一種高效大豆蛋白起泡劑的製備方法
2023-04-30 00:23:36
專利名稱：一種高效大豆蛋白起泡劑的製備方法
技術領域：
本發明提供了一種高效大豆蛋白起泡劑的製備方法，涉及大豆蛋白結構與 功能性質的改造，屬於食品生物技術領域。
背景技術：
大豆蛋白是人類重要的營養來源和工業原料，資源豐富，品質優良，價格 低廉，不含膽固醇，具有較高的營養價值，並且大豆蛋白具有較好的與食品的 嗜好性、加工性等相關的功能特性如起泡性、乳化性和膠凝性。但是各種功能 性質與動物源蛋白如酪蛋白、肌纖維蛋白、蛋清蛋白等天然優良性能的蛋白質 相比，仍然有相當大的差距，導致其在現代食品加工中的應用受到一定限制。
大豆分離蛋白與蛋清蛋白相比具有較差的起泡性，其在這方面的應用也遠 遠不及蛋清蛋白。蛋清蛋白作為起泡劑在蛋糕等焙烤類食品中的應用相當普遍。 但是，蛋清蛋白中含有較多的膽固醇，並且蛋清蛋白的價格遠高於大豆蛋白， 因此，改善大豆蛋白的起泡性與泡沬穩定性具有重要的社會意義和經濟意義。
對於大豆蛋白結構改造以及進一步提高功能性質的研究一直是國內外研究 的熱點。目前大豆蛋白質的改性方法主要有物理改性、化學改性、酶法改性以 及生物工程改性，酶法改性由於條件相對溫和而愈加受到重視。目前，許多研 究者使用單一或複合蛋白酶對大豆分離蛋白進行水解，以期改善蛋白的起泡性，
如專利CN101011101A (改善蛋白質的起泡性的方法)採用米曲蛋白酶、胰蛋白 酶和木瓜蛋白酶組成的複合酶水解大豆蛋白，起泡性比未處理前提高了 83.3%。 但Sam、 Amro和Elfadil等人研究表明，酶法水解雖然可以顯著提高大豆蛋白的 起泡能力，但同時也會降低其泡沫穩定性。 一般來說，提高起泡特性既要提高 其起泡能力又要提高其泡沫穩定性，而對於蛋白質來說，提高其泡沫穩定性更 有意義。有報導表明採用穀氨醯胺轉移酶(TGase)進行交聯，可以顯著提高蛋白 質的泡沬穩定性。
關於大豆蛋白起泡性質的改良，前人大部分研究集中在只使用蛋白酶水解 或只使用TGase交聯，起泡能力和泡沬穩定性並沒有同時得到明顯的改善。因 此，通過控制分子量對於大豆蛋白起泡性的影響，先將大豆分離蛋白水解，水 解液根據分子量分級分離，再採用TGase對其進行交聯，以實現更加有目的性 地對蛋白質進行改性，大幅度提高大豆分離蛋白的起泡性和泡沫穩定性，為大 豆蛋白的結構與功能性質改造方法提供新思路，拓寬其在現代食品加工中的應 用。
發明內容
本發明的目的就是提出一種高效大豆蛋白起泡劑的製備方法。以大豆分 離蛋白為原料，採用酶法水解蛋白，並通過超濾方法，從蛋白水解液中獲得1 OkDa 以上分子量的蛋白肽段，再經酶法交聯，得到高起泡性和泡沬穩定性的大豆蛋 白起泡劑產品，提高大豆蛋白的使用價值，以拓寬大豆蛋白在現代食品加工中 的應用。
本發明的技術方案以大豆分離蛋白為原料，先採用鹼性蛋白酶Alcalase 將蛋白水解，然後通過超濾方法從蛋白水解液中獲得10kDa以上分子量的蛋白 肽段，再通過穀氨醯胺轉移酶TGase對蛋白肽段進行交聯重組，交聯後的產物 經濃縮、冷凍乾燥，得到大豆蛋白起泡劑產品。本發明方法具體包括以下步驟
1. 大豆分離蛋白的水解
