一种高蛋白植物乳及其制备方法和应用

本发明涉及植物蛋白饮料加工，具体涉及一种高蛋白植物乳及其制备方法和应用。

背景技术：

1、高蛋白植物乳通常含有较高比例的植物蛋白和植物油。在高压均质、超高温瞬时灭菌及储藏过程中，植物蛋白易发生热诱导聚集和颗粒沉降，油相则可能出现乳滴絮凝、聚并和析乳。随着蛋白含量提高，体系中颗粒碰撞和相互作用增强，蛋白沉降与油相失稳相互影响，进一步增加植物乳长期稳定的难度。

2、现有技术通常通过添加亲水胶体稳定剂提高连续相黏度和悬浮能力，或者通过添加小分子乳化剂促进油水界面的形成与稳定；也可采用高剪切、胶体磨或高压均质等机械处理减小颗粒和乳滴尺寸。然而，添加外源稳定剂和乳化剂会增加配料组成的复杂程度，单纯依靠常规机械处理又难以同时实现蛋白颗粒充分分散、油水界面稳定以及连续水相中的胶体支撑，特别是在高蛋白、高油负载和超高温灭菌条件下，仍可能出现沉淀、絮凝或析乳。

3、湿法介质研磨能够通过研磨介质产生的碰撞、剪切和挤压作用解聚植物蛋白聚集体，提高蛋白颗粒的分散程度。现有研究通常将研磨引起的粒径减小与蛋白分散性、溶解性或乳化性能的提高相联系，因而往往通过增加研磨强度或延长研磨时间使颗粒尽可能细化。但是，蛋白分散液的粒径减小并不必然意味着其在高蛋白含油体系中能够同时形成稳定的油水界面膜和连续相胶体网络；仅以d50评价研磨程度，也难以反映体系中残留大颗粒和过细颗粒的分布情况。

4、中国专利cn116940242a公开了植物蛋白材料的湿磨以及后续微滤和超滤处理；中国专利cn 119097040 a记载了在ph 10.5～11条件下对澳洲坚果蛋白进行高能介质研磨，随后复中并喷雾干燥的方法。前述技术分别以膜分离后的植物蛋白组合物或者经碱性处理和干燥获得的高溶解性蛋白粉为目标，未涉及在近中性条件下对植物蛋白分散液进行受控介质研磨，也未涉及根据d50、d90和蛋白分散性共同确定研磨终点，并将未经分离、干燥和重新复溶的完整研磨分散液直接用于高蛋白植物乳的制备。

5、进一步研究发现，以澳洲坚果蛋白为代表，研磨后蛋白颗粒对高蛋白植物乳形成和储藏稳定性的贡献并不随粒径减小而单调提高。研磨不足时，残留的大颗粒迁移速度较慢，难以充分覆盖新生油水界面，并容易在重力作用下形成沉淀；颗粒粒径低于适宜范围时，其界面锚定、颗粒型界面膜形成和连续相胶体支撑能力也可能下降。因此，现有技术仍需要解决以下问题：在近中性条件下对植物蛋白的研磨程度进行可测量的终点控制，使蛋白聚集体得到充分解聚而又不过度细化，并保留研磨分散液中的全部功能性组分，从而在不外加亲水胶体稳定剂和小分子乳化剂的情况下，提高高蛋白植物乳对高压均质、超高温瞬时灭菌和长期储藏的耐受性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种高蛋白植物乳及其制备方法和应用，具体涉及一种基于近中性条件高能介质研磨的无外源胶体稳定剂高蛋白植物乳制备方法，以及由该方法获得的植物蛋白胶体基料和高蛋白植物乳。本发明通过控制植物蛋白颗粒处于具有上限和下限的双侧粒径窗口，使所得蛋白颗粒兼具油水界面稳定能力和连续水相胶体支撑能力，从而解决高蛋白植物乳在均质、超高温瞬时灭菌及储藏过程中容易发生沉淀、乳滴絮凝和析乳的问题。

2、本发明研究发现，以澳洲坚果蛋白为代表，研磨后蛋白颗粒对高蛋白植物乳稳定性的贡献并不随颗粒粒径减小而单调提高，而是在特定粒径范围内达到较优水平。当颗粒粒径高于该范围时，残留大颗粒向新生油水界面的迁移速度较慢，难以形成充分、均匀的界面覆盖，并容易发生重力沉降；当颗粒粒径低于该范围时，颗粒界面吸附能和多点锚定能力下降，形成的颗粒型界面膜趋于薄弱，同时未吸附颗粒在连续水相中的空间位阻和胶体支撑作用减弱。因此，粒径过大和粒径过小均不利于高蛋白植物乳的形成和储藏稳定。

