超声波辅助糖基化改性制备高起泡性卵白蛋白的方法与流程

本发明涉及禽蛋制品加工中的蛋白质功能特性改善
技术领域：
，具体地指一种超声波辅助糖基化改性制备高起泡性卵白蛋白的方法。
背景技术：
：我国是禽蛋生产大国，蛋品种多，来源广，营养丰富，在工业生产过程中，由于鸡蛋易破碎易变质且运输储藏成本高，将新鲜鸡蛋清经过蛋粉加工工艺制成蛋清蛋白粉，同时由于其使用方便，功能性质佳(高凝胶性、高搅打性、乳化性、持水性)等优点而被广泛应用在食品加工过程中。但是蛋清蛋白粉在制粉过程中部分功能性质会发生下降从而限制了在食品中的应用范围。因此为扩展其应用范围并提高其应用价值，需对功能性质进行改善，这对研发高附加值蛋品深加工品尤为重要。泡沫是一个多相体系，在很多领域都有应用，如食品，化妆品，药品等。蛋白质在泡沫型食品中占有重要地位，蛋白质作为表面活性组分可以形成高度弹性的界面膜，可防止泡沫聚结、排水和粗化。蛋糕，面包，冰淇淋，奶油，蛋奶酥，啤酒是很常见的泡沫型食品，均匀的泡沫提供了食品细腻、柔滑、均匀的质感和亮度，赋予这些食品疏松多孔结构，还能提高风味成分的可觉察性与分散性由于起泡性。卵白蛋白是蛋清蛋白中的主要组成成分，而蛋清蛋白是食品加工过程中广泛应用的一种功能性食品基料，具有理想的乳化性和起泡性，这些功能特性对食品在制造、加工或保藏中的物理化学性质起着重要作用，因此被广泛应用于食品加工的各个领域。尤其是卵白蛋白的起泡性，在蛋糕和冰淇淋类食品中的应用相当普遍，但是卵白蛋白为敏感、易发生变性，其起泡特性受蛋白质分子性质、浓度等自身因素以及酸、碱、盐、温度等外部条件的影响，使得卵白蛋白的起泡性及泡沫稳定性波动较大，难易满足食品加工的需求，因此有许多研究用来改善卵白蛋白的起泡性。目前提高蛋白起泡性的方法主要有物理法、化学法、酶解法，复合法四种方法，具有以下特点：1)物理法虽然条件比较易于实现、成本相对较低，但其改善效果有一定的局限性；2)化学法虽然效果较为明显、方便快捷，但是反应激烈容易有副产物生成，存在产物分离困难、环境污染和安全等问题；蛋白糖基化是一种化学方法，是将碳水化合物与蛋白质氨基以共价键结合的羰氨反应(美拉德反应)，不仅安全性较高、无污染、简单、经济，而且符合近年来人们对于绿色安全的天然食品添加剂的要求，但是传统的美拉德糖基化反应通过水浴、油浴、加热套及烘箱等加热方式等，往往需要几小时到几周，所需时间长，而且耗能高。如专利cn104957356a采用葡萄糖与卵白蛋白通过传统水浴加热的方法进行美拉德反应从而在一定程度上提高卵白蛋白的起泡性，但是反应温度过高卵白蛋白很容易发生聚集，且这种方法反应剧烈易产生副产物。3)酶解法虽然是条件最温和的改性手段，专一性比较高，但是酶解过程可能会产生苦味物质，影响风味，反应体系是一个非均相体系，每一个蛋白并不是均匀的被酶解，酶解反应结束还需要在极端环境下进行灭酶处理，在一定程度下会降低蛋白质的功能特性，而且酶利用率低、成本高，工业应用率低，酶解改性的各项技术还不够成熟，很难进行大规模生产；4)复合法，就是根据应用的需要，将物理法、化学法和酶解法等多种方法复合应用于蛋白质改性。复合改性具有节省成本、安全性高、改性效果好等优点。例如超声技术因其具有作用温和、方向性好、穿透能力强、振动强烈等优势，作为一种先进的食品加工技术，应用于蛋白质改性具有稳定性、高效性、易控性、对营养安全性影响小、无毒副作用等特点，如专利cn104012749b采用超声辅助复合酶法改性卵白蛋白，在一定程度上提高了卵白蛋白的起泡性，但是改性后并没有进行灭酶处理，这可能使改性的卵白蛋白在食品加工中进一步酶解，产生苦味物质，从而影响产品的风味，而且这种改性方法很难实现工业化生产。