一种快速改善乳清分离蛋白质功能性质的简易方法
阅读说明：本技术 一种快速改善乳清分离蛋白质功能性质的简易方法 (Simple method for rapidly improving functional property of whey protein isolate ) 是由 白春清 郭扬凯 陈丽丽 赵利 刘雪梅 王寅 于 2021-02-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种快速改善乳清分离蛋白质功能性质的简易方法,该方法的操作步骤：乳清分离蛋白加水溶解,加入乳糖,搅拌混匀,调整pH,微波加热,取出冷却,冷冻干燥,得改性乳清分离蛋白。本方法相对于传统方法而言,生产周期大大缩短,且工艺简单、成本低廉,具有较高的推广价值。本方法所制备的改性乳清分离蛋白兼具较高的乳化性和抗氧化活性,可大大拓展乳清分离蛋白的应用范围。(The invention discloses a simple method for rapidly improving functional properties of whey protein isolate, which comprises the following operation steps: dissolving whey protein isolate in water, adding lactose, stirring, adjusting pH, microwave heating, cooling, and freeze drying to obtain modified whey protein isolate. Compared with the traditional method, the method has the advantages of greatly shortened production period, simple process, low cost and higher popularization value. The modified whey protein isolate prepared by the method has higher emulsibility and antioxidant activity, and the application range of the whey protein isolate can be greatly expanded.)
技术领域
本发明涉及保健食品和药品技术领域，具体为一种快速改善乳清分离蛋白质功能性质的简易方法。
背景技术
乳清分离蛋白作为一种天然蛋白，营养丰富、消化利用率高，且具有良好的乳化性、起泡性、凝胶性等功能特性，被广泛应用于乳品、焙烤食品等领域。但天然蛋白的一些缺点如抗氧化性有限，限制了其在食品工业特别是在乳化包埋体系中的进一步应用。
通过改性的方法，引入其它基团或改变蛋白质的结构和构象，以改善蛋白质的物理化学性质以及功能性质是解决上述问题的主要途径。美拉德反应是常用的改性方法之一，它是基于蛋白质的ε-氨基与糖分子还原性末端上的羰基之间发生的接枝反应。该反应是自然常见反应，不需要任何化学试剂作为催化剂，直接加热就可自发进行。通过美拉德反应可将水溶性糖接枝到蛋白质分子，改善蛋白质的“双亲”表面活性剂效能，提高乳化性；并在反应过程中产生一些还原性较强的物质，提高改性后蛋白质的抗氧化活性。
国内外对蛋白质和糖进行美拉德反应改性的传统方法主要有两种：干热法和湿热法。干热法通常是蛋白质、糖，按照一定的比例溶解于水中，分散均匀后进行冷冻干燥，将冻干粉置于一定温度(低于蛋白质变性温度)和相对湿度环境下，反应几天至十几天；湿热法通常是将蛋白质、糖，按照一定的比例溶解于选定pH值的缓冲溶液中，在密闭的容器中加热几小时至十几小时。因此，传统的美拉德改性方式如：干热法和湿热法，往往存在反应时间长、能耗高等缺陷。
微波加热作为新型的加热技术其作用原理是通过加热体内部偶极分子高频往复运动将微波能转变成热能，具有加热速度快、热量损失小、操作方便、加热均匀等优点，可以缩短工艺时间、提高生产效率、降低成本。
