CN117229347A - 一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法及应用 - Google Patents
一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于植物蛋白质提取技术领域，本发明提供了一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法及应用。本发明方法包括对油菜籽进行脱皮处理，经过低温压榨、亚临界萃取得到脱脂菜粕，再通过增溶溶剂对脱脂菜粕中的蛋白质进行有效富集，透析后用乳酸对其进行处理，再进一步透析，冻干后得到菜籽蛋白。本发明制备的菜籽蛋白中所含的硫代葡萄糖苷和植酸的含量符合欧盟所规定的可食用菜籽蛋白标准。相较于现有常用的蛋白产品，如卵清蛋白、酪蛋白酸钠，本发明制备的菜籽蛋白具有超高的起泡性和乳化特性。
Description
技术领域
本发明涉及植物蛋白质提取技术领域，尤其涉及一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法及应用。
背景技术
由于动物蛋白对碳、氮循环和生物多样性的影响，会给环境带来巨大压力。此外，高比例动物蛋白的摄入可能会导致一些健康问题，如易引起肥胖、高胆固醇、Ⅱ型糖尿病、心血管疾病等。因此，寻找动物蛋白的替代品，挖掘植物、昆虫、真菌和微生物等来源的蛋白质，具有重大意义。综合考量上述蛋白质的消费者接受度、已建立的供应链、营养价值和可持续性，挖掘新的植物蛋白是替代/部分替代动物蛋白最理想的选择，也是保障我国蛋白质供给平衡的重要途径。
油菜籽是世界上仅次于大豆的第二大种植油料作物。其榨油后的副产物饼粕中含有丰富的蛋白质(～40％)，且菜籽蛋白具有氨基酸组成均衡、生物价值高(PDCAAS值～0.86，与大豆蛋白相当)等优势，因此，富集菜籽饼粕中的蛋白质可提高菜籽饼粕的高值化利用潜力，助力实现我国蛋白质的有效供给。但菜籽饼粕中存在大量的抗营养因子，其中最主要的硫代葡萄糖苷和植酸，它们会与蛋白质紧密结合，导致未经脱毒处理的菜籽蛋白无法食用，目前主要用于饲料和肥料，导致其高值化利用潜力未被充分发掘。
油菜籽主要的贮藏蛋白是Cruciferin(11S)和Napin(2S)，两者的分子量分别为300～350kDa和12～16kDa，二者的比例在0.6～2.0之间。由于菜籽蛋白的组成较为复杂，其等电点范围较宽，在4.0～10.0之间，使得植物蛋白提取中广泛使用的碱溶酸沉法不适合菜籽蛋白的制备。
目前，有少量研究者成功制备了品质较高(较高的蛋白质含量、较低的硫代葡萄糖苷和植酸含量)的菜籽蛋白，但其受限的功能性质阻碍了其在高附加值产品中的应用潜力。例如，梅钰琪等人的报道“盐溶超滤制备菜籽蛋白及其功能特性研究”中用盐提(NaCl)法提取了菜籽蛋白(蛋白质含量～80％，植酸含量～1％)，其研究结果表明，蛋白质回收率仅27％，且钠离子的残留会影响其功能性质，其中中性条件下的乳化性和起泡性分别仅为15m2/g和170％。该方法是目前唯一可以在食品工业中应用的提取菜籽蛋白的方法。同时，复杂的蛋白质构成，也导致其改性困难。例如，CN202211344658.5中公开了“一种提高菜籽蛋白起泡性的方法及其产品”，该专利使用转谷氨酰胺酶对菜籽蛋白进行改性，但改性之后蛋白的起泡性仅为159％；CN201810300993.2中公开了“一种提高菜籽蛋白乳化活性的方法”，该专利使用木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶等蛋白酶对菜籽蛋白进行酶解改性，但改性之后的蛋白在中性条件下的乳化性仅为50m2/g左右。
起泡剂和乳化剂是食品、药品、化妆品领域中重要的配料。最常用蛋白类产品的一般有卵清蛋白、酪蛋白酸钠、乳清蛋白等，大多是动物来源的蛋白质。而这些蛋白质虽然具有较好的起泡性和乳化性，但依然很难满足大部分食品加工的要求，在实际的食品加工过程中往往与其它具有相似功能或具有辅助功能的食品添加剂复配使用。而随着食品工业的高速发展和消费者对饮食品质追求的提高，降低食品添加剂的用量和种类是趋势，因此，开发具有更高起泡性和乳化性的蛋白基食品配料具有重要意义。
综上所述，结合菜籽蛋白的资源优势和营养价值，开发具有超高发泡性与乳化特性的高品质菜籽蛋白是一项有前景的工作。
发明内容
为克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法及应用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，包括如下步骤：
