一种快速高效制备改性蛋清粉的方法及其应用

1.本发明涉及一种快速高效制备改性蛋清粉的方法，属于食品加工技术领域。


背景技术：

2.鸡蛋蛋清蛋白是一种全价蛋白，因其丰富的营养以及功能特性，是食品工业中极为重要的食品配料，广泛应用于婴儿食品、肉类、面制品、糖果和烘焙产品。鲜蛋和液蛋具有良好的功能性质，但是需要冷藏和冷链运输，储藏和运输成本较高。由于蛋清中含水量高达88％左右，以蛋清为原料经喷雾干燥而制成的蛋清粉，具有体积小、保质期长、可以常温储藏与运输，大大降低了储藏与运输成本，因而目前在食品工业中得到广泛应用。然而蛋清粉经过喷雾干燥由于蛋白部分变性会引起其原本功能性质的下降，使其在食品工业中的应用受到一定限制。因此，通过一定的处理对蛋清粉进行改性，使其功能特性得到改善对于蛋清粉的实际应用具有重要意义。
3.目前的对蛋白的改性方法通常有物理、化学、生化等手段，包括酶法、超声、辐照、高压、磷酸化、糖基化等。专利cn104839760a提供了一种酶解和磷酸化改性协同制备蛋清粉的工艺方法，通过鸡蛋液恒温酶解、灭酶处理、酶解液离心过滤、磷酸化、tca沉淀等步骤，制备了一种腥味小，溶解性、发泡性和乳化性均良好的蛋清粉。但是酶法改性以及一些化学改性并不是很安全，且操作较为繁杂。物理改性法例如高压、超声、微波等，改性效果不明显，成本较高。而糖基化改性由于绿色、安全、经济等优点已经被公认为较安全的改性手段。但传统的蛋清粉多糖糖基化反应通常需要在一定的温度下维持一段较长的反应时间，反应耗时长、能耗大、成本高，因此开发快速高效制备改性蛋清粉的方法，有利于缩短反应时间、加快反应速率、降低成本、节约资源。专利cn103387612a公开了一种快速糖基化修饰蛋清蛋白的方法，按蛋白：葡萄糖质量比1:1加入葡萄糖，调节ph 8.0，喷雾干燥后在微波场中反应，通过控制微波时间以及微波功率得到具有高抗氧化性及功能性的蛋白产品，微波功率和微波时间可为640w和25min。但此方法的加糖量过多，葡萄糖与蛋清蛋白的反应过于剧烈，产物性质较难控制，且对设备要求较高，推广应用受到限制。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对蛋清粉现有的问题，提供了一种快速高效制备改性蛋清粉的方法。采用低聚糖作为糖基化反应的供体糖，低聚糖具有适宜的分子量以及空间位阻，与常用于蛋清粉糖基化改性的多糖类物质相比，低聚糖具有反应快速，效率高的优势，而相对于更小分子量的单糖类物质，低聚糖与蛋清粉的糖基化反应温和可控，产物不易褐变，安全性高。因而选用低聚糖作为糖基化反应的供体糖，可以有效提高蛋清粉改性效率，缩短反应时间。不同糖的糖基化反应速率也不同，本发明选用的五碳低聚糖——低聚木糖作为供体糖，反应速率是六碳糖的10倍。此外，本发明采用干热法实现对蛋清粉的快速高效改性，制得的改性蛋清粉具有良好的凝胶性、乳化性和抗氧化性。该方法对蛋清粉的改性简单、快速、高效、可控，改性产物性质优良，具备工艺化应用的潜力。
5.本发明的第一个目的是提供一种快速高效制备改性蛋清粉的方法，包括以下步骤：
6.(1)溶解：将蛋清粉和供体糖分别以相同的比例溶解于磷酸盐缓冲溶液，冷藏过夜水合；
7.(2)混合：将步骤(1)中蛋白和糖溶液以一定的质量比混合均匀；
8.(3)调节ph：将步骤(2)中混合溶液调节ph至特定范围；
9.(4)离心：将步骤(3)中溶液进行离心处理；
10.(5)干燥：将步骤(4)中取得的上清液干燥成粉末，并研磨均匀；
11.(6)反应：将步骤(5)中得到的蛋白和糖的混合粉末静置反应，反应后低温保藏。
12.在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中的供体糖为低聚木糖。
13.在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中溶解后的蛋清蛋白和糖的浓度为200-300g/l。
