一种大豆分离蛋白凝胶及其制备和应用

1.本发明大豆分离蛋白加工领域，涉及一种大豆分离蛋白凝胶及其制备和应用，具体来说，是基于盐离子与超声复合改性提高大豆分离蛋白热诱导凝胶性制备大豆分离蛋白凝胶。


背景技术：

2.随着世界人口的迅速增长，动物蛋白供应日益短缺，相关的资源及环境问题也不断加剧，植物来源蛋白质资源逐渐进入了人们的视野，植物基产品也得到了快速发展。植物基产品中，植物肉类产品得到了更迅速的发展。植物肉是在风味和外观上模拟动物肉的加工肉产品，具有高蛋白、零胆固醇、零反式脂肪酸、零抗生素、富含人体必需氨基酸等优点，但其在色泽、口感、质地等方面仍与传统肉类存在较大差距。产品质地是影响消费者接受植物肉的主要原因之一，目前市售的植物肉产品纤维感差、整体质地松散、汁水感不足，与真肉形成的汁水感和持水性有显著差异。针对上述口感问题，国内外大量研究针对亲水胶体的组合、交联剂(酶制剂)的改良和添加保水剂进行研究。但这些途径均属于后期模拟改善的方式，对于不同的产品改善效果不尽相同。
3.因此，可以考虑直接对植物蛋白进行改造，其中，对植物蛋白改性的方式有许多种，如预热处理、超声处理、ph偏移处理、tg酶交联，添加盐离子等。其中，超声处理主要是通过由空化效应引起的物理化学作用对蛋白质聚集行为进行调控来改善蛋白的凝胶性质，而添加盐离子则是通过改变蛋白质所处的微环境，影响蛋白质的分子表面的电离作用以及双电层的厚度，影响蛋白质分子间、蛋白质与水分子间的非共价相互作用来调节蛋白凝胶特性。这两改性方式条件温和、消耗能源少、操作简便快捷，均是蛋白改性的理想方式。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种大豆分离蛋白凝胶及其制备和应用，其基于盐离子与超声复合改性，摒弃后期模拟质地和汁水感的方式而采用从源头对植物凝胶蛋白进行改造，使其获得肌纤维蛋白类似的热凝胶性，从而实现人造肉质地及持水性的改造目的，以满足市场需要及消费者的诉求。
5.按照本发明的技术方案，所述大豆分离蛋白凝胶的制备方法，包括以下步骤，
6.s1：将大豆分离蛋白分散于钠盐或钾盐溶液中，得到大豆分离蛋白分散液；
7.s2：对所述大豆分离蛋白分散液进行超声预处理，得到预处理液；
8.s3：加热所述预处理液至100-140℃，进行高温短时热处理，然后快速冷却到68-75℃，喷雾干燥，得到改性大豆分离蛋白；
9.s4：将所述改性大豆分离蛋白溶于水中，加热反应，得到所述大豆分离蛋白凝胶。
10.本发明中采用了盐离子与超声两种方式复合改性，这两种方式都可以提高大豆蛋白的表面疏水性，从而有利于凝胶的形成。同时，盐离子用于增加离子强度，使得大豆蛋白形成大聚集体，不需要通过热处理来实现；超声使得大豆蛋白形成的聚集体控制在集中较
好的范围，有利于凝胶的形成。另一方面，大量添加盐离子，会降低凝胶持水性，在超声处理之后可以让蛋白粒度均匀从而形成更均匀的凝胶网络结构，均一致密的凝胶网络结构有利于束缚更多水分子，在增加凝胶强度的同时保证不会降低持水性。
11.进一步的，所述钠盐为氯化钠，所述钾盐为氯化钾。
12.进一步的，所述钠盐或钾盐水溶液的浓度为0.001-0.6mol/l，优选的，浓度为0.1-0.4mol/l，进一步优选为0.2-0.3mol/l。
13.进一步的，所述大豆分离蛋白分散液中，大豆分离蛋白的质量分数为2-8％。
14.进一步的，所述步骤s2中，超声预处理为低频高场强超声预处理，频率为20-100khz，场强为10-1000w
·
cm2。
15.超声波是指频率超过人类听觉范围的声波，是一种有弹性的机械振荡，其频率范围广，通常为20khz-1mhz。实际应用中，超声波通常被分为高频率低场强和低频率高场强两种范围。第一种是高频率低场强，通常指频率在100khz-1mhz，场强《1w
·
cm2。这个范围的超声波不会对物料产生影响。与其相对应的低频率高场强是指频率为20-100khz，场强在10-1000w
·
cm2，由于在这个频率下，能量较大，该频率可以用来改善物料的理化性质。
16.进一步的，所述步骤s2中，超声预处理的功率为200-1000w，时间为0.01-30min，超声工作间歇比5s：5s；优选的，超声预处理时间为10-30min。