(1)将油菜籽依次进行脱皮、低温压榨，得菜籽饼；
(2)对所述菜籽饼进行亚临界脱脂处理，得脱脂菜粕，将所述脱脂菜粕粉粹、过筛，得脱脂菜粕粉；
(3)将所述脱脂菜粕粉与增溶溶剂混合，搅拌，直至pH值为4.9～9.0且不再变化后离心，取上清液进行透析，得截留液a；
(4)用乳酸将所述截留液a的pH调节至2.7～4.0，得混合液；
(5)对所述混合液进行搅拌，然后透析得截留液b，将所述截留液b冻干，得高品质菜籽蛋白。
优选的，步骤(1)中所述油菜籽为甘蓝型油菜籽，所述低温压榨的温度为55～100℃，所述低温压榨至油菜籽的残油量≤10％。
优选的，步骤(2)中所述亚临界脱脂处理中所用的溶剂为4号溶剂，所述亚临界脱脂处理的温度为35～45℃，所述亚临界脱脂处理的次数为4～10次，所述脱脂菜粕的残油量≤1％，所述过筛的目数为50～100目。
优选的，步骤(3)中所述脱脂菜粕粉与增溶溶剂的混合比例为1g:8～15mL，所述增溶溶剂包括弱碱性水溶液、氯化钙溶液和氯化钠溶液中的任意一种，所述氯化钙溶液或氯化钠溶液的浓度为100～500mM，所述搅拌的转速为200～600rpm；
在步骤(3)将所述脱脂菜粕粉与增溶溶剂混合后还包括加入NaOH溶液的步骤，所述NaOH溶液的摩尔浓度为0.8～1.2M。
优选的，步骤(3)中所述离心的转速为8000～12000g，所述离心的时间为25～35min，所述离心的温度为2～25℃，所述透析的分子截留量为3～5kDa，所述透析的时间为48～72h。
优选的，步骤(5)中所述搅拌的转速为200～600rpm，所述搅拌的时间为0.5～3h，所述透析的分子截留量为3～5kDa，所述透析的时间为48～72h。
优选的，步骤(5)中所述冻干的温度为-40～-80℃。
本发明还提供了上述制备方法制备得到的具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白。
本发明还提供了上述具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白作为高效发泡剂在蛋糕加工中的应用。
本发明还提供了上述具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白作为稳定高内相乳液凝胶的乳化剂在3D打印中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、传统碱溶酸沉法制备的菜籽蛋白的蛋白质含量普遍较低，硫代葡萄糖苷和植酸的含量无法达到食用水平。而本发明通过对油菜籽进行脱皮处理，经过低温压榨、亚临界萃取、粉粹后得到脱脂菜籽粕粉，再用增溶溶剂对脱脂菜籽粕粉中的蛋白质进行有效富集，透析后用乳酸对其进行处理，再进一步透析，冻干后得到的高品质菜籽蛋白中所含硫代葡萄糖苷和植酸的含量不仅符合欧盟可食用菜籽蛋白的标准，且具有超高的起泡性和乳化特性。
2、本发明菜籽蛋白的起泡性即使和动物蛋白相比也是前所未见的，乳化活性与酪蛋白酸钠相当，乳化稳定性超过酪蛋白酸钠，且在一定浓度下具备稳定高内相乳液(油相>74％)的能力，可作为一种良好的动物蛋白替代品。
3、采用本发明方法菜籽蛋白回收率最高可达到～48％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明制备高品质菜籽蛋白的工艺流程图；
图2为本发明对比例1、实施例1～8制备的菜籽蛋白的外观；
图3为本发明对比例1～3、实施例1～8打发的泡沫的外观(注：a表示放置2min的外观；b表示放置60min的外观)；
图4为本发明实施例5制备的蛋糕的外观图(注：a表示实施例5制备的菜籽蛋白打发后泡沫的外观；b表示实施例5制备的蛋糕的正面图；c表示实施例5制备的蛋糕的背面图；d表示实施例5制备的蛋糕的截面图)；
图5为本发明对比例1～3、实施例1～8制备的高内相乳液凝胶的外观(注：a表示正置；b表示倒置)；
图6为本发明实施例3制备的高内相乳液凝胶3D打印圆管的外观图。
具体实施方式
本发明提供了一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，包括如下步骤：
(1)将油菜籽依次进行脱皮、低温压榨，得菜籽饼；
(2)对所述菜籽饼进行亚临界脱脂处理，得脱脂菜粕，将所述脱脂菜粕粉粹、过筛，得脱脂菜粕粉；
(3)将所述脱脂菜粕粉与增溶溶剂混合，搅拌，直至pH值为4.9～9.0且不再变化后离心，取上清液进行透析，得截留液a；
(4)用乳酸将所述截留液a的pH调节至2.7～4.0，得混合液；
(5)对所述混合液进行搅拌，然后透析得截留液b，将所述截留液b冻干，得高品质菜籽蛋白。