大豆分離蛋白加水攪拌溶解，配成80g/L (8%w/v)的蛋白溶液，用lmol/L NaOH溶液調整pH值至8.0，溫度保持在55'C，加入溶液體積量0.2%的鹼性蛋 白酶Alcalase (0.2%, v/v)進行水解反應(期間維持蛋白溶液pH值8.0)，當蛋 白水解度達到3%時，終止反應，水解液在沸水浴中加熱15 min滅酶，經離心 (5000 r/min， 20 min)後收集上清液。大豆蛋白水解度定義為蛋白質中被水解 的肽鍵的比例。
2. 大豆蛋白水解液的超濾
使用截留分子量為10kDa的聚碸超濾膜將蛋白水解度為3%的大豆蛋白水 解液進行超濾，收集截留部分，獲得分子量大於10kDa的蛋白肽段，測得該部 分蛋白的起泡能力與大豆分離蛋白相比提高了 250%~300%，而泡沬穩定性與大 豆分離蛋白相比下降了 90%~98%。
3. 大豆蛋白水解液(分子量大於10kDa)的酶法交聯
以超濾得到的分子量大於10kDa的大豆蛋白水解液為底物，底物多肽含量為 50g/L (5°/。w/v)，往底物溶液中加入3 5g/L (0.3°/。~0.5°/。w/v)的TGase進行 交聯反應，反應溫度為40 45。C、 pH6.0 6.5，反應2 4h後，放置8(TC水浴中 保溫30min滅酶，然後在25'C水浴中冷卻，交聯產物經真空濃縮、冷凍乾燥後 得到起泡劑產品，測得交聯後產物的起泡能力與大豆分離蛋白相比提高了 250%~350%,泡沫穩定性與大豆分離蛋白相比提高了 50%~60%。
所述的真空濃縮處理是45 5(TC的真空濃縮，所述的冷凍乾燥處理是在-50 -55-C溫度下的冷凍乾燥。
水解用的鹼性蛋白酶Alcalase的酶活單位為400000u/mL，交聯所用的穀氨 醯胺轉移酶的酶活單位為100u/g。
大豆蛋白的起泡能力和泡沫穩定性的測定是按如下方法進行將1°/。 (w/v) 的大豆蛋白溶液100mL置於500mL量筒(口徑6cm，高為20cm)中，使用高
速乳化均質機以17500r/min的轉速均質40s，連續3次共計2min，記錄均質後 液面高度並計稱溶液體積為VQ (mL)，靜置30min後記錄液面高度並計稱溶液 體積為V3Qmin (mL)。大豆蛋白的起泡能力(FC)和泡沫穩定性(KS)的計算公 式分別為
FC(%)=^zMxl00%; ，) = ^zMxl00%。
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本發明的有益效果本發明提供了一種高效大豆蛋白起泡劑的製備方法。 通過酶法改性，大幅度提高了大豆分離蛋白的起泡性和泡沫穩定性，為大豆蛋 白的結構與功能性質改造方法提供了新思路，提高了大豆蛋白的使用價值，拓 寬了大豆蛋白在現代食品加工中的應用，具有很好的市場前景和經濟效益。
本發明製備的大豆蛋白起泡劑，起泡能力和泡沬穩定性與蛋清蛋白相當， 而且比蛋清蛋白具有更大的價格優勢，可以替代蛋清蛋白廣泛應用於食品加工 中，並且大豆蛋白起泡劑天然、營養，食用安全性好。
本發明技術不僅適用於大豆分離蛋白，也可為玉米蛋白、花生蛋白等其它 一些植物蛋白的結構與功能性質的改造提供借鑑，這對於高效利用植物蛋白資 源生產高附加值產品和促進農業經濟發展都具有積極和重要的現實意義。
具體實施例方式
對照實施例
準確稱取大豆分離蛋白40g，加水攪拌溶解，配成8% (w/v)的蛋白溶液， 未經酶法處理的大豆分離蛋白的起泡能力為47.3%，泡沬穩定性為62.3%。 實施例1
