乳清蛋白水解產物的製作方法
2023-11-11 20:19:52
專利名稱：乳清蛋白水解產物的製作方法
技術領域：
本發明涉及到一種用金屬蛋白酶處理乳清蛋白製品製備而成的乳清蛋白水解產物，以及所得水解產物作為食品成分的應用。
背景技術：
在傳統乾酪製備工藝中，乳(milk)的凝固是通過酸化或酸化和加入粗製凝乳酶相結合來實現的。當獲得具有預期粘度和強度的凝乳時，切割凝乳，然後從凝乳中分離乳清，比如通過排液法分離，將新鮮的凝乳進行深加工，比如通過壓製法、加入鹽和熟化，以形成最終的乾酪。
在該過程中，發生了相當一部分乳蛋白的損失，其原因是因為隨乳清一起除去的還有乳清蛋白。乳清蛋白可從乳清中回收並加工成乳清蛋白製品，比如乳清蛋白濃縮物(WPC)和乳清蛋白分離物(WPI)。這些乳清蛋白製品可用作食品的成分。
EP 1048219公開了一種乾酪，含有一種乳清蛋白消化產品。消化產品是通過將一種非粗製凝乳酶類蛋白酶作用於乳清蛋白製備而成，並隨即合併入乾酪中。
然而，將大量乳清蛋白製品合併入食品中會誘導食品產生不良性質。大量的乳清蛋白會給予一種難以接受的味道，比如因乳清蛋白變性所致的味道，以及難以接受的質地。
在乾酪中乳清蛋白內含物會導致加熱時熔化能力和/或流動性下降(參見如 Hickey，M.W. Versteeg，C.(1993) Mozarella cheese withultrafiltrate retentate.The Australian J.Dairy Technology)。當乾酪加工用作食品成分，而這類食品在加熱時對熔化能力和流動性有要求時，比如Pizza Cheese、莫澤雷勒乾酪(Mozarella)和類似乾酪，被削弱的熔化能力就成了問題。
基於乳清蛋白的乾酪，比如Ricotta型乾酪，經常表現為溼凝乳，缺乏傳統乾酪的光滑和粘性，具有更多粒狀紋理和易碎的質地。一種改善的質地會有助於乾酪更廣泛地用作食品成分。因而，對於用作食品成分來說，需要一種具有改善的口味和質地的乳清蛋白。
發明概述根據本發明，使用一種金屬蛋白酶水解乳清蛋白影響了所得乳清蛋白水解產物的口味和質地。
因而，本發明涉及一種製備乳清蛋白水解產物的方法，包括a)在含有乳清蛋白的組合物中加入金屬蛋白酶，b)熱處理所述組合物，熱處理的溫度和時間相結合足以誘導組合物產生膠凝作用。
本發明還涉及到按上述方法製備的乳清蛋白水解產物。
另一個方面，本發明涉及到一種使用上述乳清蛋白水解產物製備食品的方法，更進一步，本發明涉及到按上述方法製備的產品。
發明詳述乳清蛋白組合物根據本發明，一種含有乳清蛋白的組合物可以是任何含有乳清蛋白，比如乳、乳酪和乾酪乳清的組合物。可以使用任何源自乾酪的乳清，包括賽達酪(cheddar cheese)、瑞士乾酪、莫澤雷勒乾酪和類似乾酪。一種含有乳清蛋白的組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領域已知的方法得到。作為優選，乳清蛋白可以是乾酪乳清通過超濾、電泳、蒸發和反向滲透中的一種或多種方法處理得到。參見如U.S.Patent No.3,547,900和Horton等，Food Technol.，2630(1972)。典型的乳清蛋白製品含有β-乳球蛋白和/或α-乳球蛋白，市售多為乳清蛋白濃縮物(WPC)或乳清蛋白分離物(WPI)，產自如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)。在一個優選的實施方式中，含有乳清蛋白的組合物是通過將乳清蛋白濃縮物或乳清蛋白分離物溶於水得到，按蛋白質的含量計算，其相應的濃度在1％到60％w/w之間，優選約5到50％，最優選約20-40％之間。