在本发明中，步骤(1)中所述油菜籽优选为甘蓝型油菜籽，所述低温压榨的温度优选为55～100℃，进一步优选为100℃。
在本发明中，步骤(2)中所述亚临界脱脂处理中所用的溶剂优选为4号溶剂；所述亚临界脱脂处理的温度优选为35～45℃，进一步优选为45℃；所述亚临界脱脂处理的次数优选为4～10次，进一步优选为6次；所述过筛的目数优选为50～100目，进一步优选为55～70目，更进一步优选为60目。
在本发明中，步骤(3)中所述将所述脱脂菜粕粉与增溶溶剂混合，搅拌，直至pH值为4.9～9.0且不再变化后离心，取上清液进行透析，得截留液a，进一步优选为将所述脱脂菜粕粉与增溶溶剂混合，搅拌，直至pH值为5.8且不再变化后离心，取上清液进行透析，得截留液a。
在本发明中，步骤(3)中所述脱脂菜粕粉与增溶溶剂的混合比例优选为1g:8～15mL，进一步优选为1g:9～11mL，更进一步优选为1g:10mL；所述增溶溶剂优选包括弱碱性水溶液、氯化钙溶液或氯化钠溶液中的任意一种，所述氯化钙溶液或氯化钠溶液的浓度优选为100～500mM，进一步优选为150～250mM，更进一步优选为200mM；所述搅拌的转速优选为200～600rpm，进一步优选为250rpm。
在本发明中，在步骤(3)将所述脱脂菜粕粉与增溶溶剂混合后还优选包括加入NaOH溶液的步骤，所述NaOH溶液的摩尔浓度优选为0.8～1.2M，进一步优选为1M。
在本发明中，步骤(3)中所述透析的分子截留量优选为3～5kDa，进一步优选为3.5kDa。
在本发明中，步骤(4)中用乳酸将所述截留液a的pH调节至2.7～4.0，得混合液，进一步优选为用乳酸将所述截留液a的pH调节至3，得混合液。
在本发明中，步骤(5)中所述搅拌的转速优选为200～600rpm，进一步优选为250rpm；所述搅拌的时间优选为0.5～3h，进一步优选为3h；所述透析的分子截留量优选为3～5kDa，进一步优选为3.5kDa。
本发明还提供了上述制备方法制备得到的具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白。
本发明还提供了上述具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白作为高效发泡剂在蛋糕加工中的应用，所述高效发泡剂可完全替代蛋清。
本发明还提供了上述具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白作为稳定高内相乳液凝胶的乳化剂在3D打印中的应用。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
以下实施例中的乳酸购买自国药集团化学试剂有限公司，批号为20220614，其余各原料均为普通市售可得。
实施例1
一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，步骤如下：
(1)将甘蓝型油菜籽(中油杂39)依次进行机械脱皮、于100℃下低温压榨，得菜籽饼(残油量<10％)；
(2)对所述菜籽饼用4号溶剂进行亚临界脱脂处理(所述亚临界脱脂处理的温度45℃，所述亚临界脱脂处理的次数为6次)，得脱脂菜粕(残油量～1％)，将所述脱脂菜粕粉粹、过60目筛，得脱脂菜粕粉；
(3)将所述脱脂菜粕粉与100mM氯化钙水溶液按照1g:10mL的比例混合，再加入摩尔浓度为1M的NaOH溶液，于250rpm下搅拌，直至pH值为9.0且不再变化后于10000g、4℃下离心30min，取上清液进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液a；
(4)在所述截留液a中滴加乳酸，调节pH值为2.7，得混合液；
(5)将所述混合液搅拌3h后进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液b，将所述截留液b于-40℃下冻干72h，得高品质菜籽蛋白。
实施例2
一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，步骤如下：
(1)将甘蓝型油菜籽(中油杂39)依次进行机械脱皮、于100℃下低温压榨，得菜籽饼(残油量<10％)；
(2)对所述菜籽饼用4号溶剂进行亚临界脱脂处理(所述亚临界脱脂处理的温度45℃，所述亚临界脱脂处理的次数为6次)，得脱脂菜粕(残油量～1％)，将所述脱脂菜粕粉粹、过60目筛，得脱脂菜粕粉；
