CN116528679A - 作为乳化剂的蛋白质-碳水化合物缀合物的生产 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产包含蛋白质‑碳水化合物缀合物或由其组成的制剂的方法、一种包含蛋白质‑碳水化合物缀合物或由其组成的制剂、一种使用所述制剂生产营养产品或娱乐产品的方法、所述制剂作为乳化剂的用途、以及一种包含所述制剂的营养产品或娱乐产品。

Description

作为乳化剂的蛋白质-碳水化合物缀合物的生产
技术领域
本发明涉及一种用于生产包含蛋白质-碳水化合物缀合物或由其组成的制剂的方法、一种包含蛋白质-碳水化合物缀合物或由其组成的制剂、一种使用所述制剂生产营养产品或娱乐产品的方法、所述制剂作为乳化剂的用途、以及一种包含所述制剂的营养产品或娱乐产品。
本发明或与之相关的其他方面以及优选实施方式在下文以及所附权利要求中呈现。
背景技术
随着消费者对所消费产品的生产方法和成分的关注日益增加，“清洁标签”趋势正在稳步推进。因此，食品行业目前正努力通过使用天然且易于申报的原材料，使产品对消费者更具吸引力。标有E编码的食品添加剂(如乳化剂)则与这一趋势形成鲜明对比。这些物质用于生产和稳定以乳液和泡沫为基础的食品，诸如无酒精水果饮料和冰淇淋。为了取代这些赋予食品结构的物质，动物或植物来源的蛋白质作为天然替代品引起了人们的兴趣。
众所周知，蛋白质和多糖的复合物具有乳化和发泡能力的特点。在蛋白质-多糖复合物吸附到油/水(O/W)界面的过程中，通过将亲水性结构单元与水相结合来平衡界面的稳定性，并且通过增加连续相的粘度来额外增加界面的稳定性。
蛋白质-多糖复合物(更广泛称为缀合物)可通过蛋白质的游离氨基和多糖的还原羰基之间的共价键在被水裂解时诱导形成。缀合是基于著名的美拉德反应(Maillardreaction)初始阶段中所谓的阿马道里重排(Amadori rearrangement)步骤。美拉德反应(也称为非酶促褐变反应)分几个步骤进行。在初始阶段，形成糖胺，该糖胺通过阿马道里重排或海恩斯重排(Heyns rearrangement)转化为稳定的化合物。红棕色色素，即类黑精，在经过若干中间步骤后，在反应的最后阶段形成，并影响它们在一系列食品应用中的使用。
已知的通过美拉德反应生产缀合物的方法从溶液开始，以便能够调节所需的pH值，并最终获得分子水平的均匀混合反应物。通过在规定的温度和湿度条件下(约50-70℃，湿度65-80％)将冷冻干燥的蛋白质-碳水化合物分散体保藏几天来进行。然而，由于冷冻干燥过程中的高能耗以及由长达数天的保藏时间导致的长时间生产过程，致使这种缀合方法价格高昂。从经济角度来看，接下来的问题是，需经过分批加工和多个生产步骤后才可对缀合物进行进一步加工。
为了克服这些问题，已采取了各种初步方法来开发更具成本效益的生产方法。尽管如此，许多问题仍未得到解答，而且这些方法是否能带来成本适中的制造工艺也令人怀疑。
因此，亟需改进的蛋白质-碳水化合物缀合物生产方法。
发明内容
因此，本发明要解决的问题是提供一种用于生产蛋白质-碳水化合物缀合物的方法，该方法至少部分克服了已知生产方法的缺点。特别地，其目的是提供一种可以在工业规模上实施的具有成本效益的方法，该方法与已知方法相比更快速和/或包括更少的步骤，并且对能源需求更低。
该问题通过用于生产包含如所附权利要求1定义的蛋白质-碳水化合物缀合物或由其组成的制剂的方法来解决。
所述方法包括以下步骤：
a)提供具有调节的pH的蛋白质和碳水化合物的水性分散体；
b)在高于其冰点的温度和低于常压的压力下干燥所述水性分散体；以及
c)通过将水性分散体的蛋白质的游离氨基与碳水化合物的羰基共价键合来形成糖胺。
本发明基于发明人的如下认识，即，蛋白质-碳水化合物缀合物是在蛋白质和碳水化合物的水性分散体(在此也简称为蛋白质-碳水化合物分散体)在高于其冰点和低于常压下的干燥过程中形成的。特别是，通过将压力降低到低于常压，可降低蛋白质-碳水化合物分散体中所含的水的蒸发温度，从而产生温和条件。缀合可在温和温度下的干燥过程中进行，并且进一步有利地持续相对较短的时间。因此，根据本发明的方法，可以同时进行从介质中去除水分和缀合。换句话说，步骤b)和c)可以同时发生，和/或步骤b)和c)可以需要相同的温度或温度分布，和/或步骤b)和c)可以需要相同的压力或压力分布。如在此所使用的，术语“同时”意指除湿和糖胺形成至少部分同时发生。