14.在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中的低聚木糖溶液和蛋白溶液的质量比为1:2-1:32。
15.在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中ph调节为6-8；进一步优选为ph 7.0。
16.在本发明的一种实施方式中，步骤(4)中离心条件为：6000-7000rpm，40-45min。
17.在本发明的一种实施方式中，步骤(5)中采用真空冷冻干燥的方式干燥，先将混合溶液在-40℃的冰箱放置10-15h冻结，再冷冻干燥2-3天；冻干粉末经过研磨后，过筛。
18.在本发明的一种实施方式中，步骤(6)中恒温恒湿箱设定的温度为50-70℃，相对湿度为75-85％，反应时间为30-120min。
19.在本发明的一种实施方式中，步骤(6)的更优工艺为：温度为60℃，相对湿度为79％，反应时间为90min。
20.本发明的第二个目的是利用本发明的方法快速高效制备得到具有优良特性的改性蛋清粉。
21.本发明的第三个目的是提供一种快速高效改性蛋清粉末在功能食品、保健食品、方便食品的应用。
22.本发明的有益效果：
23.(1)本发明采用功能性低聚糖对蛋清粉改性，可以使改性反应快速高效的同时安全可控。相较于单糖和二糖，具有更高的分子量，不容易引起蛋白的褐变，相较于多糖，具有良好的水溶性和低粘度，不易引起相分离，因而反应快速高效，同时安全可控。
24.(2)本发明采用的低聚木糖，具有良好的耐热耐酸性，并且具有独特的生理功能，例如：调节菌群结构、增殖有益菌群；降低龋齿发生率；增加排便防治便秘；调节血脂和胆固醇代谢，可扩展蛋清粉的应用领域。
25.(3)本发明采用干热糖基化的方式对蛋清粉进行改性，方法简便易操作，对设备要求低，不需要添加额外的催化剂，绿色安全经济，反应时间可以短至90min内，较传统蛋清粉改性反应以数天或数周记的反应时间大大缩短，可极大的提高效率，节省能耗，降低成本。
26.(4)本发明制备的低聚木糖改性蛋清粉，较原蛋清粉具有显著提高的凝胶性、乳化性和抗氧化性等功能性质，使蛋清粉的利用价值大大提升。
附图说明
27.图1为本发明中快速高效制备改性蛋清粉的方法流程图。
28.图2为权利要求1中步骤(1)中的低聚木糖的分子量分布。
具体实施方式
29.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。
30.测试方法：
31.接枝度：采用opa法测定接枝度。将80mg opa溶解在2ml无水乙醇中避光溶解，并依次加入50ml10mmol/l四硼酸钠缓冲液、5ml质量分数20％sds溶液以及200μlβ巯基乙醇，充分混匀后用去离子水稀释至100ml配成opa试剂。将200μl待测样品溶液(2mg/ml)与4ml opa试剂在室温下反应5min，然后测定其在340nm波长处的紫外吸光度，以原蛋清粉样品作为对照，接枝度(dg)的计算公式如下(1)：
[0032][0033]
式中：a0为对照样的吸光度；ac为样品的吸光度。
[0034]
褐变程度：用磷酸盐缓冲溶液(0.1m，ph 7.4)将样品溶解至1％(w/v)，然后以2000
×
g离心12min取上清，用紫外分光光度计在420nm处测定吸光值，以吸光值表征产物褐变程度。
[0035]
凝胶强度：将样品用去离子水溶解至蛋白质溶度为12％，并用naoh或hcl调节至ph 7.0，然后在90℃的水浴锅中加热30min，取出冷却后，取出凝胶，切成大小相同的块状样品。用质构仪测定上述凝胶的质构，选取的探头为直径36mm的圆柱探头(p36r)，以下压过程的最大应力来表征样品的硬度。主要参数设定为：测前、测后、测定速度为2mm/s，压缩变形量为50％。
[0036]
乳化性：乳化活性(eai)和乳化稳定性(esi)通过比浊法测定。用去离子水将样品溶解至蛋白质浓度为1mg/ml，并用naoh或hcl调节至ph 7.0。通过高速剪切机在室温下以11000r/min的转速将15ml样品溶液与5ml玉米油乳化1min。均质化后，立即(0min)和第10min时分别从管底吸取100μl乳液转移至5ml 0.1％sds溶液中。在500nm处测定溶液的浊度，以sds溶液作为空白。eai和esi通过下列公式(2)(3)计算：
