一种酶改性制备低凝胶性高分散性大豆蛋白的方法

摘要

一种通过过渡态大豆蛋白的酶改性制备低凝胶性高分散性大豆蛋白的方法，属于大豆深加工技术领域。本发明采用低温脱脂豆粕为原料，先得到一种部分热变性的过渡态大豆蛋白，然后使用内肽酶和外肽酶进行酶解，反应结束经过适当的加热灭酶处理得到苦味低、分散快、凝胶性弱、悬浮稳定性好的大豆蛋白。该大豆蛋白产品可应用于乳制品、饮料和冲调饮料、蛋白质营养补充剂及注射型蛋白产品中。

说明书

技术领域

本发明提供了一种利用酶制剂来改性过渡态大豆蛋白得到具有高级功能性(比如低凝胶性和高分散性)的产品，且没有与大豆产品相联系的通常的苦味和豆腥味，属于大豆深加工技术领域。

背景技术

大豆分离蛋白是以低温脱溶大豆粕为原料生产的一种蛋白类食品添加剂，含氮量在90％以上且具有多种功能特性如乳化性、胶凝性、防水性等，其营养丰富不含胆固醇，是植物蛋白中为数不多的可替代动物蛋白的品种之一，营养价值可与牛肉、鸡蛋、牛奶等媲美。

大豆分离蛋白粘度随浓度的增大而显著增加，通常在12％时就开始形成凝胶。这一点极大的限制了分离蛋白在食品中的应用。比如某些婴儿食品和乳制品要求添加其中的蛋白不能由于产品放置时间的延长而硬化或沉淀，饮料和冲调饮料用分离蛋白也不能具有凝胶性。为了避免大豆分离蛋白的凝胶的可能，大豆分离蛋白在应用于此类产品前可以先进行酶水解。

早在20世纪七八十年代，美国Adler-Nissen等就对大豆蛋白的酶水解作了大量的研究工作，认为酶水解可以破坏大豆蛋白的凝胶性，但用蛋白酶这种水解酶分解大豆蛋白这样的天然形式的蛋白，通常是很难的。大豆分离蛋白中的主要成分为7s和11s蛋白。多肽链紧密折叠在一起，疏水氨基酸在其内部形成疏水区域，外面被亲水外壳所包裹，这些亚基又彼此结合形成复杂的球状四级结构，所以大豆蛋白分子对酶解有很强的抵抗力。若欲得到分离蛋白类产品，可以先采用加热的方法使蛋白部分展开，将疏水基团部分暴露，即先对蛋白物理变性再进行水解。

关于球蛋白的变性和水解机制，Lingderstrm-Lang在1952年提出了这样的概念：天然蛋白是先经过变性，再经初步水解得到一个变构的中间态产物，接着酶进一步作用从而得到最终产品的。若变性速率远小于第一步水解速率，水解受变性速率控制，反应混合物只有天然蛋白和终产物，这种反应被称为“递进(one by one)反应”，该反应意味着一种蛋白酶一次专一的降解一种底物。相反，如果第一步水解速率远小于变性速率，天然蛋白分子快速转变为中间态，中间态产物再慢慢降解为终产物，这就是“拉链反应(zipper reaction)”，也就是说当变性速率较大时，第一步水解速率就变得具有决定性，至少在反应初始阶段，总反应速率将提高。低水解度时，递进反应的可溶解的部分包括天然蛋白和极少的短肽。而如果是链式反应，可溶解部分就是分子量分布较宽的肽段。而且，如果蛋白底物的天然形式遵循递进反应规律，变性的结果就是可以提高反应速率，降解的速率类似于拉链反应。

Adler-Nissen曾做实验研究，控制水解度为6％，脱脂豆粉直接经Alcalase水解与脱脂豆粉经过pH4.5下50℃加热10或30分钟又或90℃加热10分钟后再水解比较，产物通过凝胶色谱检测发现：天然底物的水解产物主要为蛋白或不能被分离的大肽链和稀少的小肽，而变性底物的水解产物是较宽范围的中等长度的肽段和稀少的大分子量的肽段。后来的研究进一步表明中等长度的肽链相对未改性的蛋白在酸性溶液中的溶解性要好，这种蛋白产品常用在乳制品和酸性饮料中。

