玉米蛋白粉的酶解工艺以及酶解液在增鲜调味中的用途的制作方法

1.本发明属于生物技术领域，具体涉及玉米蛋白粉的酶解工艺以及酶解液在增鲜调味中的用途。


背景技术：

2.玉米蛋白粉是湿法生产玉米淀粉的主要副产物，玉米蛋白粉约含有 62%~74%的蛋白质，主要成分为醇溶蛋白（68%）、谷蛋白（22%）、球蛋白（1.2%）和白蛋白。由于玉米蛋白粉中醇溶蛋白含量高, 导致玉米蛋白水溶性低, 加工性能较差, 所含氨基酸不平衡, 缺乏一些生物体所必需的氨基酸, 因此在食品工业中利用率极低，仅作为廉价出售的动物饲料或只能自然排放。
3.玉米蛋白粉经生物酶解后可产生易吸收的可溶性多肽、呈味小肽、氨基酸和呈味核苷酸等，一方面它们可参与后续的美拉德反应，形成肉味香气呈味化合物；另一方面，酶解产物中的小分子肽和氨基酸可作为风味增强剂，提升产品整体鲜美滋味，丰富口感，增加浓厚感和回味感。
4.我国每年消费玉米约1.5亿吨, 约产生玉米蛋白粉84万吨（2018年数据）。目前，利用强酸对植物蛋白进行水解是工业化生产中应用较为广泛的水解工艺，其产物为水解植物蛋白（hvp）在食品领域有着广泛应用的风味物质。hvp一般是利用盐酸进行水解，通过盐酸水解，可以将氨基酸从蛋白质分子上分离出来。再经过滤、碱液中和、脱臭、脱色等工序处理就可以获得成品。利用盐酸进行的酸水解尽管可以达到很高的水解度，但是会产生一定的不利影响，例如色氨酸会被破坏，产生某些对健康不利的致癌物质 1,3-二氯-2-丙醇和 3-氯-1,2-丙二醇等。
5.随着生物技术的发展，通过蛋白酶对植物蛋白进行酶水解，将低值植物蛋白资源进行高值化、资源化、生态化利用已成为当前食品工业研究的热点。目前食品领域常用的蛋白酶有碱性蛋白酶，中性蛋白酶，胰酶，亮氨酸氨肽酶，木瓜蛋白酶，胃蛋白酶等等。酶水解法由于其安全性高，反应条件温和，过程可控以及对营养成分破坏性小等诸多优点，正发展成植物蛋白加工领域的受到广泛认可的技术。
6.未来，植物多肽食品配料的研究开发可望在以下几个方面取得进展：（1）对植物蛋白进行预处理，破坏蛋白紧密结构，提高蛋白的降解率；（2）进一步筛选和改造蛋白酶，提高蛋白酶的酶活性，寻找能够作用于亲水性肽键的蛋白内切酶和外切酶，增强植物蛋白酶解的靶向性，提高植物蛋白的降解速率，改善植物多肽的风味；（3）对植物蛋白酶解物进行分离提纯，基于多肽的分子量、亲疏水性及酸碱性等，采用膜过滤、大孔吸附树脂、活性炭吸附色谱和反相高效液相色谱，以及离子交换色谱、电渗析等方法对水解产物进行分离纯化，得到功能性更明确的多肽；（4）基于多肽的营养、呈味、乳化其中的一种或多种功能，加强多肽在各种食品中的应用研究，以增强应用食品的功能品质。植物多肽产业蓄势待发，前景光明。
7.目前，国内对玉米蛋白粉的研究主要集中在玉米蛋白粉酶解制备玉米肽工艺研究
方面：（1）用不同种类蛋白酶水解玉米蛋白粉制备玉米肽的工艺优化研究；（2）玉米蛋白粉的预处理方法及其酶解液的脱色工艺研究；（3）玉米肽的功能研究。北京理工大学江前程选取玉米蛋白粉作为研究对象，研究了玉米蛋白酶解新工艺，并进行了酶解工艺的优化。对酶解产物中的氨基酸和多肽的含量、组成以及对鲜味的贡献进行分析，初步获得具有鲜味特性的酶解产物。确定了最佳酶解条件：碱性蛋白酶和风味酶的添加量为蛋白含量的5%，二者比例为1:1，底物浓度为20%，温度为50℃，酶解时间21h；玉米蛋白酶解产物中的游离氨基酸中必需氨基酸的比例较高，具有一定的营养价值，但是缺乏必需氨基酸中的赖氨酸，营养不全面。多肽中具有一定比例的甜鲜氨基酸和亲水性性氨基酸，可以用来生产鲜味多肽。