(3)将所述脱脂菜粕粉与500mM氯化钙水溶液按照1g:10mL的比例混合，再加入摩尔浓度为1M的NaOH溶液，于250rpm下搅拌，直至pH值为5.6且不再变化后于10000g、4℃下离心30min，取上清液进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液a；
(4)在所述截留液a中滴加乳酸，调节pH值为3，得混合液；
(5)将所述混合液搅拌1h后进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液b，将所述截留液b于-40℃下冻干72h，得高品质菜籽蛋白。
实施例3
一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，步骤如下：
(1)将甘蓝型油菜籽(中油杂39)依次进行机械脱皮、于100℃下低温压榨，得菜籽饼(残油量<10％)；
(2)对所述菜籽饼用4号溶剂进行亚临界脱脂处理(所述亚临界脱脂处理的温度45℃，所述亚临界脱脂处理的次数为6次)，得脱脂菜粕(残油量～1％)，将所述脱脂菜粕粉粹、过60目筛，得脱脂菜粕粉；
(3)将所述脱脂菜粕粉与200mM氯化钙水溶液按照1g:10mL的比例混合，再加入摩尔浓度为1M的NaOH溶液，于250rpm下搅拌，直至pH值为5.8且不再变化后于10000g、4℃下离心30min，取上清液进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液a；
(4)在所述截留液a中滴加乳酸，调节pH值为3，得混合液；
(5)将所述混合液搅拌3h后进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液b，将所述截留液b于-40℃下冻干72h，得高品质菜籽蛋白。
实施例4
一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，步骤如下：
(1)将甘蓝型油菜籽(中油杂39)依次进行机械脱皮、于100℃下低温压榨，得菜籽饼(残油量<10％)；
(2)对所述菜籽饼用4号溶剂进行亚临界脱脂处理(所述亚临界脱脂处理的温度45℃，所述亚临界脱脂处理的次数为6次)，得脱脂菜粕(残油量～1％)，将所述脱脂菜粕粉粹、过60目筛，得脱脂菜粕粉；
(3)将所述脱脂菜粕粉与200mM氯化钙水溶液按照1g:10mL的比例混合，再加入摩尔浓度为1M的NaOH溶液，于250rpm下搅拌，直至pH值为5.8且不再变化后于10000g、4℃下离心30min，取上清液进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液a；
(4)在所述截留液a中滴加乳酸，调节pH值为3.5，得混合液；
(5)将所述混合液搅拌3h后进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液b，将所述截留液b于-40℃下冻干72h，得高品质菜籽蛋白。
实施例5
一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，步骤如下：
(1)将甘蓝型油菜籽(中油杂39)依次进行机械脱皮、于100℃下低温压榨，得菜籽饼(残油量<10％)；
(2)对所述菜籽饼用4号溶剂进行亚临界脱脂处理(所述亚临界脱脂处理的温度45℃，所述亚临界脱脂处理的次数为6次)，得脱脂菜粕(残油量～1％)，将所述脱脂菜粕粉粹、过60目筛，得脱脂菜粕粉；
(3)将所述脱脂菜粕粉与200mM氯化钙水溶液按照1g:8mL的比例混合，再加入摩尔浓度为1M的NaOH溶液，于250rpm下搅拌，直至pH值为7.0且不再变化后于10000g、4℃下离心30min，取上清液进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液a；
(4)在所述截留液a中滴加乳酸，调节pH值为3.5，得混合液；
(5)将所述混合液搅拌3h后进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液b，将所述截留液b于-40℃下冻干72h，得高品质菜籽蛋白。
实施例6
一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，步骤如下：
(1)将甘蓝型油菜籽(中油杂39)依次进行机械脱皮、于100℃下低温压榨，得菜籽饼(残油量<10％)；
(2)对所述菜籽饼用4号溶剂进行亚临界脱脂处理(所述亚临界脱脂处理的温度45℃，所述亚临界脱脂处理的次数为6次)，得脱脂菜粕(残油量～1％)，将所述脱脂菜粕粉粹、过60目筛，得脱脂菜粕粉；
