全文摘要
本发明公开了一种高溶解度大米蛋白的制备方法，属于食品加工技术领域。本发明通过碱浸润和搅拌相结合来制备高溶解度大米蛋白，将大米蛋白碱液浸润后溶解、搅拌、中和、离心，将上清液冷冻干燥，获得高溶解度大米蛋白。本发明显著提高了大米蛋白原料中蛋白溶出率，其溶解度达到90％以上，极大提高原料利用率；必需氨基酸种类多，含量超过50％；蛋白分子量均小于250KDa，且分布广泛；该方法还具有反应条件温和、节能、污染少等优点，拓展了大米蛋白的应用前景。
主设计要求
1.一种高溶解度大米蛋白的制备方法，其特征在于，难溶性大米蛋白先用碱液浸润后搅拌，通过调节pH，离心，将上清液冷冻干燥，即得高溶解度大米蛋白。
设计方案
1.一种高溶解度大米蛋白的制备方法，其特征在于，难溶性大米蛋白先用碱液浸润后搅拌，通过调节pH，离心，将上清液冷冻干燥，即得高溶解度大米蛋白。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于具体包括以下步骤:
(1)利用NaOH浸润大米蛋白；
(2)将步骤(1)处理后的大米蛋白与蒸馏水混合均匀成分散液；
(3)将步骤(2)分散液置于磁力搅拌器上，匀速搅拌，使得大米蛋白粉与溶液充分接触；
(4)将步骤(3)所得液体利用盐酸调节pH；
(5)将步骤(4)所得液体离心，取上清液；
(6)将步骤(5)所得上清液进行冷冻干燥，即得高溶解度大米蛋白。
3.根据权利要求2所述的制备方法，整个制备体系均在20-25℃下进行。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中NaOH浓度为1M，浸润时间30-60min，料液比为1：(0.5-1)。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)料液比为1：(0.1-0.5)。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)搅拌速率为500-800r\/min，搅拌时间3-4h。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)调节pH值于7-8之间。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)离心速率8000-10000g，时间10-20min。
9.权利要求1～8任一所述的方法在制备高溶解性植物蛋白中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述高溶解性植物蛋白包括大米蛋白、大豆蛋白、玉米蛋白。
设计说明书
技术领域
本发明涉及一种高溶解度大米蛋白的制备方法，属于食品加工技术领域。
背景技术
在全球范围内，大米是一类重要粮食之一。大米蛋白品质优于小麦蛋白和玉米蛋白，富含优质必需氨基酸-赖氨酸。除此之外，大米蛋白是谷物蛋白中免疫原性最低，是良好的婴幼儿及其他敏感人群的蛋白质摄入的理想替代品。然而，大米蛋白有个不可忽视的缺点，即溶解度低下，严重影响其商业化应用潜力。溶解性是衡量蛋白质加工及功能特性的决定性指标。
目前通常使用酶法和化学法来提高大米蛋白溶解度。专利CN 107400690 A利用多种蛋白酶协同处理大米蛋白，使其溶解度达到60％以上，关键原理是利用蛋白酶水解相邻氨基酸之间的肽键，降低蛋白质分子量、暴露极性基团，来提高溶解度，但水解度偏低达不到蛋白质的溶剂化效应，而水解度偏高则会导致产物的乳化性和气泡功能的降低，产生苦味物质，降低蛋白的应用价值。
