CN116508879A

CN116508879A - 一种大豆蛋白凝胶及其制备方法

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Publication number: CN116508879A
Application number: CN202310333712.4A
Authority: CN
Inventors: 徐同成; 李宝瑞; 栾惠; 宗爱珍; 刘丽娜; 杜方岭; 李倩; 张奇志
Original assignee: Shandong Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Shandong Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2023-03-29
Filing date: 2023-03-29
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2043-03-29

Abstract

本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种大豆蛋白凝胶及其制备方法。本发明大豆蛋白凝胶是先将大豆蛋白微波改性，再由谷氨酰胺转氨酶联合Ca²⁺及可溶性膳食纤维制备获得；可溶性膳食纤维为果胶、抗性糊精、水苏糖中的至少一种；Ca²⁺的浓度为5‑30 mM（使用CaCl₂固体配置），谷氨酰胺转氨酶的酶活为800‑1200 U/g，添加量为15‑90 U。本发明制备的大豆蛋白凝胶弹性好、硬度佳，具有很好的持水性；能够弥补单纯酶改性和离子改性方法在改性效果及改性后产物安全性不足的缺点；能够满足广大消费者的营养需要。

Description

一种大豆蛋白凝胶及其制备方法

技术领域

本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种大豆蛋白凝胶及其制备方法。

背景技术

大豆蛋白是一种优质的植物蛋白来源，因其必需氨基酸含量丰富，产量高，功能特性好等因素而在食品工业中应用广泛。凝胶性是大豆蛋白重要的功能特性之一，乳液凝胶是一种使用乳状液滴填充的具有三维网络结构的凝胶，能够增加食品的咀嚼感并起到包埋生物活性小分子的作用。单一的大豆蛋白制备的乳液凝胶存在油滴聚集，机械性能差等问题，且单一大豆蛋白营养无法满足特殊人群的营养需求。目前，常用于提高大豆蛋白凝胶性的方法主要有加热、加压、超声等物理方法，以及化学方法和酶法。

蛋白凝胶的制备主要依靠蛋白三维网络结构的形成，因此，影响蛋白质结构特性的因素都会对凝胶的结构特性产生影响。加热是食品加工中常见的处理方式，大豆蛋白经过加热后，其聚集方式和高级结构会受到破坏，未折叠的蛋白质之间通过链间、内二硫键相互作用，从而形成凝胶的空间网络结构。虽然通过加热提高蛋白凝胶特性简便易行，但由于其加工方式温度过高，不利于其作为活性物质的递送载体。添加金属离子也是一种物理改性方法，通过在蛋白质溶液中加入金属离子，使其与蛋白质包裹的油滴间发生桥联，形成致密结构，有效的避免了油滴聚集。但由于该过程没有破坏蛋白质高级结构，不利于离子和蛋白质有效作用位点之间的相互作用。

化学方法是利用化学交联剂等对蛋白质结构进行修饰，由于化学方法诱导形成凝胶的过程不涉及温度变化，因此更适合于热敏活性物质的包埋递送。但化学交联剂的添加容易造成化学残留和安全性问题，因此化学改性常与其他改性方法相配合，使形成的凝胶油滴较小、结构均一，减少毒副产物的产生。

酶诱导蛋白凝胶是一种条件温和、不易产生副产物的方法，且使用该方法制备的凝胶强度较高，结构稳定不易松散。酶法改性常使用谷氨酰胺转氨酶，通过催化蛋白质分子的谷氨酰胺残基和赖氨酸残基之间的交联反应，使蛋白质分子之间形成空间网状结构。但是，单纯酶改性制作出的凝胶柔软不成型，改性效果有待提高。

因此，目前需要解决当前单纯酶改性和离子改性方法在改性效果及改性后产物安全性不足的缺点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大豆蛋白凝胶及其制备方法。先通过微波改性大豆蛋白，展开分子侧链并暴露疏水位点，再利用TG酶联合Ca²⁺并添加可溶性膳食纤维制备大豆蛋白凝胶，使其弥补单纯酶改性和离子改性方法在改性效果及改性后产物安全性不足的缺点，保证其制备条件的广泛性。减少蛋白凝胶产品中交联剂等的使用对人体健康造成的潜在不良影响，从而开发出一款高纤高蛋白凝胶食品，能够满足广大消费者的营养需要，市场更加广阔。

