一种连续循环水解并精准筛选肽分子量的深度水解乳清蛋白的制备方法与流程

1.本发明属于食品生物工程领域，具体涉及一种连续循环水解并精准筛选肽分子量的深度水解乳清蛋白的制备方法。


背景技术：

2.乳清是牛奶生产奶酪过程中所产生的副产品；乳清中各种蛋白质成分总称为乳清蛋白，它具有丰富的营养价值，有很多的功能特性，是全价蛋白。
3.乳清蛋白虽有很多优点，但由于它是大分子蛋白，在肠道中需经水解成短肽和游离氨基酸后方可被吸收，且对热、酸敏感，易变性，变性后溶解度降低，还有致敏性，因此限制了它在食品中的应用。蛋白酶水解是一种很好的解决上述问题方法，与碱法水解和酸法水解相比，酶法水解动植物蛋白的条件较温和，而且产生毒性物质的可能性很小，更重要的是水解效率较高。
4.经研究，水解后的乳清蛋白还可以改善其品质和溶解性、起泡性等功能特性，从而能够提高其营养价值。利用蛋白酶水解乳清蛋白后的肽段更容易被人体吸收和利用，而且一些肽段还有某些特殊的生理功能，深度水解乳清蛋白可以不通过消化道消化，直接吸收，特别能帮助身体虚弱或消化功能弱化的人群使用。同时酶解产生的寡肽具有多种生理活性功能，如有助于术后病人的补血；促进创口快速愈合，快速回复体能；提高免疫力，抵抗癌细胞的侵蚀；阻止脂质和胆固醇等在动脉壁沉积，增大动脉弹性，抗动脉硬化和抗脂肪肝；抗氧化、降血压；促进矿物质吸收；去油减肥；美容养颜，美白嫩肤、祛斑除污、促进肌肤血液循环，改善皮肤皱纹，延缓皮肤衰老；抗过敏；防止老年人由于消化功能减弱引起蛋白质缺失产生的肌肉消融，四肢无力，增加运动人群的肌肉含量和韧性，以及抗疲劳，快速回复体能等功效。因此,乳清蛋白的酶法水解处理技术的研究具有改善营养、扩大应用范围的现实意义。
5.目前，国内外开发的水解乳清蛋白的水解度偏低，为概念性的水解，营养价值的增值程度有限。而水解度高的乳清蛋白的苦味重，深度水解乳清蛋白确实改善了其品质和溶解性等功能特点，可以应用于固体饮料类别产品，而应用于液体饮料，由于生产过程不可避免的加热发生美拉德反应，导致产品发生褐变且有焦苦味，降低了产品的感官价值，影响消费者的购买欲望；另有研究报道，深度水解乳清蛋白存在收率不高、水解过度、氨基酸占比偏高等缺点。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种连续循环水解并精准筛选肽分子量的深度水解乳清蛋白的制备方法，能实现乳清蛋白的深度水解，连续循环水解并精准筛选分子量小的肽，水解乳清蛋白具有容易被人体吸收和利用，且口感好的优点。
7.本发明的目的采用如下技术方案实现：
8.提供一种连续循环水解并精准筛选肽分子量的深度水解乳清蛋白的制备方法，包括以下步骤：
9.s1，配制乳清分离蛋白水溶液，加热处理使蛋白质变性后，降温并均质处理，得到超细悬浮乳液；
10.s2，向所述超细悬浮乳液中加入复合蛋白酶进行水解，其中所述复合蛋白酶由中性蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶和风味蛋白酶组成，得到水解液；
11.s3，将所述水解溶液通过膜过滤系统进行过滤得到超滤液，过滤中产生的错流液回流至步骤s2中继续进行水解；
12.s4，将所述超滤液通过硅藻土和/或活性炭过滤后，得到清液；
13.s5，将所述s4中清液浓缩至设定浓缩浓度，形成澄清后的浓缩液；
14.s6,根据生产需要，将所述浓缩液制得深度水解乳清蛋白浓缩液，或将所述浓缩液喷雾干燥，形成深度水解乳清蛋白粉。
15.进一步地，步骤s1中，所述乳清分离蛋白水溶液的固含量为5～10％，且乳清分离蛋白中乳糖含量≤1％；
16.所述加热处理的条件为：加热温度为70～95℃，加热时间为5～20min；
17.降温的条件为：温度为50～60℃；
18.均质的条件：温度50～60℃，压力为18-22mpa。