[0037][0038][0039]
式中：t为2.303；n为稀释倍数(50)；c为蛋白质质量浓度/(g/ml)；l为比色池光径(1cm)；φ为体系中油相所占的体积分数(0.25)；a0是0min时的吸光值；a
10
是10min时的吸光值；
△
t为10min。
[0040]
抗氧化性：采用abts自由基清除率来表征样品的抗氧化性。配制7mm abts溶液和2.45mm过硫酸钾溶液，将两者等体积混合制成abts工作液，室温避光存放12-16h，样品分析前，使用磷酸盐缓冲溶液(0.1m，ph 7.4)稀释abts工作液，至其吸光度为0.70
±
0.02，取2ml样品加入2ml abts，混匀，室温反应18min，测定其在734nm下的吸光值，磷酸盐缓冲溶液替
代样品作为对照样。abts自由基清除活性通过以下公式(4)计算：
[0041][0042]
式中：ac为对照品的吸光值；as为样品的吸光值。
[0043]
实施例1改性蛋清粉的方法
[0044]
一种快速高效制备改性蛋清粉的方法，主要步骤如下：
[0045]
(1)溶解：将蛋清粉和低聚木糖粉分别溶解于磷酸盐缓冲溶液中(pb，20mm，ph 7.0)，至溶液的浓度为200g/l，在磁力搅拌器上充分溶解后，放在4℃下过夜水合。
[0046]
(2)混合：将蛋白和低聚木糖溶液以2:1的质量比混合均匀，得到蛋白和低聚木糖的混合液。
[0047]
(3)调节ph：用1mol/l的盐酸调节混合溶液的ph至7.0。
[0048]
(4)离心：将上述混合溶液于4℃下以6500rpm离心40min，得到上清液；
[0049]
(5)干燥：将离心后的上清液倒入玻璃平皿中，在-40℃下冻结12h，放入真空干燥机中冻干50h，冻干结束后，取出粉块，研磨后过筛，得到低聚木糖-蛋清粉。
[0050]
(6)反应：将冻干的低聚木糖-蛋清粉置于温度为60℃、相对湿度为79％的恒温恒湿箱中反应90min，取出后放置在-4℃下停止反应，得到低聚木糖改性蛋清粉。
[0051]
经过测试发现，最终得到的低聚木糖改性蛋清粉的接枝度为46.6％，改性蛋清粉的凝胶强度为3500g，是改性前原蛋清粉的2.41倍；乳化活性为101.27m2/g，乳化稳定性为19.08min，分别是改性前的1.62倍和1.87倍；abts自由基清除率是95％，是改性前的2.1倍。
[0052]
实施例2改性蛋清粉的方法
[0053]
一种快速高效制备改性蛋清粉的方法，主要步骤如下：
[0054]
(1)溶解：将蛋清粉和低聚木糖粉分别溶解于磷酸盐缓冲溶液中(pb，20mm，ph 7.0)，至溶液的浓度为230g/l，在磁力搅拌器上充分溶解后，放在4℃下过夜水合。
[0055]
(2)混合：将蛋白和低聚木糖溶液以8:1的质量比混合均匀，得到蛋白和低聚木糖的混合溶液。
[0056]
(2)调节ph：用1mol/l的盐酸调节混合溶液的ph至7.0。
[0057]
(4)离心：将上述混合溶液于4℃下以6000rpm离心45min，得到上清液；
[0058]
(5)干燥：将离心后的上清液倒入玻璃平皿中，在-40℃下冻结15h，放入真空干燥机中冻干65h，冻干结束后，取出粉块，粉碎后过筛，得到低聚木糖-蛋清粉。
[0059]
(6)反应：将冻干的低聚木糖-蛋清粉置于温度为60℃、相对湿度为79％的恒温恒湿箱反应60min，取出后放置在-18℃下停止反应，得到低聚木糖改性蛋清粉。
[0060]
经过测试发现，最终得到的低聚木糖改性蛋白粉的接枝度为22.3％；改性蛋清粉的凝胶强度为3067g，是改性前原蛋清粉的2.11倍；乳化活性为87.42m2/g，乳化稳定性为15.22min，分别是改性前的1.31倍和1.43倍；abts自由基清除率是84％，是改性前的1.87倍。低聚木糖改性后的蛋清粉的功能性质有明显的提升，其中对于凝胶性和抗氧化性的改善效果尤为明显。
