CN104782878A - 一种酶法改性乳清蛋白可溶性聚合物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种酶法改性乳清蛋白可溶性聚合物的制备方法，属于制备蛋白的制备领域。该制备方法包括以下步骤：制备10%乳清蛋白溶液；将溶液85℃加热5min，冷却至室温；加入谷氨酰胺转氨酶（TG）改性；85℃加热5min将TG灭活，冷却至室温即得到乳清蛋白可溶性聚合物（WPSA）。在单因素试验结果的基础上，确定了试验各因素的水平设置范围，再进行正交试验。最终确定了制备WPSA的最适加酶量、反应温度和时间、pH，制得的可溶性聚合物胶凝速度快，粘度大且易于凝胶。本发明研究了不同反应条件对TG催化乳清蛋白形成可溶性聚合物的影响，优化得出制备WPSA的最适条件。本发明方法所生产的乳清蛋白可溶性聚合物表观透明，粘度适宜易于应用，稳定且具有高凝胶性。

Description

一种酶法改性乳清蛋白可溶性聚合物的制备方法

技术领域

本发明涉及一种酶法改性乳清蛋白可溶性聚合物的制备方法，尤其涉及一种采用TG酶低添加量制备乳清蛋白可溶性聚合物的方法，属于制备蛋白的制备领域。

背景技术

乳清是干酪生产过程中所得的副产品。随着干酪产品在中国不断普及，副产物乳清的合理利用引起了广泛关注。由乳清经特殊工艺浓缩精制而成的乳清蛋白，不仅具有很好的营养价值，而且具有许多独特的功能特性。乳清蛋白是由一些小而紧密的球状蛋白组成，其广泛的功能特性是由它独特的氨基酸序列和三维结构赋予的，其必需氨基酸组成完全符合或超出FAO/WHO的要求，被广泛应用于食品中。乳清蛋白突出的功能特性有：成胶性、搅打起泡性、新型乳化性、涂层性、微胶束化等。

经过酶改性后的乳清蛋白可进一步提高其功能特性。TG是国内外应用最广泛研究最多的交联酶。乳清蛋白改性制备的可溶性聚合物(soluble aggregates,SA)，改善并拓展的了乳清蛋白在起泡、乳化、凝胶、成膜和包埋等方面的应用。乳清蛋白可溶性聚合物定义为介于蛋白单体与不可溶性凝胶网络结构或沉淀的一种中间状态，也称为溶胶，即可流动的凝胶。KelseyN.Ryan(2015)制备WPSA，乳清蛋白浓度7％w/w pH 7.5，90℃加热10min，然后冰水浴冷却4min，所得聚合物具有较低的浊度和粘度，并且较高的溶解度，将SA应用于饮料中，提高了热稳定性和贮藏稳定性；S.N.Anuradha(2009)研究了MTG(37℃，2h)交联WPI(10mg/mL)，对WPI性质的影响。随着加热温度的提高与未处理的样品比较，酶交联的蛋白浊度较低，且溶液变浑浊的温度也提高了。Cony Gauche(2008)优化了MTG交联乳清蛋白聚合的条件，3.59g/100mL的WPI，酶添加量为50U/g,36℃加热4h，并研究的酶交联对于溶液流变性的影响，聚合物的分子量与粘度的关系。然而国内关于乳清蛋白聚合物制备的研究有少报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种乳清蛋白可溶性聚合物的制备方法，本发明制备方法利用谷氨酰胺转氨酶(TG)改性乳清蛋白，将酶催化条件进行优化，所制备得到的可溶性聚合物粘度适宜易于应用，稳定且具有高凝胶性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种乳清蛋白可溶性聚合物的制备方法，采用谷氨酰胺转氨酶改性乳清蛋白，包括以下步骤：将乳清蛋白与去离子水混合搅拌，得到混合物；将混合物预热；TG催化改性，再将酶灭活冷却至室温即得乳清蛋白可溶性聚合物。

本发明研究了TG催化聚合的条件，在不同的冷藏(4℃)时间下加酶量、反应pH值、反应温度、反应时间对聚合物粘度的影响。冷藏时间越短，粘度越大，说明其胶凝性越好。在单因素试验结果的基础上，确定了各因素的水平设置范围，进行正交试验。根据试验结果，确定最优的水平组合。

通过单因素试验得出，当反应pH值为7.0、加热时间为3.0h、加酶量2u/g、温度为45℃时，随着4℃冷藏时间的延长粘度较大且增加较快，易于形成凝胶。经正交试验进一步优化，考虑将改性的样品分别在4℃冷藏2h和24h时，当pH值为7.5、反应时间为1.0h、加酶量2u/g、反应温度为50℃时，可溶性聚合物胶凝速度快，粘度大易于凝胶。