(3)将所述脱脂菜粕粉与200mM氯化钙水溶液按照1g:10mL的比例混合，于250rpm下搅拌2h，此时溶液pH为4.9，然后于10000g、4℃下离心30min，取上清液进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液a；
(4)在所述截留液a中滴加乳酸，调节pH值为4.0，得混合液；
(5)将所述混合液搅拌3h后进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液b，将所述截留液b于-40℃下冻干72h，得高品质菜籽蛋白。
实施例7
一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，步骤如下：
(1)将甘蓝型油菜籽(中油杂39)依次进行机械脱皮、于100℃下低温压榨，得菜籽饼(残油量<10％)；
(2)对所述菜籽饼用4号溶剂进行亚临界脱脂处理(所述亚临界脱脂处理的温度45℃，所述亚临界脱脂处理的次数为6次)，得脱脂菜粕(残油量～1％)，将所述脱脂菜粕粉粹、过60目筛，得脱脂菜粕粉；
(3)将所述脱脂菜粕粉与200mM氯化钠水溶液按照1g:15mL的比例混合，再加入摩尔浓度为1M的NaOH溶液，于250rpm下搅拌，直至pH值为8.5且不再变化后于10000g、4℃下离心30min，取上清液进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液a；
(4)在所述截留液a中滴加乳酸，调节pH值为3.5，得混合液；
(5)将所述混合液搅拌3h后进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液b，将所述截留液b于-40℃下冻干72h，得高品质菜籽蛋白。
实施例8
一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，步骤如下：
(1)将甘蓝型油菜籽(中油杂39)依次进行机械脱皮、于100℃下低温压榨，得菜籽饼(残油量<10％)；
(2)对所述菜籽饼用4号溶剂进行亚临界脱脂处理(所述亚临界脱脂处理的温度45℃，所述亚临界脱脂处理的次数为6次)，得脱脂菜粕(残油量～1％)，将所述脱脂菜粕粉粹、过60目筛，得脱脂菜粕粉；
(3)将所述脱脂菜粕粉与200mM氯化钠水溶液按照1g:10mL的比例混合，再加入摩尔浓度为1M的NaOH溶液，于250rpm下搅拌，直至pH值为5.8且不再变化后于10000g、4℃下离心30min，取上清液进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液a；
(4)在所述截留液a中滴加乳酸，调节pH值为3.5，得混合液；
(5)将所述混合液搅拌3h后进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液b，将所述截留液b于-40℃下冻干72h，得高品质菜籽蛋白。
对比例1
一种菜籽蛋白的制备方法，步骤如下：
(1)将甘蓝型油菜籽(中油杂39)依次进行机械脱皮、于100℃下低温压榨，得菜籽饼(残油量<10％)；
(2)对所述菜籽饼用4号溶剂进行亚临界脱脂处理(所述亚临界脱脂处理的温度45℃，所述亚临界脱脂处理的次数为6次)，得脱脂菜粕(残油量～1％)，将所述脱脂菜粕粉粹、过60目筛，得脱脂菜粕粉；
(3)将所述脱脂菜粕粉与200mM氯化钙水溶液按照1g:10mL的比例混合，再加入摩尔浓度为1M的NaOH溶液，于300rpm下搅拌，直至pH值为5.8且不再变化后于10000g、4℃下离心30min，取上清液进行透析48h(所述透析的分子截留量为3.5kDa)，得截留液；
(4)将所述截留液于-40℃下冻干72h得到菜籽蛋白。
对比例2
商品化的卵清蛋白(购买自上海瑞永生物科技公司，蛋白质含量为80％)。
对比例3
商品化的酪蛋白酸钠(购买自美国Sigma-Aldrich公司，蛋白质含量为90％)
实验例1
测定本发明对比例1、实施例1～8所含的硫代葡萄糖苷和植酸含量：
硫代葡萄糖苷的检测：使用高效液相色谱法，具体参照NY/T1582-2007；
植酸的检测：取0.05g蛋白样品分散至2mL 2.4wt％盐酸，搅拌1h后离心(5000r/min，15min)，上清液中加入0.1g NaCl并搅拌至溶解，低温静置1h后离心(5000r/min，15min)。取0.5mL离心上清液，依次加入4.5mL去离子水与4.0mL显色液。静置20min后在500nm波长处测定吸光值。三氯化铁-磺基水杨酸显色液：0.03％六水三氯化铁和0.3％二水合-5-磺基水杨酸混匀。以植酸钠为标样绘制标准曲线。测定结果如表1所示。