19.进一步地，步骤s2中，所述复合蛋白酶由质量比为2.5-3.5：1.5-2.5：0.8-1.2:0.5的中性蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶和风味蛋白酶组成，所述复合蛋白酶的含量为乳清分离蛋白的1～5％。
20.进一步地，步骤s2中，水解条件为：自然ph值下维持50～60℃水解1～6h后开始过滤，水解过程中保持搅拌，搅拌转速为20-50rpm。
21.进一步地，步骤s3中，所述膜过滤系统包括依次连接的陶瓷膜过滤系统和超滤膜系统；
22.所述陶瓷膜过滤系统中，陶瓷膜的孔径为1～1.5μm，进膜压力0.5～0.8mpa，出膜压力0.05～0.2mpa，温度30～55℃；
23.所述超滤膜过滤系统中，超滤膜的孔径为截留分子量为1800-2200da，进膜压力0.5～1.5mpa，出膜压力0.05～0.2mpa，温度30～55℃。
24.进一步地，s4中活性炭和硅藻土为食品级的。
25.进一步地，步骤s5中，浓缩为采用孔径为截留分子量为100-200da的纳滤膜进行浓缩，得到的浓缩液的固含量为15～50％。
26.进一步地，步骤s6中，所述乳清蛋白深度水解浓缩液中，水解蛋白中分子量为200～500da的寡肽占比≥60％；分子量为200～2000da的多肽占比≥95％。
27.进一步地，还包括补料步骤，向所述步骤s2中补充所述超细悬浮乳液和所述复合蛋白酶；其中复合蛋白酶的添加量为乳清分离蛋白的0.5～2％，同时补加适量水控制步骤s2中反应的底物浓度在5～10％。
28.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
29.本发明的一种连续循环水解并精准筛选肽分子量的深度水解乳清蛋白的制备方法，能实现乳清蛋白的深度水解，连续循环水解并精准筛选肽分子量，寡肽含量高、且产物
中氨基酸保留量低，其中肽中分子量集中在200～500da的寡肽占比≥60％，具有生物活性高，水解乳清蛋白容易被人体吸收和利用，并具有口感风味优，溶解澄清透明的特点。本发明采用复合蛋白酶进行水解，所述复合蛋白酶由中性蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶和风味蛋白酶组成，胰蛋白酶属于丝氨酸型内切蛋白酶，特异性极强，专一作用于将蛋白质中赖氨酸和精氨酸残基的羧基侧切断，中性蛋白酶为与胰蛋白酶具有不同酶切位点的高效内切酶，通过中性蛋白酶与胰蛋白酶协同增效作用，在不同酶切位点进行酶切以提高水解度；弹性蛋白酶的水解特性较广，是一种广谱的肽链内切酶，脂肪族非极性氨基酸为羧基的肽键都能被分解，并且它具有脂酶及脂蛋白水解酶的活性，能降解包括抗一般蛋白水解酶作用的弹性硬蛋白在内的大多数蛋白质，能降解本发明中中性蛋白酶和胰蛋白酶处理后的不溶性蛋白或多肽；运用内切蛋白酶对蛋白进行水解的过程会产生一些含疏水基的多肽(即苦味肽)，风味酶中含有的外切酶能从多肽链的末端切断肽键释放氨基酸，把苦味肽降解为氨基酸，从而达到去除苦味，提高口感风味；即本发明的复合蛋白酶可以通过多酶切位点同时水解，形成协同增效作用，提高酶解效率和原料利用率，降低产物苦味。
30.进一步地，本发明将所述水解溶液通过膜过滤系统进行过滤，膜过滤系统优选为陶瓷膜和超滤膜组合系统，过滤中产生的错流液回流至酶解步骤中继续进行水解，克服现有技术的酶解度、酶解时间不好控制，且存在水解不均匀的缺陷；本发明生产过程中酶不经灭活，可以减少酶的生产使用量，有效降低成本，且水解产物可以及时滤出，可以降低水解产物对酶的抑制作用，避免水解过度造成肽的得率低。此外，超滤液经活性炭和/或硅藻土装置过滤，实现脱色去苦味，同时有利于提高产品的稳定性；且水解物的乳糖含量≤1％，自身加热不易发生美拉德反应而产生褐变有焦苦味现象，且无沉淀产生。
附图说明
31.图1是本发明的一种连续循环水解并精准筛选肽分子量的深度水解乳清蛋白的制备方法的流程图。
具体实施方式
32.下面，结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