通过省略冷冻干燥步骤，本发明的方法比已知方法成本更低且能耗更少。此外，除湿和糖胺形成进行速度快，因此总的工艺时间比已知方法短得多。另外，已发现精确的工艺参数(诸如精确的温度、压力和加工时间)控制最终产品的官能特性(乳化特性)。因此，可通过使用其他方面相同的工艺调整工艺参数来提供具有单独特性的产品。
如在此所使用的“常压”这一表述表示如国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)所定义的1bar(100kPa)的标准压力。因此，短语“低于常压”意指低于(即不包括)1000mbar，诸如900mbar或更低、800mbar或更低、700mbar或更低、600mbar或更低、500mbar或更低、400mbar或更低、300mbar或更低、200mbar或更低、100mbar或更低等。
优选地，所述蛋白质-碳水化合物分散体在步骤b)和/或步骤c)期间以连续相形式存在。据推测，当蛋白质-碳水化合物分散体形成连续相(与不连续相相比)时，可更好地控制该方法，因此可更一致地获得期望的最终产品质量。
步骤b)和c)可在分批模式下通过真空干燥进行，例如在真空干燥箱中进行，或者连续进行，例如使用真空带式干燥。在一优选的实施方式中，步骤b)和c)通过真空带式干燥连续进行，优选使用具有集成红外辐射装置的真空带式干燥器。真空带式干燥可温和地去除水分。此外，它适用于处理高粘性介质，与诸如喷雾干燥的其他技术相比，这是它的主要优势。
真空带式干燥需要将蛋白质-碳水化合物分散体摊铺到一个或多个履带上并在低压下干燥。通过降低压力，可降低蒸发温度，从而在较低的温度下进行干燥(如上所述)。该分散体可以例如通过一个或多个，例如两个、三个或四个干燥区，并且在其中的每个干燥区中均可根据需要设定温度。存在多个干燥区的情况下可以进一步调节最终产品的性能。
在一示例性真空带式干燥步骤中，毛细管水在第一干燥阶段中朝向表面移动。在第二阶段中，干燥主要通过蒸汽扩散在表面上进行。在第三阶段中，湿蒸汽通过分子扩散逸出。第四区是冷却区。悬浮液在干燥器中的停留时间最多可以为4小时。集成红外辐射装置增加了对悬浮液的能量输入，从而能够减少停留时间，确保干燥速度更快。
如上所述，本发明基于以下认识，即，蛋白质-碳水化合物缀合物是在蛋白质-碳水化合物分散体的干燥过程中形成的。这种认识能够将步骤b)和c)组合在一个步骤中，在这一步骤中除湿和糖胺的形成可以同时发生。在此所使用的术语“一个步骤”优选地特征为该步骤中的条件不发生实质性变化。例如，温差小于100℃，优选小于80℃，更优选小于60℃，更优选小于50℃，还更优选小于40℃。替代地或附加地，压差小于300mbar，优选小于200mbar，更优选小于100mbar，更优选小于50mbar。
根据本发明的另一个实施方式，步骤b)和c)需要至少70℃的温度，优选至少80℃，更优选至少90℃，最优选至少95℃和/或步骤b)中的温度不超过150℃，优选为140℃，更优选为130℃，最优选为120℃。此外，步骤b)和c)优选需要500mbar或更低的压力，优选300mbar或更低，更优选200mbar或更低，更优选150mbar或更低，还更优选100mbar或更低，最优选50mbar或更低。这些温度和/或压力条件可容易地实现，并且可以让糖胺的形成以温和的方式快速进行，从而可防止不理想的褐变产生。
进一步优选的是，步骤b)和/或c)在pH值为5.5至8.5的条件下进行，优选6.0至8.0，更优选6.5至7.5，最优选6.7至7.3。
此外，通过限制暴露在升高的温度下的持续时间，可提高加工效率并减少褐变。因此，进一步优选的是，步骤b)和c)的总持续时间不超过16小时，优选12小时，更优选8小时，更优选6小时，还更优选5小时，最优选4小时。在一些实施方式中，步骤b)和c)持续3小时或更短，或约2小时。此外，优选的是，总持续时间为至少2小时。最优选的是，步骤b)和c)持续约2小时至约4小时。
