CN1658762A - 乳清蛋白水解产物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用金属蛋白酶水解乳清蛋白的方法。本发明也涉及到所得到的水解产物以及该水解产物作为食品成分的应用。本发明更涉及到使用乳清蛋白水解产物作为成分所得到的食品。
Description
技术领域
本发明涉及到一种用金属蛋白酶处理乳清蛋白制品制备而成的乳清蛋白水解产物，以及所得水解产物作为食品成分的应用。
背景技术
在传统干酪制备工艺中，乳(milk)的凝固是通过酸化或酸化和加入粗制凝乳酶相结合来实现的。当获得具有预期粘度和强度的凝乳时，切割凝乳，然后从凝乳中分离乳清，比如通过排液法分离，将新鲜的凝乳进行深加工，比如通过压制法、加入盐和熟化，以形成最终的干酪。
在该过程中，发生了相当一部分乳蛋白的损失，其原因是因为随乳清一起除去的还有乳清蛋白。乳清蛋白可从乳清中回收并加工成乳清蛋白制品，比如乳清蛋白浓缩物(WPC)和乳清蛋白分离物(WPI)。这些乳清蛋白制品可用作食品的成分。
EP 1048219公开了一种干酪，含有一种乳清蛋白消化产品。消化产品是通过将一种非粗制凝乳酶类蛋白酶作用于乳清蛋白制备而成，并随即合并入干酪中。
然而，将大量乳清蛋白制品合并入食品中会诱导食品产生不良性质。大量的乳清蛋白会给予一种难以接受的味道，比如因乳清蛋白变性所致的味道，以及难以接受的质地。
在干酪中乳清蛋白内含物会导致加热时熔化能力和/或流动性下降(参见如 Hickey，M.W.& Versteeg，C.(1993) Mozarella cheese withultrafiltrate retentate.The Australian J.Dairy Technology)。当干酪加工用作食品成分，而这类食品在加热时对熔化能力和流动性有要求时，比如Pizza Cheese、莫泽雷勒干酪(Mozarella)和类似干酪，被削弱的熔化能力就成了问题。
基于乳清蛋白的干酪，比如Ricotta型干酪，经常表现为湿凝乳，缺乏传统干酪的光滑和粘性，具有更多粒状纹理和易碎的质地。一种改善的质地会有助于干酪更广泛地用作食品成分。因而，对于用作食品成分来说，需要一种具有改善的口味和质地的乳清蛋白。
发明概述
根据本发明，使用一种金属蛋白酶水解乳清蛋白影响了所得乳清蛋白水解产物的口味和质地。
因而，本发明涉及一种制备乳清蛋白水解产物的方法，包括：
a)在含有乳清蛋白的组合物中加入金属蛋白酶，
b)热处理所述组合物，热处理的温度和时间相结合足以诱导组合物产生胶凝作用。
本发明还涉及到按上述方法制备的乳清蛋白水解产物。
另一个方面，本发明涉及到一种使用上述乳清蛋白水解产物制备食品的方法，更进一步，本发明涉及到按上述方法制备的产品。
发明详述
乳清蛋白组合物
根据本发明，一种含有乳清蛋白的组合物可以是任何含有乳清蛋白，比如乳、乳酪和干酪乳清的组合物。可以使用任何源自干酪的乳清，包括赛达酪(cheddar cheese)、瑞士干酪、莫泽雷勒干酪和类似干酪。一种含有乳清蛋白的组合物可以是任何含有乳清蛋白的水溶液。乳清蛋白可以按任何本领域已知的方法得到。作为优选，乳清蛋白可以是干酪乳清通过超滤、电泳、蒸发和反向渗透中的一种或多种方法处理得到。参见如U.S.Patent No.3,547,900和Horton等，Food Technol.，26：30(1972)。典型的乳清蛋白制品含有β-乳球蛋白和/或α-乳球蛋白，市售多为乳清蛋白浓缩物(WPC)或乳清蛋白分离物(WPI)，产自如Davisco(Le SueurMN)；Bio-isolates PLC(Deeside，UK)；NZMP North America(Santa RosaCA)；Formost Farms(Baraboo W1)；Arla Foods(Union NJ)；和AvenmoreWaterford(Monroe W1)。在一个优选的实施方式中，含有乳清蛋白的组合物是通过将乳清蛋白浓缩物或乳清蛋白分离物溶于水得到，按蛋白质的含量计算，其相应的浓度在1％到60％w/w之间，优选约5到50％，最优选约20-40％之间。
在一个优选的实施方式中，含有乳清蛋白的组合物的pH值在4到9之间，如在5-8之间，优选在6-7之间。
金属蛋白酶
