一种磷酸化聚合乳清蛋白及其制备方法
【技术领域】：
[0001] 本发明属于食品加工技术领域，特别是涉及一种磷酸化聚合乳清蛋白的制备方 法。
【背景技术】：
[0002] 乳清蛋白是由干酪或干酪素生产过程中所产生的副产品乳清经过特殊工艺浓缩 精制而得的一类蛋白质，它含有人体必需的8中氨基酸，而且配比合理，接近人体的需求比 例。它不仅容易消化，而且有很高的代谢效率，从而使蛋白质具有很高的生物利用价值。随 着乳品生产工业技术的进步以及对乳清成分的深入研究，乳清逐渐成为功能食品营养制品 及医疗食品等的重要原料和特殊添加成分。乳清蛋白含有组成蛋白质的全部20种氨基酸， 属于全价蛋白，生物价为88。其必需氨基酸的含量高于普通的食用蛋白质。乳清蛋白中主 要的蛋白质成分为β-乳球蛋白48%、α -乳白蛋白19%、蛋白酶-胨20%、牛血清白蛋白 5%和免疫球蛋白8% (均为质量分数）。此外，乳清蛋白氨基酸组成的特点是：（1)含支链 氨基酸（如亮氨酸、异亮氨酸缬氨酸）26%，能作为能源物质提供能量，并且是谷氨酸盐的 前体物质之一；（2)是含硫氨基酸（半胱氨酸蛋氨酸）的良好来源，能维持体内的谷胱甘肽 水平，发挥抗氧化作用；（3)是苏氨酸的极好来源，对肠细胞及肠道屏障连贯性提供保护； (4)含大量的赖氨酸和精氨酸，能刺激代谢激素的分泌，促进肌肉生长。
[0003] 乳清蛋白除了上述的营养价值外，还具有许多功能特性如：成胶性、乳化性、涂层 性、搅打起泡性等。乳清蛋白加热可形成聚合物，并保持大量水分，在聚合成胶过程中，乳清 蛋白形成一种网络结构，使水分镶嵌在其微小的空隙中。聚合乳清蛋白是一种由乳清蛋白 分散体在低温条件下转换而来，通常这种转化分为2个步骤：第1步是降低乳清蛋白溶液的 pH值，使其低于它的等电点，以防止蛋白质之间的静电斥力导致蛋白质聚集，然后在一定的 温度下持续加热。第2步是，矿添加物质或使pH值降低到等电点后，静电斥力的将逐渐减 少，此时冷凝胶形成。
[0004] 在过去30年里，人为改性食品蛋白来改变它们的特性已经在食品蛋白研究领域 里越来越普遍。蛋白质改性的目的有很多种，可以增加或者减少蛋白质的溶解度，改变蛋白 质的功能特性，通过限制必需氨基酸的共价结合来提高营养特性，并且保护蛋白质免受加 工引起的变性。例如采用糖基化，琥珀酰化，酰化作用，酶改性，磷酸化等方法。
[0005] 在改性方法中，磷酸化已经被证明了是一种重要并且有效的方法来提高食品蛋白 质的功能特性。并且，磷是生物膜的重要组成成分，是生物体不可缺少的元素之一。磷酸根 离子不被人体所合成，必须由膳食供给，所以蛋白质的磷酸化改性是一种较实用、有效的方 法。现有的磷酸化方法有酶磷酸化，利用美拉德反应磷酸化，干燥加热磷酸化，以及化学磷 酸化方法。
[0006] 酶磷酸化法是建立在识别蛋白质一级结构的基础上进行的，这样导致磷酸化效率 较低、磷酸化部位单一、所能被磷酸化的氨基酸序列有限、磷酸化所用的酶的种类较少，这 样会导致酶磷酸化法很难实现工业化。
[0007] 利用美拉德反应磷酸化实现食品蛋白质磷酸化的方法虽然理论上可行，但是还原 糖的高成本不利于工业化应用，反应中产生的褐变不利于食品安全及质量，并且目前尚不 能解决该问题。