根据本发明的另一实施方式，在步骤b)之前，相对于水性分散体的总重量，蛋白质和碳水化合物的干重为40％或更低，优选30％或更低，更优选20％或更低，最优选15％或更低，和/或在步骤b)之前，相对于水性分散体的总重量，蛋白质和碳水化合物的干重为至少1％，优选至少2％，更优选至少3％，至少4％，至少5％，最优选至少6％或至少7％。换句话说，上述值定义了水性分散体在即将进行干燥步骤b)之前的优选干物质含量。另外，在步骤b)之后和/或在步骤c)之后，相对于干燥的水性分散体的总重量，蛋白质和碳水化合物的干重优选至少60％，优选至少70％，更优选至少75％，最优选至少80％。
所述蛋白质与所述碳水化合物的重量比代表另一变化机会。在这方面，优选的是，所述蛋白质与所述碳水化合物的重量比在1:5至5:1的范围内，优选1:4至4:1，更优选1:3至3:1，更优选1:2至2:1，最优选1:1至2:1。
在本发明的另一实施方式中，所述蛋白质是天然来源的蛋白质。在此所理解的天然来源的蛋白质可为天然存在的蛋白质或与天然存在的蛋白质功能相同且结构相似的蛋白质。如在此所定义的结构相似表示与查询序列具有至少90％，优选至少95％，更优选至少96％，更优选至少97％，最优选至少98％同一性的氨基酸序列。优选地，所述蛋白质是植物或动物蛋白，更优选植物蛋白或乳清分离蛋白。例如，所述蛋白质可以选自由马铃薯、油菜、豌豆、大豆和乳清分离蛋白组成的组。
在本发明的另一实施方式中，所述碳水化合物选自由单糖、二糖和多糖组成的组，优选果胶和葡聚糖，尤其是果胶。除了未改性的果胶外，果胶还包括其改性后变体。果胶属于多糖醛酸苷组别，即在其化学成分中含有糖醛酸(如半乳糖醛酸)的多糖。
在本发明的另一实施方式中，所述分散体包括水果提取物。换句话说，水果提取物已经被用作碳水化合物的来源。本实施方式解决了消费者对产品要尽可能天然的需求。
本发明的另一个方面是一种含有蛋白质-碳水化合物缀合物或由其组成的制剂，该制剂优选通过在此公开的方法制备，其中：
所述蛋白质是植物蛋白(优选选自由马铃薯、油菜、豌豆和大豆分离物组成的组)或乳清分离蛋白；并且
所述碳水化合物选自由葡聚糖和果胶组成的组。
优选地，以下一项或多项另外适用：
(i)所述制剂的特征在于褐变指数(BI)为50或更小，优选40或更小，更优选30或更小，更优选25或更小，还更优选20或更小，最优选15或更小；
(ii)所述碳水化合物的分子量为至少1kDa，优选至少2kDa，更优选至少3kDa，还更优选至少4kDa，最优选至少5kDa；
(iii)所述碳水化合物是果胶，优选酰胺化果胶；
(iv)所述制剂的pH值为5.5至8.5，优选6.0至8.0，更优选6.5至7.5，最优选6.7至7.3。
在此所理解的褐变指数(BI)定义为BI＝[100(x-0.31)]/0.17，其中x＝(a*+1.75L*)/(5.645L*+a*–0.3012b*)。参数L*、a*、b*是国际照明委员会(CIELAB)颜色空间中的相应值。BI可以表示美拉德反应进展，因此可用于评估最终产品。
应当理解，所述蛋白质-碳水化合物缀合物的分子量在很大程度上取决于所使用的蛋白质和碳水化合物的分子量。
在一些实施方式中，所述碳水化合物是分子量为100kDa至500kDa的果胶，优选200kDa至400kDa，更优选250kDa至350kDa。
本发明的另一个方面涉及一种用于生产营养产品或娱乐产品的方法，所述方法包括以下步骤：
a)进行用于生产包含蛋白质-碳水化合物缀合物或由其组成的制剂的方法(如在此公开的)，或提供包含蛋白质-碳水化合物缀合物或由其组成的制剂(如在此公开的)；
b)使用所述制剂作为乳化剂来制备乳液；以及
c)在制备所述乳液之前和/或之后，将所述制剂与所述营养产品或娱乐产品的其他组分组合。
本发明的另一个方面是包含蛋白质-碳水化合物缀合物或由其组成的制剂(如在此公开的)作为乳化剂的用途，优选在营养产品或娱乐产品中的用途。