技术实现要素：本发明针对现有技术的不足，提供了一种超声波辅助糖基化改性制备高起泡性卵白蛋白的方法，达到提高卵白蛋白起泡性，简化工艺、减少时间、绿色安全目的。其具有安全、高效、前景良好的特点；扩大鸡蛋制品的综合利用。为实现上述目的，本发明提供的一种超声波辅助糖基化改性制备高起泡性卵白蛋白的方法，包括以下步骤：1)将卵白蛋白粉加入水中溶解得到卵白蛋白溶液；2)向卵白蛋白溶液中加入木糖，搅拌均匀，调节ph值至6.0～9.0；得到蛋白糖溶液；其中，蛋白糖溶液中木糖的质量分数为0.6～6％；3)将蛋白糖溶液置于超声装置中，并以脉冲模式超声处理30～90min；得到蛋白样液；4)将蛋白样液经冰浴迅速冷却至4℃以下，再在温度为4℃以下透析，然后冻干成粉，真空包装，即制备得到高起泡性卵白蛋白。进一步地，所述步骤1)中，卵白蛋白溶液中卵白蛋白的质量分数为1～6％。再进一步地，所述卵白蛋白溶液中卵白蛋白的质量分数为2％。再进一步地，所述步骤2)中，木糖的质量分数为4％，所述蛋白糖溶液的ph值为至8.0。再进一步地，所述步骤3)的脉冲模式超声处理中，功率为200～500w，超声频率为15～25khz，恒温水浴温度40～60℃，且每工作3～8s，暂停2～4s。再进一步地，所述步骤3)的脉冲模式超声处理50min条件下，功率为300w，超声频率为20khz，恒温水浴温度55℃，且每工作5s，暂停2s。本发明的有益效果在于：1、本发明可大幅度提高卵白蛋白的起泡能力和泡沫稳定性，从而扩大卵白蛋白在泡沫型食品中的应用范围；2、本发明方法采超声波诱导蛋白分子极化，破坏维持蛋白空间结构疏水相互作用力，能使大豆蛋白分子部分伸展，自由氨基暴露，更易于木糖发生美拉德反应，从而增加分子的亲水性能，提高卵白蛋白的溶解度，增加带电基团并暴露出更多的疏水基团，在其表面形成较大的疏水区域，易于吸附在气泡膜表面，有利于增加卵白蛋白的起泡性和泡沫稳定性。3、本发明将物理与化学方法相结合，无需化学试剂，具有快速高效、反应易控制、无化学残留等优点，且所得的产物绿色安全，满足现代人时尚健康的消费理念。4、本发明反应条件比较温和，温度均控制在60℃以下，可减少蛋白热聚集效应，最大程度下保证了卵白蛋白的功能活性，且反应副产物少。5、本发明对设备要求不高，操作简便，运行成本低，节能省时，可进行工业化生产。6、本发明选用脉冲模式，防止连续的机械振动产生的强烈的空穴效应而破坏卵白蛋白的天然结构。综上所述，本发明采用超声波辅助糖基化改性不仅提高了卵白蛋白起泡性，未改性卵白蛋白的起泡性为30～40％，泡沫稳定性为40～55％，改性后起泡性达60～90％，泡沫稳定性为60～80％，而且反应时间短、成本低，绿色安全，具有很好的市场前景和经济效益。附图说明图1是本发明的工艺流程图；图2是不同处理方式对泡沫的直观的影响图，注：1-未处理的卵白蛋白，2-超声处理10min的卵白蛋白，3-传统加热10min糖基化的卵白蛋白4-超声波辅助糖基化10min的卵白蛋白，5-超声处理50min的卵白蛋白，6-传统加热50min糖基化的卵白蛋白，7-超声波辅助糖基化50min的卵白蛋白；图3是不同处理方式对卵白蛋白泡沫微观结构的影响图，注：1～7与图2相对应，下同；图4是不同处理方式对卵白蛋白的起泡能力的影响图；图5是不同处理方式对卵白蛋白泡沫稳定性的影响图。