[0008] 干燥加热磷酸化法反应时间长，通常需要3~5天，效率低，不节能减排，不适用于 工业生产。
[0009] 化学磷酸化中常用的磷酸化试剂有氯氧化磷和环状磷酸三钠。氯氧化磷由于反应 大多在溶液中进行，反应很剧烈，难以控制，反应会放热，导致蛋白质很容易在反应中聚合 和变性，另外氯氧化磷常溶于有机溶剂，有机溶剂试剂难于除去等问题使得用氯氧化磷作 为磷酸化试剂的应用受到限制。而环状磷酸三钠只能用在碱性环境中，磷酸化后的环状磷 酸三钠对蛋白质的亲和能力非常强，很难除去等缺点使得环状磷酸三钠作为磷酸化试剂的 应用也受到一定的限制。
【发明内容】
：
[0010] 本发明所要解决的技术问题是，克服【背景技术】的不足，提供一种磷酸化聚合乳清 蛋白的制备方法，达到将乳清蛋白的磷酸化和热聚合相结合起来，提高乳清蛋白营养特性 的同时，也提高了聚合乳清蛋白的溶解度、持水力、乳化性、起泡性等功能特性的目的。
[0011] 本发明解决问题的技术方案如下：
[0012] -种磷酸化聚合乳清蛋白，其特征在于，三聚磷酸钠作为磷酸化试剂，添加的比例 按质量比是三聚磷酸钠：乳清浓缩蛋白=〇. 01~5 : 100。
[0013] 经过测试，磷酸化聚合乳清蛋白粒径稳定存在于1~3 μπι之间。
[0014] 乳清蛋白有良好热诱导成胶性，在矿物盐及pH双重调节作用下，更加有利于生成 聚合凝胶，使得乳清蛋白有更高的乳化性，稳定性，溶解性，起泡性等。该磷酸化聚合乳清蛋 白可以添加到各类功能食品中，尤其是低脂乳品中，可以明显提高乳制品的质构特性，感官 特性，营养特性，对人体的健康有明显促进作用。
[0015] 本发明的磷酸化聚合乳清蛋白的方法是，是将乳清浓缩蛋白与三聚磷酸钠按照质 量比例100 : 0. 01~5的比例混合均匀后，调节其pH，加热诱导磷酸化及聚合反应，再迅速 冷却制得磷酸化聚合乳清蛋白。
[0016] 具体的技术方案如下。
[0017] 磷酸化聚合乳清蛋白的制备方法，其特征在于，以乳清浓缩蛋白和三聚磷酸钠为 原料，有原料处理，pH调节，加热磷酸化及聚合，冷却的制备过程；
[0018] 所述的原料处理，乳清浓缩蛋白与蒸馏水的用量质量比为8~15 : 100,混合搅拌 均匀后，4°C条件下放置8~12h，使其充分溶解；向乳清浓缩蛋白溶液中添加三聚磷酸钠， 三聚磷酸钠与乳清浓缩蛋白的质量比为0. 01~5 : 100,室温搅拌5~30min ;
[0019] 所述的pH调节过程，是用氢氧化钠溶液调节乳清浓缩蛋白与三聚磷酸钠混合液， 至pH为7~9 ;
[0020] 所述的加热磷酸化及聚合过程，是将调节完pH的乳清浓缩蛋白与三聚磷酸钠混 合液在40~90°C条件下加热10~60min ;
[0021] 所述的冷却过程，是将加热磷酸化及聚合后的磷酸化聚合乳清蛋白冰水降温至室 温，得到磷酸化聚合乳清蛋白成品。
[0022] 在原料处理过程，所述的乳清浓缩蛋白最好是蛋白质质量含量80%以上的乳清浓 缩蛋白；所述的三聚磷酸钠最好是分析纯。
[0023] 在pH调节过程，所述的氢氧化钠溶液，最好是以分析纯的氢氧化钠加蒸馏水配 置。氢氧化钠溶液的浓度可以是〇. 1~5mol/L。
[0024] 本发明还请求保护磷酸化聚合乳清蛋白的用途，作为食品添加剂应用于液态奶， 酸奶，乳酸饮料，冰淇淋或干酪中。