33.实施例1
34.一种连续循环水解并精准筛选肽分子量的深度水解乳清蛋白的制备方法，参照图1，包括以下步骤：
35.s1，配制乳清分离蛋白水溶液，加热处理使蛋白质变性后，降温并均质处理，得到超细悬浮乳液；其中，所述乳清分离蛋白水溶液的底物(乳清分离蛋白)固含量为5％，且乳清分离蛋白中乳糖含量≤1％；所述加热处理的条件为：加热温度为80℃，加热时间为12min；降温的条件为：温度为55℃；均质的条件：温度55℃，压力为20mpa；
36.s2，向所述超细悬浮乳液中加入复合蛋白酶进行水解，其中所述复合蛋白酶由质量比为3：2：1：0.5的中性蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶和风味蛋白酶组成，所述复合蛋白酶的含量为乳清分离蛋白的3％，得到水解液；水解条件为：自然ph值下维持55℃水解2h后
开始过滤，水解过程中保持搅拌，搅拌转速为30rpm；
37.s3，将所述水解溶液通过膜过滤系统进行过滤得到超滤液，过滤中产生的错流液回流至步骤s2中继续进行水解，所述膜过滤系统包括依次连接的陶瓷膜过滤系统和超滤膜系统；所述陶瓷膜过滤系统中，陶瓷膜的孔径为1～1.5μm，进膜压力0.6mpa，出膜压力0.12mpa，温度45℃；所述超滤膜过滤系统中，孔径为截留分子量为2000da，进膜压力1mpa，出膜压力0.1mpa，温度40℃；
38.s4，将s3中所得超滤液通过活性炭：硅藻土＝1:1的过滤装置，得到清液；
39.s5,将所述清液通过孔径为截留分子量100da的纳滤膜过滤浓缩至固含量30％，得到浓缩液。
40.s6，将所述浓缩液喷雾干燥，制得深度水解乳清蛋白粉；干燥的条件为：进风温度200℃，出风温度85℃，干燥至物料的含水量≤7％。
41.所述步骤s2为在酶解罐内进行生产，随着生产的进行，酶解罐料液的消耗；本实施例还包括补料步骤，向所述步骤s2中补充所述超细悬浮乳液和所述复合蛋白酶；其中复合蛋白酶的添加量为乳清分离蛋白的1％，同时补加适量水控制步骤s2中反应的底物浓度在4-6％。
42.经过分子量分布测试，所述深度水解乳清蛋白粉，水解蛋白中分子量为200～500da的寡肽的占比为66％；分子量为200～2000da的多肽的含量为97％。
43.经计算，深度水解的乳清蛋白粉的得率为90％，其中计算公式为：
44.得率＝反应后深度水解乳清蛋白的质量(w)/反应前原料的质量(w)
×
100％。
[0045][0046]
实施例2
[0047]
一种连续循环水解并精准筛选肽分子量的深度水解乳清蛋白的制备方法，参照图1，包括以下步骤：
[0048]
s1，配制乳清分离蛋白水溶液，加热处理使蛋白质变性后，降温并均质处理，得到超细悬浮乳液；其中，所述乳清分离蛋白水溶液的底物(乳清分离蛋白)固含量为6％，且乳清分离蛋白中乳糖含量≤1％；所述加热处理的条件为：加热温度为95℃，加热时间为5min；降温的条件为：温度为60℃；均质的条件：温度60℃，压力为22mpa；
[0049]
s2，向所述超细悬浮乳液中加入复合蛋白酶进行水解，其中所述复合蛋白酶由由质量比为3.5：2.5：1.2:0.5的中性蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶和风味蛋白酶组成，所述复合蛋白酶的含量为乳清分离蛋白的5％，得到水解液；水解条件为：自然ph值下维持60℃水解2h后开始过滤，水解过程中保持搅拌，搅拌转速为50rpm；
[0050]
s3，将所述水解溶液通过膜过滤系统进行过滤得到超滤液，过滤中产生的错流液回流至步骤s2中继续进行水解；所述膜过滤系统包括依次连接的陶瓷膜过滤系统和超滤膜系统；所述陶瓷膜过滤系统中，陶瓷膜的孔径为1～1.5μm，进膜压力0.8mpa，出膜压力0.2mpa，温度55℃；所述超滤膜过滤系统中，孔径为截留分子量2000da，进膜压力1.5mpa，出膜压力0.2mpa，温度55℃；
