一种商业大豆分离蛋白及其乳化性和起泡性改善方法

技术领域

本发明涉及大豆蛋白加工领域，尤其涉及一种商业大豆分离蛋白及其乳化性和起泡性改善方法。

背景技术

大豆分离蛋白因具有优良的功能特性、高营养价值和低成本的优势被广泛应用于食品配方中。根据其沉降系数(sedimentation coefficient,S)，大豆蛋白经低温高速离心后的主要产物是β-伴大豆球蛋白(7S)和球蛋白(11S)，两者总量约占大豆蛋白总量的70％以上。

其中，7S为三个亚基通过疏水键和氢键相结合形成的三聚体；11S则由6 个亚基构成，含有较多的二硫键和巯基。因此，不同的加工处理导致大豆蛋白不同的聚集程度，其功能性如乳化性、起泡性、溶解性、凝胶化等使其在特定食品应用中所使用的产品形式根据其功能特性而有所不同。

大豆分离蛋白的特殊表面让其能够吸附于油水界面，形成降低界面张力的保护层，起到了有效乳化剂的作用。并且该乳液稳定体系依赖于蛋白质在油水界面以围绕乳液液滴的结构化薄膜的形式聚集，这种聚集与不同食品加工技术诱导的聚合状态相关。

由于商业大豆分离蛋白在提取工艺中经过化学改性、酶改性处理等过程，发生了蛋白质变性，并且商业大豆蛋白聚集程度较高，理化性质易受环境因素影响，进而使其营养和功能特性的开发利用受到一定程度的限制，不能满足特定食品加工的要求。

为解决食品领域对于具有高乳化性植物蛋白产品的需求，常采用物理改性处理以改善商业大豆分离蛋白的功能特性。采用超高压、高压脉冲、闪蒸喷干等技术手段进行蛋白质改性技术。

在专利CN101569344B公开了一种用大豆蛋白通过闪蒸喷干等高温生产过程后制备可溶性高的大豆蛋白液。但经过高温处理后形成了可达上百微米的聚集体，乳化性等功能特性相对变差，使用该类蛋白质制备的产品，在加工储藏过程中容易出现沉淀、黏度增加甚至是凝胶等现象，导致产品颗粒感较强、口感欠佳。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种商业大豆分离蛋白及其乳化性和起泡性改善方法。

本发明将商业大豆分离蛋白，通过水力空化处理方式获得较好的乳化性和起泡性的大豆分离蛋白产品。与其他物理改性处理相比，水力空化技术具有操作简单、处理时间短、处理温度低、处理成本低等优点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种商业大豆分离蛋白及其乳化性和起泡性改善方法，包括如下步骤：

大豆分离蛋白加水配置成大豆分离蛋白分散液，调节pH值至2.0-9.0，然后将大豆分离蛋白分散液放在水力空化反应器中，进行水力空化处理不同时间3min-3h得到大豆分离蛋白空化物料。所述水力空化反应器的转子周围分布的排孔为直径相同的直筒状沉孔。

所述高起泡性和乳化性的大豆分离蛋白液为基于空化处理的大豆分离蛋白分散液。

所述大豆分离蛋白是由来自YX2000的商用大豆蛋白分离蛋白；所述大豆分离蛋白分散液质量分数为2-25wt％；所述调节pH值是通过2N氢氧化钠溶液进行调节；所述的水力空化反应器采用的14＂，四排孔的转子，电机功率为50Hz，流量达到1.5-4.5L/h；所述水力空化处理条件为20-70℃下处理 3min-3h。

本发明优选：调节大豆分离蛋白分散液pH值至7.0。

本发明优选：大豆分离蛋白分散液在水力空化反应器中进行水力空化处理不同时间0-30min。

本发明优选：大豆分离蛋白分散液质量分数为5-10wt％。

本发明优选：水力空化器的流量达到2L/h

本发明优选：水力空化反应器的温度保持在40℃。

本发明制备的大豆分离蛋白获得了较好的乳化和起泡性能。

本发明的方法是将物料导入水力空化反应器，该反应器包括快速旋转的转子，该转子设置在圆柱形腔室的外壳内部。在转子周边围绕多组相对较浅的排孔阵列。在转子与外壳之间形成的腔室称为空化区域。

当物料通过空化区域时，微小的空化气泡在旋转转子外围上的排孔中不断地产生并在混合物内破裂。这些空化气泡的破裂会在物料内产生剧烈且连续的空化，并且该空化的能量会破坏蛋白质四级结构，改变非共价相互作用和疏水性，释放出肽或小分子亚基，暴露更多的疏水基团，降低了大豆分离蛋白液的聚集程度，从而改变了功能性质。