大米蛋白富含碱性蛋白，整体偏碱性，随着环境pH值的提高，大米蛋白质的致密结构逐步展开，其亲水性增强，从而使得蛋白溶解度增加，故碱性环境是提高大米蛋白溶解度的核心要素。碱性条件下糖基化是提高大米蛋白溶解度的常用化学法之一，专利CN101429226 A提及在50℃pH＝12下大米蛋白下充分碱溶后，与葡萄糖发生糖基化形成大米蛋白-多糖接枝偶联产品，其溶解度达到90％。同样的，羧甲基纤维素、甲壳素也可以与大米蛋白发生糖基化形成糖架大米蛋白，其溶解度也达到70％以上(专利CN 109123065 A)。不过糖基化反应导致大米蛋白的纯度下降，发生褐变，影响产品美观口感与应用，同时糖基化反应副产物多，不单一。而且糖基化大米蛋白无法作为糖尿病患者的日常饮食，限制了其商业应用范围。叶荣飞等人在《热处理对大豆蛋白溶解性的影响》一文提及热处理可以提高蛋白溶解度，在121℃30min下溶解度提升最高，约51.3％，但高温下蛋白会产生热聚集效应形成超大分子量蛋白聚集体(约2700KDa)。在人体消化系统中，超大分子量蛋白聚集体消化缓慢，肠道吸收率偏低，造成营养流失。
故上述涉及制备方法不适合高溶解度大米蛋白的制备，仍需持续开发较佳的制备方法，以改善大米蛋白溶解度低的问题。综上所述，在常温碱性基础上开发出一种低成本、环保、步骤简单的制备高溶解度大米蛋白的方法，对于大米蛋白的加工和应用具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种制备高溶解度大米蛋白的方法。本方法在常温下，碱浸润与搅拌处理相结合，在碱液浸润作用下，大米蛋白结构会变得松散，有利于液体进入蛋白结构内部；搅拌可以使液体与大米蛋白充分接触，可以进一步提高蛋白溶解度。本发明制备得到的大米蛋白溶解度可达到90％以上，必需氨基酸含量50％以上，蛋白分子量小于250kDa，因此具有广泛的应用前景。
本发明的第一个目的是提供一种高溶解度大米蛋白的制备方法，所述方法是在20-25℃下，先将大米蛋白碱液浸润后，加入蒸馏水混合均匀成分散液。将上述分散液置于磁力搅拌器上搅拌，通过盐酸调节pH，离心，将上清液冷冻干燥，即获得高溶解性大米蛋白。
在本发明一种实施方式中，具体包括以下步骤：
(1)利用1M NaOH浸润大米蛋白；
(2)将步骤(1)处理后的大米蛋白加入蒸馏水混合均匀成分散液；
(3)将步骤(2)分散液置于磁力搅拌器上，匀速搅拌；
(4)将步骤(3)所得液体利用盐酸调节pH值；
(5)将步骤(4)所得液体离心，取上清液；
(6)将步骤(5)所得上清液进行冷冻干燥，即得高溶解度大米蛋白。
在本发明一种实施方式中，整个制备体系均在常温(20-25℃)下进行。
在本发明一种实施方式中，步骤(1)1M NaOH浸润时间30-60min，且料液比(g\/mL)为1:0.5-1:1。
在本发明一种实施方式中，步骤(2)料液比(g\/L)1:0.1-1:0.5。
在本发明一种实施方式中，步骤(3)搅拌速率为500-800r\/min，搅拌时间3-4h。
在本发明一种实施方式中，步骤(4)调节后pH值在7-8之间。
在本发明一种实施方式中，步骤(5)离心速率8000-10000g，时间10-20min。
本发明的第二个目的是提供一种应用上述方法制备得到的大米蛋白。
本发明的第三个目的是提供一种上述方法在制备高溶解性植物蛋白中的应用。
在本发明一种实施方式中，所述高溶解性植物蛋白包括大米蛋白、大豆蛋白、玉米蛋白。
本发明的有益效果：(以具体数据加以说明)
(1)本发明在常温(20-25℃)下进行，无需高温处理，大大降低能耗，具有绿色、高效、简单等特点；
(2)本发明先碱浸润再溶解比直接碱溶的大米蛋白溶解度由17.7％提高到80.7％；碱溶结合搅拌与碱溶的大米蛋白溶解度无显著差异；常温下碱浸润与搅拌协同制得大米蛋白的溶解度达到90％以上，其溶解度远高于高温碱溶制备的大米蛋白(溶解度约54％)；
(3)本发明所述方法制备的大米蛋白，其必需氨基酸含量达到50％以上，远高于直接碱溶的大米蛋白(必需氨基酸含量28.5％)；高温碱溶方法制备的大米蛋白中，必需氨基酸含量仅为31.7％，低于本发明所述制备方法；
(4)本发明所述方法制备的大米蛋白，属于小分子蛋白，分子量处于14.4-250kDa，
其蛋白分子量丰度远高于其他方法制备的大米蛋白。
附图说明
图1为不同处理的大米蛋白的SDS-PAGE分析。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。
1、溶解度的测试方法
按照GB\/T 6432-1994国标所述方法，凯式定氮法测定原料大米蛋白的蛋白质含量M 1<\/sub>以及上清液中蛋白质含量M2<\/sub>。大米蛋白溶解度可用下式表示:
大米蛋白溶解度(％)＝(M2<\/sub>\/M1<\/sub>)×100％
式中:M2<\/sub>-上清液中蛋白质含量(g)；M1<\/sub>-大米蛋白原料中蛋白质含量(g)。
2、氨基酸营养成分测定
经邻苯二甲醛(OPA)柱前衍生后，利用反相高效液相色谱测定上清液中氨基酸。35μL上清液或氨基酸标准品于35μL OPA-反应液中，4℃下作用108秒，由自动进样器进样20μL；
OPA-反应液组成：5％OPA溶于甲醇(g\/v)，0.8M硼酸盐缓冲液，3-硫基丙酸；比例为10:90:1(v:v:v)；
流动相A：1000mL 12mM pH6.8磷酸钠+1.6mL四氢呋喃；
流动相B：250mL 12mM pH6.8磷酸钠+175mL甲醇+110mL乙腈；
分离条件：0-2min:0％B；2-11min:0-10％B；11-17min:10％B；17-27min:10-50％B；27-38min:50-60％B；38-44min:60-100％B；44-46min:100％B；46-48min:100-0％B；48-60min:0％B；
分离柱：Hypersil ODS-柱，粒径3μM，长150mm，直径4.6mm；
检测器：激发波长＝330nm，吸收波长＝450nm；
对检测器检测之后所得的信号进行整合分析。
3、SDS-PAGE蛋白胶分析
按王章存等人所述方法(食品工业科技,2013,34:100-103)，利用SDS-PAGE分析上清液蛋白分布。
上样样品：取20μL上清液加到20μL 1.0％SDS缓冲液，涡旋混匀后65℃水浴处理15min，10000g离心5min，取10μL上清液进行SDS-PAGE电泳分析；
采用SDS不连续缓冲系统：分离胶浓度为12％，浓缩胶浓度为5％，分离胶和浓缩胶交联度均为2.6％；电极缓冲液为0.025mol Tris-HCl,pH8.3,0.192mol甘氨酸,0.1％SDS；每孔上样量10μL,22℃循环水浴，电流20mA，电泳2.0h；
电泳结束后，0.1％考马斯亮蓝G250染色液中染色，在脱色液中脱色至背景清晰后进行整合分析。
实施例1:
(1)在20℃的条件下，100g大米蛋白置于烧杯中，加入100mL 1M NaOH浸润30min；
(2)将步骤(1)碱浸润的大米蛋白加入50L蒸馏水(pH为12)，置于磁力搅拌器上，500r\/min的转速下搅拌4h；
(3)利用盐酸将步骤(2)所得液体的pH调节至7；
(4)将步骤(3)所得液体8000g，离心时间20min，取上清液；
(5)将步骤(4)所得上清液进行冷冻干燥，即得高溶解度大米蛋白。
实施例2:
(1)在25℃的条件下，100g大米蛋白置于烧杯中，加入50mL 1M NaOH浸润60min；
(2)将步骤(1)浸润的大米蛋白加入10L蒸馏水(pH为12)，置于磁力搅拌器上，在500r\/min的转速下搅拌3h；
(3)利用盐酸将步骤(2)所得液体的pH调节至8；
(4)将步骤(3)所得液体12000g，离心时间20min，取上清液；
(5)将步骤(4)所得上清液进行冷冻干燥，即得高溶解度大米蛋白。
实施例3:
(1)在20℃的条件下，100g大米蛋白置于烧杯中，加入100mL 1M NaOH浸润60min；
(2)将步骤(1)碱浸润的大米蛋白加入50L蒸馏水(pH为12)，置于磁力搅拌器上，在800r\/min的转速下搅拌3h；
(3)利用盐酸将步骤(2)所得液体的pH调节至8；
(4)将步骤(3)所得液体12000g，离心时间10min，取上清液；
(5)将步骤(4)所得上清液进行冷冻干燥，即得高溶解度大米蛋白。
对比例1：水溶
(1)在25℃的条件下，将100g大米蛋白分散于50L蒸馏水中，搅拌均匀，静置3h；
(2)将步骤(1)所得液体12000g，离心时间10min，取上清液；
(3)将步骤(2)所得上清液进行冷冻干燥，即得大米蛋白。
对比例2：未经浸润、未经搅拌
(1)在25℃的条件下，将100g大米蛋白分散于50L蒸馏水中，搅拌均匀，用NaOH溶液调节上述分散液终pH至12；
(2)将步骤(1)分散液静置3h；