本发明的最后一个方面涉及一种营养产品或娱乐产品，所述营养产品或娱乐产品优选通过用于生产营养产品或娱乐产品的方法(如在此公开的)制备并且包含蛋白质-碳水化合物缀合物或由其组成的制剂(如在此公开的)。
以下将以所选实施例的形式进一步描述本发明、其优选实施方式及与之相关的几个方面。
附图说明
在附图中：
图1示出了在此公开的真空带式干燥器。附图标记表示：1：样品入口阀。2：旋转机构。3：红外加热装置。4：带接触式加热装置的传送带。5：低压差稳压器。6：集电装置。I-IV：加热区/温度区。
图2示出了实施例1的结果。使用不同的热度分布生产缀合物，得到的样品编号为：9、10和11。高甲氧基化果胶(HMP)和低甲氧基化果胶(LMP)用作碳水化合物组分。测试了在三种不同的pH值(5-7)下的情况。
图3示出了实施例2的结果，其中测试了可包含在果胶的中性糖链中的不同糖类：木糖(Xyl)、阿拉伯糖(Ara)、鼠李糖(Rha)、葡萄糖(Glu)、果糖(Fru)、半乳糖(Gal)、甘露糖(Man)和半乳糖醛酸(GalA)。
图4和图5示出了实施例3的结果。与实施例2的特异性缀合物样品(Glu，GalA)相比，两种不同葡聚糖，即分子量为1.5kDa的葡聚糖(D1,5)和分子量为6kDa的葡聚糖(D6)的结果。葡聚糖用作碳水化合物组分，而马铃薯分离蛋白(PoPI)用作蛋白质组分。图5示出了与使用实施例2的缀合物(Glu/PoPI)作为乳化剂生产的乳液和使用马铃薯分离蛋白(PoPI)作为乳化剂的乳液相比，使用实施例3的缀合物作为乳化剂生产的乳液的油滴粒度分布。
图6至图10示出了实施例4的结果，其中马铃薯分离蛋白(PoPI)用作蛋白质组分，柑橘果胶用作碳水化合物组分。使用了以下柑橘果胶：低甲氧基化甲基化度(DM)33(LMP)、高甲氧基化DM 69(HMP)以及低甲氧基化、酰胺化DM 32和酰胺化度(DA)19(LMAP)。图6示出了褐变程度随加热时间的变化(测试了1.5小时、3小时、5小时)。图7示出了与源蛋白(PoPI)相比的游离氨基。图8示出了所形成的缀合物的分子量的测定结果，再次与源蛋白(PoPI)的分子量进行比较。图9示出了在pH值为8下测定的表面疏水性。图10显示了溶解度结果和乳液实验结果。
图11至图15示出了实施例5的结果。在该实施例中，高甲氧基化DM 70柑橘果胶(HMP)用作碳水化合物组分，而不同的蛋白质分离物作为蛋白质组分进行测试：马铃薯分离蛋白(PoPI)、乳清分离蛋白(WPI)、油菜籽分离蛋白(RPI)、豌豆分离蛋白(PPI)和大豆分离蛋白(SPI)。
具体实施方式
实施例：
1.材料和方法
在实施例1中(图1和图2)，制备蛋白质-糖醛化合物缀合物作为示例性蛋白质-碳水化合物缀合物。使用马铃薯分离蛋白(PoPI，蛋白质93.2％w/w)作为蛋白质组分。商业柑橘果胶，其中高甲氧基化果胶(DM 68-76％，HMP)和低甲氧基化果胶(DM 32-42％，LMP)用作糖醛组分。
实施例2和3中(图3、图4和图5)，将马铃薯分离蛋白(PoPI，蛋白质93.2％w/w)与以下碳水化合物缀合：
在实施例4中(图6至图10)，商业柑橘果胶、高甲氧基化果胶(DM 69％，HMP)、低甲氧基化果胶(DM 33％，LMP)和低甲氧基化、酰胺化果胶(DM 32％，DA 19％，LMAP)进一步用于与马铃薯分离蛋白(PoPI，蛋白质93.2％w/w)缀合。
在实施例5中(图11至图15)，通过不同公司获得了五种蛋白质分离物，即乳清蛋白(WPI，蛋白质98.7％w/w)、马铃薯蛋白(PoPI，蛋白质93.2％w/w)、油菜籽蛋白(RPI，蛋白质90％w/w)、大豆蛋白(SPI，蛋白质92.2％w/w)和豌豆蛋白(PPI，蛋白质88.7％w/w)。高甲氧基化商业柑橘果胶(CP，DM 70％)用作糖醛化合物组分。