具体实施方式为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。实施例1超声波辅助糖基化改性制备高起泡性卵白蛋白1的方法，包括以下步骤：1)将卵白蛋白粉加入水中溶解得到卵白蛋白溶液；其中，所述卵白蛋白溶液中卵白蛋白的质量分数为2％。2)向卵白蛋白溶液中加入木糖，搅拌均匀，调节ph值至8.0；得到蛋白糖溶液；其中，蛋白糖溶液中木糖的质量分数为1％；3)将蛋白糖溶液置于超声装置中进行脉冲模式超声处理30min，功率为300w，超声频率为20khz，恒温水浴温度40℃，且每工作5s，暂停3s；得到蛋白样液；4)将蛋白样液经冰浴迅速冷却至4℃以下，再在温度为4℃的冰箱里透析48h，然后冻干成粉，真空包装，即制备出的高起泡性卵白蛋白1。实施例2超声波辅助糖基化改性制备高起泡性卵白蛋白2的方法，包括以下步骤：1)将卵白蛋白粉加入水中溶解得到卵白蛋白溶液；其中，所述卵白蛋白溶液中卵白蛋白的质量分数为2％。2)向卵白蛋白溶液中加入木糖，搅拌均匀，调节ph值至8.0；得到蛋白糖溶液；其中，蛋白糖溶液中木糖的质量分数为2％；3)将蛋白糖溶液置于超声装置中进行脉冲模式超声处理30min，功率为300w，超声频率为20khz，恒温水浴温度55℃，且每工作5s，暂停3s；得到蛋白样液；4)将蛋白样液经冰浴迅速冷却至4℃以下，再在温度为4℃的冰箱里透析48h，然后冻干成粉，真空包装，即制备出的高起泡性卵白蛋白2。实施例3超声波辅助糖基化改性制备高起泡性卵白蛋白3的方法，包括以下步骤：1)将卵白蛋白粉加入水中溶解得到卵白蛋白溶液；其中，所述卵白蛋白溶液中卵白蛋白的质量分数为4％。2)向卵白蛋白溶液中加入木糖，搅拌均匀，调节ph值至6.0；得到蛋白糖溶液；其中，蛋白糖溶液中木糖的质量分数为4％；3)将蛋白糖溶液置于超声装置中进行脉冲模式超声处理30min，功率为400w，超声频率为20khz，恒温水浴温度55℃，且每工作5s，暂停3s；得到蛋白样液；4)将蛋白样液经冰浴迅速冷却至4℃以下，再在温度为4℃的冰箱里透析48h，然后冻干成粉，真空包装，即制备出的高起泡性卵白蛋白3。实施例4超声波辅助糖基化改性制备高起泡性卵白蛋白4的方法，包括以下步骤：1)将卵白蛋白粉加入水中溶解得到卵白蛋白溶液；其中，所述卵白蛋白溶液中卵白蛋白的质量分数为2％。2)向卵白蛋白溶液中加入木糖，搅拌均匀，调节ph值至8.0；得到蛋白糖溶液；其中，蛋白糖溶液中木糖的质量分数为4％；3)将蛋白糖溶液置于超声装置中进行脉冲模式超声处理50min，功率为300w，超声频率为20khz，恒温水浴温度55℃，且每工作5s，暂停2s；得到蛋白样液；4)将蛋白样液经冰浴迅速冷却至4℃以下，再在温度为4℃的冰箱里透析48h，然后冻干成粉，真空包装，即制备出的高起泡性卵白蛋白4。实施例5超声波辅助糖基化改性制备高起泡性卵白蛋白5的方法，包括以下步骤：1)将卵白蛋白粉加入水中溶解得到卵白蛋白溶液；其中，所述卵白蛋白溶液中卵白蛋白的质量分数为5％。2)向卵白蛋白溶液中加入木糖，搅拌均匀，调节ph值至7.0；得到蛋白糖溶液；其中，蛋白糖溶液中木糖的质量分数为4％；3)将蛋白糖溶液置于超声装置中进行脉冲模式超声处理90min，功率为300w，超声频率为20khz，恒温水浴温度55℃，且每工作5s，暂停3s；得到蛋白样液；4)将蛋白样液经冰浴迅速冷却至4℃以下，再在温度为4℃的冰箱里透析48h，然后冻干成粉，真空包装，即制备出的高起泡性卵白蛋白5。