本发明具体的技术方案如下：

本发明提供了一种大豆蛋白凝胶，具体是先将大豆蛋白微波改性，再由谷氨酰胺转氨酶联合Ca²⁺及可溶性膳食纤维制备获得的。

优选的，所述的可溶性膳食纤维为果胶、抗性糊精、水苏糖中的至少一种。

优选的，所述的可溶性膳食纤维为水苏糖。

优选的，所述的Ca²⁺的浓度为5-30mM。

优选的，所述的Ca²⁺的浓度为10mM。

优选的，所述的谷氨酰胺转氨酶的酶活为800-1200U/g。

本发明还提供了所述大豆蛋白凝胶的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将大豆蛋白溶于水，微波处理8-15min，配制大豆蛋白溶液；

(2)在(1)大豆蛋白溶液中加入可溶性膳食纤维，搅拌溶解后调整料液pH值至6.0±0.5，在料液中加入油脂，经搅拌剪切后进行高压均质；

(3)向均质后的料液中加入Ca²⁺(使用CaCl₂固体配置)和谷氨酰胺转氨酶，搅拌均匀；

(4)将步骤(3)搅拌后的溶液先45-55℃水浴1.5-2.2h，再80-88℃灭酶10-30min，4℃储存形成凝胶。

优选的，步骤(1)中，大豆蛋白与水的料液重量体积百分比为8-10％；微波处理功率为300-400W。

优选的，步骤(2)中，所述的可溶性膳食纤维为果胶、抗性糊精、水苏糖中的至少一种。

优选的，步骤(2)中，所述的可溶性膳食纤维为水苏糖。

优选的，步骤(2)中，可溶性膳食纤维的添加量为1.5-2.5％(w/t)；油脂的添加量为20-30％(w/t)。

优选的，步骤(2)中，可溶性膳食纤维的添加量为1.5-2.3％(w/t)；油脂的添加量为20-28％(w/t)。

优选的，步骤(2)中，可溶性膳食纤维的添加量为1.5-2.2％(w/t)；油脂的添加量为20-28％(w/t)。

优选的，步骤(2)中，可溶性膳食纤维的添加量为1.5-2.2％(w/t)；油脂的添加量为20-27％(w/t)。

优选的，步骤(2)中，可溶性膳食纤维的添加量为1.5-2.2％(w/t)；油脂的添加量为21-27％(w/t)。

优选的，步骤(2)中，搅拌剪切条件：速度800-1500r/min，时间20-30min，均质强度15-25MPa，均质时间3-10min。

优选的，步骤(2)中，调节pH是通过加入NaOH和食品级HCl进行的，NaOH和HCl的浓度为0.5-1.5mol/L。

优选的，步骤(3)中，Ca²⁺添加浓度为5-30mM，谷氨酰胺转氨酶添加浓度为0.15-0.9g/g(谷氨酰胺转氨酶：大豆蛋白)，添加量为15-90U；氨酰胺转氨酶的酶活为800-1200U/g。

优选的，步骤(3)中，Ca²⁺添加浓度为5-20mM，谷氨酰胺转氨酶添加浓度为0.15-0.75g/g(谷氨酰胺转氨酶：大豆蛋白)，添加量为15-75U；氨酰胺转氨酶的酶活为850-1200U/g。

本发明发现果胶、抗性糊精、水苏糖能够应用在制备高弹性大豆凝胶蛋白中；其中以水苏糖的效果最好。

可溶性膳食纤维也称水溶性膳食纤维，亲水，吸水，持水，吸水性强即可溶解于水又可吸水膨胀，并能被大肠中微生物酵解的一类纤维，常存在于植物细胞液和细胞间质中；具有黏性，能在肠道中大量吸收水分，使粪便保持柔软状态。水溶性纤维能促进益菌大量繁殖，创造肠道的健康生态。

