消化率提升的高谷氨酰胺含量的水解乳清蛋白粉及其制备的制作方法

1.本发明涉及消化率提升的高谷氨酰胺含量的水解乳清蛋白粉及其制备，属于食品加工领域。


背景技术：

2.水解乳清蛋白是乳清蛋白在加工过程中，被水解成了分子量更小的短链肽和氨基酸，相当于提前帮助人体消化蛋白质，因此，水解乳清蛋白的吸收速度相比于普通的乳清蛋白更快一些，氨基酸更快地进入血液，也就能更快地帮助健身人体合成肌肉，日益受到消费者的青睐。
3.谷氨酰胺是谷氨酸的酰胺，是蛋白质合成中的编码氨基酸，同时它也是肌肉中最丰富的游离氨基酸，占人体游离氨基酸总量的60％。虽然谷氨酰胺不是哺乳动物的必需氨基酸，可在人体内可由谷氨酸、缬氨酸、异亮氨酸合成而来，也可通过食物摄取，但是它对肌肉强度、体力和人体破损组织修复却有着非常重要的作用。尤其当人体因为剧烈运动、疾病或受伤时，可能无法及时自行合成足够的谷氨酰胺，这时就需要额外补充谷氨酰胺。当今，谷氨酰胺作为一种重要的营养补剂，正在被越来越多的运动员和健身爱好者所推崇和使用。
4.然而现有的水解乳清蛋白存在的问题是：普通的水解乳清蛋白中谷氨酰胺的含量较低，不足以满足人们的健康需求及运动健身人群的诉求。导致该上述问题的主要原因为：普通的乳清蛋白中谷氨酰胺的含量较低，简单对其水解，并不能提高谷氨酰胺的含量。cn201510211606.4披露了一种从谷氨酰胺发酵液中分离提取谷氨酰胺的方法，但是该专利仍有以下问题：采用谷氨酸棒杆菌或黄色短杆菌发酵制备谷氨酰胺，但是发酵长达48小时，生产周期长，效率低；发酵后需要对发酵液进行过滤、去除菌体，仅仅通过镜检过滤液，观察视野中有无菌体，难以确保菌体彻底去除。


技术实现要素：

5.[技术问题]
[0006]
本发明要解决的技术问题是现有水解乳清蛋白中谷氨酰胺的含量较低。
[0007]
[技术方案]
[0008]
本发明提供一种制备消化率提升、高谷氨酰胺含量的水解乳清蛋白粉的方法，所述水解乳清蛋白粉的消化率不低于88％，谷氨酰胺含量不低于23％。所述消化率是指被消化的蛋白质的量占总蛋白质量(被消化和未被消化的蛋白之和)的百分比。
[0009]
所述方法主要包括以下步骤：
[0010]
(1)将乳清蛋白加水至15％-25％(w/v)浓度，搅拌使乳清蛋白溶解，通过300-500mpa的超高压条件对乳清蛋白溶液进行预处理30-50min，向经过超高压预处理后的乳清蛋白溶液中添加0.1-0.2％(w/v)的蛋白内切酶，在50-70℃、ph 7-8下水解2-3h；
[0011]
(2)向水解液中添加0.2-0.3％(w/v)的tg酶，在50-60℃交联反应30-40min；
[0012]
(3)将步骤(2)所得反应液使用20-30kda的超滤膜，在5-10℃、1-3bar的压力下进行超滤，截留得到的大分子即为富含谷氨酰胺的蛋白质；
[0013]
(4)将步骤(3)截留得到的蛋白质溶解于去离子水中，得到浓度为18％-20％的蛋白质溶液，调节ph为5-6，添加蛋白外切酶和风味蛋白酶，于45-55℃下酶解1-2h；蛋白外切酶、风味蛋白酶的添加的质量比例为1：(1-3)，且其添加总量为当前蛋白质溶液中蛋白质质量的0.1-0.2％；
[0014]
(5)将步骤(4)得到的酶解液进行喷雾干燥，得到水解乳清蛋白粉。
[0015]
[有益效果]
[0016]
(1)采用高压对乳清蛋白进行预处理，促进其展开三维结构，内部基团暴露，增加水解酶的结合位点，提高了乳清蛋白的酶解效率，从而提高后续tg酶的交联效率。
[0017]