17.具体的，可以采用超声变幅杆进行超声预处理，所选用的超声变幅杆的直径与所需处理溶液的体积、容器直径有关，根据所需超声处理强度选取2-28mm直径的超声变幅杆。
18.进一步的，所述步骤s2中，超声预处理期间大豆分离蛋白分散液的温度为4-30℃，避免超声处理过程中大豆蛋白发生热聚集，影响蛋白性质。
19.具体的，超声预处理期间，将所述大豆分离蛋白分散液置于冰水(0-4℃)中。
20.进一步的，所述步骤s3中，加热所述预处理液至100-140℃的具体操作为：将预处理液置于130-145℃条件下加热4-20s。
21.进一步的，所述步骤s3中，加热所述预处理液至100-140℃后，在20s内将温度降低到68-75℃。
22.进一步的，所述步骤s4中，将所述改性大豆分离蛋白溶于水中，得到蛋白溶液，所述蛋白溶液中改性大豆分离蛋白的质量分数为10-20％。
23.进一步的，所述步骤s4中，加热的温度为90-100℃，时间为25-50min。
24.本发明的第二方面提供了上述制备方法制得的大豆分离蛋白凝胶。
25.本发明的第三方面提供了上述大豆分离蛋白凝胶在制备植物肉中的应用。
26.本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
27.本发明通过添加不同浓度盐离子后，使得超声处理对大豆分离蛋白凝胶的改善效果展现出来；同时，在大豆分离蛋白凝胶中添加盐离子会使得凝胶持水性下降，但同时对大豆分离蛋白溶液进行超声处理后，不仅能增加凝胶强度，还能提高凝胶持水性，使最终制得的大豆分离蛋白凝胶具有高凝胶强度和高持水性；
28.本发明能够更好地认识到不同改性方式对大豆分离蛋白凝胶的影响，使得在蛋白改性过程中更好地控制不同改性方式的条件，对进一步了解不同改性方式联用的相互作用有重要意义，为植物肉产品中应用大豆分离蛋白提供了经验和理论依据。
附图说明
29.图1为实施例1-6中大豆分离蛋白凝胶的强度。
30.图2为为实施例1-6中大豆分离蛋白凝胶的持水率。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
32.实施例1
33.将大豆分离蛋白用去离子水配置成质量分数为6％的蛋白分散液，在室温(25
±
5℃)条件下搅拌2h，以保证蛋白充分溶解水合，然后对蛋白分散液进行超声处理。超声处理条件为：选用直径6mm的超声变幅杆，输出功率为300w，超声处理时间为0min、10min、30min，超声工作间歇比5s：5s。在超声处理期间，蛋白分散液始终置于冰水中，保持溶液温度在18℃。
34.处理后的大豆蛋白分散溶液采用130-145℃温度加热4-20s，并在20s内将温度降低到68-75℃，进行喷雾干燥。
35.称取一定质量处理后的大豆分离蛋白溶于去离子水中，配置为浓度为12％的蛋白溶液。8g蛋白溶液置于10ml烧杯中放入水浴锅，95℃加热35min，通过热诱导制备大豆分离蛋白凝胶。将大豆分离蛋白凝胶放入冰水浴中，冷却后置于4℃冰箱中冷藏过夜，第二天取出凝胶恢复至室温后测定凝胶强度和持水性。
36.实施例2
37.将大豆分离蛋白用0.05mol/l的氯化钠溶液配置成质量分数为6％的蛋白分散液，在室温条件下搅拌2h，以保证蛋白充分溶解水合，然后对蛋白分散液进行超声处理。超声处理条件为：选用直径6mm的超声变幅杆，输出功率为300w，超声处理时间为0min、10min、30min，超声工作间歇比5s：5s。在超声处理期间，蛋白分散液始终置于冰水中，保持溶液温度在18℃。
38.处理后的大豆蛋白分散溶液采用130-145℃温度加热4-20s，并在20s内将温度降低到68-75℃，进行喷雾干燥。
39.称取一定质量处理后的大豆分离蛋白溶于去离子水中，配置为浓度为12％的蛋白溶液。8g蛋白溶液置于10ml烧杯中放入水浴锅，95℃加热35min，通过热诱导制备大豆分离蛋白凝胶。将大豆分离蛋白凝胶放入冰水浴中，冷却后置于4℃冰箱中冷藏过夜，第二天取出凝胶恢复至室温后测定凝胶强度和持水性。
40.实施例3
