛋白，采用Bradford法测定蛋白浓度。
溶解度(％)＝(上清蛋白含量×100)/离心前样品总蛋白含量
不同改性工艺条件获得改性大米蛋白的溶解性统计结果见图1和下表：
Figure BDA0003654920210000041
由图1和上表可以看出，与未处理的大米分离蛋白相比，经不同改性处理后蛋白的溶解性呈不同程度的增加，其中，在pH9～11的极碱条件结合微射流均质(均质压力40Mpa，处理次数1次)处理后溶解性提升最显著。因此，本发明对大米分离蛋白溶解性作用效果最好的处理条件为在pH9～11 的极碱条件下处理4h，再在均质压力为40MPa的条件下微射流均质1次。
(2)表面疏水性测试：
通过8-苯胺-1-奈磺酸(ANS)作为荧光探针测定改性蛋白质的表面疏水性。具体方法步骤如下：将大米分离蛋白及各改性大米蛋白粉样品用超纯水溶解。测定前，将不同处理组大米分离蛋白溶液均在BCA试剂盒下调至蛋白浓度一致，均为1mg/mL。将各蛋白溶液(1mg/mL，3mL)与ANS(8 mmol/L，30μL)在黑暗中混合反应5min。样品置于四面透光的石英皿中进行测量。设置激发波长为380nm，发射波长范围为400nm～600nm。
蛋白表面疏水性可由公式表示：
H0＝S1-S2
其中，S1为蛋白样品的光谱面积，S2为空白的光谱面积。
表面疏水性测试结果如图2和下表所示：
Figure BDA0003654920210000051
Figure BDA0003654920210000061
由上表可以看出，与未处理的大米分离蛋白相比，经不同极碱处理后蛋白的表面疏水性都呈不同程度增加，其中，在pH10的极碱条件结合微射流均质(均质压力40Mpa，处理次数1次)处理后表面疏水性提升最显著。因此，本发明对大米分离蛋白表面疏水性作用效果最好的处理条件为在 pH10的极碱条件下处理4h，再在均质压力为40MPa的条件下微射流均质1 次。
试验例2
本试验例提供一种改性大米蛋白乳液，其制备方法包括如下步骤：
S1，参照试验例1中大米蛋白改性的方法制备改性大米蛋白，其方法步骤与试验例1基本相同。
S2，使用PBS缓冲液溶解各改性大米蛋白粉，控制蛋白浓度为3％(w/v)，室温搅拌2h后，4℃下水合过夜。将改性蛋白溶液和葵花籽油按照体积比6:1 混合，通过高速分散器10000rpm预乳化2min，将预乳化后的乳液进行高压均质操作，在25MPa的均质压力下循环3次，制得改性大米蛋白乳液。
S3，对改性大米蛋白乳液进行粒径、电位、物理稳定性及贮藏稳定性测试。
(1)粒径、电位测试及贮藏稳定性观察
以未改性大米分离蛋白为对照，按照步骤S2制备相同大米分离蛋白乳液。将各蛋白乳液在不同时间(0d和30d)进行粒径和电位测试，结果统计见图3-4和下表：
Figure BDA0003654920210000071
Figure BDA0003654920210000081
由上表可以看出，采用pH9～12处理并经不同均质处理制备大米蛋白稳定乳液的平均粒径均显著低于对照样品，说明pH9～12的极碱处理可显著减小乳液的粒径，提高乳液稳定性。并且随着pH值的增大，乳液的电位值也增大，30d后，pH9～11的极碱条件结合微射流均质(均质压力40Mpa，处理次数1次)处理后的乳液电位值没有显著变化。因此，本发明对大米分离蛋白粒径及电位作用效果最好的处理条件为在pH9～11的范围内极碱处理4h，然后在均质压力为40MPa的条件下微射流均质1次。
另外通过观察发现：不同pH处理条件(1、2、3、10、11、12)制备的大米蛋白乳液的宏观形态如图4所示。未经改性处理的空白乳液乳液在1d时出现分层现象，而pH10～11极碱并经微射流均质复合处理改性大米蛋白制备的乳液在室温下储藏30d后没有出现分层或油析的现象，pH值为12并经微射流均质复合处理改性大米蛋白制备的乳液出现分层现象，说明pH为10～11 的极碱处理可以显著提升大米蛋白稳定乳液的贮藏稳定性。
(2)进一步评估乳液的稳定性
利用脉冲近红外光(λ＝880nm)对样品池自上而下进行扫描，监测其光学特性的变化。透射光探测器和背散射光探测器接收的光分别以180°和45°的角度通过乳液。测量在25℃进行，每30min扫描一次，通过12h内TSI 值的变化来计算各乳液的稳定性。结果统计见图5和下表：
Figure BDA0003654920210000082