(2)使用tg酶对蛋白内切酶酶解液中的小分子蛋白和肽进行交联，具体是催化蛋白质分子中赖氨酸残基上的ε-氨基和谷氨酰胺残基上的γ-羟酰胺基之间发生结合反应，使蛋白质分子内和分子间形成ε-(γ-谷氨酰基)赖氨酸肽键，交联出含有谷氨酰胺的大分子量蛋白质，再通过超滤提高浓度，有助于其富集。
[0018]
(3)使用低温超滤，富集出高纯度的谷氨酰胺，添加蛋白外切酶和风味蛋白酶，从蛋白质的两端开始水解，将大分子蛋白质水解成小分子蛋白，尽量低程度地产生苦味因子，保证了良好风味。最后加热灭酶，喷雾干燥，即得高谷氨酰胺含量、消化率提升的水解乳清蛋白粉。
附图说明
[0019]
图1为本发明工艺流程图。
[0020]
图2为本发明实施例1制备得到的水解乳清蛋白wpi分子量分布图。
具体实施方式
[0021]
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。
[0022]
下述实施例所用的蛋白内切酶为protease n“amano”g，购自日本天野公司，比活力100000u/g；所用的tg酶为链轮丝菌来源，购自于诺维信，比活力是120u/g；禽类肉中提取的蛋白外切酶500mg，购自于购自于诺维信，酶活力是800u/g；米曲发酵来源的风味蛋白酶，活力为1500u/g，购自于索莱宝公司。
[0023]
实施例1
[0024]
(1)搅拌溶解5l 20％(w/v，即质量比体积g/100ml，下同)wpi溶液，通过400mpa超高压处理30min，促使乳清蛋白三级结构展开。将乳清蛋白溶液ph调整为7，加热到55℃，加入5g的蛋白内切酶(1000u/g)，充分溶解后，于50℃水解2.5h，得到一次水解液。
[0025]
(2)在一次水解液中加入10g的tg酶(120u/g)，保持温度为55℃，交联35min，得到交联的富含谷氨酰胺的大分子量蛋白质。
[0026]
(3)使用20kda的超滤膜，在10℃，2.5bar的压力下，截留大分子富含谷氨酰胺的蛋白质。
[0027]
(4)将截留下的大分子蛋白质，重新溶解于去离子水后，得到18％浓度的蛋白溶
液，调ph 7，加入3g蛋白外切酶和3g风味蛋白酶，在温度为45℃的条件下进行二次酶解1.5h。
[0028]
(5)将二次的酶解液进行喷雾干燥，料液进料时的温度为20℃，热风进风温度为180℃，出风温度为70℃，雾化压力4.1bar。
[0029]
采用凝胶排阻色谱法测定二次酶解后水解乳清蛋白的分子量，色谱柱为tsk-gel g2000sw
×
l(300mm
×
78mm,粒度5μm)，流动相为：乙腈-水-三氟乙酸(10∶90∶5)紫外检测器于214nm测定。水解乳清蛋白wpi分子量分布图如图2所示，主要组分小于20kda。
[0030]
实施例2
[0031]
(1)搅拌溶解6l 25％wpi溶液，确保完全溶解后，采用450mpa超高压处理30min，促使乳清蛋白三级结构展开。将乳清蛋白溶液ph调整为8，加热到60℃，加入12g的蛋白内切酶(1000u/g)，充分溶解后，于45℃水解2h，得到一次酶解液。
[0032]
(2)在一次酶解液中加入18g的tg酶(120u/g)，保持60℃，交联40min，得到交联的富含谷氨酰胺的大分子量蛋白质。
[0033]
(3)使用30kda的超滤膜，在5℃，3bar的压力下，截留大分子富含谷氨酰胺的蛋白质。
[0034]
(4)将截留下的大分子蛋白质重新溶解后，调ph为6，加入3g蛋白外切酶和9g风味蛋白酶，在温度为55℃的条件下进行二次酶解1h。
[0035]