41.将大豆分离蛋白用0.1mol/l的氯化钠溶液配置成质量分数为6％的蛋白分散液，在室温条件下搅拌2h，以保证蛋白充分溶解水合，然后对蛋白分散液进行超声处理。超声处理条件为：选用直径6mm的超声变幅杆，输出功率为300w，超声处理时间为0min、10min、30min，超声工作间歇比5s：5s。在超声处理期间，蛋白分散液始终置于冰水中，保持溶液温度在18℃。
42.处理后的大豆蛋白分散溶液采用130-145℃温度加热4-20s，并在20s内将温度降低到68-75℃，进行喷雾干燥。
43.称取一定质量处理后的大豆分离蛋白溶于去离子水中，配置为浓度为12％的蛋白溶液。8g蛋白溶液置于10ml烧杯中放入水浴锅，95℃加热35min，通过热诱导制备大豆分离蛋白凝胶。将大豆分离蛋白凝胶放入冰水浴中，冷却后置于4℃冰箱中冷藏过夜，第二天取出凝胶恢复至室温后测定凝胶强度和持水性。
44.实施例4
45.将大豆分离蛋白用0.2mol/l的氯化钠溶液配置成质量分数为6％的蛋白分散液，在室温条件下搅拌2h，以保证蛋白充分溶解水合，然后对蛋白分散液进行超声处理。超声处理条件为：选用直径6mm的超声变幅杆，输出功率为300w，超声处理时间为0min、10min、30min，超声工作间歇比5s：5s。在超声处理期间，蛋白分散液始终置于冰水中，保持溶液温度在18℃。
46.处理后的大豆蛋白分散溶液采用130-145℃温度加热4-20s，并在20s内将温度降低到68-75℃，进行喷雾干燥。
47.称取一定质量处理后的大豆分离蛋白溶于去离子水中，配置为浓度为12％的蛋白溶液。8g蛋白溶液置于10ml烧杯中放入水浴锅，95℃加热35min，通过热诱导制备大豆分离蛋白凝胶。将大豆分离蛋白凝胶放入冰水浴中，冷却后置于4℃冰箱中冷藏过夜，第二天取出凝胶恢复至室温后测定凝胶强度和持水性。
48.实施例5
49.将大豆分离蛋白用0.3mol/l的氯化钠溶液配置成质量分数为6％的蛋白分散液，在室温条件下搅拌2h，以保证蛋白充分溶解水合，然后对蛋白分散液进行超声处理。超声处理条件为：选用直径6mm的超声变幅杆，输出功率为300w，超声处理时间为0min、10min、30min，超声工作间歇比5s：5s。在超声处理期间，蛋白分散液始终置于冰水中，保持溶液温度在18℃。
50.处理后的大豆蛋白分散溶液采用130-145℃温度加热4-20s，并在20s内将温度降低到68-75℃，进行喷雾干燥。
51.称取一定质量处理后的大豆分离蛋白溶于去离子水中，配置为浓度为12％的蛋白溶液。8g蛋白溶液置于10ml烧杯中放入水浴锅，95℃加热35min，通过热诱导制备大豆分离蛋白凝胶。将大豆分离蛋白凝胶放入冰水浴中，冷却后置于4℃冰箱中冷藏过夜，第二天取出凝胶恢复至室温后测定凝胶强度和持水性。
52.实施例6
53.将大豆分离蛋白用0.06mol/l的氯化钠溶液配置成质量分数为6％的蛋白分散液，在室温条件下搅拌2h，以保证蛋白充分溶解水合，然后对蛋白分散液进行超声处理。超声处理条件为：选用直径6mm的超声变幅杆，输出功率为300w，超声处理时间为0min、10min、30min，超声工作间歇比5s：5s。在超声处理期间，蛋白分散液始终置于冰水中，保持溶液温度在18℃。
54.处理后的大豆蛋白分散溶液采用130-145℃温度加热4-20s，并在20s内将温度降低到68-75℃，进行喷雾干燥。
55.称取一定质量处理后的大豆分离蛋白溶于去离子水中，配置为浓度为12％的蛋白溶液。8g蛋白溶液置于10ml烧杯中放入水浴锅，95℃加热35min，通过热诱导制备大豆分离蛋白凝胶。将大豆分离蛋白凝胶放入冰水浴中，冷却后置于4℃冰箱中冷藏过夜，第二天取
出凝胶恢复至室温后测定凝胶强度和持水性。
56.结果分析
57.实施例1-6中不同超声处理时间得到的大豆分离蛋白凝胶的强度和持水率如图1和2所示。从图1和图2中可以看出，在未添加氯化钠的情况下，不同时间的超声处理对大豆分离蛋白的凝胶强度和持水性均无显著提升，凝胶强度维持在200g左右，持水性均在99％以上。当在蛋白分散液中加入一定量的氯化钠且不进行超声处理时，随着氯化钠浓度的升高，大豆分离蛋白的凝胶强度先增加后下降，氯化钠浓度达到0.3mol/l时，凝胶强度最高提升至937g，是未加氯化钠样品的4.7倍，而大豆分离蛋白凝胶的持水性随着氯化钠浓度的增加而降低。当对添加了氯化钠的蛋白分散液进行超声处理后，大豆分离蛋白凝胶强度都随着超声处理时间的增加而增加，最大增幅达到266g。与此同时，同一浓度条件下的凝胶持水性也随着超声处理时间的增加而增加，最高可增加至98.7％。