[0051]
s4，将s3中所得超滤液通过活性炭：硅藻土＝2:1的过滤装置，得到清液；
[0052]
s5,将所述清液通过孔径为截留分子量100da的纳滤膜过滤浓缩至固含量30％，得到浓缩液。
[0053]
s6，将所述乳清蛋白深度水解液喷雾干燥，制得深度水解的乳清蛋白粉；干燥的条件为：进风温度210℃，出风温度90℃，干燥至物料的含水量≤7％。
[0054]
所述步骤s2为在酶解罐内进行生产，随着生产的进行，酶解罐料液的消耗；本实施例还包括补料步骤，向所述步骤s2中补充所述超细悬浮乳液和所述复合蛋白酶；其中复合蛋白酶的添加量为乳清分离蛋白的1.5％，同时补加适量水控制步骤s2中反应的底物浓度在5-7％。
[0055]
本实施例的所述深度水解的乳清蛋白粉，分子量为200～500da的寡肽的含量为61％；分子量为200～2000da的多肽的含量为96％；产品得率为85％。
[0056]
实施例3
[0057]
一种连续循环水解并精准筛选肽分子量的深度水解乳清蛋白的制备方法，参照图1，包括以下步骤：
[0058]
s1，配制乳清分离蛋白水溶液，加热处理使蛋白质变性后，降温并均质处理，得到超细悬浮乳液；其中，所述乳清分离蛋白水溶液的底物(乳清分离蛋白)固含量为7％，且乳清分离蛋白中乳糖含量≤1％；所述加热处理的条件为：加热温度为70℃，加热时间为20min；降温的条件为：温度为50℃；均质的条件：温度50℃，压力为18mpa；
[0059]
s2，向所述超细悬浮乳液中加入复合蛋白酶进行水解，其中所述复合蛋白酶由质量比为2.5：1.5：0.8:0.5的中性蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶和风味蛋白酶组成，所述复合蛋白酶的含量为乳清分离蛋白的1％，得到水解液；水解条件为：自然ph值下维持50℃水解2h后开始过滤，水解过程中保持搅拌，搅拌转速为40rpm；
[0060]
s3，将所述水解溶液通过膜过滤系统进行过滤得到超滤液，过滤中产生的错流液回流至步骤s2中继续进行水解；所述膜过滤系统包括依次连接的陶瓷膜过滤系统和超滤膜系统；所述陶瓷膜过滤系统中，陶瓷膜的孔径为1～1.5μm，进膜压力0.5mpa，出膜压力0.05mpa，温度30℃；所述超滤膜过滤系统中，截留分子量为2000da，进膜压力0.5mpa，出膜压力0.05mpa，温度30℃；
[0061]
s4，将s3中所得超滤液通过活性炭：硅藻土＝2:0的过滤装置，得到清液；
[0062]
s5,将所述清液通过孔径为截留分子量150da的纳滤膜过滤浓缩至固含量25％，得到浓缩液。
[0063]
s6,将所述浓缩液制成深度水解乳清蛋白浓缩液，澄清且风味好，可直接加入液体饮料生产线中。
[0064]
所述步骤s2为在酶解罐内进行生产，随着生产的进行，酶解罐料液的消耗；本实施例还包括补料步骤，向所述步骤s2中补充所述超细悬浮乳液和所述复合蛋白酶；其中复合蛋白酶的添加量为乳清分离蛋白的2％，同时补加适量水控制步骤s2中反应的底物浓度在8～10％。
[0065]
本实施例的乳清蛋白深度水解液，分子量为200～500da的寡肽的含量为63％；分子量为200～2000da的多肽的含量为95％；产品得率为80％。
[0066]
对比例1
[0067]
一种连续循环水解并精准筛选肽分子量的深度水解乳清蛋白的制备方法，包括以下步骤：
[0068]
s1，配制乳清分离蛋白水溶液，加热处理使蛋白质变性后，降温并均质处理，得到
超细悬浮乳液；其中，所述乳清分离蛋白水溶液的底物(乳清分离蛋白)固含量为10％，且乳清分离蛋白中乳糖含量≤1％；所述加热处理的条件为：加热温度为80℃，加热时间为12min；降温的条件为：温度为55℃；均质的条件：温度55℃，压力为20mpa；
[0069]