根据本发明金属蛋白酶是要求使用锌离子或金属离子催化的蛋白酶(参见如Barret等，eds，Handbook of Proteolyt ic enzymes，AcademicPress，London 1998，for classification of protelytic enzymes)。在一个优选的实施方式中，金属蛋白酶是内肽酶。在另一个优选的实施方式中，金属蛋白酶属于肽酶家族M4，也称为嗜热菌样蛋白酶。在更为优选的实施方式中，金属蛋白酶得自解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)。
根据本发明金属蛋白酶的一个例子是得自Bacillusamyloliquefaciens(Novozymes A/S，Bagsvrd，Denmark)的NS46013。
至于含有乳清蛋白的组合物中所加入的金属蛋白酶的量、组合物的温度和在热处理前用组合物温育金属蛋白酶的时间，可以根据本领域已知的方法来确定以获得最佳效果，也可以根据所用的酶和含有乳清蛋白组合物的性状来确定。
金属蛋白酶的活性以Anson Units(AU)表示。一个Anson Unit被规定为在最佳条件下以初始速率消化血红蛋白的酶的用量，酶消化血红蛋白从而每分钟释放出一定量的TCA可溶产物，该产物遇苯酚试剂显示与每毫当量的酪氨酸相同的颜色。
在一个优选的实施方式中，含有乳清蛋白的组合物中所加入的金属蛋白酶的量在0.01到10AU每克乳清蛋白之间，比如在0.1到5AU每克乳清蛋白之间，优选在0.2到2AU每克乳清蛋白之间。在另一优选的实施方案中，加入到含有乳清蛋白的组合物中的酶量为0.001到1AU每克乳清蛋白之间，比如在0.002到0.05AU每克乳清蛋白之间，优选在0.003到0.01AU每克乳清蛋白之间。
在一个优选的实施方式中，金属蛋白酶用含有乳清蛋白的组合物温育，温育温度在10℃到70℃之间，比如在20℃到60℃之间，优选在30℃到60℃之间，温育时间10分钟到5小时，比如30分钟到3小时，优选30分钟到2小时。
热处理
在允许金属蛋白酶和含有乳清蛋白的组合物反应后，将组合物进行热处理。在一个优选的实施方式中，进行热处理的温度在80℃到98℃之间，比如在85℃到95℃之间，时间在1到60分钟之间，比如在10到60分钟之间，优选在20到40分钟之间。在一个优选的实施方式中，进行热处理的温度和时间条件相结合使其足以钝化酶。在一个更优选的实施方式中，进行热处理的温度和时间条件相结合使其足以诱导组合物产生胶凝作用。胶凝作用被规定为因蛋白质和或肽分子被打开所致的热变性乳清蛋白溶解能力的丧失。胶凝作用可以通过观察从液体溶液到凝结胶凝乳的变化来测定。
在一个实施方式中，水解产物在热处理后进一步经过均质的步骤。
本发明更深一方面涉及到通过本发明的方法得到的乳清蛋白水解产物。
本发明更深的另一方面涉及到本发明的乳清蛋白水解产物作为食品成分的应用。
干酪制备
在本发明的一个实施方式中，乳清蛋白水解产物用作干酪食品的组分。在本申请的上下文中，术语“干酪”指的是任何一种干酪，比如天然干酪、干酪类似物和经加工的干酪。干酪可通过任何本领域已知的方法加工得到，比如干酪乳经粗制凝乳酶(rennet)酶凝，或者干酪用乳(cheese milk)经食用级的酸或乳酸菌生长制得的酸酸凝。在一个实施方式中，按本发明的方法制备的干酪是粗制凝乳酶-凝乳干酪。粗制凝乳酶有市售，比如Naturen(动物粗制凝乳酶)，Chy-max(发酵制得的粗制凝乳酶)，Microlant(发酵制成的微生物促凝剂)，均产自Chr.Hahsen A/S，Denmark。干酪用乳经常规干酪制备方法加工。
在一个实施方式中，干酪为用作食品成分而制备。
在一个优选的实施方式中，干酪是Pizza Cheese，这里所用PizzaCheese包括适合用作比萨的干酪，通常为可伸展的凝乳(意大利面丝形(pasta filata))干酪。可伸展的凝乳干酪，比如莫泽雷勒干酪，通常区别于其它干酪的地方是将溶于热水的新鲜干酪进行独有的增塑和捏合处理，它给予最终所得到的干酪以特征性的纤维结构和可熔化(melting)以及可伸展(stretching)性，参考例如“Mozzarella and Pizza cheese”by PaulS.Kindstedt，Cheese：Chemistry，physics and microbiology，Volume2：Major Cheese groups，second edition，page 337-341，Chapman & Hall.