[0025] 经过紫外分光光度计测得磷酸化聚合如乳清蛋白的乳化性比未磷酸化的聚合乳 清蛋白提高了 10~30%，比同浓度的乳清蛋白溶液提高了 40~60%。水溶性比未磷酸化 的聚合乳清蛋白提高了 10~45%。起泡性比未磷酸化的聚合乳清蛋白提高了 5~10%， 比同浓度的乳清蛋白溶液提高了 5~15%。
[0026] 经过激光粒度仪测定，磷酸化聚合乳清蛋白粒径稳定存在于1~3 μm之间。
[0027] 本发明产品磷酸化聚合乳清蛋白由于其良好的功能特性及营养特性，可以提高食 品的稳定性，由于其粒径大小与脂肪球类似，一定程度上能够改善低脂乳制品的质构特性 及稳定性。本发明为磷酸化聚合乳清蛋白提供了一种相对简单的加工方式，该加工方法易 于操作，并且节省能源。本发明拓宽了乳清蛋白在食品加工中的应用范围，作为食品添加剂 使用，能提供人体必需矿物元素磷。
【具体实施方式】：
[0028] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，实施例仅用于说明本发明而不 用于限制本发明的范围。各实施例中，原料及水的份数均为质量份。
[0029] 实施例1 :磷酸化聚合乳清蛋白的制备1
[0030] (1)将8份乳清浓缩蛋白溶解于100份蒸馏水中，搅拌均匀后，4°C条件下放置8h， 使其充分溶解。向乳清浓缩蛋白溶液中添加〇. 004份三聚磷酸钠（质量比100 : 0. 05)，室 温搅拌lOmin，直至混合均匀，待用；
[0031] (2)用0. lmol/L的氢氧化钠溶液调节乳清浓缩蛋白与三聚磷酸钠混合液，直至pH 为7 ;
[0032] (3)将调节完pH的乳清浓缩蛋白与三聚磷酸钠混合液在45°C条件下加热25min ;
[0033] (4)将加热磷酸化及聚合后的磷酸化聚合乳清蛋白迅速降温，冰水迅速冷却至室 温，即得到磷酸化聚合乳清蛋白成品。
[0034] 实施例2 :磷酸化聚合乳清蛋白的制备2
[0035] (1)将9份乳清浓缩蛋白溶解于100份蒸馏水中，搅拌均匀后，4°C条件下放置 l〇h，使其充分溶解。向乳清浓缩蛋白溶液中添加0. 009份三聚磷酸钠（质量比100 : 0. 1)， 室温搅拌lOmin，直至混合均匀，待用；
[0036] (2)用0. 5mol/L的氢氧化钠溶液调节乳清浓缩蛋白与三聚磷酸钠混合液，直至pH 为 7.5 ;
[0037] (3)将调节完pH的乳清浓缩蛋白与三聚磷酸钠混合液在55°C条件下加热30min ;
[0038] (4)将加热磷酸化及聚合后的磷酸化聚合乳清蛋白迅速降温，冰水迅速冷却至室 温，即得到磷酸化聚合乳清蛋白成品。
[0039] 实施例3 :磷酸化聚合乳清蛋白的制备3
[0040] (1)将10份乳清浓缩蛋白溶解于100份蒸馏水中，搅拌均匀后，4°C条件下放置 l〇h，使其充分溶解。向乳清浓缩蛋白溶液中添加0.01份三聚磷酸钠（质量比100 : 0.1)， 室温搅拌15min，直至混合均勾，待用；
[0041] ⑵用lmol/L的氢氧化钠溶液调节乳清浓缩蛋白与三聚磷酸钠混合液，直至pH为 9 ；
[0042] (3)将调节完pH的乳清浓缩蛋白与三聚磷酸钠混合液在60°C条件下加热30min ;
[0043] (4