在一個優選的實施方式中，含有乳清蛋白的組合物的pH值在4到9之間，如在5-8之間，優選在6-7之間。
金屬蛋白酶根據本發明金屬蛋白酶是要求使用鋅離子或金屬離子催化的蛋白酶(參見如Barret等，eds，Handbook of Proteolyt ic enzymes，AcademicPress，London 1998，for classification of protelytic enzymes)。在一個優選的實施方式中，金屬蛋白酶是內肽酶。在另一個優選的實施方式中，金屬蛋白酶屬於肽酶家族M4，也稱為嗜熱菌樣蛋白酶。在更為優選的實施方式中，金屬蛋白酶得自解澱粉芽孢桿菌(Bacillus amyloliquefaciens)。
根據本發明金屬蛋白酶的一個例子是得自Bacillusamyloliquefaciens(Novozymes A/S，Bagsvrd，Denmark)的NS46013。
至於含有乳清蛋白的組合物中所加入的金屬蛋白酶的量、組合物的溫度和在熱處理前用組合物溫育金屬蛋白酶的時間，可以根據本領域已知的方法來確定以獲得最佳效果，也可以根據所用的酶和含有乳清蛋白組合物的性狀來確定。
金屬蛋白酶的活性以Anson Units(AU)表示。一個Anson Unit被規定為在最佳條件下以初始速率消化血紅蛋白的酶的用量，酶消化血紅蛋白從而每分鐘釋放出一定量的TCA可溶產物，該產物遇苯酚試劑顯示與每毫當量的酪氨酸相同的顏色。
在一個優選的實施方式中，含有乳清蛋白的組合物中所加入的金屬蛋白酶的量在0.01到10AU每克乳清蛋白之間，比如在0.1到5AU每克乳清蛋白之間，優選在0.2到2AU每克乳清蛋白之間。在另一優選的實施方案中，加入到含有乳清蛋白的組合物中的酶量為0.001到1AU每克乳清蛋白之間，比如在0.002到0.05AU每克乳清蛋白之間，優選在0.003到0.01AU每克乳清蛋白之間。
在一個優選的實施方式中，金屬蛋白酶用含有乳清蛋白的組合物溫育，溫育溫度在10℃到70℃之間，比如在20℃到60℃之間，優選在30℃到60℃之間，溫育時間10分鐘到5小時，比如30分鐘到3小時，優選30分鐘到2小時。
熱處理在允許金屬蛋白酶和含有乳清蛋白的組合物反應後，將組合物進行熱處理。在一個優選的實施方式中，進行熱處理的溫度在80℃到98℃之間，比如在85℃到95℃之間，時間在1到60分鐘之間，比如在10到60分鐘之間，優選在20到40分鐘之間。在一個優選的實施方式中，進行熱處理的溫度和時間條件相結合使其足以鈍化酶。在一個更優選的實施方式中，進行熱處理的溫度和時間條件相結合使其足以誘導組合物產生膠凝作用。膠凝作用被規定為因蛋白質和或肽分子被打開所致的熱變性乳清蛋白溶解能力的喪失。膠凝作用可以通過觀察從液體溶液到凝結膠凝乳的變化來測定。
在一個實施方式中，水解產物在熱處理後進一步經過均質的步驟。
本發明更深一方面涉及到通過本發明的方法得到的乳清蛋白水解產物。
本發明更深的另一方面涉及到本發明的乳清蛋白水解產物作為食品成分的應用。