(5)将二次酶解液进行喷雾干燥，料液进料时的温度为25℃，热风进风温度为175℃，出风温度为85℃，雾化压力3.5bar。
[0036]
对比例1
[0037]
制备方法同实施例2，区别在于不经二次酶解，具体步骤如下：
[0038]
(1)搅拌溶解6l 25％wpi溶液，确保完全溶解后，采用450mpa超高压处理30min，促使乳清蛋白三级结构展开。将乳清蛋白溶液ph调整为8，加热到60℃，加入12g的蛋白内切酶(1000u/g)，充分溶解后，于50℃水解2h，得到一次酶解液。
[0039]
(2)在一次酶解液中加入18g的tg酶(120u/g)，保持60℃，交联40min，得到交联的富含谷氨酰胺的大分子量蛋白质。
[0040]
(3)使用30kda的超滤膜，在5℃，3bar的压力下，截留大分子富含谷氨酰胺的蛋白质。
[0041]
(4)将截留下的大分子蛋白质重新溶解后，进行喷雾干燥，料液进料时的温度为25℃，热风进风温度为175℃，出风温度为85℃，雾化压力3.5bar。
[0042]
对比例2
[0043]
制备方法同实施例2，区别在于不经tg酶交联，具体步骤如下：
[0044]
(1)搅拌溶解6l 25％wpi溶液，确保完全溶解后，采用450mpa超高压处理30min，促使乳清蛋白三级结构展开。将乳清蛋白溶液ph调整为8，加热到60℃，加入12g的蛋白内切酶(1000u/g)，充分溶解后，于45℃水解2h，得到一次酶解液。
[0045]
(2)调一次酶解液ph为6，加入3g蛋白外切酶和9g风味蛋白酶，在温度为55℃的条件下酶解1h。
[0046]
(3)将酶解液进行喷雾干燥，料液进料时的温度为25℃，热风进风温度为175℃，出风温度为85℃，雾化压力3.5bar。
[0047]
对比例3
[0048]
制备方法同实施例1，区别在于不采用超高压处理，具体步骤如下：
[0049]
(1)搅拌溶解5l 20％wpi溶液，不进行高压处理，将乳清蛋白溶液ph调整为7，加热到55℃，加入5g的蛋白内切酶(1000u/g)，充分溶解后，于50℃水解2.5h，得到一次水解液。
[0050]
(2)在一次水解液中加入10g的tg酶(120u/g)，保持温度为55℃，交联35min，得到交联的富含谷氨酰胺的大分子量蛋白质。
[0051]
(3)使用20kda的超滤膜，在10℃，2.5bar的压力下，截留大分子富含谷氨酰胺的蛋白质。
[0052]
(4)将截留下的大分子蛋白质，重新溶解于去离子水后，得到18％浓度的蛋白溶液，调ph 7，加入3g蛋白外切酶和3g风味蛋白酶，在温度为45℃的条件下进行二次酶解1.5h。
[0053]
(5)将二次的酶解液进行喷雾干燥，料液进料时的温度为20℃，热风进风温度为180℃，出风温度为70℃，雾化压力4.1bar。
[0054]
对比例4
[0055]
制备方法同实施例1，区别在于不使用风味蛋白酶，具体步骤如下：
[0056]
(1)搅拌溶解5l 20％wpi溶液，不进行高压处理，将乳清蛋白溶液ph调整为7，加热到55℃，加入5g的蛋白内切酶(1000u/g)，充分溶解后，于50℃水解2.5h，得到一次水解液。
[0057]
(2)在一次水解液中加入10g的tg酶(120u/g)，保持温度为55℃，交联35min，得到交联的富含谷氨酰胺的大分子量蛋白质。
[0058]
(3)使用20kda的超滤膜，在10℃，2.5bar的压力下，截留大分子富含谷氨酰胺的蛋白质。
[0059]
(4)将截留下的大分子蛋白质，重新溶解于去离子水后，得到18％浓度的蛋白溶液，调ph 7，仅加入3g蛋白外切酶，在温度为45℃的条件下进行二次酶解1.5h。