8.在利用植物蛋白作为原料生产鸡肉高汤复合调味料方面，目前仅有福建农林大学食品科学学院于亚辉研究了利用大豆分离蛋白酶解物制备鸡肉风味基料，利用玉米蛋白粉作为原料，制备鸡肉高汤风味复合调味料的研究还没有发现。


技术实现要素：

9.为了克服现有技术存在的技术缺陷，本发明提供玉米蛋白粉的酶解工艺以及酶解液在增鲜调味中的应用。
10.本发明是通过如下技术方案来实现的。
11.玉米蛋白的酶解工艺，其包括如下步骤：配制玉米蛋白溶液，搅拌均匀，置入在50℃恒温水浴中加热搅拌；待温度稳定在50℃后，加入蛋白酶进行酶解，酶解过程结束后，升温使酶解液温度稳定在100 ℃，维持10 min，灭酶活，然后冷却至室温，最后4℃冷藏，即得。
12.优选地，所述玉米蛋白粉的浓度为12%，w/v。
13.优选地，所述蛋白酶的添加量占玉米蛋白溶液质量的0.20%。
14.优选地，所述酶解的时间为2h。
15.优选地，所述蛋白酶为复合蛋白酶。
16.优选地，所述复合蛋白酶的酶活力为15万u/g。
17.按照上述的酶解工艺制备得到的玉米蛋白酶解液及其在鸡肉高汤风味复合调味料增鲜调味中的应用。
附图说明
18.图1 玉米蛋白粉蛋白酶种类筛选感官评价结果；图2 玉米蛋白加酶量单因素试验感官评价结果；图3 玉米蛋白酶解时间单因素试验感官评价结果。
具体实施方式
19.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
20.实施例1
1. 酶解工艺优化制备玉米蛋白酶解液以玉米蛋白水解度和感官评价作为评价指标，从中性蛋白酶，风味蛋白酶，动物蛋白酶，复合蛋白酶（protamex），木瓜蛋白酶，碱性蛋白酶，胰蛋白酶等七种蛋白酶中筛选最适宜玉米蛋白分解的蛋白酶。在此条件下，探究最适蛋白酶的用量、酶解时间、料液比等单因素对玉米蛋白粉分解的影响。最后通过正交实验确定最优玉米蛋白酶解工艺。
21.（1）实验材料与仪器设备
①
实验材料：中性蛋白酶（食品级）15万u/g，风味蛋白酶（食品级）15万u/g，动物蛋白酶（食品级） 15万u/g，复合蛋白酶（食品级） 15万u/g，木瓜蛋白酶（食品级） 15万u/g，碱性蛋白酶（食品级）15万u/g，胰蛋白酶（食品级）15万u/g，南宁庞博生物工程有限公司。
22.②
仪器设备电热恒温水浴锅，北京科伟永兴仪器有限公司；电子天平，上海舜宇恒平科学有限公司；电动搅拌器，天津市华兴科学仪器厂。
23.（2）酶解液制备方法
①
玉米蛋白酶解液的制备方法配制浓度10.0%的玉米蛋白溶液，搅拌均匀，置入在50 ℃恒温水浴中加热搅拌。待混合液温度稳定在50 ℃后，加入0.2 %（占玉米蛋白溶液质量百分比）的蛋白酶对玉米蛋白进行酶解，酶解时间为3 h。酶解过程结束后，升温使酶解液温度稳定在100 ℃，维持10 min，灭酶活，然后将玉米蛋白酶解液冷却至室温，然后 4 ℃冷藏。
24.（3）
①
蛋白酶种类的筛选分别研究碱性蛋白酶、动物蛋白酶、木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、胰蛋白酶、风味蛋白酶、复合蛋白酶对鸡肉和玉米蛋白的酶解效果。按照预试验确定的初始配方及工艺制备样品后，进行感官评价。结合酶解液水解度测定结果，选择酶解玉米蛋白效果最佳的蛋白酶进一步实验。