乾酪製備在本發明的一個實施方式中，乳清蛋白水解產物用作乾酪食品的組分。在本申請的上下文中，術語「乾酪」指的是任何一種乾酪，比如天然乾酪、乾酪類似物和經加工的乾酪。乾酪可通過任何本領域已知的方法加工得到，比如乾酪乳經粗製凝乳酶(rennet)酶凝，或者乾酪用乳(cheese milk)經食用級的酸或乳酸菌生長製得的酸酸凝。在一個實施方式中，按本發明的方法製備的乾酪是粗製凝乳酶-凝乳乾酪。粗製凝乳酶有市售，比如Naturen(動物粗製凝乳酶)，Chy-max(發酵製得的粗製凝乳酶)，Microlant(發酵製成的微生物促凝劑)，均產自Chr.Hahsen A/S，Denmark。乾酪用乳經常規乾酪製備方法加工。
在一個實施方式中，乾酪為用作食品成分而製備。
在一個優選的實施方式中，乾酪是Pizza Cheese，這裡所用PizzaCheese包括適合用作比薩的乾酪，通常為可伸展的凝乳(義大利麵絲形(pasta filata))乾酪。可伸展的凝乳乾酪，比如莫澤雷勒乾酪，通常區別於其它乾酪的地方是將溶於熱水的新鮮乾酪進行獨有的增塑和捏合處理，它給予最終所得到的乾酪以特徵性的纖維結構和可熔化(melting)以及可伸展(stretching)性，參考例如「Mozzarella and Pizza cheese」by PaulS.Kindstedt，CheeseChemistry，physics and microbiology，Volume2Major Cheese groups，second edition，page 337-341，Chapman Hall.
在另一個優選的實施方式中，乾酪是新鮮的酸凝乳乾酪。新鮮的酸凝乳乾酪是由可凝固乳、乳酪、乳清或任何乳、乳酪和乳清的組合，通過酸化或酸化與加熱相結合的方法製備而成。凝固一般發生在酪蛋白的等電點，即pH值約4.6，或者，加熱情況下在更高的pH值條件下凝固。酸化。酸化的完成可通過微生物起子有機物作用下乳糖向乳酸轉化，通過加入成酸物如glucono-delta-lactone，通過加入酸乳清粉末，通過直接加入酸如乳酸、醋酸或檸檬酸，或通過任何本領域已知的方法完成。酸凝乳乾酪的一種類型是Ricotta cheese。Ricotta cheese一般由全部或部分脫脂的乳或乳清或乳和乳清的混合物。Ricotta cheese的製備包括將乳或乳清或乳/乳清混合物加熱直至溫度足以使蛋白質凝固。
在一個實施方式中，乳清蛋白水解產物在凝乳劑的加入之前、同時或之後加入。乳清蛋白水解產物和乾酪用乳可通過任何本領域已知的適當方法進行混合，如攪拌或均質。
本發明更深一方面涉及到用乳清蛋白水解產物作為食品產品的成分所製得的食品。
實施例實施例1乳清蛋白水解產物的製備及其作為Pizza cheese成分的應用乳清蛋白(34％粗蛋白，Land-O-lake)溶於水得到30％的水溶液，pH值約為6.5。一批乳清蛋白溶液與1％(蛋白質含量w/w)的金屬蛋白酶NS46013(0.858AU/g，Novozymes，Bagsvrd，Denmark)溫育，一批與2％(蛋白質含量w/w)的非金屬蛋白酶SP446(0.84AU/g，Novozymes，Bagsvrd，Denmark)溫育。兩批都在50℃下溫育1小時，然後在88℃下熱處理30分鐘。水解產物進一步在1000psi和50℃下經單一步驟均質(利用單級的兩步Gaulin均質機)，並在冷凍條件下保存直至用於乾酪製備。三批牛乳(Holstein and Jersey breed of The CaliforniaPolytechnical University dairy Herd)經標準化至脂肪含量3-4％w/w，並於76℃下以巴氏法滅菌16秒。將由NS46013和SP446分別製成的乳清蛋白水解產物各自加入到兩批乳之一中，使加入水平達到所加的乳清蛋白佔乳蛋白總的百分數的28-32％。