58.综上所述，利用盐离子与超声复合改性可以显著改善大豆分离蛋白凝胶的凝胶强度和持水性。虽然盐离子的持续添加会使凝胶持水性下降，但是超声处理能增加其持水性，使得大豆分离蛋白凝胶具有高凝胶强度的基础上同时具备高持水性。
59.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种大豆分离蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，s1：将大豆分离蛋白分散于分散于钠盐或钾盐水溶液中，得到大豆分离蛋白分散液；s2：对所述大豆分离蛋白分散液进行超声预处理，得到预处理液；s3：加热所述预处理液至100-140℃后，冷却到68-75℃，喷雾干燥，得到改性大豆分离蛋白；s4：将所述改性大豆分离蛋白溶于水中，加热反应，得到所述大豆分离蛋白凝胶。2.如权利要求1所述的大豆分离蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，所述钠盐或钾盐水溶液的浓度为0.001-0.6mol/l。3.如权利要求1或2所述的大豆分离蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，所述大豆分离蛋白分散液中，大豆分离蛋白的质量分数为2-8％。4.如权利要求1所述的大豆分离蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，超声预处理的频率为20-100khz，场强为10-1000w
·
cm2。5.如权利要求1所述的大豆分离蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，超声预处理的功率为200-1000w，时间为0.01-30min，超声工作间歇比5s：5s。6.如权利要求1所述的大豆分离蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，超声预处理期间大豆分离蛋白分散液的温度为4-30℃。7.如权利要求1所述的大豆分离蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，加热所述预处理液至100-140℃的具体操作为：将预处理液置于130-145℃条件下加热4-20s。8.如权利要求1所述的大豆分离蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，加热所述预处理液至100-140℃后，在20s内将温度降低到68-75℃。9.一种权利要求1-8中任一项所述的制备方法制得的大豆分离蛋白凝胶。10.如权利要求9所述的大豆分离蛋白凝胶在制备植物肉中的应用。

技术总结
本发明大豆分离蛋白加工领域，涉及一种大豆分离蛋白凝胶及其制备和应用，该制备方法包括以下步骤，将大豆分离蛋白分散于氯化钠水溶液，超声预处理，加热至100-140℃后迅速冷却到68-75℃，喷雾干燥，得到改性大豆分离蛋白，将所述改性大豆分离蛋白溶于水中，加热反应，得到所述大豆分离蛋白凝胶。本发明通过添加不同浓度盐离子后，使得超声处理对大豆分离蛋白凝胶的改善效果展现出来；同时，在大豆分离蛋白凝胶中添加盐离子会使得凝胶持水性下降，但同时对大豆分离蛋白溶液进行超声处理后，不仅能增加凝胶强度，还能提高凝胶持水性，使最终制得的大豆分离蛋白凝胶具有高凝胶强度和高持水性。水性。水性。


技术研发人员：陈洁 曾琳 王召君 曾茂茂 何志勇 秦昉 江玉琴
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：2022.03.16
技术公布日：2022/5/25