实施例6超声波辅助糖基化改性制备高起泡性卵白蛋白6的方法，包括以下步骤：1)将卵白蛋白粉加入水中溶解得到卵白蛋白溶液；其中，所述卵白蛋白溶液中卵白蛋白的质量分数为6％。2)向卵白蛋白溶液中加入木糖，搅拌均匀，调节ph值至9.0；得到蛋白糖溶液；其中，蛋白糖溶液中木糖的质量分数为6％；3)将蛋白糖溶液置于超声装置中进行脉冲模式超声处理30min，功率为500w，超声频率为25khz，恒温水浴温度40℃，且每工作5s，暂停4s；得到蛋白样液；4)将蛋白样液经冰浴迅速冷却至4℃以下，再在温度为4℃的冰箱里透析48h，然后冻干成粉，真空包装，即制备出的高起泡性卵白蛋白6。实施例7超声波辅助糖基化改性制备高起泡性卵白蛋白7的方法，包括以下步骤：1)将卵白蛋白粉加入水中溶解得到卵白蛋白溶液；其中，所述卵白蛋白溶液中卵白蛋白的质量分数为1％。2)向卵白蛋白溶液中加入木糖，搅拌均匀，调节ph值至9.0；得到蛋白糖溶液；其中，蛋白糖溶液中木糖的质量分数为0.6％；3)将蛋白糖溶液置于超声装置中进行脉冲模式超声处理90min，功率为200w，超声频率为15khz，恒温水浴温度60℃，且每工作5s，暂停2s；得到蛋白样液；4)将蛋白样液经冰浴迅速冷却至4℃以下，再在温度为4℃的冰箱里透析48h，然后冻干成粉，真空包装，即制备出的高起泡性卵白蛋白7。高起泡性卵白蛋白性能比较1、高起泡性卵白蛋白与对比的卵白蛋白性能比较1.1测定卵白蛋白起泡性的方法为：将样品溶于磷酸盐缓冲液(0.1m，ph7.4)以获得浓度为1％(w/v)的蛋白质溶液。取25ml样液置于有刻度的量筒中，用高速分散器以10,000rpm/min转速搅打2min形成泡沫。记录搅打后0min时的泡沫体积，和搅打后30min时泡沫的体积；0min时泡沫体积与初始液体的体积比值表示发泡能力(fa)；30min时的泡沫体积与0min时泡沫体积比值代表泡沫稳定性(fs)：fa/％＝v0/25×100(1)fs/％＝v1/v0×100(2)其中v0代表0min时的泡沫体积，v1代表30min时的泡沫体积。同时以卵白蛋白+木糖处理，卵白蛋白+超声处理为对比例，以上两个的对比参数均与实施例4相同。表1高起泡性卵白蛋白与对比的卵白蛋白性能比较组别起泡能力(％)泡沫稳定性(％)未处理的卵白蛋白32.0050.00卵白蛋白+木糖处理59.7766.54卵白蛋白+超声处理63.1168.75实施例172.3171.94实施例268.4567.07实施例363.0573.33实施例480.0068.71实施例564.9874.34实施例665.1368.79实施例767.2370.151.2结论：如表1可以发现，与未处理的卵白蛋白相比，超声处理、加木糖处理、实施例1～5的卵白蛋白的起泡性均得到改善，且实施例中的卵白蛋白的起泡能力和泡沫稳定性提高的最多，实施例4的起泡能力最高，这说明超声辅助糖基化可显著提高卵白蛋白的起泡性。2、不同处理方式对卵白蛋白起泡性的影响2.1超声处理1)将卵白蛋白粉加入水中溶解得到卵白蛋白溶液；其中，所述卵白蛋白溶液中卵白蛋白的质量分数为2％；2)调节ph值至8.0；3)将蛋白溶液置于超声装置中进行脉冲模式超声处理10min，功率为300w，超声频率为20khz，恒温水浴温度55℃，且每工作5s，暂停2s；得到蛋白样液；4)将蛋白样液经冰浴迅速冷却至4℃以下，再在温度为4℃的冰箱里透析48h，然后冻干成粉，真空包装，即制备出的高起泡性卵白蛋白。