準確稱取大豆分離蛋白40g，加水攪拌溶解，配成8% (w/v)的蛋白溶液， 用1 mol/L NaOH溶液調整pH值至8.0，溫度保持在55°C，加入鹼性蛋白酶 Alcalase (0.2%， v/v)進行水解反應(期間維持蛋白溶液pH值8.0)，當蛋白水 解度達到3°/。時，終止反應，水解液在沸水浴中加熱15min滅酶，經離心(5000 r/min， 20min)後收集上清液。
使用截留分子量為10kDa的聚碸超濾膜將蛋白水解度為3%的大豆蛋白水 解液進行超濾，收集截留部分，獲得分子量大於10kDa的蛋白肽段，測得該部 分蛋白的起泡能力為165.6%，與大豆分離蛋白(47.3%)相比提高了 250%，而 測得該部分蛋白的泡沫穩定性為1.3%，與大豆分離蛋白(62.3%)相比下降了 980/0。
以超濾得到的分子量大於10kDa的大豆蛋白水解液為底物，底物多肽含量 為5°/。 (w/v)，往底物溶液中加入0.3% (w/v)的TGase進行交聯反應，反應溫 度為40。C、 pH6.0，反應2h後，放置8(TC水浴中保溫30min滅酶，然後在25。C 水浴中冷卻，交聯產物經真空濃縮、冷凍乾燥後得到起泡劑產品，測得交聯後
產物的起泡能力為165.8%，與大豆分離蛋白(47.3%)相比提高了 250%，測得 交聯產物泡沫穩定性為93.4%，與大豆分離蛋白(62.3%)相比提高了50%。 實施例2
準確稱取大豆分離蛋白50g，加水攪拌溶解，配成8% (w/v)的蛋白溶液， 用1 mol/L NaOH溶液調整pH值至8.0，溫度保持在55°C，加入鹼性蛋白酶 Alcalase (0.2%， v/v)進行水解反應(期間維持蛋白溶液pH值8.0)，當蛋白水 解度達到3%時，終止反應，水解液在沸水浴中加熱15min滅酶，經離心(5000 r/min， 20min)後收集上清液。
使用截留分子量為10kDa的聚碸超濾膜將蛋白水解度為3%的大豆蛋白水 解液進行超濾，收集截留部分，獲得分子量大於10kDa的蛋白肽段，測得該部 分蛋白的起泡能力為175%，與大豆分離蛋白(47.3%)相比提高了 270%，而泡 沬穩定性為2.5%，與大豆分離蛋白(62.3%)相比下降了96%。
以超濾得到的分子量大於10kDa的大豆蛋白水解液為底物，底物多肽含量 為5% (w/v),往底物溶液中加入0.4°/。 (w/v)的TGase進行交聯反應，反應溫 度為4(TC、 pH6.5，反應3h後，放置8(TC水浴中保溫30min滅酶，然後在25°C 水浴中冷卻，交聯產物經真空濃縮、冷凍乾燥後得到起泡劑產品，測得交聯後 產物的起泡能力為184.5%，與大豆分離蛋白(47.3%)相比提高了 290%，泡沫 穩定性為95.3%，與大豆分離蛋白(62.3%)相比提高了53%。
實施例3
準確稱取大豆分離蛋白50g，加水攪拌溶解，配成8% (w/v)的蛋白溶液， 用1 mol/L NaOH溶液調整pH值至8.0，溫度保持在55°C，加入鹼性蛋白酶 Alcalase (0.2%， v/v)進行水解反應(期間維持蛋白溶液pH值8.0)，當蛋白水 解度達到3%時，終止反應，水解液在沸水浴中加熱15min滅酶，經離心(5000 r/min， 20min)後收集上清液。