进一步参考实施例1，为了制备所述缀合物，以两种组分的两种不同比例(2:3和1:1，蛋白质:果胶)制备最终干物质含量为10％的蛋白质-果胶分散体。果胶的类型(HMP或LMP)和pH值是不同的。在用磁力搅拌器(MP Hei-Standard,德国施瓦巴赫HeidolphInstrument GmbH&Co)连续搅拌下，将各个组分分别溶解在水中。将果胶分散体额外回火至约50℃。然后，使用乙酸(0.5mol)和/或烧碱(NaOH，0.5mol)以及pH计(Portames911pH,德国柏林Knick ElektronischeGmbH&Co.KG)将分离的分散体调节至所需的pH值(pH 5、6、7)，然后融合。用/>GmbH&Co.KG(德国施陶芬)的搅拌器搅拌制成的分散体，并在必要时控制pH值，进行调节。
所述分散体通过具有集成红外(IR)加热的真空带式干燥器(Baby-VBD，德国劳芬堡Merk Process)进行干燥。在初步测试中，优化了合适的工艺条件，以制备最终干物质超过70％和具有特色美拉德染色的缀合物。可改变温度、真空压力和停留时间。根据制造商的规范，接触式加热装置(CT)的温度设置为20℃以下。真空压力为10mbar，并在规定的90分钟停留时间内保持恒定。将样品摊铺到传送带上的旋转机构具有5％的速度和150mm的旋转宽度，使得样品均匀分布在输送带上，并且不会从输送带两侧掉落。输送带的速度由停留时间控制，如上所述为90分钟。干燥的样品在带末端以10s的周期进行分离。当样品入口阀打开时，通过真空带式干燥器中存在的真空将分散体送入真空带式干燥器的内部。真空带式干燥器具有四个区段，各个区段设置了单独的温度区。实施例1中使用的真空带式干燥器示意图如图1所示。
在实施例1中，使用了以下温度区：
实施例2至实施例5使用在50mbar和100℃下的真空干燥箱进行。加热时间为1.5小时至7小时。
所述蛋白质-糖醛化合物缀合物的表征
干物质
用水分分析仪(水分分析仪HG53，瑞士格里芬湖Mettler-Toledo GmbH)分析样品的干物质。用卤素灯在140℃下干燥约1g样品，直到质量恒定。
游离氨基还原
使用测定试剂盒(来自Megazyme u.c.(爱尔兰威克洛郡)的一级氨基氮测定试剂盒(PANOPA))测定所述蛋白质和缀合物样品中游离氨基的浓度。该方法基于对该反应中形成的异吲哚衍生物的量的光度测定，其化学计量上对应于游离氨基的量。反应分两步进行。在第一步中，将样品、作为空白对照的蒸馏水或用于校准线的异亮氨酸标准溶液与NAC/缓冲液混合，2分钟后，在一次性试管(PMMA，德国沃特海姆BRAND GmbH+Co KG)中使用紫外可见分光光度计(Ultrospec 1100pro，英国剑桥Biochrom Ltd)在340nm下测量吸光度。通过将邻苯二甲醛(OPA)试剂添加到经测量的溶液中来引发反应。15分钟后，在反应结束时，再次测量吸光度。样品中游离氨基酸的氨基中的氮与N-乙炔-L-半胱氨酸和邻苯二甲醛反应，形成异吲哚衍生物。游离氨基的浓度是通过校准线的直线方程计算的，该直线方程是在每次用异亮氨酸标准溶液进行测量之前创建的。严格按照制造商的规范进行分析。在蛋白质浓度为0.1％的双重测定中制备样品，搅拌过夜并一式三份进行测量。
颜色
用分光光度计(CM-5，日本丸之内Konica Minolta)通过CIELAB系统测定由美拉德反应产生的特色褐色染色。L*值是亮度值(0＝黑色，100＝白色)，表示样品的亮度。a*值表示红色(正值)和绿色(负值)的强度，b*值描述黄色(正值)和蓝色(负值)的范围。每个样品测量六次，直接使用b*-值(图2、图3)或确定的褐变指数(BI)进行评估。BI＝[100(x-0.31)]/0.17，其中x＝(a*+1.75L*)/(5.645L*+a*-0.3012b*)(图6、图11)。
分子量
采用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-Page)技术，使用具有26孔的12％ CriterionTMTGXTM凝胶(德国慕尼黑BioRad Laboratories GmbH)测定所述缀合物和相应蛋白质的分子量分布。凝胶中装入5μL的分子量标记物(PageRulerTM预染蛋白阶梯，货号26616，ThermoScientific)和10μL的样品(Biorad 2xLaemmli样品缓冲液中0.15％的蛋白质(货号161-0737)。在填充运行缓冲液Biorad 10xTris/甘氨酸/SDS(货号161-0732)的运行室(CriterionTM电泳槽)中，通过运行室电气设备(PowerPACTM Hc)在200V(恒定)、0.14A和300W条件下在最小37分钟至最大50分钟时间内将所述蛋白质分离为各个分子量。对凝胶进行拍照并且用ImageJ 1.52d软件(Schneider,Rasband,&Eliceiri,2012)通过将条带转化为峰对其评估。