2.2传统湿法加热糖基化法1)将卵白蛋白粉加入水中溶解得到卵白蛋白溶液；其中，所述卵白蛋白溶液中卵白蛋白的质量分数为2％。2)调节ph值至8.0；3)将蛋白溶液置于水浴锅中处理10min，功率为300w，超声频率为20khz，恒温水浴温度55℃；得到蛋白样液；4)将蛋白样液经冰浴迅速冷却至4℃以下，再在温度为4℃的冰箱里透析48h，然后冻干成粉，真空包装，即制备出的高起泡性卵白蛋白。2.3超声辅助糖基化法1)将卵白蛋白粉加入水中溶解得到卵白蛋白溶液；其中，所述卵白蛋白溶液中卵白蛋白的质量分数为2％。2)向卵白蛋白溶液中加入木糖，搅拌均匀，调节ph值至8.0；得到蛋白糖溶液；其中，蛋白糖溶液中木糖的质量分数为4％；3)将蛋白糖溶液置于超声装置中进行脉冲模式超声处理10min，功率为300w，超声频率为20khz，恒温水浴温度55℃，且每工作5s，暂停2s；得到蛋白样液；4)将蛋白样液经冰浴迅速冷却至4℃以下，再在温度为4℃的冰箱里透析48h，然后冻干成粉，真空包装，即制备出的高起泡性卵白蛋白。分别采用上述技术方案对卵白蛋白进行处理，以超声处理(处理时间为50min，其他条件均相同)，传统湿法加热糖基化法(处理时间为50min，其他条件均相同)，超声辅助糖基化法即为实施例4(处理时间为50min，其他条件均相同)，未经过处理的蛋白作为对照，测量处理后的卵白蛋白的泡沫稳定性和起泡能力。如图2～5所示：图2显示出经过搅打后，所以样品的泡沫含量均有所不同，且随着时间的延长，泡沫含量逐渐减少，在相同处理时间下，不同处理方式所获得的卵白蛋白的泡沫含量均增加，其中超声辅助糖基化的卵白蛋白的泡沫含量最高，处理50min时泡沫含量最高；图3显示出不同处理方式所获得的卵白蛋白泡沫微观结构，对于所有处理或未处理的卵白蛋白，在泡沫形成后0min时，泡沫细、小且均匀，而所有样品的泡沫体系在0～180min范围内均有较大的变化，与超声处理、传统加热糖基化处理、未处理的卵白蛋白相比，超声辅助糖基化的卵白蛋白的气泡尺寸增加缓慢慢，其中超声辅助糖基化处理10min的卵白蛋白气泡尺寸增加最慢，表现出最高泡沫稳定性；根据图4～5数据显示，未处理的卵白蛋白的起泡能力为32％，泡沫稳定性为50％，而经过不同方式处理后，当处理时间为10min时，超声处理、传统加热糖基化处理的卵白蛋白起泡性为40％、48％、64％，与未处理的卵白蛋白相比分别提高了25％、50％、100％，泡沫稳定性分别为60％、75％、68.75％，分别提高了20％、50％、37.5％；当处理时间为50min时，超声处理、传统加热糖基化处理的卵白蛋白起泡性为52％、60％、80％，与未处理的卵白蛋白相比分别提高了62.5％、87.5％、150％，泡沫稳定性分别为,76.93％、73.33％、70％，分别提高了53.83％、46.66％、40％。因此，超声辅助糖基化可以显著提高卵白蛋白的起泡性和泡沫稳定性，可能是由于超声辅助木糖的糖基化引起蛋白质构象的变化，赋予其更柔性和松散结构，加速在气/水界面处的吸附，从而可以改善卵白蛋白的起泡性。其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。当前第1页12