在另一个优选的实施方式中，干酪是新鲜的酸凝乳干酪。新鲜的酸凝乳干酪是由可凝固乳、乳酪、乳清或任何乳、乳酪和乳清的组合，通过酸化或酸化与加热相结合的方法制备而成。凝固一般发生在酪蛋白的等电点，即pH值约4.6，或者，加热情况下在更高的pH值条件下凝固。酸化。酸化的完成可通过微生物起子有机物作用下乳糖向乳酸转化，通过加入成酸物如glucono-delta-lactone，通过加入酸乳清粉末，通过直接加入酸如乳酸、醋酸或柠檬酸，或通过任何本领域已知的方法完成。酸凝乳干酪的一种类型是Ricotta cheese。Ricotta cheese一般由全部或部分脱脂的乳或乳清或乳和乳清的混合物。Ricotta cheese的制备包括将乳或乳清或乳/乳清混合物加热直至温度足以使蛋白质凝固。
在一个实施方式中，乳清蛋白水解产物在凝乳剂的加入之前、同时或之后加入。乳清蛋白水解产物和干酪用乳可通过任何本领域已知的适当方法进行混合，如搅拌或均质。
本发明更深一方面涉及到用乳清蛋白水解产物作为食品产品的成分所制得的食品。
实施例
实施例1
乳清蛋白水解产物的制备及其作为Pizza cheese成分的应用
乳清蛋白(34％粗蛋白，Land-O-lake)溶于水得到30％的水溶液，pH值约为6.5。一批乳清蛋白溶液与1％(蛋白质含量w/w)的金属蛋白酶NS46013(0.858AU/g，Novozymes，Bagsvrd，Denmark)温育，一批与2％(蛋白质含量w/w)的非金属蛋白酶SP446(0.84AU/g，Novozymes，Bagsvrd，Denmark)温育。两批都在50℃下温育1小时，然后在88℃下热处理30分钟。水解产物进一步在1000psi和50℃下经单一步骤均质(利用单级的两步Gaulin均质机)，并在冷冻条件下保存直至用于干酪制备。三批牛乳(Holstein and Jersey breed of The CaliforniaPolytechnical University dairy Herd)经标准化至脂肪含量3-4％w/w，并于76℃下以巴氏法灭菌16秒。将由NS46013和SP446分别制成的乳清蛋白水解产物各自加入到两批乳之一中，使加入水平达到所加的乳清蛋白占乳蛋白总的百分数的28-32％。第三批乳用作对照组。将0.015％w/w StrC-5和LB-12DVS温育物(Chr.Hansen，Milwaukee，WI)的混合物和0.09％w/w的Chymax粗制凝乳酶(Chr.Hansen，Milwaukee，WI)加入每一批乳中。乳切制前在33℃下凝固45分钟。干酪凝乳在熟化前有一个5分钟的不加搅拌时间和另外10分钟的轻微搅拌修复时间。凝乳/乳清混合物进行加热，最初的30分钟内每分钟升温0.5℃，最终达到熟化温度44℃。将温度维持在44℃直到pH值达到6.10-5.9。大约50％的乳清被排去水，凝乳留在剩下的乳清中，间或搅拌直到pH值达5.2，当剩下的乳清也被排去水后，将2.5％w/w的盐与凝乳混合。凝乳转至莫泽雷勒干酪熟化-伸展器(SSF lnc.，Columbus，W1)，在71℃的水中以设定在60％的速度被熟化、伸展。可伸展的凝乳在离开熟化器后紧接着被置于冰水中，浸没约1小时。
实际干酪收率按kg干酪每100kg乳计算。
调整了水分含量的干酪收率以水分含量已调至标准水平的实际收率表示。调整了水分含量的收率的计算是根据下述公式，将实际收率乘以实际水分含量/标准水分含量的比率得到：
Yadj＝Yact×1-(Mact/1-Mstd)