(3)将步骤(2)所得液体，利用盐酸调节pH至8；
(4)将步骤(3)所得液体12000g，离心时间10min，取上清液；
(5)将步骤(4)所得上清液进行冷冻干燥，即得大米蛋白。
对比例3：未经浸润
(1)在25℃的条件下，将100g大米蛋白分散于50L蒸馏水中，搅拌均匀，用NaOH溶液调节上述分散液终pH至12；
(2)将步骤(1)液体置于磁力搅拌器上，在800r\/min的转速下搅拌3h；
(3)将步骤(2)所得液体，利用盐酸调节pH至8；
(4)将步骤(3)所得液体12000g，离心时间10min，取上清液；
(5)将步骤(4)所得上清液进行冷冻干燥，即得大米蛋白。
对比例4：未经搅拌
(1)在25℃的条件下，100g大米蛋白置于烧杯中，加入100mL 1M NaOH浸润60min；
(2)将步骤(1)碱浸润的大米蛋白加入50L蒸馏水(pH为12)，静置3h；
(3)将步骤(2)所得液体，利用盐酸调节pH至8；
(4)将步骤(3)所得液体12000g，离心时间10min，取上清液；
(5)将步骤(4)所得上清液进行冷冻干燥，即得大米蛋白。
对比例5：
采用CN 101429226 A中提及溶解大米蛋白的方法，即采用高温碱溶制备大米蛋白，具体步骤如下：
(1)将100g大米蛋白分散于50L蒸馏水中，搅拌均匀，用NaOH溶液调节上述分散液pH至12；
(2)将步骤(1)分散液置于50℃4h，再将样品冷却至室温；
(3)利用盐酸将步骤(2)所得液体的pH调节至7；
(4)将步骤(3)所得液体8000g，离心时间20min，取上清液；
(5)将步骤(4)所得上清液进行冷冻干燥，即得大米蛋白。
实施例1-3及对比例1-5制备得到的成品的性能如表1-2所示。
表1不同处理的大米蛋白的溶解度
表2不同处理后大米蛋白的必需氨基酸营养成分
注：上述氨基酸均为必需氨基酸；E必需氨基酸含量；T氨基酸总含量；E\/T：必需氨基酸与总氨基酸的配比。
从表1分析数据可以得出，实施例1-3所述在常温下利用浸润结合搅拌制备技术均能大大提高大米蛋白的溶解度，均达到90％以上。对比例1-5中，未用碱液浸润、搅拌制备技术，溶解度普遍偏低。高温碱溶也未能显著提高大米蛋白溶解度。本发明的制备方法在常温下进行，无需高温，大大降低能耗，具有绿色、高效、简单等特点。由表2可以看出，实施例1-3所得大米蛋白的必需氨基酸含量远超对比例1-5。由于人体无法合成必需氨基酸，只能体外摄取，故实施例1-3所得大米蛋白很好的补充了人体对必需氨基酸的需求，充足保证了每日必需氨基酸的摄取量。其次，图1可以得出，实施例1-3所述在常温下利用浸润结合搅拌技术制备技术能够使大分子大米蛋白降解成不同分子量的蛋白，所得大米蛋白的分子量处于14.4-250kDa，在体内容易进一步被降解为更小的分子量，为人体供能。对比例1-5所述的制备方法获得2大类不同分子量的大米蛋白，分子量大于250kDa或者接近14.4kDa。综上所述，本发明所提供的常温下利用浸润结合搅拌技术制备的大米蛋白的溶解度较高，达到90％以上，且必须氨基酸含量高，种类多，可满足人们对必需氨基酸的需求，且整体蛋白属于低分子量蛋白，易在体内降解，给人体供能。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910588341.8
申请日:2019-07-02
公开号:CN110200124A
公开日:2019-09-06
国家:CN
国家/省市:32(江苏)
授权编号:授权时间:主分类号:A23J 1/12
专利分类号:A23J1/12;A23J1/14;A23J3/14;A23J3/16;A23J3/18;A23J3/32
范畴分类:11A;
申请人:江南大学;湖南汇升生物科技有限公司
第一申请人:江南大学
申请人地址:214000 江苏省无锡市滨湖区蠡湖大道1800号
发明人:吴敬;颜正飞;唐诚业;谢艳萍
第一发明人:吴敬
当前权利人:江南大学;湖南汇升生物科技有限公司
代理人:林娟
代理机构:23211
代理机构编号:哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计