Figure BDA0003654920210000091
由上表可以看出，采用pH9～12并经不同微射流均质复合处理改性大米蛋白稳定乳液的TSI值显著低于空白大米蛋白乳液的TSI值，其中，大米分离蛋白质浓度为5％，pH10的极碱条件结合微射流均质(均质压力40Mpa，处理次数1次)处理的样品的TSI值最低。
因此，本发明对大米分离蛋白的TSI值作用效果最好的处理条件为在 pH10的条件下极碱处理4h，然后在均质压力为40MPa的条件下微射流均质1次。
(3)乳化活性测试
从乳液样品底部取20μL溶液加入5mL0.1％(w/v)十二烷基硫酸钠(SDS) 溶液混匀，使用酶标仪在500nm处测吸光值。同时使用相机记录不同处理组制备RPI乳液的状态。
乳化活力指数可由以下公式得到：
Figure 1
式中：A0为0min时测得稀释后的乳化液吸光度；N＝100，为稀释因子； C为原始蛋白质浓度(g/mL)；θ＝0.2，为形成乳液的油的体积分数；L＝0.01 m-2，为孔板体积。
结果统计见图6，由图可知，与未处理的大米蛋白乳液相比，经极碱条件结合微射流均质处理的改性大米蛋白粉制备的乳液EAI显著增大，其中，大米分离蛋白质浓度为5％时，RPI-10的EAI值最高为35.1±0.48m2/g，说明极碱处理结合微射流均质复合改性显著提升大米蛋白的乳化活性。
试验例3
本试验例提供一种植物蛋白饮料，包含：利用试验例1制备的改性大米蛋白粉(pH10的极碱条件下处理4h，微射流压力40MPa，处理次数为1 次)5％，蔗糖6％，羧甲基纤维素钠0.04％，三聚磷酸钠0.06％，琼脂0.15％，碳酸氢钠(用于调节饮料的pH至6.5)以及余量的纯净水。
本试验例植物蛋白饮料的制备方法为：将上述原料均匀混合，形成乳液，灭菌，即得。
以未经处理的大米分离蛋白粉替代改性大米蛋白粉作为对照试验，制备植物蛋白饮料，评价植物蛋白饮料的粒径及物理稳定性。
结果统计见下表：
Figure BDA0003654920210000102
由上表可以看出，利用改性大米蛋白制备的植物蛋白饮料的粒径及TSI 值均显著低于使用未经处理的大米分离蛋白粉制备的饮料，说明极碱结合微射流均质可以显著提高植物蛋白饮料的稳定性。
在此有必要指出的是，以上实施例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和说明，并不是对本发明的技术方案的进一步的限制，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大米蛋白改性方法，其特征在于，包括如下步骤：
配制浓度为2wt％～5wt％的大米分离蛋白水溶液；
调节所述大米分离蛋白水溶液的pH至9～11，保持3～6h，得碱处理蛋白溶液；
将所述碱处理蛋白溶液进行微射流均质，均质压力20～80MPa，得均质处理蛋白溶液；
干燥，即得改性大米蛋白粉。
2.根据权利要求1所述的大米蛋白改性方法，其特征在于，调节所述大米分离蛋白水溶液的pH至9～11所采用的碱试剂选自NaOH、KOH、Ca(OH)2中的一种或者多种。
3.根据权利要求2所述的大米蛋白改性方法，其特征在于，配制浓度为5wt％的大米分离蛋白水溶液，调节所述大米分离蛋白水溶液的pH至10～11，保持4h。
4.根据权利要求1至3任一项所述的大米蛋白改性方法，其特征在于，所述微射流均质的均质压力为35～45MPa，均质次数为1次。
5.根据权利要求1至3任一项所述的大米蛋白改性方法，其特征在于，所述干燥为冷冻干燥。
6.一种由权利要求1至5任一项所述的大米蛋白改性方法制备获得的改性大米蛋白粉。
7.权利要求1至5任一项所述的大米蛋白改性方法或者权利要求6所述的改性大米蛋白粉在制备食品、保健品、药品中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述食品为奶粉或者饮料。
9.一种饮料，其特征在于，包含权利要求6所述的改性大米蛋白粉。
10.根据权利要求9所述的饮料，其特征在于，主要由如下重量百分比的原料制备而成：权利要求6所述的改性大米蛋白粉3～6％，甜味剂粉0～8％，羧甲基纤维素钠0.02～0.1％，三聚磷酸钠0.02～0.1％，增稠剂0～2％，pH调节剂0～0.2％，余量为纯净水。
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