其中Yadj＝调整后的收率，Yact＝实际收率，Mact＝实际级分的水分含量(actualfractional moisture content)，Mstd＝标准级分的水分含量(0.48)
干酪熔化能力用Schreiber测试法测量。相同重量和尺寸的干酪样品置于烘箱内在100下烘烤14分钟，熔化能力以干酪覆盖下表面面积百分比的提高来表示。
结果
干酪收率(调整和不调整水分含量的)和熔化能力见表1。
表1
| 对照组 | 所加的NS46013乳清蛋白水解产物 | 所加的SP446乳清蛋白水解产物 | |
| 收率(％) | 10.6 | 12.10 | 12.3 |
| 调整了水分含量的收率(％) | 11.75 | 12.83 | 12.6 |
| 熔化能力 | 4.42 | 4.19 | 3.42 |
表1的结果显示出，与对照组干酪的收率相比，无论是加入由金属蛋白酶NS46013或是由非金属蛋白酶SP446制备的乳清蛋白水解产物，所得干酪的收率都有相对的提高。令人吃惊的是，含NS46013乳清蛋白水解产物的干酪的溶解能力可与对照组相比，然而含SP446乳清蛋白水解产物的干酪溶解能力较之对照组却非常差。
实施例2
乳清蛋白凝胶的性质
乳清蛋白(34％粗蛋白，Land-O-lake)溶于水得到30％的水溶液，pH值约为6.5。一批乳清蛋白溶液用1％(蛋白质含量w/w)的金属蛋白酶NS46013(0.858AU/g，Novozymes，Denmark)温育，一批用2％(蛋白质含量w/w)的非金属蛋白酶SP446(0.84AU/g，Novozymes，Denmark)温育。两批都在50℃下温育1小时，然后在88℃下热处理30分钟。
水解的乳清蛋白在加热后形成凝胶。较之由SP446水解的乳清蛋白所形成的凝胶，由NS46013水解的乳清蛋白所形成的凝胶表现更为柔软和光滑，具有果冻样结构。此外，较之由SP446制得的凝胶，由NS46013制得的凝胶展示出略白一点的颜色和较少的变性乳清蛋白的风味。
实施例3
水解乳清蛋白的分析
将纯乳清蛋白β-乳球蛋白、α-乳球蛋白、牛血清白蛋白(BSA)以及WPC(乳清蛋白浓缩物，Lacprodan 35，Arla，Denmark)用NS46013(金属蛋白酶，来自Novozymes A/S，Bagsvrd，Denmark)或SP446(非金属蛋白酶，来自Novozymes A/S，Bagsvgrd，Denmark)水解，随后进行热处理。在热处理之前和之后进行FPLC分析，同样分析未水解的对照品。
方法：
一个10％的纯乳清蛋白水溶液，或一个含10％蛋白的WPC溶液，在50℃下温育，加入0.67％(w/w蛋白质含量)的NS46013或SP446。在50℃下温育60分钟后，将溶液加热至88℃，加热时间30分钟。在加入酶之前、在50℃下温育之后、在热处理之后分别取样进行FPLC分析。如果在热处理过程中形成了凝胶和沉淀，则需将样品离心，只取上清液进行分析。除了不加入酶之外，对照品同样按上述方法处理。
FPLC分析：
样品在Superdex75 10/30柱上进行分析，柱洗脱采用含0.02M Tris、4.5M脲、0.0064M DTT，pH值为8的缓冲液。在220、280和340nm波长下进行紫外检测。流速为1ml/分钟。样品在洗脱液中稀释10倍，取50μl上样。
结果：
β-乳球蛋白
未经处理的β-乳球蛋白在热处理后不形成凝胶。用SP446处理的β-乳球蛋白也不形成凝胶，但用NS46013水解的β-乳球蛋白在热处理后形成了清晰、牢固的凝胶。
FPLC：用SP446或NS46013水解60分钟，β-乳球蛋白的峰面积减少大约25％，在保留时间较长的情况下形成短肽。NS46013水解得到的短肽(保留时间较长)多于SP446水解得到的短肽。在热处理后短肽的量减少，在某种程度上表明短肽被包含在凝聚体(SP446)内或沉淀于凝胶中。