第三批乳用作對照組。將0.015％w/w StrC-5和LB-12DVS溫育物(Chr.Hansen，Milwaukee，WI)的混合物和0.09％w/w的Chymax粗製凝乳酶(Chr.Hansen，Milwaukee，WI)加入每一批乳中。乳切制前在33℃下凝固45分鐘。乾酪凝乳在熟化前有一個5分鐘的不加攪拌時間和另外10分鐘的輕微攪拌修復時間。凝乳/乳清混合物進行加熱，最初的30分鐘內每分鐘升溫0.5℃，最終達到熟化溫度44℃。將溫度維持在44℃直到pH值達到6.10-5.9。大約50％的乳清被排去水，凝乳留在剩下的乳清中，間或攪拌直到pH值達5.2，當剩下的乳清也被排去水後，將2.5％w/w的鹽與凝乳混合。凝乳轉至莫澤雷勒乾酪熟化-伸展器(SSF lnc.，Columbus，W1)，在71℃的水中以設定在60％的速度被熟化、伸展。可伸展的凝乳在離開熟化器後緊接著被置於冰水中，浸沒約1小時。
實際乾酪收率按kg乾酪每100kg乳計算。
調整了水分含量的乾酪收率以水分含量已調至標準水平的實際收率表示。調整了水分含量的收率的計算是根據下述公式，將實際收率乘以實際水分含量/標準水分含量的比率得到Yadj＝Yact×1-(Mact/1-Mstd)其中Yadj＝調整後的收率，Yact＝實際收率，Mact＝實際級分的水分含量(actualfractional moisture content)，Mstd＝標準級分的水分含量(0.48)乾酪熔化能力用Schreiber測試法測量。相同重量和尺寸的乾酪樣品置於烘箱內在100下烘烤14分鐘，熔化能力以乾酪覆蓋下表面面積百分比的提高來表示。
結果乾酪收率(調整和不調整水分含量的)和熔化能力見表1。
表1
表1的結果顯示出，與對照組乾酪的收率相比，無論是加入由金屬蛋白酶NS46013或是由非金屬蛋白酶SP446製備的乳清蛋白水解產物，所得乾酪的收率都有相對的提高。令人吃驚的是，含NS46013乳清蛋白水解產物的乾酪的溶解能力可與對照組相比，然而含SP446乳清蛋白水解產物的乾酪溶解能力較之對照組卻非常差。
實施例2乳清蛋白凝膠的性質乳清蛋白(34％粗蛋白，Land-O-lake)溶於水得到30％的水溶液，pH值約為6.5。一批乳清蛋白溶液用1％(蛋白質含量w/w)的金屬蛋白酶NS46013(0.858AU/g，Novozymes，Denmark)溫育，一批用2％(蛋白質含量w/w)的非金屬蛋白酶SP446(0.84AU/g，Novozymes，Denmark)溫育。兩批都在50℃下溫育1小時，然後在88℃下熱處理30分鐘。
水解的乳清蛋白在加熱後形成凝膠。較之由SP446水解的乳清蛋白所形成的凝膠，由NS46013水解的乳清蛋白所形成的凝膠表現更為柔軟和光滑，具有果凍樣結構。此外，較之由SP446製得的凝膠，由NS46013製得的凝膠展示出略白一點的顏色和較少的變性乳清蛋白的風味。
實施例3水解乳清蛋白的分析將純乳清蛋白β-乳球蛋白、α-乳球蛋白、牛血清白蛋白(BSA)以及WPC(乳清蛋白濃縮物，Lacprodan 35，Arla，Denmark)用NS46013(金屬蛋白酶，來自Novozymes A/S，Bagsvrd，Denmark)或SP446(非金屬蛋白酶，來自Novozymes A/S，Bagsvgrd，Denmark)水解，隨後進行熱處理。在熱處理之前和之後進行FPLC分析，同樣分析未水解的對照品。