[0061]
实施例3：蛋清与低聚木糖质量比的影响
[0062]
参照实施例1中的步骤(2)的蛋白和低聚木糖溶液混合：以不同的质量比进行混合，其它条件同实施例1，得到的数据见表1。
[0063]
表1不同低聚木糖浓度对改性蛋清粉的的影响
[0064][0065]
由表1可知，在反应相同的时间时，低聚糖的添加量与改性反应程度及改性蛋清粉性质密切相关：低聚木糖添加量越少，接枝度越低，改性蛋清粉功能特性改善效果也相对较低；低聚木糖添加量越多，改性蛋清粉凝胶性、乳化性及抗氧化性等功能性质改善效果越好，但是相应褐变程度也较高，改性蛋清粉的颜色也较深，可接受性变差。因此改性反应时低聚木糖的添加量需控制一定的范围。
[0066]
实施例4：反应时间的影响
[0067]
参照实施例2中步骤(6)中的恒温恒湿箱反应：采用不同的反应时间进行处理，其它条件同实施例2，得到的数据见表2。
[0068]
表2不同反应时间对改性蛋清粉的影响
[0069][0070]
由表2可知，在相同的蛋清粉与低聚木糖的质量比时，反应时间的延长会使接枝度接近饱和，糖基化反应会向下一阶段进一步进行，导致改性蛋清粉褐变程度增加，而功能特性却没有进一步的增加，使得改性蛋清粉的可接受性变差，由此说明反应时间是本方法中需要严格控制的反应条件。
[0071]
实施例5：磷酸盐缓冲溶液的影响
[0072]
参照实施例1中的步骤(1)的蛋清粉和低聚木糖溶解：分别采用水和磷酸盐缓冲溶液对蛋清粉和低聚木糖进行溶解，其它条件同实施例1，得到的数据见表3。
[0073]
表3有无磷酸盐缓冲溶对改性蛋清粉的的影响
[0074]
[0075]
由表3可知，磷酸盐的存在对于蛋清蛋白-低聚木糖的糖基化反应有促进作用，可以加速反应。
[0076]
实施例6：ph的影响
[0077]
参考实施例1中的步骤(1)和(3)的磷酸盐缓冲溶液的ph和调节ph：将磷酸盐缓冲溶液的ph和调节的ph分别同步设置为6.0、7.0和8.0。其它条件同实施例1，得到的数据见表4。
[0078]
表4反应ph对改性蛋清粉的的影响
[0079][0080]
由表4可知，适当的ph范围有助于提高改性蛋清粉的功能特性，ph8.0时改性蛋清粉的凝胶强度与抗氧化性更好，但乳化性较ph7.0时有所下降，且改性蛋清粉褐变程度有所提高，因而可根据对改性蛋清粉功能特性的具体要求选择适宜的ph。
[0081]
实施例7：温度的影响
[0082]
参照实施例1中的步骤(6)中的恒温恒湿箱反应：采用不同的反应温度进行处理，其它条件同实施例1，得到的数据见表5。
[0083]
表5反应温度对改性蛋清粉的的影响
[0084][0085]
由表5可知，该方法对于反应温度较敏感，反应温度过低时，改性反应不充分，对蛋清粉的改性效果有限，但反应温度过高，糖基化反应过于剧烈，糖基化反应会向下一阶段进一步进行，导致改性蛋清粉褐变程度增加，而功能特性却没有进一步的增加，使得改性蛋清粉的可接受性变差，由此说明反应温度是本方法中需要严格控制的反应条件。
[0086]
实施例8：相对湿度的影响
[0087]
参照实施例1中的步骤(6)中的恒温恒湿箱反应：采用不同的相对湿度进行处理，其它条件同实施例1，得到的数据见表6。
[0088]
表6相对湿度对改性蛋清粉的的影响
[0089]
[0090][0091]
由表6可知，适当的相对湿度范围有助于提高改性蛋清粉的功能特性，相对湿度85％时改性蛋清粉的凝胶强度更好，但乳化性和抗氧化性较相对湿度79％时有所下降，因而可根据对改性蛋清粉功能特性的具体要求选择适宜的相对湿度。
[0092]
实施例9改性蛋清粉的的应用
[0093]
对权利要求2制得的改性蛋清粉，作为部分替代蛋白粉按25％添加比例，加入现有原有蛋清粉中，得到的数据见表7。
[0094]
表7改性蛋清粉25％替代对原蛋清粉的影响
[0095][0096]
由表7中数据可知，将改性蛋清粉按照25％的替代比例加入原蛋清粉后，可显著改善原蛋清粉的凝胶性能及乳化性能。