α-乳球蛋白：
未经处理或用SP446处理的α-乳球蛋白在热处理后变得浓厚、成果肉状。用NS46013处理的溶液也变得更粘，但程度有所不及。
FPLC：对照品在热处理后有40％的蛋白质留在溶液中。热处理后，SP446将溶液中蛋白质的量减至约10％，NS46013将蛋白质的量减至约20％。这表示两种蛋白酶都增进了α-乳球蛋白的胶凝作用。
BSA：
未经处理的BSA在热处理后形成了非常牢固清晰的黄色凝胶。凝胶在离心后不破碎，不可能分离出上清液进行分析。用NS46013或SP446水解的BSA形成了牢固的不透明白色凝胶。这些凝胶不够稳定，经离心可分离出上清液。无论是用SP446或是NS46013，BSA的水解非常有限，温育60分钟后只能检到一小部分肽。然而，较之SP446，使用NS46013进行水解在热处理后上清液中所含的肽的量略大一些。
WPC：
水解和对照品在热处理后都形成了凝胶。用NS46013进行水解，在加热后上清液中所含的肽的量较之用SP446水解要低一些。这表明蛋白质在用NS46013处理所得的凝胶中保留得更多。
实施例4
赛达酪的制备
将150kg脂肪含量为3.8-3.9％的巴氏法灭菌乳(72℃，15秒)，加热至32℃，加入0.008％的干酪温育物(F-DVS RST-630，Chr.HansenA/S，Hrsholm，Denmark)，然后乳放置发酵。为了制备实验用干酪，无论是按实施例1所述(除了将水解产物均质外)用NS46013水解的乳清蛋白，还是用相似乳清(除了不加入酶)制成的未水解的乳清蛋白，乳中蛋白质含量都被加至30％的水平，也就是乳中蛋白质的天然含量。对照组的干酪在制备时不加入乳清蛋白。乳在发酵时加入氯化钙(7g每100kg乳)，发酵45分钟后加入0.018％粗制凝乳酶(Chy-Max Plus 200 IMCU，Chr.HansenA/S，Hrsholm，Denmark)。45分钟后将凝乳切成约5mm的立方体。凝乳维持原状几分钟，然后轻轻搅拌乳清15分钟，开始烫洗(scalding)。温度逐渐升至40℃，升温时间超过40分钟，于40℃下搅拌乳清中的凝乳45分钟，之后乳清被排去水。10分钟后把凝乳切成同一规格的小块，在1.5小时内每15-20分钟翻转一次。研磨凝乳块，并用3％的盐与之混合，时间超过5-10分钟。将盐化的凝乳填充到30×30cm的模中，以2bar压力加压15分钟，再以7bar压力加压18小时。24小时后分析干酪脂肪(Smidt-Bondzynski-Ratzlaff method)、蛋白质(Kjeldahl method)和水分含量。干酪试验进行2次。
结果：
表2.干酪试验1的结果
| 对照组的干酪 | 加入未水解乳清的干酪 | 加入水解了的乳清的干酪 | |
| 加压前干酪的重量，kg | 17.75 | 19.045 | 19.030 |
| 加压后干酪的重量，kg | 15.575 | 16.695 | 16.880 |
| 干酪中的脂肪，kg | 5.21 | 5.19 | 5.24 |
| 脂肪损失，kg | 0.28 | 0.67 | 0.62 |
| 脂肪收率，％ | 89.92 | 88.59 | 89.36 |
| 干酪中的蛋白质，kg | 3.91 | 4.08 | 4.12 |
| 蛋白质损失，kg | 1.15 | 1.31 | 1.26 |
| 蛋白质收率，％ | 77.22 | 75.77 | 76.60 |
表3.干酪试验2的结果。