疏水性测定
通过使用8-苯胺基萘-1-磺酸(ANS，>97％，美国圣路易斯Sigma-Aldrich)进行荧光标记，使用荧光分光光度计(Cary Eclipse荧光分光光度计，澳大利亚维多利亚AgilentTechnologies)测量样品的疏水性。分别在不添加和添加20μL的ANS溶液(8mmol)的情况下，在pH值为2和pH值为8下，对每种缀合物或蛋白质样品的五种稀释液(由储备溶液制备的0.001％、0.002％、0.003％、0.004％和0.005％w/w蛋白质含量)一式三份地进行分析。吸附测量在石英比色皿中在吸光波长为380nm，发射波长为470nm和分裂波长为5nm下进行。将计算的发射值相对于溶液浓度绘图，所得直线的斜率表示样品的疏水性。
缀合物官能度的表征
根据杜马斯定氮法(DUMAS)测定溶解度
根据Dumas，使用Dumatherm(德国柯尼斯温特尔，Gerhardt GmbH&Co.KG)测定所述蛋白质和缀合物样品的溶解度。通过测定样品的定量氮含量，在考虑蛋白质因子的情况下计算蛋白质含量百分比。然后可使用蛋白质含量来计算样品的溶解度。分别对pH值为2、4、6和8的1％样品溶液进行分析。直接测量样品，并在使用台式离心机(离心机MiniSpin，德国汉堡Eppendorf AG)以10,000g离心20分钟后测量样品的上清液。通过将样品中溶解部分的蛋白质含量除以蛋白质的总含量来计算溶解度：
乳液的生产
为了生产乳液，通过高性能分散设备(T 25basic，德国施陶芬GmbH&Co KG)以13,500min-1的速度持续60秒来生产预乳液。水相悬浮蛋白(0.2％w/w)或在pH值为2、3、4、6、8的磷酸盐柠檬酸盐缓冲液(0.01M)中的缀合物样品(蛋白含量0.2％w/w)用5％菜籽油(纯度为92％，来自当地超级市场)乳化。用红色染色的疏水性偶氮染料(油红O，0.017％)对油进行染色，以在可能失稳的情况下区分各个相。后续精细分散使用高压均质器(Panda 2K、德国吕贝克GEA Niro Soavi Deutschland)在300bar下分两个阶段进行。
油滴粒度
通过静态激光散射(Horiba LA-950，德国哈恩Retsch Technology GmbH)测定油滴的粒度分布。对于所有的测量，选择1.47的折射率以及8的循环速度和3的搅拌速度。输出油滴粒度分布显示为具有5个点(d10、d25、d50、d75和d90)的箱线图(图5)，或者直接考虑分布的中值(d50)(图10、图15)。
关于所使用的蛋白质和碳水化合物以及所应用的生产条件的更多详情，如下表所示：
2.结果
a)实施例1
实施例1的结果如图2所示。
如图2所示，在pH值为7时，褐变反应最强，因此该pH值被认为是美拉德反应的最佳pH值。与低甲氧基化果胶(LMP)相比，使用高甲氧基化果胶(HMP)在pH值为7下观察到游离氨基减少量更多，颜色形成率更低。这意味着美拉德反应处于期望的“早期”阶段，并且可推测出样品中存在更多的官能缀合物和更少的降解产物。然而，得出的结论是，真空带式干燥充当用于蛋白质和诸如果胶的多糖之间缀合的连续替代方法。可以看出，在干燥过程中，美拉德反应同时发生，通过将蛋白质的游离氨基与多糖的羰基共价键合形成了糖胺。
b)实施例2
实施例2的结果如图3所示。
观察果胶中性糖链中所含的各种单个糖，如图3所示，木糖(Xyl)是最具反应性的糖。此外，各种糖的化学结构决定了其反应性如下：酮糖>醛糖、戊糖>己糖。
可得出结论，这些模型实验证实了美拉德反应以及由此在蛋白质和糖之间形成共价键。另一方面，可推测出中性糖链中含有木糖作为还原糖的果胶具有更高的反应性。