表1对比例1、实施例1～8所含的硫代葡萄糖苷和植酸含量
| 分组 | 硫代葡萄糖苷含量/μmol/g | 植酸含量/％ |
| 对比例1 | 1.67±0.12a | 0.67±0.15a |
| 实施例1 | 0.87±0.06b | 0.18±0.05d |
| 实施例2 | 0.74±0.02c | 0.27±0.07c |
| 实施例3 | 0.79±0.03c | 0.25±0.07c |
| 实施例4 | 0.78±0.03c | 0.27±0.08c |
| 实施例5 | 0.67±0.11cd | 0.21±0.05c |
| 实施例6 | 0.73±0.09c | 0.24±0.03c |
| 实施例7 | 0.87±0.12b | 0.38±0.05b |
| 实施例8 | 0.90±0.09b | 0.35±0.04b |
注：对于同一指标，不同字母表示差异显著，P<0.05；表2～4同。
由表1可知，所有实施例制备的菜籽蛋白中所含的硫代葡萄糖苷的含量均低于1μmol/g，植酸的含量均低于1.5％，符合欧盟COMMISSION IMPLEMENTING DECISION of 1July2014中对于可食用菜籽蛋白的要求，而对比例1制备的菜籽蛋白中所含的硫代葡萄糖苷的含量不符合上述标准中规定的食用要求，且与对比例1相比，实施例1～8制备的菜籽蛋白中所含的植酸含量下降了43.28～73.13％。植酸可以和体内的金属离子形成络合物，从而抑制人体对营养物质的消化吸收。因此，推测该有益效果将有助于蛋白的消化吸收。
实验例2
测定本发明对比例1、实施例1～8的蛋白质含量和蛋白质回收率：
使用微量凯氏定氮法，具体参照GB 5009.5-2010，蛋白质折算系数为5.53。采用提取的蛋白质产品中所含蛋白质的质量与菜籽脱脂粕中所含蛋白质的质量的比值表示蛋白质回收率。测定结果如表2所示。
表2对比例1和实施例1～8的蛋白质含量和蛋白质回收率测定结果
由表2可知，本发明实施例1～8制备得到的菜籽蛋白的蛋白质含量均处于较高水平，符合我国市售的蛋白产品中对浓缩蛋白或分离蛋白的要求。此外，我国对于菜籽蛋白计算的蛋白质折算系数为5.53，而其它国家使用蛋白折算系数大多为6.25，将表2的数据按照6.25换算之后，实施例1～8的蛋白质含量为84.05～92.54％，该数据可用于与国外相关产品所含蛋白质含量的比较。对比例1的蛋白质含量和蛋白质回收率达到了81.54％和54.25％，但表1证明对比例1的菜籽蛋白中硫代葡萄糖苷含量还无法满足欧盟所规定的食用标准，且后续的实验证明其功能性质受限。因此，该实验仅可证明氯化钙溶液是菜籽蛋白的良好增溶溶剂，但为了提升菜籽蛋白的食用品质，后续的处理步骤是必不可少的。在增溶步骤中对比例1和实施例3、4的参数相同，因此具备直接对比的价值，表中的数据可以看出，乳酸处理并未对蛋白质含量产生显著影响，而相较于pH3.0、pH3.5条件下的蛋白质损失率更低，仅为6.11％。综合其他文献的报道，碱溶酸沉法提取菜籽蛋白的回收率约为10～20％，盐(NaCl)提法的蛋白质回收率约为25～36％。因此，相较于现有的菜籽蛋白提取技术，本发明的蛋白质回收率最高可达到48.14％(实施例4)，远高于现有技术，具有较高的推广价值。
本发明制备菜籽蛋白的工艺流程图如图1所示，对比例1及实施例1～8制备得到的菜籽蛋白的外观图如图2所示。由图2可知，本发明实施例1～8制备得到的菜籽蛋白的色泽明显优于对比例1。
实验例3
测定对比例1～3以及本发明实施例1～8的起泡性和泡沫稳定性：
超纯水配制1％(w/v)的15mL蛋白溶液，pH调节至7.0，用高速剪切机(13600rpm)剪切2min，将蛋白质溶液连同泡沫立即倒入至量筒中，读出泡沫体积；静置60min后再次读出泡沫体积。起泡性和起泡稳定性的计算公式如下：
式中：V2表示2min的泡沫体积，V60表示60min的泡沫体积。
测定结果如表3和图3所示。
表3对比例1～3、实施例1～8的起泡性和泡沫稳定性
| 分组 | 起泡性/％ | 泡沫稳定性/％ |
| 对比例1 | 213.67±1.89g | 81.25±3.15b |
| 对比例2 | 136.67±3.33i | 74.89±4.53c |
| 对比例3 | 187.78±5.09h | 34.33±2.75d |
| 实施例1 | 442.22±10.18e | 87.46±3.02a |
| 实施例2 | 410.01±14.53f | 89.78±3.33a |