采取空化处理技术对商业大豆分离蛋白在，破坏肽链，打断蛋白质四级结构，改变非共价相互作用和疏水性，释放出肽或小分子亚基，暴露更多的疏水基团，降低了大豆分离蛋白液的聚集程度，从而制得具有优异功能特性 (乳化性和起泡性)的大豆分离蛋白空化液。本发明适当地改变了大豆分离蛋白的结构，进一步改善其乳化性能以及起泡性能，提升其溶解度，使得大豆分离蛋白在食品工业中的应用范围更加广泛。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明相较于较为广泛应用的热处理均质技术以及化学处理方式，有着高效、节省原料的特点，是一种安全无毒以及环保的方式，可以降低能耗，改善大豆蛋白功能性。

2、本发明采用的方法操作简单，处理时间短，处理温度低，能高效节能混匀液体，提高产量，避免随时间推移形成的结垢而降低性能。

3、本发明的圆柱形转子的排孔为空化过程提供了低压强高流速的发生平台。微小的空化气泡在旋转转子外围上的孔中不断地产生并在混合物内破裂，在物料内产生剧烈且连续的空化，并且该空化的能量会破坏蛋白质四级结构，改变非共价相互作用和疏水性，释放出肽或小分子亚基，暴露更多的疏水基团，降低了大豆分离蛋白液的聚集程度，从而改变了功能性质。

4、本发明可以降低蛋白质的聚集程度以及大粒径的颗粒产生，其在大豆分离蛋白的结构上有一定的变化，有效促进了多肽链的交联延伸，并且其表面疏水性和溶解度的提高以及粒度减小可以增加大豆蛋白的乳化和起泡性能。

5、本发明通过水力空化处理大豆分离蛋白与现有技术不同，虽然都是源头改造，但最大的不同之处在于水力空化处理是机械作用，破坏了蛋白质分子间的相互作用，导致蛋白质聚集物减少，从而提高蛋白基乳液体系的稳定性，使蛋白类乳化剂能够在工业生产中得到最大的应用价值。

6、本发明空化反应器转子上的阵列交错分布的直筒状排孔(沉孔)，相对于传统技术，还具有如下优点：

第一，搅拌更均匀。普通搅拌类的罐子体积较为庞大，需要较长的加工时间来达到均匀，在很多情况下，仍无法获得完全均质的混合物。本发明空化反应器,在直筒状排孔的作用下,能够在更短的时间内将与传统大罐内同等数量的液体搅拌均匀。这是因为其独特的强大的气穴效应作用在气腔内有限的液体上并贯穿整个气穴区域。

第二，无结垢的加热。本发明空化反应器在直筒状排孔的作用下,热量产生自液体内部而非源自高温金属表面的热传导，因此既不会在设备上产生结垢，也不会破坏产品。

附图说明

图1为本发明制备的大豆分离蛋白空化物料的0-30min的起泡性视图。

图2为本发明所使用的水力空化反应器局部结构示意图；图中编号：1为外壳，2为转子，3为空化气泡，4为空化区域，5为阵列分布在转子2圆周的排孔5；排孔5为直筒状沉孔(筒壁直径相同)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

以下实施例中大豆分离蛋白性能测定方法如下：

(1)起泡性测定：

取空化物料加至50mL的玻璃圆筒中的30cm处，然后将手持搅打器推至4档进行搅打，搅打时间持续1min，然后在25°C条件下分别静置2min 和30min，记录打发泡沫的体积H

FA(％)＝(H

FS(％)＝(H

(2)乳化性和乳化稳定性测定：

将空化物料稀释至蛋白浓度为2mg/mL，然后与大豆油以3∶1(v/v)混合后在21000r/min下均质2min。分别在刚结束均质时和均质后10min从容器底部吸取乳液(50μL)，然后用0.1％的SDS溶液(0.01mol/L，pH 7.0)将乳液稀释至5mL，混匀后用紫外-可见分光光度计在500nm处测定吸光度，读取吸光值A

其中，DF表示稀释倍数(100)；φ表示比色皿的光程(1cm)；θ表示油相体积分数(0.25)；C表示蛋白质的初始浓度。

(3)溶解度测定：

将空化物料用去离子水稀释至5mg/mL，双缩脲法测定蛋白含量。样品离心(25℃，15min，12000r/min)后取上清液测定蛋白含量。蛋白质溶解度即上清液中蛋白质与总蛋白质含量比值。