现代蛋白(去)折叠的能量势垒理论(energy landscape theory)和漏斗概念(the funnel concept)指出，蛋白质变性时并非一步完成去折叠而成为完全展开状态。不同蛋白质结构之间并不是一种刚性的、非此即彼的关系；从天然态到变性态之间，存在称之为熔球体的过渡态，即蛋白的变性过程为：由天然折叠态转变为稳定的瞬时部分变性的熔球过渡态，再转变为完全展开态，氨基残基中的天然结构在处理过程中就有可能变为非天然态。P.X.Qi和E.M.Brown等人进一步研究了乳蛋白的结构变化，证明从天然态到变性态的过程中还存在多种中间态。后来的研究进一步证明了球状蛋白肽键的断裂速率极大地受到三级结构的影响。由于过渡态蛋白质分子具有较多的活性基团和活性位点，使得我们能够更有效地对它进行结构修饰。蛋白质的变性程度可以通过温度、pH、加热时间、蛋白质浓度、有机溶剂、以及机械作用等多种方式进行控制。比如Z.Y.Ju等人对酶促乳清蛋白的凝胶性进行了研究，他们将9％的乳清蛋白溶液在80℃下加热2到30分钟后，用地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis protease)作用，测其凝胶性，发现凝胶过程与变性程度密切相关，变性程度越高，凝胶越早，凝胶硬度增长更快，且变性程度与凝胶硬度呈线性相关。Surówka在他的文章中也提到一种先经过挤压变性而制备改性蛋白的方法，通过SDS-PAGE比较Alcalase和Esperase蛋白酶对挤压和非挤压大豆浓缩蛋白限制性水解的产物，发现与挤压蛋白达到相同含量氨基氮的情况下，非挤压蛋白的水解更具选择性，许多典型的大豆蛋白化学键仍然存在，而且挤压后的原料比未挤压前更易水解。由上述理论和事例可以看到经过变性后的大豆蛋白是一种全新的分离蛋白。所以本发明中加热的条件包括过渡态大豆蛋白的制备和水解液的灭酶都是值得研究的关键问题。从掌握的资料来看，国内外还没有这方面的报道。

发明内容

本发明的目的就是开发出一种对部分热变性蛋白进行酶改性而得到无凝胶性的大豆蛋白。经研究证实，等电点大豆蛋白经过控制条件下的加热变性后，通过限制性酶水解，其凝胶性被破坏。通过加入一定剂量的外肽酶来消除大豆蛋白水解时产生的苦味，使水解物可以应用于乳制品、饮料和冲调饮料、蛋白质营养补充剂及注射型中。

为有效的破坏凝胶性，采用在等电点pH值下加热蛋白的方式，得到一种过渡态的大豆蛋白原料，加热的条件是本发明中的主要研究对象之一。

本发明的技术方案：一种通过过渡态大豆蛋白的酶改性制备低凝胶性高分散性大豆蛋白的方法，所述方法包括：

(1)以低温脱脂豆粕为原料制备部分热变性的大豆蛋白，即过渡态大豆蛋白；

(2)过渡态大豆蛋白的酶解：依次加入酶制剂，将过渡态大豆蛋白水解一定时间，并在此过程中脱苦，从而生产出一种大豆蛋白水解物；

(3)后处理：大豆蛋白水解物灭活酶混合物，经均质、喷雾干燥、喷涂磷脂得到大豆蛋白产品。要求产品的凝胶强度：软凝胶态产品的凝胶强度为50g左右，无凝胶态产品的凝胶强度小于25g。

制备过渡态大豆蛋白：以低温脱脂豆粕为原料，采用常规方法以固液比1∶10～1∶20g/ml悬浮于30℃的水溶液中，在pH值为7.0～8.0下碱溶40～60分钟，离心分离得到蛋白上清液；上清液调节pH值为4.0～5.0，在40～80℃下搅拌加热5～30分钟；酸性蛋白溶液加热结束后，离心分离得到酸凝乳，加水至固形物含量为8％～18％，回调至pH值为7.25～7.4，得到过渡态大豆蛋白溶液。

制备过渡态大豆蛋白的优选条件为：以低温脱脂豆粕为原料，采用常规方法以固液比1∶10～1∶20g/ml悬浮于30℃的水溶液中，在pH值为7.0～7.5下碱溶40～60分钟，离心分离得到蛋白上清液；上清液调节pH值为4.0～5.0，在50～60℃下搅拌加热5～10分钟；酸性蛋白溶液加热结束后，离心分离得到酸凝乳，加水至固形物含量为10％～14％，回调至pH值为7.25～7.4，即得到过渡态大豆蛋白溶液。

过渡态大豆蛋白的酶解：向得到的过渡态大豆蛋白溶液中，以大豆蛋白固形物含量计依次加入0.1％～0.5％的内肽酶及0.05％～0.5％的外肽酶，酶解温度50～60℃，酶解时间30～40min；

所述内肽酶为中性细菌蛋白酶、植物蛋白酶或两种酶的混合物；

所述外肽酶为真菌类蛋白酶：Flavourzyme(Novo)和Peptidase R(Amano)。

酶解液后处理：得到的水解液采用蒸汽加热至100～140℃，作用5～10s灭酶；灭酶后均质，均质压力为25～35MPa；喷雾干燥的进风温度为160～180℃，出风温度为60～85℃；将20％的磷脂乳浊液以1∶10的比例喷涂于蛋白粉表面，即得产品。