使用截留分子量為10kDa的聚碸超濾膜將蛋白水解度為3%的大豆蛋白水 解液進行超濾，收集截留部分，獲得分子量大於10kDa的蛋白肽段，測得該部 分蛋白的起泡能力為172.6%，與大豆分離蛋白(47.3%)相比提高了 265%，而 泡沫穩定性為3.1%，與大豆分離蛋白(62.3%)相比下降了95%。
以超濾得到的分子量大於10kDa的大豆蛋白水解液為底物，底物多肽含量 為5% (w/v)，往底物溶液中加入0.4% (w/v)的TGase進行交聯反應，反應溫 度為45°C 、 pH6.5，反應3.5 h後，放置8(TC水浴中保溫30min滅酶，然後在25°C 水浴中冷卻，交聯產物經真空濃縮、冷凍乾燥後得到起泡劑產品，測得交聯後 產物的起泡能力為203.4%，與大豆分離蛋白(47.3%)相比提高了 330%，泡沫 穩定性為96.6°/。，與大豆分離蛋白(62.3%)相比提高了55%。
實施例4
準確稱取大豆分離蛋白60g，加水攪拌溶解，配成8% (w/v)的蛋白溶液， 用1 mol/L NaOH溶液調整pH值至8.0，溫度保持在55°C，加入鹼性蛋白酶 Alcalase (0.2%, v/v)進行水解反應(期間維持蛋白溶液pH值8.0)，當蛋白水 解度達到3%時，終止反應，水解液在沸水浴中加熱15min滅酶，經離心(5000 r/min， 20min)後收集上清液。
使用截留分子量為lOkDa的聚碸超濾膜將蛋白水解度為3%的大豆蛋白水 解液進行超濾，收集截留部分，獲得分子量大於10kDa的蛋白肽段，測得該部 分蛋白的起泡能力為179.7%,與大豆分離蛋白(47.3%)相比提高了 280%，而 泡沫穩定性為5%，與大豆分離蛋白(62.3%)相比下降了92%。
以超濾得到的分子量大於10kDa的大豆蛋白水解液為底物，底物多肽含量 為5% (w/v)，往底物溶液中加入0.5% (w/v)的TGase進行交聯反應，反應溫 度為45"、 pH6.0，反應4h後，放置8(TC水浴中保溫30min滅酶，然後在25"C 水浴中冷卻，交聯產物經真空濃縮、冷凍乾燥後得到起泡劑產品，測得交聯後 產物的起泡能力為212.9%,與大豆分離蛋白(47.3%)相比提高了 350%，泡沫 穩定性為99.7°/。，與大豆分離蛋白(62.3%)相比提高了60%。
實施例5
準確稱取大豆分離蛋白80g，加水攪拌溶解，配成8% (w/v)的蛋白溶液， 用1 mol/L NaOH溶液調整pH值至8.0，溫度保持在55°C，加入鹼性蛋白酶 Alcalase (0.2%， v/v)進行水解反應(期間維持蛋白溶液pH值8.0)，當蛋白水 解度達到3%時，終止反應，水解液在沸水浴中加熱15min滅酶，經離心(5000 r/min， 20min)後收集上清液。
使用截留分子量為10kDa的聚碸超濾膜將蛋白水解度為3%的大豆蛋白水 解液進行超濾，收集截留部分，獲得分子量大於10kDa的蛋白肽段，測得該部 分蛋白的起泡能力為189.2%,與大豆分離蛋白(47.3%)相比提高了 300%，而 泡沫穩定性為6.1%，與大豆分離蛋白(62.3%)相比下降了90%。
以超濾得到的分子量大於10kDa的大豆蛋白水解液為底物，底物多肽含量 為5% (w/v)，往底物溶液中加入0.5% (w/v)的TGase進行交聯反應，反應溫 度為4(TC、 pH6.5，反應3h後，放置8(TC水浴中保溫30min滅酶，然後在25'C 水浴中冷卻，交聯產物經真空濃縮、冷凍乾燥後得到起泡劑產品，測得交聯後 產物的起泡能力為193.9%，與大豆分離蛋白(47.3%)相比提高了310%，泡沬 穩定性為97.8%，與大豆分離蛋白(62.3%)相比提高了57%。