25.②
蛋白酶最优复配量单因素试验分别研究蛋白酶复配时加酶量为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5% 时酶解的效果。按照预试验确定的初始配方及工艺制备样品后，进行感官评价。结合酶解液水解度测定结果，确定酶解玉米蛋白效果最优加酶量。
26.③
蛋白酶最优酶解时间单因素试验分别研究酶解时间为1、2、3、4、5 h 时酶解效果。按照预试验确定的热反应初始配方及工艺制备样品后，进行感官评价。结合酶解液水解度测定结果，确定酶解玉米蛋白效果最优酶解时间。
27.④
蛋白酶最优料液比（蛋白浓度）单因素试验分别研究玉米蛋白浓度为5%、10%、15%、20%时酶解效果。按照预试验确定的初始配方及工艺制备样品后，进行感官评价。结合酶解液水解度测定结果，确定酶解玉米蛋白效果最优料液比。
28.2. 玉米蛋白酶解工艺研究（1）玉米蛋白酶解蛋白酶种类筛选试验结果玉米蛋白酶解蛋白酶种类筛选感官评价结果如图1所示。从图1中可以看出采用复
合蛋白酶酶解得到的酶解液所制备的鸡肉高汤基料感官评价得分最高。因此，根据感官评价的结果选择复合蛋白酶进行后续的玉米蛋白酶解优化试验。
29.（2）玉米蛋白酶解蛋白酶加酶量单因素试验结果玉米蛋白酶解加酶量单因素试验感官评价结果如图2所示。从图2可以看出以加酶量为0.20%制备的酶解液为原料，制备的鸡肉高汤基料感官评价得分最高，为6.13。因此，根据感官评价的结果选择复合蛋白酶的最优总添加量为0.20%进行后续优化。
30.（3）玉米蛋白酶解时间单因素试验结果玉米蛋白酶解时间单因素试验感官评价结果如图3所示。从图3可以看出以酶解时间为2 h制备的酶解液为原料时，所制备的鸡肉高汤基料感官评价得分最高，为6.54。随着酶解时间的增加，感官评价的得分逐渐降低。因此，根据感官评价的结果选择玉米蛋白酶解时间为2 h进行后续优化。
31.（4）玉米蛋白酶解料液比单因素试验结果玉米蛋白浓度单因素试验，通过设置多个浓度梯度，发现以玉米蛋白浓度为10%制备的酶解液为原料，所制备的鸡肉高汤基料感官评价得分最高，为6.50。因此，根据感官评价的结果选择玉米蛋白浓度为10% 进行后续优化。
32.（5）玉米蛋白酶解液的正交优化试验和验证试验结果通过单因素试验验的结果，选择l9（34）正交试验表对玉米蛋白酶解时间、加酶量和玉米蛋白浓度3个因素进行正交优化。酶解条件优化正交试验因素水平如表1所示，正交试验感官评价及结果分析如表2所示。对表2中的正交试验结果进行极差分析可得，各因素从主到次的影响顺序为：加酶量＞玉米蛋白浓度＞酶解时间。从表1中挑取每个因素的k1、k2、k3中最大值的水平组合作为最优方案，得出的最优方案为：加酶量0.20%、酶解时间 2 h、玉米蛋白浓度10%。结合感官评价的结果，将正交试验计算得出的最优热反应配方制备的鸡肉高汤基料，与5组中得分最高组配方制备的鸡肉高汤基料进行对比。按照正交试验理论最优结果制得的鸡肉高汤基料感官评价得分(6.63)低于正交试验得分最高组(试验5)制得的鸡肉高汤基料感官评价得分(6.85)。因此，最终确定酶解条件为：加酶量0.20%、酶解时间2 h、玉米蛋白浓度12%。
33.表1 玉米蛋白酶解条件优化正交试验因素水平表2 玉米蛋白酶解正交试验感官评价结果