本发明有益效果在于：

1.利用TG酶联合Ca²⁺制备大豆蛋白凝胶，使其弥补单纯酶改性和离子改性方法在改性效果及改性后产物安全性不足的缺点；TG酶联合Ca²⁺制备的凝胶油滴粒径更小，蛋白质均匀分布在油滴周围，以此形成的凝胶空隙较小，表面光滑；

2.TG酶联合Ca²⁺制备的凝胶，硬度提升，空间结构较为紧密，持水性高高于单独使用TG酶和Ca²⁺制备的凝胶产品，其数值由68.02％和73.84％上升为80.95％；

3.结合TG酶联合Ca²⁺，并添加可溶性膳食纤维，特别是添加水苏糖后，凝胶持水性、硬度分别能够达到86.61％、73.36；品质得以进一步提高。

附图说明

图1为实施例1-3制备的蛋白凝胶对比图；

图2为实施例3-5制备的蛋白凝胶对比图；

图3为Ca²⁺浓度对凝胶质构的影响；

图4为Ca²⁺浓度对凝胶持水性的影响；

图5为TG酶添加量对凝胶质构的影响；

图6为TG酶添加量对凝胶持水性的影响。

具体实施方式

TG酶(谷氨酰胺转氨酶)，购于上海东圣生物科技有限公司；

CaCl₂，购于国药集团有限公司；

水苏糖，购于上海易恩化学技术有限公司；

抗性糊精，购于山东百龙创园生物科技有限公司；

果胶，购于上海源叶生物有限公司；

大豆分离蛋白，购于山东万得福生物科技有限公司；

中链甘油三酯，购于上海源叶生物有限公司。

实施例1未添加谷氨酰胺酶

(1)将大豆蛋白溶于水(料液比8％)，微波处理10min，配制大豆蛋白溶液；

(2)将步骤(1)大豆蛋白溶液调整pH值至6.0，加入25％(w/t)油脂，经过1000r/min搅拌剪切30min后20MPa高压均质3min；

其中，调节pH是通过加入NaOH和食品级HCl进行的；NaOH和HCl的浓度为1mol/L；

(3)向均质后的大豆蛋白溶液中加入10mM Ca²⁺(使用CaCl₂固体配置)搅拌均匀；

(4)将步骤(3)搅拌后的溶液50℃水浴2h，再在85℃温度下灭酶30min，4℃储存过夜形成凝胶。

实施例2未添加Ca²⁺

(3)向均质后的大豆蛋白溶液中加入0.3g/g(谷氨酰胺转氨酶：大豆蛋白)的谷氨酰胺转氨酶，谷氨酰胺转氨酶酶活为1000U/g左右，搅拌均匀；

其中，谷氨酰胺转氨酶添加量为30U；

实施例3

(3)向均质后的料液中加入10mM Ca²⁺(使用CaCl₂固体配置)和0.3g/g(谷氨酰胺转氨酶：大豆蛋白)的谷氨酰胺转氨酶，谷氨酰胺转氨酶酶活为1000U/g左右，搅拌均匀；

其中，谷氨酰胺转氨酶添加量为30U。

试验例1

对上述各实施例制备的大豆蛋白凝胶进行性能指标检测，结果如下表1、2：

表1实施例1-3凝胶质构特性检测

表2实施例1-3凝胶持水性检测

由上表及图1可知，可得出：

(1)在凝胶结构方面，使用TG酶-Ca²⁺交联制备的凝胶油滴粒径更小，蛋白质均匀分布在油滴周围，以此形成的凝胶空隙较小，表面光滑。而不添加TG酶或不添加Ca²⁺制备出的凝胶存在蛋白质油滴相分离或交联不紧密的现象；