[0060]
(5)将二次的酶解液进行喷雾干燥，料液进料时的温度为20℃，热风进风温度为180℃，出风温度为70℃，雾化压力4.1bar。
[0061]
采用高效液相色谱法检测实施例及对比例得到的水解乳清蛋白wpi中谷氨酰胺的含量。色谱柱为氨基柱，流动相为：0.05mol/l的磷酸二氢钾(取磷酸二氢钾6.8g，加水至1000ml，用磷酸调节ph值为4.0):乙腈＝70:30，检测波长为215nm。测试结果见表1。
[0062]
表1实施例及对比例谷氨酰胺含量
[0063][0064]
通过表1可以发现，实施例1、实施例2以及对比例1制备得到的水解乳清蛋白中谷
氨酰胺含量约为对比例2的两倍，产品中谷氨酰胺含量得到显著性提高。通过tg酶交联的手段，催化蛋白质分子中赖氨酸残基上的ε-氨基和谷氨酰胺残基上的γ-羟酰胺基之间发生结合反应，使蛋白质分子内和分子间形成ε-(γ-谷氨酰基)赖氨酸肽键，在通过超滤分离，有效富集了富含谷氨酰胺的乳清蛋白。
[0065]
同时可以发现，对比例1中采用了tg酶交联处理，但是不采用高压处理，乳球蛋白仍可以保持球型的三级结构，tg酶的结合位点埋藏在结构内部，降低其交联效率，因此只能对谷氨酰胺的含量有少量提升。
[0066]
将实施例、对比例以制得的水解乳清蛋白以及乳清蛋白原料分别用蒸馏水配制成100ml蛋白含量为2％的乳液，于45℃水浴中预热30min，冷却至室温后用1mol/lhcl调ph为2，以e/s＝1000u/g加入胃蛋白酶，混匀后于37℃恒温摇床上消化2h，结束后用1mol/l naoh调节其ph为7。以e/s＝1000u/g加入胰蛋白酶，并加入0.05g胰凝乳蛋白酶和0.02g肽酶，混匀后继续于37℃恒温摇床上消化4h，结束后在沸水浴中加热使酶失活。取10ml乳样消化液于50ml离心管中，向其中加入等体积10％的三氯乙酸溶液沉淀蛋白，14000r/min离心20min，收集上清液，用凯氏定氮法测定其中氮的含量，通过蛋白含量计算消化率(消化率＝被消化的蛋白质量
÷
(被消化的蛋白质量 未被消化的蛋白质量)
×
100％)。测试结果见表2。
[0067]
表2实施例及对比例消化率
[0068][0069]
通过表2的数据可以发现，相比于乳清蛋白原料，实施例1、实施例2以及对比例2的体外总消化率均有25％以上的提升，而未经二次酶解的对比例1的消化率则在80％以下。可以看出本发明中二次酶解所用的蛋白外切酶和风味蛋白酶对乳清蛋白有较好的复合酶解效果，通过二次酶解，蛋白分子量进一步降低，有利于消化速率的提升，这也更有利于机体的快速消化和吸收。
[0070]
评价小组由16名专业感官评定人员(男、女各8名，年龄为28～35岁)组成。对实施例1、实施例2和对比例4进行感官评定，未水解的乳清蛋白作为对照组，均配成质量浓度为50mg/ml的溶液。用去离子水对样品溶液进行1∶1梯度稀释，将稀释的样品溶液和两个空白组随机编号呈现给感官评价小组。将样品由低浓度到高浓度的顺序提供给评价小组。风味稀释值(td)表示能够分辨出样品和空白组苦味之间差异的最大稀释值。td值越大，说明苦味稀释值越大。
[0071]
表3实施例及对比例消化率
[0072][0073][0074]
通过表3可以看出，对比例4在第二次水解中没有添加风味蛋白酶，其td值要远远大于实施例和对照组，是实施例的4倍多，因此，二次水解过程中的风味蛋白酶对于最终产品苦味的降低至关重要。
[0075]
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。