3. 酶解液中呈味物质检测与分析酶解液中游离氨基酸的含量与肽分子大小分布对于后期热反应鸡肉高汤基料的浓厚味和后味具有非常重要的作用，因此有必要对酶解液中游离氨基酸和肽分子量分布情况进行研究。本发明对酶解液的游离氨基酸和肽分子量进行了研究（1）玉米蛋白酶解液中游离氨基酸组分分析游离氨基酸在食品的呈味特性上具有十分重要的地位，氨基酸呈味阈值低，呈味能力强，具有酸、甜、苦、咸、鲜5种基本味感，其含量会直接影响食物的鲜美程度。谷氨酸（glu）和天冬氨酸（asp）呈鲜味，甘氨酸（gly）、丙氨酸（ala）、丝氨酸（ser）、苏氨酸（thr）等都具有一定的甜味。以往研究发现低于呈味阈值的苦味氨基酸，可增强其他氨基酸的鲜味和甜味。玉米蛋白酶解液是热反应增香呈味的主要反应底物，其氨基酸组成及含量对鸡肉高汤基料的风味具有重要作用。对优化后酶解工艺制备的酶解液进行游离氨基酸检测分析，检测结果如表3所示。
34.从表3中可以看出，两种酶解液中含有丰富的游离氨基酸，含量为：玉米蛋白酶解液15.86g/。甜鲜味氨基酸含量也比较高，占总游离氨基酸的36.44%（玉米蛋白酶解液）。
35.表3玉米蛋白酶解液中游离氨基酸检测结果
（2）玉米蛋白酶解液中多肽的分析玉米蛋白酶解液分子分布情况表4所示。玉米蛋白酶解液中分子量＜1000da的肽比例为56.3%，1000da＜分子量＜10kda的肽比例为34.6%，分子量＞10kda的比例为9.1%。
36.表4 玉米蛋白酶解液中分子量的分布峰号洗脱体（ml）分子量峰面积比例（%）112.36115989.1213.32756414.1317.29129320.5418.7866512.8520.1935624.7
622.5212618.8玉米蛋白粉作为原料被首次应用于复合调味料产品的开发，本系统研究了玉米蛋白粉酶解最佳工艺及酶解液氨基酸及多肽组成，可以为以后玉米蛋白粉在食品中的更广泛的应用提供很有价值的指导。
37.本发明研究发现，玉米蛋白粉最佳酶解工艺为：蛋白酶利用复合蛋白酶，加酶量为0.20%、玉米蛋白粉浓度12%，温度50℃的条件下酶解2h可以达到理想的感官评价结果。在最佳酶解条件下，通过氨基酸分析仪，对产物中的游离氨基酸和总氨基酸进行含量测定，并且利用高效凝胶过滤色谱法对酶解产物中肽分子量分布进行测定，分析产物中不同种类的氨基酸的含量以及多肽含量。
38.玉米蛋白粉酶解液中含有丰富的游离氨基酸，含量为15.86g/l，其中含量较多的是苏氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、蛋氨酸，含硫氨基酸比较高。甜鲜味氨基酸含量也比较高，占总游离氨基酸的36.44%。此外，玉米蛋白酶解液中分子量＜1000da的肽比例为56.3%，1000da＜分子量＜10kda的肽比例为34.6%，分子量＞10kda的比例为9.1%。玉米蛋白酶解液中小分子肽比例较多，由于小分子肽在热反应活性强，玉米蛋白酶解液可在美拉德热反应对肉香风味、醇厚底味，悠长回味的形成方面发挥重要积极作用。
39.上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了介绍，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，这对本领域技术人员而言应该很明确，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明保护的范围。