酶解液后处理的优选条件：得到的水解液采用蒸汽加热至120～140℃，作用5～10s灭酶。

豆粕经碱溶离心得到蛋白溶液，调节pH值到等电点范围后40～80℃加热，离心分离后得到酸性过渡态蛋白原料。加热的温度和时间需要注意。因为处理条件的不同会产生不同的过渡态蛋白，从而影响水解的条件及产物的功能性。回调pH值至7.25～7.4，控制这样的初始pH值是为了在反应结束后不再调节蛋白溶液的酸碱性。随着pH向中性靠近，粘度突然升高，pH调至理想范围变得困难。因此，在向酸凝乳中加碱时必须不断搅拌。而且为防止酸凝乳中产生过量的碱区域和放热点，碱液的稀释也是必须的，否则会导致某些氨基酸的分解。以大豆蛋白固形物含量计加入0.1％～0.5％内肽酶及0.05％～0.5％外肽酶，50～60℃作用30～40min。得到的水解液均质后，采用蒸汽加热至100～140℃，作用5～10s灭酶，结束后均质、喷雾干燥、喷涂磷脂得到大豆蛋白产品。

得到的产品测其各项性能方法如下：

(1)凝胶性：取3g大豆蛋白使其溶解于22g去离子水中，即配成12％的蛋白溶液于25ml烧杯中，用保鲜膜封口，在90℃水浴锅内加热保温30min后取出，置于冰水浴中迅速冷却，放入4℃冰箱中保存24h后观察，用物性测试仪(TextureAnalyzer TA-XTZi)测定凝胶强度，选用直径为12mm的圆柱状平头冲头，冲压速度4mm/s，记录凝胶破裂时所需的力定义为凝胶强度，记录冲压深度为5mm时所需的力为凝胶弹性。

(2)TCA-NSI三氯乙酸中可溶性氮含量测定(A 5％ TCA Solubilization Byweight)——此方法可表征蛋白的水解情况。取1g改性大豆蛋白溶解于24g去离子水中，加入等质量10％的三氯乙酸溶液，充分振荡混合，静置10min，在4000r/min转速下离心20min，取一定比例上清液用凯氏定氮法定氮，5％TCA-N溶解性(wt％)＝N₁/N₀×稀释倍数，(式中N₁为在10％三氯乙酸中可溶性氮，N₀为大豆蛋白中总氮)。

(3)浊度法测定悬浮稳定性——配制0.4％的大豆蛋白溶液，在600nm下观测其24小时前后的吸光度值变化程度(Δε％＝(ε₀-ε)/ε₀×100％)，以表征溶液的悬浮稳定性。

本发明的有益效果：本发明发现热变性过渡态大豆蛋白通过酶改性后可以得到凝胶性弱的大豆蛋白。而适当的灭酶处理则可以兼顾破坏凝胶性却不影响蛋白溶液的悬浮稳定性。

我们通过研究发现蛋白的变性程度和其水解蛋白的悬浮稳定性存在着互相制约的关系。加热强度越大，蛋白展开程度越高，越有利于酶水解破坏凝胶性，有研究表明组成为分子量5,000到20,000的中等长度肽链的蛋白溶液的粘度较低；但过度的加热则会导致水解蛋白肽段的聚集，从而影响溶液的悬浮稳定性。由此可见，酶改性前如何控制变性程度具有重要意义。

除了良好的悬浮稳定性之外，用于食品的大豆蛋白也必须有良好的风味。一般，对于变性蛋白的水解，中等长度肽链的水解产物是主要的，但与此同时产生的短肽却导致了不愉快的苦味。具有外肽酶活性的真菌类蛋白酶的加入可以起到切除疏水基团从而达到脱苦的目的。

我们国家乳制品和块肉制品注射生产所需蛋白一直都依靠从国外进口。形成这种局面的原因主要是关键生产工艺技术没有突破性进展，一些先进的改性工艺还没有应用到生产中。所以此项发明具有良好的推广前景。

附图说明

图1过渡态大豆蛋白的制备流程图。

图2酶改性大豆蛋白的制备流程图。

具体实施方式

实施例1

以低温脱脂豆粕为原料，采用常规方法以固液比1∶15g/ml悬浮于30℃的水溶液中，在pH值为7.4碱溶50min，离心分离得到上清液，上清液调节pH值为7后，50℃搅拌加热10min，离心分离得到酸凝乳，加水至固形物含量为13％，回调pH值为7.4，加入0.2％水解蛋白酶和0.3％ Peptidase R 50～60℃作用40min。得到的水解液采用蒸汽加热至120℃作用5s灭酶，结束后均质，经喷雾干燥、喷涂磷脂后得到大豆蛋白产品。产品凝胶强度为102.3g，凝胶弹性为76.7g，5％TCA-N溶解性(wt％)为13.4％，Δε％为3.5％。