(4)表面疏水性测定

表面疏水性指数用1-苯胺基-8-萘磺酸(ANS)作为荧光探针测定。将空化物料分散在pH 7.0、0.1mol/L的磷酸缓冲液中，配置一系列物料浓度梯度溶液。取5mL溶液在测定前添加ANS储液，反应15min，震荡均匀。用荧光光谱仪在波长390nm(激发)和470nm(发射)下测定样品荧光强度。绘制荧光强度与蛋白质浓度的关系图，线性回归分析计算的初始斜率取为H

本发明高乳化性和起泡性的大豆分离蛋白，制备步骤如下：

将质量分数为5-10wt％的商业大豆分离蛋白分散于去离子水中，室温下搅拌使其充分溶解，然后将其放入4℃冰箱过夜水化。之后调节物料pH值为 7.0，将料液置于水力空化反应器中，于40℃下水力空化处理0-30min后自然冷却至室温，获得大豆蛋白分离蛋白空化物料。以下通过实施例和对比例作进一步说明。

实施例1：不同质量分数的大豆蛋白悬浮液的考察

将质量分数为5、8、10wt％的大豆分离蛋白分散于去离子水中，室温下搅拌使其充分溶解，然后将其放入4℃冰箱过夜水化。之后调节物料pH值为 7.0，将料液置于水力空化反应器中，于40℃下水力空化处理15min后自然冷却至室温，获得大豆蛋白分离蛋白空化物料。

表1：不同质量分数的大豆蛋白悬浮液对乳化性和起泡性的影响

不同质量分数的大豆悬浮液经相同空化处理时间后得到的物料性质：起泡性(FA)、起泡稳定性(FS)、乳化能力(EAI)和乳化稳定性(ESI)总结在表1中。从表1可见不同蛋白质浓度对大豆分离蛋白乳化性的影响情况。随着蛋白浓度由5％到10％，乳化性和起泡性都随着大豆蛋白质量分数的增加而增大。这是由于随着蛋白浓度的增加，界面蛋白浓度也随之增加，蛋白质足以把油滴表面覆盖，形成一层致密的蛋白膜，而且空化处理后会暴露更多的疏水基团，随着蛋白膜的厚度增加和疏水基团的增加，乳液的稳定性和起泡性是增强的。

实施例2：不同空化处理时间的大豆蛋白悬浮液的考察

将质量分数为10wt％的大豆分离蛋白分散于去离子水中，室温下搅拌使其充分溶解，然后将其放入4℃冰箱过夜水化。之后将料液置于水力空化反应器中，于40℃下水力空化处理5、10、15、20、30min后自然冷却至室温，获得大豆蛋白分离蛋白空化物料。

表2：不同空化处理时间的大豆蛋白悬浮液对乳化性和起泡性的影响

随着空化处理时间的增加,物料的FA、FS、EAI、ESI先升高后降低，最佳处理时间为15min。由于空化气泡破裂瞬间形成的高剪切、高压脉冲和分子碰撞将暴露出更多的疏水基团，有效增加多肽链的交联，从而提高体系在界面的吸附能力，表现出高乳化性和起泡性。然而由于体系的高剪切应力和温度，空化时间较长会导致蛋白质分子部分变性形成不溶性聚集，破坏了界面的亲水和疏水平衡，导致乳化性和发泡性能下降。

由表2多种特性可以进一步说明物料的FA、FS、EAI、ESI先升高后降低。在一定范围内随着空化处理时间的增加，物料的溶解度、表面疏水性和粒径显著增加。结果表明，CJ可以在流体系统中引起空化和射流效应。空化引起的空泡溃灭产生了高速湍流剪切和瞬时高温高压，导致蛋白质结构展开和构象变化，从而提高了溶解度。并且空化效应提高了蛋白质分子的碰撞速度和强度，导致大的聚集体分散成小的聚集体，同时降低了蛋白颗粒的粒径。粒径的减小会导致水与蛋白质的相互作用增强，进而增加物料的溶解度。

对比例1

将质量分数为10wt％的大豆分离蛋白分散于去离子水中，室温下搅拌使其充分溶解，然后将其放入4℃冰箱过夜水化，获得大豆蛋白分离蛋白物料。

通过实施例与对比例可见，在一定时间范围内，空化处理的方式能有效提高蛋白液的乳化和起泡性能。

图1为本发明制备的大豆分离蛋白空化物料的0-30min的起泡性；从左至右依次对应对比例1，5min，10min，15min，20min，30min；其中，横向方向的上排图为2min后记录的泡沫体积，下排图为30min后记录的泡沫体积。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。