(2)在凝胶质构特性方面，不添加谷氨酰胺转氨酶的凝胶硬度最小为15.34g，其三维网络结构无法形成，制作出的凝胶柔软不成型；不添加Ca²⁺制备的凝胶硬度为52.91g，与不添加TG酶相比，硬度显著提高，但仍不及使用TG酶-Ca²⁺法制备凝胶的硬度大。单独使用TG酶和Ca²⁺制作的凝胶弹性无较大差异，但都低于TG酶-Ca²⁺法的0.74；

(3)在凝胶持水性方面，使用TG酶-Ca²⁺法制作的凝胶，空间结构较为紧密，持水性高于单独使用TG酶和Ca²⁺制备的凝胶产品，其数值由68.02％和73.84％上升为80.95％。

本发明为了进一步验证可溶性膳食纤维对于蛋白凝胶性质的影响，紧接着又进行了如下的筛选试验。实验环境同上述实施例1-3。

筛选例1

在实验过程中，本发明人发现凝胶制备过程中的Ca²⁺添加浓度与TG酶添加量需要相互配合，才能制备出具备弹性、硬度恰当，持水性好的蛋白凝胶。

具体的筛选过程如下：

表3 Ca²⁺浓度、TG酶添加量配制

Ca²⁺浓度(mM)	TG酶添加量(U)
		0	0
5	15
		10	30
20	60
		30	90

表4 Ca²⁺浓度对蛋白凝胶影响

表5 TG酶添加量对蛋白凝胶影响

由表3-5及图3-6可知，在质构特性方面：

(1)随着Ca²⁺浓度的增加，蛋白质和盐离子之间的盐桥作用逐渐成为主要作用力，因而凝胶的硬度和弹性达到最大值，过高的Ca²⁺浓度会中和蛋白质表面的静电荷，蛋白质分子通过氢键结合形成聚集体，不利于蛋白分子间的相互作用，导致凝胶的硬度和弹性下降。因此，选择10mM为Ca²⁺的最佳浓度。

(2)随着加酶量的增加，凝胶的硬度和弹性均逐渐增大，且增加趋势逐渐平缓，当加酶量为15U时，凝胶的硬度达到最大值62.43g，且与加酶量30U时的硬度值无显著性差异，当加酶量为30U时凝胶的弹性最大。综合考虑，选择凝胶口感最佳的30U为最终加酶量。

在持水性方面：

(1)随着Ca²⁺浓度从0mM增加到10mM，凝胶持水性增大，这可能是由于Ca²⁺与蛋白质分子之间形成钙桥，使得大豆蛋白凝胶结构更加紧密。当Ca²⁺达到一定浓度时，蛋白表面负电荷完全被中和，水分子与蛋白质之间的相互作用达到平衡状态，因此持水性不会随着Ca²⁺浓度增加而提高。

(2)在加酶量0～30U的范围内，随着加酶量的增加，凝胶持水性从68.02％提高至80.3％，这可能是由于TG酶催化蛋白残基形成共价键，从而提高了凝胶的水合能力。继续提高TG酶添加量，持水力逐渐下降，高浓度的TG酶使得凝胶的空间结构由于蛋白之间的交联作用而变得不稳定。

以下以10mM作为Ca²⁺浓度，以30U作为谷氨酰胺转氨酶添加量，对谷氨酰胺转氨酶联合Ca²⁺制备的大豆蛋白凝胶过程中的可溶性膳食纤维进行筛选。

实施例4

(2)加入2％(w/t)果胶于步骤(1)大豆蛋白溶液中，搅拌溶解后调整料液pH值至6.0，在料液中加入25％(w/t)油脂，经过1000r/min搅拌剪切30min后20MPa高压均质3min；

其中，谷氨酰胺转氨酶添加量为30U；

实施例5

(2)加入2％(w/t)抗性糊精于步骤(1)大豆蛋白溶液中，搅拌溶解后调整料液pH值至6.0，在料液中加入25％(w/t)油脂，经过1000r/min搅拌剪切30min后20MPa高压均质3min；

其中，谷氨酰胺转氨酶添加量为30U；

实施例6

(2)加入2％(w/t)水苏糖于步骤(1)大豆蛋白溶液中，搅拌溶解后调整料液pH值至6.0，在料液中加入25％(w/t)油脂，经过1000r/min搅拌剪切30min后20MPa高压均质3min；