3、基于上述发现，本发明不以延长研磨时间或使蛋白颗粒粒径最小化作为研磨目标，而是采用d50、d90和蛋白分散性共同判定研磨终点，并同时对d50和d90设置上限和下限。d50用于表征颗粒群的总体细化程度，d90上限用于限制残留大颗粒，d50和d90下限用于避免颗粒群整体细化至不利于界面锚定、界面膜形成及连续相胶体支撑的程度，蛋白分散性则用于评价所得颗粒在水相中的稳定分散能力。

4、本发明的技术解决方案如下：

5、第一方面，本发明提供了一种高蛋白植物乳的制备方法，包括以下步骤：

6、s1、将植物蛋白原料分散于水中，调节体系ph至6.5～7.5，经水化处理，得到蛋白分散液；

7、s2、将所述蛋白分散液加入高能介质研磨设备中进行研磨处理，体系ph始终维持在6.5～7.5，直至植物蛋白颗粒的体积分布粒径d50为0.40～1.00 μm、d90为1.10～3.00 μm，且蛋白分散性不低于90%，得到蛋白胶体基料；

8、s3、将所述蛋白胶体基料与植物油和水混合并预乳化，经高压均质和灭菌，得到高蛋白植物乳。

9、为实现上述目的，本发明将植物蛋白原料分散于水中并进行水化，得到蛋白质质量分数为5～10%的蛋白分散液；自植物蛋白原料开始分散水化至高能介质研磨完成，体系ph保持为6.5～7.5，不实施将体系调节至所述范围之外后再回调至该范围的ph循环处理。

10、将水化后的蛋白分散液通入装填有离散研磨介质的搅拌式湿法介质磨，通过研磨介质之间以及研磨介质与设备构件之间产生的碰撞、剪切和挤压作用，使大尺度蛋白聚集体逐步解聚。研磨介质直径为0.15～1.20 mm、填充率为50～80%，搅拌构件线速度为10～14m/s，处理时间为70～110 min，介质磨出口温度不高于35 ℃。所述处理时间用于提供达到规定颗粒窗口所需的工艺范围，实际研磨终点由d50、d90和蛋白分散性共同确定，而不由研磨时间单独确定。

11、在一种实施方式中，所述植物蛋白原料选自澳洲坚果蛋白、椰子蛋白和豌豆蛋白中的至少一种。对于所述植物蛋白，研磨后的蛋白颗粒至少满足d50不大于1.00 μm、d90不大于3.00 μm且蛋白分散性不低于90%。

12、在作为本发明核心的澳洲坚果蛋白实施方式中，研磨终点由双侧粒径窗口限定：蛋白颗粒的d50为0.40～1.00 μm、d90为1.10～3.00 μm且蛋白分散性不低于90%。优选地，蛋白颗粒的d50为0.50～0.90 μm、d90为1.20～2.80 μm且蛋白分散性介于90%~97%之间。更优选地，d50为0.50～0.80 μm、d90为1.20～2.00 μm、蛋白分散性介于92%~97%之间，且在ph6.5～7.5条件下测得的ζ电位绝对值不低于30 mv。d50低于0.50 μm或d90低于1.20 μm属于低于所述粒径窗口；d50高于1.00 μm或d90高于3.00 μm属于高于所述粒径窗口。

13、本发明所称蛋白分散性，是指按照说明书记载的统一稀释、搅拌和离心条件处理样品后，离心上清液中的蛋白质量占处理前样品总蛋白质量的百分比。该指标用于评价蛋白颗粒在规定水相条件下的分散状态，并不等同于蛋白达到分子水平的完全溶解。

14、达到规定研磨终点后，将所得完整蛋白分散液不经膜过滤、离心、沉降分离、喷雾干燥或重新复溶，在研磨完成后2 h内直接与植物油和水混合并预乳化。由此既保留能够迁移和吸附于油水界面的蛋白胶体颗粒，也保留未吸附而分散于连续水相中的蛋白细颗粒及伴随胶体组分，使同一完整蛋白颗粒群共同提供界面稳定和连续相稳定作用。

15、将所得预乳化液依次进行两级高压均质和超高温瞬时灭菌。优选第一级均质压力为60～80 mpa，第二级均质压力为8～10 mpa；优选灭菌温度为138～142 ℃、保持时间为4～6 s。在一种具体实施方式中，终产品中植物蛋白含量为8.0 wt%、植物油含量为5.0 wt%。