| 对照组的干酪 | 加入未水解乳清的干酪 | 加入水解了的乳清的干酪 | |
| 加压前干酪的重量，kg | 18.075 | 19.235 | 19.595 |
| 加压后干酪的重量，kg | 15.910 | 16.875 | 17.505 |
| 干酪中的脂肪，kg | 5.19 | 5.16 | 5.34 |
| 脂肪损失，kg | 0.64 | 0.71 | 0.53 |
| 脂肪收率，％ | 95.15 | 94.26 | 94.48 |
| 干酪中的蛋白质，kg | 3.86 | 4.04 | 4.22 |
| 蛋白质损失，kg | 0.96 | 1.39 | 1.22 |
| 蛋白质收率，％ | 75.69 | 74.44 | 77.61 |
在两个试验中，干酪的可熔化和可伸展性在14和30天后进行评估。与由未水解乳清蛋白制成的干酪相比，由水解的乳清蛋白制成的干酪显示出更为优良的可熔化和可伸展性。
Claims (25)
1.一种制备乳清蛋白水解产物的方法，包括：
a)在含有乳清蛋白的组合物中加入金属蛋白酶
b)热处理所述组合物，热处理的温度和时间相结合足以诱导组合物产生胶凝作用。
2.权利要求1的方法，其中所述金属蛋白酶得自解淀粉芽孢杆菌。
3.权利要求1或2的方法，其中所述金属蛋白酶属于肽酶家族M4。
4.权利要求1-3中任一的方法，其中在步骤a)中蛋白酶的加入量在0.001到1AU每克乳清蛋白之间。
5.权利要求1-3中任一的方法，其中在步骤a)中蛋白酶的加入量在0.002到0.05AU每克乳清蛋白之间。
6.权利要求1-3中任一的方法，其中在步骤a)中蛋白酶的加入量在0.003到0.01AU每克乳清蛋白之间。
7.权利要求1-6中任一的方法，其中所述热处理在足以钝化酶的温度下进行。
8.权利要求1-7中任一的方法，其中所述热处理在温度70到98℃之间进行。
9.权利要求1-7中任一的方法，其中所述热处理在温度80到98℃之间进行。
10.权利要求1-7中任一的方法，其中所述热处理在温度85到95℃之间进行。
11.权利要求1-10中任一的方法，其中所述乳清蛋白组合物的pH值在4到9之间。
12.权利要求1-10中任一的方法，其中所述乳清蛋白组合物的pH值在5到8之间。
13.权利要求1-10中任一的方法，其中所述乳清蛋白组合物的pH值在6到7之间。
14.一种按照权利要求1-13中任一的方法制备的乳清蛋白水解产物。
15.权利要求1-13中任一的方法，还包括使用乳清蛋白水解产物作为食品产品的成分。
16.权利要求15的方法，其中所述食品是干酪。
17.权利要求16的方法，其中所述的干酪属于可伸展的凝乳干酪类。
18.权利要求16或17的方法，其中所述的干酪是Pizza Cheese。
19.权利要求16的方法，其中所述的干酪是Ricotta型干酪。
20.权利要求16-19中任一的方法，其中所述的干酪是制备后用作食品成分。
21.权利要求16-20中任一的方法，其中在加入凝乳剂前将乳清蛋白水解产物加入干酪用乳中。
22.权利要求21的方法，还包括在加入乳清蛋白水解产物后将干酪用乳均质。
23.按权利要求15的方法制备的食品。
24.按权利要求16-22中任一方法制成的干酪。
25.一种制备干酪的方法，包括：
a)在含有乳清蛋白的组合物中加入金属蛋白酶；
b)热处理所述组合物，热处理的温度和时间相结合足以诱导组合物产生胶凝作用；和
c)将所述组合物加入干酪用乳中并从干酪用乳制成干酪。
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