其中，谷氨酰胺转氨酶添加量为30U；

试验例2

对实施例4-6谷氨酰胺转氨酶联合Ca²⁺制备的大豆蛋白凝胶进行性能指标检测；实验结果如下：

表6实施例4-6凝胶质构特性检测

表7实施例4-6凝胶持水性检测

根据表6、7及图2，可得出如下结论：

(1)在凝胶质构特性方面，与对照组大豆蛋白凝胶相比，添加了可溶性膳食纤维的复合凝胶的硬度显著高于对照组。添加果胶、抗性糊精、水苏糖后，乳液凝胶硬度提升较为显著；将可溶性膳食纤维果胶替换成分子量更小的水苏糖后，凝胶的硬度和弹性分别由64.9g和0.74上升至73.36g和0.78；由于抗性糊精的分子量介于果胶和水苏糖之间，因此其添加了抗性糊精的乳液凝胶的质构特性略差于水苏糖。

(2)在凝胶持水性方面，可溶性膳食纤维含有较多葡萄糖基，因此将其添加到复合体系中有利于提高凝胶的持水性。大豆蛋白-果胶乳液凝胶的持水性与对照组相比增加至81.44％，大豆蛋白-抗性糊精乳液凝胶的持水性与果胶组相比，无显著性差异。当把可溶性膳食纤维果胶替换为水苏糖时，凝胶持水性提高为86.61％，形成了一种大豆蛋白大分子与小分子可溶性膳食纤维相互穿插的聚合物网络，该网络能有效提高了凝胶的持水力。

Claims

1.一种大豆蛋白凝胶，其特征在于，所述大豆蛋白凝胶是先将大豆蛋白微波改性，再由谷氨酰胺转氨酶联合Ca²⁺及可溶性膳食纤维制备获得的；

所述的可溶性膳食纤维为果胶、抗性糊精、水苏糖中的至少一种。

2.如权利要求1所述的大豆蛋白凝胶，其特征在于，所述的Ca²⁺的浓度为5-30 mM。

3.如权利要求1所述的大豆蛋白凝胶，其特征在于，所述的谷氨酰胺转氨酶的酶活为800-1200 U/g。

4.一种制备权利要求1所述大豆蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

（1）将大豆蛋白溶于水，微波处理8-15 min，配制大豆蛋白溶液；

（2）在（1）大豆蛋白溶液中加入可溶性膳食纤维，搅拌溶解后调整料液pH值至6.0±0.5，在料液中加入油脂，经搅拌剪切后进行高压均质；

（3）向均质后的料液中加入Ca²⁺和谷氨酰胺转氨酶，搅拌均匀；

（4）将步骤（3）搅拌后的溶液先45-55 ℃水浴1.5-2.2 h，再80-88 ℃灭酶10-30 min，4℃储存形成凝胶。

5.如权利要求4所述的制备大豆蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，大豆蛋白与水的料液重量体积百分比为8-10%；微波处理功率为300-400 W。

6.如权利要求4所述的制备大豆蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的可溶性膳食纤维为果胶、抗性糊精、水苏糖中的至少一种。

7.如权利要求4所述的制备大豆蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，可溶性膳食纤维的添加量为1.5-2.5%（w/t）；油脂的添加量为20-30%（w/t）。

8.如权利要求4所述的制备大豆蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，搅拌剪切条件：速度800-1500 r/min，时间20-30 min，均质强度15-25 MPa，均质时间3-10 min。

9.如权利要求4所述的制备大豆蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，调节pH是通过加入NaOH和食品级HCl进行的，NaOH和HCl的浓度为0.5-1.5 mol/L。

10.如权利要求4所述的制备大豆蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，Ca²⁺添加浓度为5-30 mM；谷氨酰胺转氨酶浓度为0.15-0.9 g/g大豆蛋白，添加量为15-90 U；氨酰胺转氨酶的酶活为800-1200 U/g。