方法一個10％的純乳清蛋白水溶液，或一個含10％蛋白的WPC溶液，在50℃下溫育，加入0.67％(w/w蛋白質含量)的NS46013或SP446。在50℃下溫育60分鐘後，將溶液加熱至88℃，加熱時間30分鐘。在加入酶之前、在50℃下溫育之後、在熱處理之後分別取樣進行FPLC分析。如果在熱處理過程中形成了凝膠和沉澱，則需將樣品離心，只取上清液進行分析。除了不加入酶之外，對照品同樣按上述方法處理。
FPLC分析樣品在Superdex75 10/30柱上進行分析，柱洗脫採用含0.02M Tris、4.5M脲、0.0064M DTT，pH值為8的緩衝液。在220、280和340nm波長下進行紫外檢測。流速為1ml/分鐘。樣品在洗脫液中稀釋10倍，取50μl上樣。
結果β-乳球蛋白未經處理的β-乳球蛋白在熱處理後不形成凝膠。用SP446處理的β-乳球蛋白也不形成凝膠，但用NS46013水解的β-乳球蛋白在熱處理後形成了清晰、牢固的凝膠。
FPLC用SP446或NS46013水解60分鐘，β-乳球蛋白的峰面積減少大約25％，在保留時間較長的情況下形成短肽。NS46013水解得到的短肽(保留時間較長)多於SP446水解得到的短肽。在熱處理後短肽的量減少，在某種程度上表明短肽被包含在凝聚體(SP446)內或沉澱於凝膠中。
α-乳球蛋白未經處理或用SP446處理的α-乳球蛋白在熱處理後變得濃厚、成果肉狀。用NS46013處理的溶液也變得更粘，但程度有所不及。
FPLC對照品在熱處理後有40％的蛋白質留在溶液中。熱處理後，SP446將溶液中蛋白質的量減至約10％，NS46013將蛋白質的量減至約20％。這表示兩種蛋白酶都增進了α-乳球蛋白的膠凝作用。
BSA未經處理的BSA在熱處理後形成了非常牢固清晰的黃色凝膠。凝膠在離心後不破碎，不可能分離出上清液進行分析。用NS46013或SP446水解的BSA形成了牢固的不透明白色凝膠。這些凝膠不夠穩定，經離心可分離出上清液。無論是用SP446或是NS46013，BSA的水解非常有限，溫育60分鐘後只能檢到一小部分肽。然而，較之SP446，使用NS46013進行水解在熱處理後上清液中所含的肽的量略大一些。
WPC水解和對照品在熱處理後都形成了凝膠。用NS46013進行水解，在加熱後上清液中所含的肽的量較之用SP446水解要低一些。這表明蛋白質在用NS46013處理所得的凝膠中保留得更多。
實施例4賽達酪的製備將150kg脂肪含量為3.8-3.9％的巴氏法滅菌乳(72℃，15秒)，加熱至32℃，加入0.008％的乾酪溫育物(F-DVS RST-630，Chr.HansenA/S，Hrsholm，Denmark)，然後乳放置發酵。為了製備實驗用乾酪，無論是按實施例1所述(除了將水解產物均質外)用NS46013水解的乳清蛋白，還是用相似乳清(除了不加入酶)製成的未水解的乳清蛋白，乳中蛋白質含量都被加至30％的水平，也就是乳中蛋白質的天然含量。對照組的乾酪在製備時不加入乳清蛋白。乳在發酵時加入氯化鈣(7g每100kg乳)，發酵45分鐘後加入0.018％粗製凝乳酶(Chy-Max Plus 200 IMCU，Chr.HansenA/S，Hrsholm，Denmark)。45分鐘後將凝乳切成約5mm的立方體。凝乳維持原狀幾分鐘，然後輕輕攪拌乳清15分鐘，開始燙洗(scalding)。溫度逐漸升至40℃，升溫時間超過40分鐘，於40℃下攪拌乳清中的凝乳45分鐘，之後乳清被排去水。10分鐘後把凝乳切成同一規格的小塊，在1.5小時內每15-20分鐘翻轉一次。研磨凝乳塊，並用3％的鹽與之混合，時間超過5-10分鐘。將鹽化的凝乳填充到30×30cm的模中，以2bar壓力加壓15分鐘，再以7bar壓力加壓18小時。24小時後分析乾酪脂肪(Smidt-Bondzynski-Ratzlaff method)、蛋白質(Kjeldahl method)和水分含量。乾酪試驗進行2次。