微波功率大小、微波时间长短、pH、蛋白质-多糖的质量比例等都是影响美拉德改性的主要因素，决定反应的进程，并直接影响改性后蛋白质的构象及功能特性。适度的美拉德反应，有利于改善蛋白质的水-油平衡，提高其乳化性。但反应过度，蛋白质-糖的交联程度升高，一方面，因破坏了双亲性的平衡，界面活性大大降低，乳化性下降；另一方面，过度反应产生的蛋白交联聚集，会生成一定的不溶物，使体系溶解度下降，溶解性降低，乳化性降低。与此同时，美拉德反应进程中也会产生一系列复杂的产物，反应程度不同，则中间产物种类及含量不同，抗氧化活性存在差异。因此，如何合理控制微波加热条件下的反应条件是制备兼具高乳化性、抗氧化性蛋白质的关键。鉴于此，本发明提供了一种快速改善乳清分离蛋白质功能性质的简易方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种快速改善乳清分离蛋白质功能性质的简易方法，解决了以下的技术问题：(1)现有美拉德反应进行蛋白质改性的方法所需反应时间太长，生产效率较低；(2)现有乳清分离蛋白改性方法，生产效率较低，生产成本较高；(3)现有乳清分离蛋白抗氧化活性有限、有待提高；(4)现有乳清分离蛋白功能特性不理想，无法兼具高乳化性、抗氧化活性。
(二)技术方案
本发明提出一种快速改善乳清分离蛋白质功能性质的简易方法，针对现有蛋白质改性技术特别是美拉德反应改性技术存在的缺陷，开发一种快速快速改善乳清分离蛋白质功能性质的简易方法。该方法一方面能够大大缩短美拉德反应的生产周期，简化工艺，降低成本；另一方面，在合理控制反应进程的基础上，生产出兼具高抗氧化活性、乳化性的改性产品。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种快速改善乳清分离蛋白质功能性质的简易方法，包括以下步骤：
(1)配制溶液：将乳清分离蛋白加水溶解，配制成乳清分离蛋白溶液；
(2)添加乳糖：称取一定比例的乳糖，加入乳清分离蛋白溶液中，搅拌至充分溶解，获得乳糖-乳清分离蛋白混合溶液；
(3)调整pH值：滴加氢氧化钠溶液和盐酸溶液至乳糖-乳清分离蛋白混合溶液中，使乳糖-乳清分离蛋白混合溶液pH＝8.5；
(4)微波加热：将pH＝8.5的乳糖-乳清分离蛋白混合溶液微波加热一段时间；
(5)冷却溶液：将微波加热完成后的乳糖-乳清分离蛋白混合溶液立即冷却，获得改性乳清分离蛋白反应液；
(6)冷冻干燥：将改性乳清分离蛋白反应液冷冻干燥，获得改性乳清分离蛋白。
优选地，步骤(1)水为蒸馏水或符合国家生活饮用水卫生标准GB5749-2006的水。
优选地，步骤(1)乳清分离蛋白溶液的质量浓度为1-5％。
优选地，步骤(2)乳糖-乳清分离蛋白混合溶液中乳清分离蛋白与乳糖的质量比为5:5。
优选地，步骤(3)氢氧化钠溶液的浓度为1mol/L、0.1mol/L、或0.01mol/L，盐酸溶液的浓度为1mol/L、0.1mol/L、或0.01mol/L，且控制氢氧化钠溶液和盐酸溶液的总滴加量不超过乳糖-乳清分离蛋白混合液体积的1％。
优选地，步骤(4)微波加热功率为560W，微波加热时间为7min。
优选地，步骤(5)立即冷却是指10min内将乳糖-乳清分离蛋白混合溶液的中心温度降至10℃及以下，以达到快速终止反应的目的。
(三)有益效果
本发明提供了一种快速改善乳清分离蛋白质功能性质的简易方法，该方法首先针对传统美拉德改性方法反应时间长等缺点，进行创新性改进，引入微波加热技术。以分子振动内热式快速加热代替传统以温度梯度为主导的热传导方式，提高了反应速率，大大缩短获得目的产物所需反应时间，提升了生产效率。
此外，本发明改进了乳清分离蛋白的改性工艺配方，通过合理控制美拉德反应的进程，即可实现高乳化性、抗氧化活性乳清分离蛋白的制备，使反应体系无需使用缓冲液，简化了生产工艺，降低了生产成本。
在以上技术思路的指引下，本发明对微波功率、微波时间、pH、乳糖-乳清分离蛋白质量比等重要参数进行了优选，大大缩短了传统美拉德反应的所需时间，将湿法反应所需的几小时至十几小时，降低为7分钟。
除此之外，本发明方法所制备的改性乳清分离蛋白在保证改性乳清分离蛋白高乳化性的基础上大大提升了抗氧化活性，扩大了乳清蛋白在乳化包埋体系及其他领域的应用。
附图说明
图1为不同的微波加热功率和时间对改性乳清分离蛋白乳化稳定性的影响；
图2为不同的微波加热功率和时间对改性乳清分离蛋白乳化活性的影响；
图3为不同的微波加热功率和时间对改性乳清分离蛋白DPPH自由基清除率的影响；
图4为乳清分离蛋白与乳糖质量比对改性乳清分离蛋白乳化稳定性的影响；
图5为乳清分离蛋白与乳糖质量比对改性乳清分离蛋白乳化活性的影响；