[0097]
对照例1
[0098]
省略实施例1中步骤(2)加低聚木糖混合和步骤(6)的反应处理，其它和实施例1保持一致。
[0099]
对照例2
[0100]
省略实施例1中步骤(2)加低聚木糖混合，其它和实施例1保持一致。
[0101]
对照例3
[0102]
省略实施例1中步骤(6)的反应处理，其它和实施例1保持一致。
[0103]
对照例4
[0104]
省略实施例2中步骤(6)的反应处理，其它和实施例2保持一致。
[0105]
将对照例1-4进行性能测试，测试结果见表8：
[0106]
表8对照例1-4的测试结果
[0107]
[0108][0109]
注：省略加糖这个步骤，接枝度无法给出。
[0110]
由表8可知，不添加低聚木糖，或虽然添加低聚木糖但不进行加热处理，所得蛋清粉样品的凝胶硬度、乳化性和抗氧化性均远低于本法制备的改性蛋清粉。
[0111]
对照例5
[0112]
将实施例2中步骤(1)的低聚木糖换成葡萄糖，其它和实施例2保持一致。
[0113]
对照例6
[0114]
将实施例2中步骤(1)的低聚木糖换成木糖，其它和实施例2保持一致。
[0115]
对照例7
[0116]
将实施例2中步骤(1)的低聚木糖换成麦芽糊精，其它和实施例2保持一致。
[0117]
对照例8
[0118]
将实施例2中步骤(1)的低聚木糖换成低聚异麦芽糖，其它和实施例2保持一致。
[0119]
对照例9
[0120]
将实施例2中步骤(1)的低聚木糖换成低聚果糖，其它和实施例2保持一致。
[0121]
对照例10
[0122]
将实施例2中步骤(1)的低聚木糖换成低聚半乳糖，其它和实施例2保持一致。
[0123]
对照例11
[0124]
将实施例2中步骤(1)的低聚木糖换成葡聚糖，其它和实施例2保持一致。
[0125]
对照例12
[0126]
将实施例2中步骤(1)的低聚木糖换成葡萄糖，步骤(6)的反应时间改成1天，其它和实施例2保持一致。
[0127]
对照例13
[0128]
将实施例2中步骤(1)的低聚木糖换成麦芽糊精，步骤(6)的反应时间改成3天，其它和实施例2保持一致。
[0129]
对照例14
[0130]
将实施例2中步骤(1)的低聚木糖换成葡聚糖，步骤(2)的糖与蛋白的比例换成1:1，步骤(6)的反应时间改成3天，其它和实施例2保持一致。
[0131]
将对照例5-14进行性能测试，测试结果见表9：
[0132]
表9对照例5-14的测试结果
[0133][0134]
由表9中对照例5-11的结果可知，采用其它常见糖作为改性蛋清粉的供体糖时，所得蛋清粉样品的凝胶硬度、乳化性和抗氧化性均远低于本法制备的改性蛋清粉。由对照例12-14结果可知，采用传统糖基化改性蛋清粉的制备方法，虽然制得的改性蛋清粉功能特性较原蛋清粉有所改善，但与本法制备的改性蛋清粉相比仍有差距，且反应时间较长，均以天计算，远长于本法所需反应时间。
[0135]
对照例15
[0136]
将实施例1中步骤(2)的蛋白和低聚木糖溶液的质量比换成1:1，其它和实施例1保持一致。
[0137]
对照例16
[0138]
将实施例1中步骤(1)和(3)的磷酸盐缓冲溶液的ph和调节ph为3.0，其它和实施例1保持一致。
[0139]
对照例17
[0140]
将实施例1中步骤(6)中的反应时间改成5h，其它和实施例1保持一致。
[0141]
对照例18
[0142]
将实施例1中步骤(6)中的反应温度改成90℃，其它和实施例1保持一致。
[0143]
对照例19
[0144]
将实施例1中步骤(6)中的反应时的相对湿度改成90％，其它和实施例1保持一致。将对照例15-19进行性能测试，测试结果见表10：
[0145]
表10对照例15-19的测试结果
[0146][0147]
由表10中结果可知，在超出本法所述的反应条件范围时，制得的改性蛋清粉的功能特性均较本法有所下降。
[0148]
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。