附图说明

图1酶添加量、冷藏时间对聚合物粘度的影响；

图2pH、冷藏时间对聚合物粘度的影响；

图3加热时间、冷藏时间对聚合物粘度的影响；

图4加热温度、冷藏时间对聚合物粘度的影响；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

一、乳清蛋白溶液的制备

配制质量浓度10％(w/v)乳清蛋白，称取11.16g WPI，用去离子水溶解，轻轻搅拌60min，在4℃条件下冷藏12h，使蛋白充分水合，备用。

二、TG催化聚合

10％WPI预热并搅拌5min，pH调到相应值，85℃加热5min，快速冷却至室温，添加TG酶，在相应温度下保温一定时间(前30min搅拌)，之后85℃5min灭活，用自来水水冷却至室温，测性质，现配现用。设定基础参数为温度45℃，交联时间1h，pH为7.0，TG为1.5u/g。根据考察的单因素改变相应的试验参数。

1、单因素试验设计

分别考察交联时间(1、2、3、4h)、催化温度(35、40、45、50℃)、反应pH值(6.5、7.0、7.5、8.0)和加酶量(1、1.5、2、2.5u/g)及冷藏时间对谷氨酰胺转氨酶(TG)交联乳清分离蛋白(WPI)聚合物的粘度影响。

2、正交实验设计

正交试验因素水平表

The factors and levels of orthogonal test

三、单因素实验

1、酶添加量、冷藏时间对聚合物粘度的影响

谷氨酰胺转氨酶是催化酰基转移反应的转移酶，可催化乳蛋白质的分子内或分子间形成G-L共价键,由于引入了新的共价键,蛋白质分子内或分子间的网络结构增强。制备的可溶性聚合物置于4℃冷藏，温度降低，分子间氢键的作用增强，进一步增强了蛋白的网络结构，随着冷藏时间的延长，粘度增加越快，则聚合物的凝胶性越强。如图1所示，冷藏24h之内，随着加酶量的增加，粘度变化不大，加酶量为2u/g粘度略微增加；24h之后，加酶量大于1.5u/g时，粘度迅速增大，2u/g粘度最大且增速最快，在36h、48h、60h的粘度分别为2386、8136、14633mPa.s，所以选取加酶量2u/g。

2、pH、冷藏时间对聚合物粘度的影响

图2为pH不同，冷藏12h聚合物的粘度变化。从图中可知，pH对聚合物粘度影响显著，当pH大于7时，粘度显著增加，pH为7、8时粘度分别达到25000、43100mPa.s。pH＝8时，粘度太大，表现出固态性质，所以选择pH为7。随着冷藏时间的延长(24h、36h)粘度超过100000，聚合物均已成固体凝胶(数据未给出)。

3、加热时间、冷藏时间对聚合物粘度的影响

由图3可知，冷藏12h,随着加热时间的增加，粘度几乎不变；冷藏24h之后，随着加热时间的增加，粘度先增加后减小，加热3h粘度随冷藏时间变化最明显，冷藏24h、36h的粘度分别为5610、166330mPa.s。粘度5000-200000mPa.s粘度适宜，所以选择加热3小时。

4、加热温度、冷藏时间对聚合物粘度的影响

由图4可知，冷藏12h,温度的不同，粘度影响不大；随着冷藏时间的延长，粘度略微增加，温度大于40℃，粘度增加较快。

四、正交实验

根据单因素的结果，以冷藏2h两小时的粘度为指标进行L₉(4³)正交试验，采用极差分析法确定TG催化乳清蛋白聚合条件影响的主次关系及最佳组合。

表1冷藏2h正交实验粘度分析

从正交试验结果得出(表1)，四个因素对聚合物粘度影响的主次关系依次为A>B>D>C，即温度影响最大，酶添加量影响最小。各因素的参数为A₃B₃C₂D₁，即冷沉2h转谷氨酰胺酶催化乳清蛋白的最佳条件为：温度为50℃，pH为8.0，反应时间为1h，酶添加量为2U/g。结合冷沉24h聚合物的粘度，如表2，随着冷沉时间的延长，聚合物的粘度逐渐增大，最后变成固体凝胶，相同的冷沉时间，粘度越大形成凝胶的能力越强。当pH为8时，冷藏24h可溶性聚合物都变成固体凝胶，胶凝速度过快，所以pH选为7.5。

表2冷藏24h粘度及形态分析

Claims (9)

1.一种酶法改性乳清蛋白可溶性聚合物的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下：步骤一：制备10%乳清蛋白溶液；步骤二：将溶液预热；步骤三：TG催化聚合，溶液的pH调为6.5-8.0，加酶量为1.0-2.5u/g，反应温度为35-50℃，反应时间为1-4h，再将酶灭活冷却即得乳清蛋白可溶性聚合物。

2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤一中所述的乳清蛋白溶液的浓度为10%（w/v），4℃冷沉12h备用。

3.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤二中所述的溶液85℃预热5min。

4.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤三中所述的TG反应的pH为7.0。

5.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤三中所述的TG的加酶量为2.0u/g。

6.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤三中所述的TG的反应温度为45℃。

7.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤三中所述的TG的反应时间为3h。

8. 按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤三中所述的TG反应pH为7.5，加酶量为2.0u/g，反应温度为50℃，时间为1h。

9.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤三中所述的TG的灭活条件为85℃加热5min。