權利要求
1.一種高效大豆蛋白起泡劑的製備方法，其特徵是以大豆分離蛋白為原料，先採用鹼性蛋白酶Alcalase將蛋白水解，然後通過超濾方法從蛋白水解液中獲得10kDa以上分子量的蛋白肽段，再通過穀氨醯胺轉移酶對蛋白肽段進行交聯重組，交聯後的產物經濃縮、冷凍乾燥，得到大豆蛋白起泡劑產品，步驟為(1)大豆分離蛋白的水解大豆分離蛋白加水攪拌溶解，配成80g/L的蛋白溶液，用1mol/L NaOH溶液調整pH值至8.0，溫度保持在55℃，加入溶液體積量0.2％的鹼性蛋白酶Alcalase進行水解反應，期間維持蛋白溶液pH值8.0，當蛋白水解度達到3％時，終止反應，水解液在沸水浴中加熱15min滅酶，經5000r/min離心20min後收集上清液；(2)大豆蛋白水解液的超濾使用截留分子量為10kDa的聚碸超濾膜將蛋白水解度為3％的大豆蛋白水解液進行超濾，收集截留部分，獲得分子量大於10kDa的蛋白肽段，測得該部分蛋白的起泡能力與大豆分離蛋白相比提高了250％～300％，而泡沫穩定性與大豆分離蛋白相比下降了90％～98％；(3)分子量大於10kDa大豆蛋白水解液的酶法交聯以超濾得到的分子量大於10kDa的大豆蛋白水解液為底物，底物多肽含量為50g/L，往底物溶液中加入3～5g/L的穀氨醯胺轉移酶進行交聯反應，反應溫度為40～45℃、pH6.0～6.5，反應2～4h後，放置80℃水浴中保溫30min滅酶，然後在25℃水浴中冷卻，交聯產物經真空濃縮、冷凍乾燥後得到起泡劑產品，測得交聯後產物的起泡能力與大豆分離蛋白相比提高了250％～350％，泡沫穩定性與大豆分離蛋白相比提高了50％～60％。
2. 根據權利要求1所述的一種高效大豆蛋白起泡劑的製備方法，其特徵是 所述的真空濃縮處理是45 5(TC的真空濃縮，所述的冷凍乾燥處理是在-50 ~ -55'C溫度下的冷凍乾燥。
3. 根據權利要求1所述的一種高效大豆蛋白起泡劑的製備方法，其特徵是 水解用的鹼性蛋白酶Alcalase的酶活單位為400000u/mL，交聯所用的穀氨醯胺 轉移酶的酶活單位為100u/g。
全文摘要
一種高效大豆蛋白起泡劑的製備方法，屬於食品生物技術領域。本發明以大豆分離蛋白為原料，先採用鹼性蛋白酶Alcalase將其水解，然後對蛋白水解液進行超濾獲得10kDa以上分子量的蛋白肽段，再通過穀氨醯胺轉移酶(TGase)交聯對蛋白肽段進行重組，交聯後的產物經濃縮、冷凍乾燥，得到大豆蛋白起泡劑。本發明方法製備的產品，起泡能力和泡沫穩定性相比於未經處理的大豆分離蛋白得到大幅度地提高，其起泡能力提高250％～350％，泡沫穩定性提高50％～60％，產品起泡性和泡沫穩定性與蛋清蛋白相當。本發明通過酶法改性大豆分離蛋白製備高效的蛋白起泡劑，將有力促進大豆蛋白在現代食品加工中的廣泛應用和大大提高大豆蛋白的使用價值，具有很好的經濟效益。
文檔編號A23L1/03GK101366469SQ200810195988
公開日2009年2月18日 申請日期2008年9月9日 優先權日2008年9月9日
發明者何志勇, 瑾 劉, 唐學燕, 熊幼翎, 昉 秦, 潔 陳 申請人:江南大學