c)实施例3
实施例3的结果如图4所示。
如图4所示可知，随着糖链长度的增加，糖的反应性降低。其结果，美拉德反应进行缓慢，尽管成功形成了官能缀合物，但导致褐变有限。
此外，图5示出了使用实施例3的缀合物作为乳化剂生产的乳液的所得结果。该乳液是使用0.2％(w/w蛋白质含量)缀合物作为乳化剂、5％的油菜籽油和pH值为3.4的缓冲液按照方法部分中描述的方案制备的(预乳液：13500 1/分钟(Ultra-Turrax)速度下持续1.5分钟，乳液：300bar，阶段数2(高压均质器))。
用单糖-蛋白质缀合物产生的乳液很快出现乳液分层，然而并没有实现乳液的稳定性。相比之下，结果表明，通过使用较高分子量多糖得到的缀合物将提高乳液的稳定性。结果发现，通过使用较高分子量多糖得到的缀合物提高了乳液的稳定性。在pH值为3时，由于蛋白质在该pH值下的高官能度，未检测到与由蛋白质稳定的乳液的明显差异。
d)实施例4
实施例4的结果如图6至图10所示。
如图6所示可知，随着加热时间的延长，美拉德反应剧烈进行，LMAP缀合物表现最为剧烈。
缀合率超过50％。游离氨基随着加热时间的延长而减少。在pH值为2时，与pH值为8相比，检测到的游离氨基明显更少。在单个果胶缀合物之间没有观察到显著差异(参见图7)。
分子量随着加热时间增加到高于170kDa(参见图8)，这在具有LMAP的样品中尤为显著。
通过与果胶缀合，进一步观察到蛋白质的表面疏水性显著降低。这与乳化性能的改善有关，尤其是通过与酰胺化果胶(LMAP)缀合(参见图9)。
参考图10，在处于IEP时，马铃薯分离蛋白的官能特性可通过与果胶缀合得到改善。从而提高了溶解度和乳液稳定性。
得出的结论是，与纯蛋白质相比，真空干燥导致在几个小时内形成缀合物，这与分子量的增加、游离氨基的减少和乳化性能的改善有关。在饮料乳液的目标pH值(pH 3)下，马铃薯蛋白的缀合不会改善酸性环境中的官能特性。这是因为PoPI在酸性环境中已经具有优异的官能特性。在马铃薯蛋白的等电点(pI)(pH 5-9)下，与果胶缀合可改善其官能特性。溶解度和乳液稳定性增加。
e)实施例5
实施例5的结果如图11至图15所示。
图11显示，随着加热时间的延长，除油菜籽蛋白(RPI)样品外，所有缀合物的褐变指数都增加。在这方面注意到，由于油菜籽蛋白的固有着色，油菜籽蛋白缀合物的颜色不仅仅是由于缀合而产生的。
通常，观察到分子量随着加热时间的延长而增加。从缀合5小时开始，高分子量复合物发生降解。分子量高于170kDa(参见图12)。由于源蛋白中的分子量较高，在大豆蛋白(SPI)和豌豆蛋白(PPI)样品中没有检测到明显的分子量增加(参见图13)。大豆分离蛋白的分子量变化范围为34kDa至170kDa，而豌豆分离蛋白的分子量变化范围为34kDa至130kDa。
如图14所示，与各自的纯起始蛋白相比，该缀合物具有相似或更差的溶解度。与起始蛋白无关，乳清蛋白(WPI)和油菜籽蛋白(RPI)缀合物的溶解度随着缀合时间延长而增加。
参考图15，可看出，在目标pH值(pH 3)下，尽管油滴粒度很小，但所有乳液都显示出乳化相。蛋白质的官能特性在相应的pI下得到改善。
得出的结论是，真空干燥导致形成具有高分子量(MG>170kDa)的缀合物，并在相应的pI下改善乳化性能。在饮料乳液的目标pH值(pH 3)下，不同来源的蛋白质与高甲酯果胶的缀合不会明显改善官能特性。当然，这取决于所使用的蛋白质的相应部分和等电点。

Claims (15)

1.一种用于生产包含蛋白质-碳水化合物缀合物或由其组成的制剂的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供蛋白质和碳水化合物的水性分散体；
b)在高于其冰点的温度和低于常压的压力下干燥所述水性分散体；以及