結果表2.乾酪試驗1的結果
表3.乾酪試驗2的結果。
在兩個試驗中，乾酪的可熔化和可伸展性在14和30天後進行評估。與由未水解乳清蛋白製成的乾酪相比，由水解的乳清蛋白製成的乾酪顯示出更為優良的可熔化和可伸展性。
權利要求
1.一種製備乳清蛋白水解產物的方法，包括a)在含有乳清蛋白的組合物中加入金屬蛋白酶b)熱處理所述組合物，熱處理的溫度和時間相結合足以誘導組合物產生膠凝作用。
2.權利要求1的方法，其中所述金屬蛋白酶得自解澱粉芽孢桿菌。
3.權利要求1或2的方法，其中所述金屬蛋白酶屬於肽酶家族M4。
4.權利要求1-3中任一的方法，其中在步驟a)中蛋白酶的加入量在0.001到1AU每克乳清蛋白之間。
5.權利要求1-3中任一的方法，其中在步驟a)中蛋白酶的加入量在0.002到0.05AU每克乳清蛋白之間。
6.權利要求1-3中任一的方法，其中在步驟a)中蛋白酶的加入量在0.003到0.01AU每克乳清蛋白之間。
7.權利要求1-6中任一的方法，其中所述熱處理在足以鈍化酶的溫度下進行。
8.權利要求1-7中任一的方法，其中所述熱處理在溫度70到98℃之間進行。
9.權利要求1-7中任一的方法，其中所述熱處理在溫度80到98℃之間進行。
10.權利要求1-7中任一的方法，其中所述熱處理在溫度85到95℃之間進行。
11.權利要求1-10中任一的方法，其中所述乳清蛋白組合物的pH值在4到9之間。
12.權利要求1-10中任一的方法，其中所述乳清蛋白組合物的pH值在5到8之間。
13.權利要求1-10中任一的方法，其中所述乳清蛋白組合物的pH值在6到7之間。
14.一種按照權利要求1-13中任一的方法製備的乳清蛋白水解產物。
15.權利要求1-13中任一的方法，還包括使用乳清蛋白水解產物作為食品產品的成分。
16.權利要求15的方法，其中所述食品是乾酪。
17.權利要求16的方法，其中所述的乾酪屬於可伸展的凝乳乾酪類。
18.權利要求16或17的方法，其中所述的乾酪是Pizza Cheese。
19.權利要求16的方法，其中所述的乾酪是Ricotta型乾酪。
20.權利要求16-19中任一的方法，其中所述的乾酪是製備後用作食品成分。
21.權利要求16-20中任一的方法，其中在加入凝乳劑前將乳清蛋白水解產物加入乾酪用乳中。
22.權利要求21的方法，還包括在加入乳清蛋白水解產物後將乾酪用乳均質。
23.按權利要求15的方法製備的食品。
24.按權利要求16-22中任一方法製成的乾酪。
25.一種製備乾酪的方法，包括a)在含有乳清蛋白的組合物中加入金屬蛋白酶；b)熱處理所述組合物，熱處理的溫度和時間相結合足以誘導組合物產生膠凝作用；和c)將所述組合物加入乾酪用乳中並從乾酪用乳製成乾酪。
全文摘要
本發明涉及一種用金屬蛋白酶水解乳清蛋白的方法。本發明也涉及到所得到的水解產物以及該水解產物作為食品成分的應用。本發明更涉及到使用乳清蛋白水解產物作為成分所得到的食品。
文檔編號A23C19/05GK1658762SQ03812811
公開日2005年8月24日 申請日期2003年6月3日 優先權日2002年6月4日
發明者託馬斯·L·索倫森, 薩布裡·A·馬德科爾, 桑亞·米姆斯·巴尼特 申請人:諾維信公司, 諾維信北美公司, 克爾·漢森公司