s2，向所述超细悬浮乳液中加入复合蛋白酶进行水解，其中所述复合蛋白酶由质量比为3：2：1：0.5的酸性蛋白酶、木瓜蛋白酶、弹性蛋白酶和风味蛋白酶组成，所述复合蛋白酶的含量为乳清分离蛋白的3％，水解度达到40％后，得到水解溶液；水解条件为：自然ph值下维持55℃水解3h后开始过滤，水解过程中保持搅拌，搅拌转速为30rpm；
[0070]
s3，将所述水解溶液通过膜过滤系统进行过滤得到超滤液，过滤中产生的错流液回流至步骤s2中继续进行水解；所述陶瓷膜过滤系统中，陶瓷膜的孔径为1～1.5μm，进膜压力0.6mpa，出膜压力0.12mpa，温度45℃；所述超滤膜过滤系统中，截留分子量为2000da，进膜压力1mpa，出膜压力0.1mpa，温度40℃；
[0071]
s4，将s3中所得超滤液通过活性炭：硅藻土＝1:1的过滤装置，得到清液；
[0072]
s5,将所述清液通过孔径为截留分子量100da的纳滤膜过滤浓缩至固含量30％，得到浓缩液。
[0073]
s6，将所述浓缩液进行喷雾干燥，制得深度水解的乳清蛋白粉；干燥的条件为：进风温度200℃，出风温度85℃，干燥至物料的含水量≤7％。
[0074]
所述步骤s2为在酶解罐内进行生产，随着生产的进行，酶解罐料液的消耗；本实施例还包括补料步骤，向所述步骤s2中补充所述超细悬浮乳液和所述复合蛋白酶；其中复合蛋白酶的添加量为乳清分离蛋白的2％，同时补加适量水控制步骤s2中反应的底物浓度在8-10％。
[0075]
经过分子量分布测试，所述深度水解的乳清蛋白粉，分子量为200～500da的寡肽的含量为45％；分子量为200～2000da的多肽的含量为80％；深度水解的乳清蛋白粉的得率为70％。
[0076]
对比例2
[0077]
一种连续循环水解并精准筛选肽分子量的深度水解乳清蛋白的制备方法，包括以下步骤：
[0078]
s1，配制乳清分离蛋白水溶液，加热处理使蛋白质变性后，降温并均质处理，得到超细悬浮乳液；其中，所述乳清分离蛋白水溶液的底物(乳清分离蛋白)固含量为12％，且乳清分离蛋白中乳糖含量≤1％；所述加热处理的条件为：加热温度为80℃，加热时间为12min；降温的条件为：温度为55℃；均质的条件：温度55℃，压力为20mpa；
[0079]
s2，向所述超细悬浮乳液中加入复合蛋白酶进行水解，其中所述复合蛋白酶由由质量比为3：2：1：0.5的酸性蛋白酶、木瓜蛋白酶、弹性蛋白酶和风味蛋白酶组成，所述复合蛋白酶的含量为乳清分离蛋白的3％，水解度达到40％后，95℃下加热高温灭酶，得到水解溶液；
[0080]
s3，将所述水解溶液通过膜过滤系统进行过滤得到超滤液，过滤中产生的错流液回流至步骤s2中继续进行水解；所述陶瓷膜过滤系统中，陶瓷膜的孔径为1～1.5μm，进膜压力0.6mpa，出膜压力0.12mpa，温度45℃；所述超滤膜过滤系统中，截留分子量为2000da，进膜压力1mpa，出膜压力0.1mpa，温度40℃；
[0081]
s4，将s3中所得超滤液通过活性炭：硅藻土＝2:1的过滤装置，得到清液；
[0082]
s5,将所述清液通过孔径为截留分子量150da的纳滤膜过滤浓缩至固含量30％，得到浓缩液。
[0083]
s6，将所述浓缩液进行喷雾干燥，制得深度水解乳清蛋白粉；干燥的条件为：进风温度200℃，出风温度85℃，干燥至物料的含水量≤7％。
[0084]
所述步骤s2为在酶解罐内进行生产，随着生产的进行，酶解罐料液的消耗；本实施例还包括补料步骤，向所述步骤s2中补充所述超细悬浮乳液和所述复合蛋白酶；其中复合蛋白酶的添加量为乳清分离蛋白的1.5％，同时补加适量水控制步骤s2中反应的底物浓度在10-12％。
[0085]
经过分子量分布测试，所述深度水解的乳清蛋白粉，分子量为200～500da的寡肽的含量为30％；分子量为200～2000da的多肽的含量为82％；深度水解的乳清蛋白粉的得率为69％。
[0086]
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。