| 实施例3 | 505.56±6.94b | 90.13±1.84a |
| 实施例4 | 488.89±13.88d | 83.25±1.73b |
| 实施例5 | 600.00±13.33a | 90.81±0.85a |
| 实施例6 | 497.67±16.78bc | 83.96±1.87b |
| 实施例7 | 486.67±17.64d | 87.97±3.12a |
| 实施例8 | 450.00±15.28e | 88.89±3.57a |
由表3和图3可知，实施例1～8具有超强的起泡性。通常在食品工业中最广泛使用的发泡剂是卵清蛋白和酪蛋白酸钠，而本发明产品的起泡性和泡沫稳定性分别为410.01～600.00％和83.25～90.81％，分别是卵清蛋白的3.24～4.41倍和1.11～1.20倍，是酪蛋白酸钠的2.18～3.20倍和2.42～2.63倍。此外，实施例1～8制备的菜籽蛋白在质量浓度1％时打发的泡沫在2min内可以倒置，说明其具备优良的泡沫可塑性。与对比例1相比，本发明实施例1～8的起泡性、泡沫稳定性和泡沫可塑性也有显著性提升。
实验例4
为了验证本发明实施例1～8作为高效发泡剂在食品工业中的应用，选择实施例5制备得到的高品质菜籽蛋白作为鸡蛋清的代替产品制备蛋糕。
制备方式如下：配置质量浓度4％的蛋白溶液作为发泡剂，取50g与10g白砂糖混合，用电动打泡器搅打6min(中间每隔2min在泡沫中添加10g白砂糖)，得到泡沫后拍照。称量40g鸡蛋黄、40g低筋面粉、15g牛奶、15g玉米油、5g白砂糖，搅打均匀得到面糊。将泡沫少量多次的加入面糊，用专用刮板轻轻混合均匀得到蛋糕匀浆，称取20g蛋糕匀浆，倒去蛋糕模具中，用烤箱(上火150℃，下火160℃)烤制18min后取出，得到蛋糕，如图4所示。
由图4中的a可知，即使菜籽蛋白的浓度仅为4％(蛋清的蛋白质含量约为12％)，仍然可以搅打出绵密的泡沫。由图4中的b、c、d可知，菜籽蛋白作为发泡剂制备的蛋糕未出现塌陷的现象，且质地松软，横截面多孔，品尝之后无异味。因此该产品可以完全替代鸡蛋清在蛋糕中应用。以此可推测本发明实施例1～8均可以替代蛋清在蛋糕中应用。该应用场景被用于展示本发明所涉及的实施例的超高起泡性，并不仅限于适用该应用场景。
实验例5
测定对比例1～3以及本发明实施例1～8的乳化性和乳化稳定性：
用超纯水配制1％(w/v)15mL的蛋白溶液，pH调节至7，加入5mL的MCT，用高速剪切机(13400r/min)均质2min，在中间部分快速吸取50μL乳液，加入5mL 0.1％的SDS(pH 7.0)稀释，以SDS溶液为空白参比，于500nm处测定稀释乳状液的吸光度值，静置10min后在上述相同条件下再次测定吸光度。乳化性和乳化稳定性根据以下公式计算：
/>
式中：N表示稀释倍数；c表示蛋白质浓度(g/mL)；表示油相所占的体积分数；L表示比色皿光程；A0表示0min时500nm处的吸光值；A10表示10min时500nm处的吸光值；t表示放置时间。测定结果如表4所示。
表4对比例1～3、实施例1～8的乳化性和乳化稳定性
| 分组 | 乳化性/m2/g | 乳化稳定性/% |
| 对比例1 | 67.88±1.89a | 64.19±4.15f |
| 对比例2 | 70.19±3.48a | 21.76±2.19g |
| 对比例3 | 68.17±2.08a | 76.47±4.02e |
| 实施例1 | 67.06±4.89a | 101.11±1.11c |
| 实施例2 | 70.74±2.98a | 92.80±2.03d |
| 实施例3 | 68.35±3.06a | 185.91±2.41b |
| 实施例4 | 73.70±2.14a | 93.02±2.55d |
| 实施例5 | 70.25±4.81a | 203.33±3.85a |
| 实施例6 | 72.11±3.78a | 187.96±4.87b |
| 实施例7 | 70.71±3.64a | 97.97±3.42c |
| 实施例8 | 67.67±5.08a | 90.89±3.57d |
由表4可知，实施例1～8制备的高品质菜籽蛋白具有超强的乳化性质。卵清蛋白和酪蛋白酸钠是食品工业中常用的乳化剂和起泡剂，而本发明产品的乳化特性和卵清蛋白相当，乳化稳定性为90.89～203.33%，是卵清蛋白的4.18～9.34倍，是酪蛋白酸钠的1.19～2.65倍。与对比例1相比，其它实施例的乳化稳定性均有显著提高，实施例5的效果最佳，是对比例1的3.17倍。
实验例6