16、本发明所称“不外加外源亲水胶体稳定剂”，是指在配料过程中不另行加入卡拉胶、黄原胶、结冷胶、瓜尔胶、果胶、海藻酸盐、羧甲基纤维素钠、微晶纤维素或变性淀粉等用于增稠、悬浮或形成空间网络的物质。植物蛋白原料中天然存在且未被另行加入的膳食纤维及伴随成分，不属于外加外源亲水胶体稳定剂。

17、本发明所称“不外加小分子乳化剂”，是指在配料过程中不另行加入单甘酯、双甘酯、蔗糖脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、卵磷脂或聚山梨酯类乳化剂。植物蛋白自身以及植物蛋白原料中天然存在且未被另行加入的伴随成分，不属于外加小分子乳化剂。

18、本发明所称“不经分离”，是指高能介质研磨完成后，不采用膜过滤、离心、沉降取上清或其他能够选择性移除蛋白颗粒及胶体组分的处理，同时不将研磨所得蛋白分散液干燥后重新复溶。生产安全所需、孔径不小于1 mm且基本不造成蛋白颗粒选择性损失的保护筛，不视为所述分离处理。

19、在一种实施方式中，s1中，所述水化处理的方法包括：将调节ph后的体系在20~30℃下搅拌20~40min后，于2~8 ℃静置水化8~16 h；

20、所述蛋白分散液中，植物蛋白的质量分数为5～10%；

21、所述植物蛋白原料选自澳洲坚果蛋白、椰子蛋白和豌豆蛋白中的至少一种。

22、在一种实施方式中，s2中，所述研磨处理的方法包括：

23、在出口温度不高于35 ℃的条件下，将所述蛋白分散液通过装填有离散研磨介质的搅拌式湿法介质磨进行高能介质研磨；

24、其中，研磨介质的直径为0.15～1.20mm、填充率为50～80%，搅拌构件线速度为10～14 m/s，处理时间为70~110min。优选地，研磨介质的直径为0.2～0.5mm、填充率为65～75%，搅拌构件线速度为12～14 m/s，处理时间为80~100min。

25、在一种实施方式中，s2中，所述蛋白胶体基料的体积分布粒径d50为0.50～0.90 μm、d90为1.20～2.80 μm，蛋白分散性不低于93%。

26、在一种实施方式中，s2中，所述蛋白胶体基料的体积分布粒径d50为0.50～0.80 μm、d90为1.20～2.00 μm，蛋白分散性不低于93%，且在ph 6.5～7.5条件下测得的ζ电位绝对值不低于30 mv。

27、在一种实施方式中，s3中，所述高蛋白植物乳中，蛋白质的含量为5.0 ~8.0 wt%，植物油含量为3.0 ~6.0 wt%；

28、所述植物油选自澳洲坚果油、椰子油、菜籽油、葵花籽油和大豆油中的一种或两种以上。

29、在一种实施方式中，s3中，所述预乳化的方法包括：采用8000~10000 r/min预乳化2~4 min；

30、所述高压均质的方法包括：将预乳化液依次进行进行两级高压均质，其中第一级均质压力为60～80 mpa，第二级均质压力为8～10 mpa；

31、所述灭菌的方法包括：灭菌温度为138～142 ℃、保持时间为4～6 s。

32、第二方面，本发明提供了一种高蛋白植物乳，采用所述的制备方法得到的。

33、在一种实施方式中，灭菌后的高蛋白植物乳的体积分布粒径d50不大于1.0 μm，在45 ℃放置30 d后的沉淀率不大于0.30%，在25 ℃放置12个月后的沉淀率不大于0.45%，且无硬沉淀和不可逆油脂析出。

34、第三方面，本发明提供了所述的高蛋白植物乳在制备植物蛋白饮品中的应用。

35、本发明至少具有以下有益效果之一：

36、1、本发明以澳洲坚果蛋白、椰子蛋白和豌豆蛋白为代表，确定了适用于无外源稳定剂高蛋白植物乳的双侧粒径窗口，证明蛋白颗粒高于或低于该窗口均会导致植物乳稳定性下降，克服了通过持续增加研磨程度使蛋白颗粒尽可能细化的单向优化思路。

37、2、本发明通过d50、d90和蛋白分散性共同控制研磨终点，并完整保留分别承担界面覆盖和连续相支撑作用的蛋白颗粒群。在植物蛋白含量为8.0 wt%、植物油含量为5.0 wt%的条件下，所得植物乳不外加外源亲水胶体稳定剂和小分子乳化剂，经超高温瞬时灭菌后的d50不大于1.0 μm，在45 ℃放置30 d后的沉淀率不大于0.30%；澳洲坚果蛋白植物乳在25℃放置12个月后的沉淀率不大于0.45%，且无硬沉淀和不可逆油脂析出。