其他条件为本发明所列条件范围内，仅上清液调pH为7.0时，结果产品的凝胶强度大于100g，试验不理想。

实施例2

以低温脱脂豆粕为原料，采用常规方法以固液比1∶15g/ml悬浮于30℃的水溶液中，在pH值为7.4碱溶50min，离心分离得到上清液，上清液调节pH值为4.5后，80℃搅拌加热5min，离心分离得到酸凝乳，加水至固形物含量为13％，回调pH值为7.25，加入0.1％内肽酶和0.05％Peptidase R 50～60℃作用40min。得到的水解液采用蒸汽加热至120℃作用5s灭酶，结束后经均质、喷雾干燥、喷涂磷脂后得到大豆蛋白产品。产品凝胶强度为4.9g，凝胶弹性为3.1g，5％TCA-N溶解性(wt％)为67.5％，Δε％为73.5％。

实施例3

以低温脱脂豆粕为原料，采用常规方法以固液比1∶10g/ml悬浮于30℃的水溶液中，在pH值为7.2碱溶60min，离心分离得到上清液，上清液调节pH值为4.5后，40℃搅拌加热30min，离心分离得到酸凝乳，加水至固形物含量为14％，回调pH值为7.3，加入0.5％内肽酶及0.10％Peptidase R，50～60℃作用时间40min。得到的水解液采用蒸汽加热至120℃作用10s灭酶，结束后经均质、喷雾干燥、喷涂磷脂后得到大豆蛋白产品。产品凝胶强度为53.2g，凝胶弹性为41.5g，5％TCA-N溶解性(wt％)为34.4％，Δε％为7.5％。

实施例4

以低温脱脂豆粕为原料，采用常规方法以固液比1∶20g/ml悬浮于30℃的水溶液中，在pH值为7.0碱溶60min，离心分离得到上清液，上清液调节pH值为4.0后，70℃搅拌加热8min，离心分离得到酸凝乳，加水至固形物含量为14％，回调pH值为7.3，加入0.15％内肽酶及0.10％Peptidase R，50～60℃作用时间40min。得到的水解液采用蒸汽加热至120℃作用10s灭酶，结束后经均质、喷雾干燥、喷涂磷脂后得到大豆蛋白产品。

产品凝胶强度为5.3g，凝胶弹性为3.9g，5％TCA-N溶解性(wt％)为49.9％，Δε％为67.5％。

实施例5

以低温脱脂豆粕为原料，采用常规方法以固液比1∶15g/ml悬浮于30℃的水溶液中，在pH值为7.5碱溶40min，离心分离得到上清液，上清液调节pH值为5.0后，50℃搅拌加热10min，离心分离得到酸凝乳，加水至固形物含量为14％，回调pH值为7.3，加入0.35％内肽酶和0.2％ Flavourzyme，50～60℃作用时间30min。得到的水解液采用蒸汽加热至140℃作用10s灭酶，结束后经均质、喷雾干燥、喷涂磷脂后得到大豆蛋白产品。

产品凝胶强度为20.7g，凝胶弹性为16.8g，5％TCA-N溶解性(wt％)为34.5％，Δε％为12.3％，有微弱的苦味。

实施例6

以低温脱脂豆粕为原料，采用常规方法以固液比1∶15g/ml悬浮于30℃的水溶液中，在pH值为7.4碱溶50min，离心分离得到上清液，上清液调节pH值为4.5后，60℃搅拌加热10min，离心分离得到酸凝乳，加水至固形物含量为13％，回调pH值为7.4，加入0.2％内肽酶和0.3％Peptidase R 50～60℃作用40min。得到的水解液采用蒸汽加热至140℃作用10s灭酶，结束后经均质、喷雾干燥、喷涂磷脂后得到大豆蛋白产品。产品凝胶强度为10.6g，凝胶弹性为6.7g，5％TCA-N溶解性(wt％)为24.0％，Δε％为12.1％，只有微弱苦味。

实施例7

以低温脱脂豆粕为原料，采用常规方法以固液比1∶15g/ml悬浮于30℃的水溶液中，在pH值为7.4碱溶60min，离心分离得到上清液，上清液调节pH值为4.5后，60℃搅拌加热10min，离心分离得到酸凝乳，加水至固形物含量为13％，回调pH值为7.4，加入0.2％内肽酶和0.5％Flavourzyme 50～60℃作用40min。得到的水解液采用蒸汽加热至140℃作用10s灭酶，结束后经均质、喷雾干燥、喷涂磷脂后得到大豆蛋白产品。产品凝胶强度为9.2g，凝胶弹性为5.3g，5％TCA-N溶解性(wt％)为25.2％，Δε％为22.3％，苦味微弱。