图6为乳清分离蛋白与乳糖质量比对改性乳清分离蛋白DPPH自由基清除率的影响。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种快速改善乳清分离蛋白质功能性质的简易方法及其制备方法和应用进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1：
乳糖-乳清分离蛋白混合溶液的制备：
称取乳清分离蛋白25g，加500mL蒸馏水充分溶解得乳清分离蛋白溶液，另称取乳糖25g至乳清分离蛋白溶液中，搅拌至充分溶解，用1mol/L的氢氧化钠、1mol/L盐酸调整pH至8.5，得到乳糖-乳清分离蛋白混合溶液。
实施例2：
微波加热乳糖-乳清分离蛋白混合溶液参数的优化：
(1)560W微波加热：将实施例1制备的pH＝8.5的乳糖-乳清分离蛋白混合溶液取9份，每份10mL，置于微波炉中，微波加热功率设置为560W，分别微波加热0、1、3、5、7、9、11、13、15min后，立即取出，用冰水在10min内冷却至10℃及以下，得到改性乳清分离蛋白反应液，将改性乳清分离蛋白反应液冷冻干燥，得到9份改性乳清分离蛋白。
(2)320W微波加热：将实施例1制备的pH＝8.5的乳糖-乳清分离蛋白混合溶液取9份，每份10mL，置于微波炉中，微波加热功率设置为320W，分别微波加热0、1、3、5、7、9、11、13、15min后，立即取出，用冰水在10min内冷却至10℃及以下，得到改性乳清分离蛋白反应液，将改性乳清分离蛋白反应液冷冻干燥，得到9份改性乳清分离蛋白。
测定9份微波加热功率为560W的改性乳清分离蛋白和9份微波加热功率为320W的改性乳清分离蛋白的乳化稳定性(ESI)、乳化活性(EAI)及DPPH自由基清除率。结果如图1、图2和图3所示，可以看出当反应条件为微波功率560W，微波时间7min时，本发明制备的改性乳清分离蛋白具有最佳的乳化性能和较强的抗氧化活性。
实施例3：
最佳乳糖-乳清分离蛋白质量比确定：
分别称取6份0.5g乳清分离蛋白，分别加10mL蒸馏水充分溶解得乳清分离蛋白溶液，按乳清分离蛋白与乳糖质量比分别为5:3、5:4、5:5、5:6、5:7、5:8称取乳糖至乳清分离蛋白溶液中，搅拌至充分溶解，用0.01mol/L的氢氧化钠、0.01mol/L盐酸调整pH至8.5，得到乳糖-乳清分离蛋白混合溶液，置于微波炉中，在560W功率下微波加热7min后，立即取出，用冰水在10min内冷却至10℃及以下，得到改性乳清分离蛋白反应液，将改性乳清分离蛋白反应液冷冻干燥，得到改性乳清分离蛋白。
测定6份不同乳糖-乳清蛋白质量比制备的改性乳清分离蛋白的乳化稳定性(ESI)、乳化活性(EAI)及DPPH自由基清除率。结果如图4、图5和图6所示，可以看出当乳糖-乳清分离蛋白质量比为5:5时，本发明制备的改性乳清分离蛋白具有最佳的乳化性能和较强的抗氧化活性。
实施例4：
称取乳清分离蛋白0.2g，加20mL蒸馏水充分溶解得乳清分离蛋白溶液，另称取乳糖0.2g至乳清分离蛋白溶液中，搅拌至充分溶解，用0.01mol/L的氢氧化钠、0.01mol/L盐酸调整pH至8.5，得到乳糖-乳清分离蛋白混合溶液，置于微波炉中，在560W功率下微波加热7min后，立即取出，用冰水在10min内冷却至10℃及以下，得到改性乳清分离蛋白反应液，将改性乳清分离蛋白反应液冷冻干燥，得到改性乳清分离蛋白，测得改性乳清分离蛋白的乳化稳定性为87min，乳化活性为0.35m2/g，DPPH自由基清除率为7.1％。
实施例5：
称取乳清分离蛋白10g，加300mL蒸馏水充分溶解得乳清分离蛋白溶液，另称取乳糖10g至乳清分离蛋白溶液中，搅拌至充分溶解，用1mol/L的氢氧化钠、1mol/L盐酸调整pH至8.5，得到乳糖-乳清分离蛋白混合溶液，置于微波炉中，在560W功率下微波加热7min后，立即取出，用冰水在10min内冷却至10℃及以下，得到改性乳清分离蛋白反应液，将改性乳清分离蛋白反应液冷冻干燥，得到改性乳清分离蛋白，测得改性乳清分离蛋白的乳化稳定性为85min，乳化活性为0.34m2/g，DPPH自由基清除率为7.5％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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