乳化剂稳定高内相乳液（油相>74%）的机理与稳定油相较低的乳液不同，目前的蛋白产品还很难稳定高内相乳液，并形成具有可塑性的乳液凝胶，为了证明本产品作为食品配料可以在更广泛的食品中应用，测定了利用对比例1～3以及本发明实施例1～8制备高内相乳液的能力：
配置质量浓度4%（w/v）蛋白溶液，调pH至7.0，加入75%（v/v）的菜籽油，12000rpm剪切2min后观察其外观。结果如图5所示。由图5可知，本发明实施例1～8均具备稳定高内相乳液凝胶的能力（可倒置）。而对比例1～3均无法倒置，且无法形成高内相乳液凝胶。
实验例7
为了验证本发明实施例1～8所制备的高内相乳液凝胶的塑型性，选择实施例3所制备的菜籽蛋白稳定的高内相乳液凝胶作为3D打印的材料。结果如图6所示，该乳液凝胶成功打印出了内径14mm、外径24mm、高16mm的圆管，放置过程中未出现塌陷。因此，可推测实施例1～8所制备的高内相乳液凝胶可应用于3D打印材料。该应用场景被用于展示本发明所涉及的实施例的超高乳化能力，并不仅限于适用该应用场景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将油菜籽依次进行脱皮、低温压榨，得菜籽饼；
(2)对所述菜籽饼进行亚临界脱脂处理，得脱脂菜粕，将所述脱脂菜粕粉粹、过筛，得脱脂菜粕粉；
(3)将所述脱脂菜粕粉与增溶溶剂混合，搅拌，直至pH值为4.9～9.0且不再变化后离心，取上清液进行透析，得截留液a；
(4)用乳酸将所述截留液a的pH调节至2.7～4.0，得混合液；
(5)对所述混合液进行搅拌，然后透析得截留液b，将所述截留液b冻干，得高品质菜籽蛋白。
2.根据权利要求1所述的一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述油菜籽为甘蓝型油菜籽，所述低温压榨的温度为55～100℃，所述低温压榨至油菜籽的残油量≤10％。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述亚临界脱脂处理中所用的溶剂为4号溶剂，所述亚临界脱脂处理的温度为35～45℃，所述亚临界脱脂处理的次数为4～10次，所述脱脂菜粕的残油量≤1％，所述过筛的目数为50～100目。
4.根据权利要求3所述的一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述脱脂菜粕粉与增溶溶剂的混合比例为1g:8～15mL，所述增溶溶剂包括弱碱性水溶液、氯化钙溶液和氯化钠溶液中的任意一种，所述氯化钙溶液或氯化钠溶液的浓度为100～500mM，所述搅拌的转速为200～600rpm；
在步骤(3)将所述脱脂菜粕粉与增溶溶剂混合后还包括加入NaOH溶液的步骤，所述NaOH溶液的摩尔浓度为0.8～1.2M。
5.根据权利要求4所述的一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述离心的转速为8000～12000g，所述离心的时间为25～35min，所述离心的温度为2～25℃，所述透析的分子截留量为3～5kDa，所述透析的时间为48～72h。
6.根据权利要求5所述的一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述搅拌的转速为200～600rpm，所述搅拌的时间为0.5～3h，所述透析的分子截留量为3～5kDa，所述透析的时间为48～72h。
7.根据权利要求6所述的一种具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述冻干的温度为-40～-80℃。
8.权利要求1～7任意一项所述的制备方法制备得到的具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白。
9.权利要求8所述的具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白，或权利要求1～7任意一项所述的制备方法制备得到的具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白作为高效发泡剂在蛋糕加工中的应用。
10.权利要求8所述的具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白，或权利要求1～7任意一项所述的制备方法制备得到的具有超高起泡性和乳化特性的高品质菜籽蛋白作为稳定高内相乳液凝胶的乳化剂在3D打印中的应用。
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