c)通过将所述蛋白质的游离氨基与所述碳水化合物的羰基共价键合来形成糖胺。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤b)和c)同时发生，和/或其中步骤b)和c)需要相同的温度或温度分布，和/或其中步骤b)及c)需要相同的压力或压力分布。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤b)和c)连续进行，优选使用真空带式干燥，更优选使用具有红外辐射加热装置的真空带式干燥器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤b)和c)需要至少70℃的温度，优选至少80℃，更优选至少90℃，最优选至少95℃，和/或其中在步骤b)和c)中，所述温度不超过150℃，优选140℃，更优选130℃，最优选120℃。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤b)和c)需要500mbar或更低的压力，优选300mbar或更低，更优选200mbar或更低，更优选150mbar或更低，还更优选100mbar或更低，最优选50mbar或更低。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤b)和c)的总持续时间不超过16小时，优选12小时，更优选8小时，更优选6小时，还更优选5小时，最优选4小时。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤b)之前，相对于所述水性分散体的总重量，所述蛋白质和碳水化合物的干重为40％或更低，优选30％或更低，更优选20％或更低，最优选15％或更低，和/或其中在步骤b)和c)之后，相对于所述干燥的水性分散体的总重量，所述蛋白质和碳水化合物的干重为至少60％，优选至少70％，更优选至少75％，最优选至少80％。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述蛋白质与所述碳水化合物的重量比在1：5至5：1的范围内，优选1：4至4：1，更优选1：3至3：1，更优选1：2至2：1，最优选1：1至2：1。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述蛋白质是天然来源的蛋白质，优选植物或动物蛋白，更优选植物蛋白或乳清分离蛋白。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述碳水化合物选自由单糖、二糖和多糖组成的组，优选葡萄糖、果胶和葡聚糖，尤其是果胶。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述分散体包含水果提取物。
12.一种含有蛋白质-碳水化合物缀合物或由其组成的制剂，所述制剂优选通过权利要求1至11中任一项所定义的方法制备，其中：
所述蛋白质是乳清分离蛋白或植物蛋白，优选选自由马铃薯、油菜、豌豆和大豆分离蛋白组成的组；
所述碳水化合物选自由葡聚糖和果胶组成的组；并且
优选地，以下一项或多项适用：
(i)所述制剂的特征在于褐变指数(BI)为50或更小，优选40或更小，更优选30或更小，更优选25或更小，还更优选20或更小，最优选15或更小；
(ii)所述碳水化合物的分子量为至少1kDa，优选至少2kDa，更优选至少3kDa，还更优选至少4kDa，最优选至少5kDa；
(iii)所述碳水化合物是酰胺化果胶；
(iv)所述制剂的pH值为5.5至8.5，优选6.0至8.0，更优选6.5至7.5，最优选6.7至7.3。
13.一种用于生产营养产品或娱乐产品的方法，所述方法包括以下步骤：
a)进行权利要求1至11中任一项所述的方法或提供权利要求12所定义的制剂；
b)使用所述制剂作为乳化剂来制备乳液；以及
c)在制备所述乳液之前和/或之后，将所述制剂与所述营养产品或娱乐产品的其他组分组合。
14.如权利要求12所定义的制剂作为乳化剂的用途，优选在营养产品或娱乐产品中的用途。
15.一种营养产品或娱乐产品，其优选通过权利要求13所定义的方法制备，所述营养产品或娱乐产品包含权利要求12所定义的制剂。
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