用于制备植物蛋白的碱性水解产物的方法

专利名称：用于制备植物蛋白的碱性水解产物的方法
用于制备植物蛋白的碱性水解产物的方法 本发明涉及一种用于制备植物蛋白的碱性水解产物的方法。本发明还涉及植物蛋白的碱性水解产物，其特征在于它们的pH 7. 5下的溶解度，它们的肽链的平均长度，它们的PH 7下的乳化能力以及它们的丰度(richness)。植物或动物蛋白以及植物或动物蛋白的水解产物常常被用作食物产品(值得注意地在糖果)中的发泡剂，原样蛋白质,被选择作为随着时间稳定的发泡剂，蛋白质水解产物，它们的发泡能力高于蛋白质。许多文献描述了蛋白质水解产物的发泡特性。最近的文献讨论了蛋白质的酶水 解，而早期的著作描述了蛋白质的碱性水解。例如，已经描述了乳蛋白质的碱性水解产物，它们在灭火器泡沫中或者作为卵蛋白的替代品在充气食物产品中使用。美国专利US 2，522，050描述了一种生产发泡剂的方法，该方法是通过在包含氢氧化钙或氢氧化镁的水溶液中，PH至少为10以及温度据称最好低于100°C (35°C -40°C )下，长时间地(至少二天)对大豆蛋白质或乳蛋白质进行碱性水解，以便获得具有令人满意的发泡性能的产品。由此，应当指出该文件建议了 选择反应温度小于或等于40°C，优选钙或镁的氢氧化物，并且尤其是钙的氢氧化物，以便获得显示最佳发泡特性的蛋白质的水解产物，优选长的反应时间。由此，英国专利GB 670，413描述了一种通过在室温下将蛋白质水解至少24小时来制备发泡剂的方法，使用氢氧化钙进行水解。在该专利中还提到，虽然有可能在较高的温度(约100°C和更高的温度)下水解蛋白质，但这将会对所希望的发泡性能不利。然而，虽然经常推荐用氢氧化钙水解，但所生产的水解产物具有非常不好的味道，这是一个严重的缺陷。总体上它们其实是白垩的并且苦的，而且还具有硫磺的以及橡胶的味道。在用氢氧化钙水解时提高温度可以减少反应时间，但也增加了这些不想要的味道的形成。考虑到所有这些需要，因此，欧洲专利EP I, 327，390提出一种使用植物蛋白的水解产物作为发泡剂对包含糖类的食物产品进行充气的方法，所述水解产物是通过在PH至少为10的水溶液中对植物蛋白进行水解而获得的。这种碱性水解产物则具有从5到20个氨基酸的肽链的平均长度并且所具有的游离氨基酸的量小于源自蛋白质的总物质的15wt%。然而，为了实现这个结果，欧洲专利EP I, 327，390中所描述的碱性水解的原始方
法要求将碱金属氢氧化物与碱土金属氢氧化物结合，即，将至少一种碱金属氢氧化物(例如NaOH或Κ0Η)与至少一种碱土金属氢氧化物(例如Ca (OH) 2或Mg (OH) 2)进行结合。根据所述欧洲专利EP I, 327，390的术语，因此有效的碱性水解只能通过一种相当特别的进行水解的方式而获得。国际专利申请WO 95/25437描述了一种用于生产具有改进的着色的植物蛋白的水解产物的方法，该方法是通过在高于蛋白质的等电PH的pH下，可选地是在吸附剂存在下，提取包含在植物淀粉中的蛋白质，并且在吸附剂与碱、酸和/或酶存在下，以描述为“本身公知”(known per se)的方式水解由此获得的蛋白质而实现的。然后，由此获得的蛋白质水解产物可以值得注意地被用作表面活性剂。推荐用于碱性水解的方法其实在于用钙氧化物或氢氧化物对分离蛋白的碱性水悬浮液进行再处理。
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然后，必须对获得的溶液进行过滤以去除残余物。为了获得这样的肽类，必须用氢氧化钠或氢氧化钾进一步处理钙盐形式的肽类，并且然后必须去除残余的钙，例如硫酸钙形式的钙。最后，必须在过滤器和压滤器上在助滤剂存在下对这些具有低溶解度的盐类进行分离。浓缩后，由此获得的水解产物具有从100到30000道尔顿，优选的是100到10000道尔顿并且尤其是从2000到5000道尔顿变化的平均分子量，以及从5到50wt%的干物质含量。专利EP 1，909，592描述了一种用于生产富锰的蛋白质水解产物的方法，这些蛋白质水解产物拟在畜牧业中作为受控的锰的供应源，由此使得有可能避免在动物的饮食中过量配料，并且减少所有干扰其他膳食成分的现象。为了获得这些富锰的蛋白质水解产物，在现有技术中已经描述了例如用石灰在一定的压力和温度条件下，对源自制革厂中处理过的皮肤的结缔组织进行处理。专利EP 1，909，592而是提出通过使用常规的植物有机物质作为起始材料来获得富锰的蛋白质水解产物，并且值得注意地是用石灰对它进行处理。然后，对蛋白质进行锰富集是通过对蛋白质水解产物的钙盐在高温下用锰硫酸盐或其他锰盐处理，预先溶解在硫酸溶液中。进一步，有必要用碳酸氢铵、碳酸氢钠或者直接用二氧化碳和/或其他沉淀剂(例如草酸和磷酸)对残余的钙盐进行沉淀。国际专利申请WO 2008/001183描述了棒状糖(stick)、薄脆饼干状或挤出产品(extruded product)，这些食品富含动物或植物源性的蛋白质水解产物，添加有或混有赋形剂或食品级稀释剂。这些植物或动物蛋白的水解产物所具有的蛋白含量是大于或等于60wt%。这些水解产物是由植物蛋白、动物蛋白或发酵产生的蛋白生产的。它们是肽或多肽，大部分在从3到11的pH范围内可溶于水。根据专利申请WO 2008/001183的水解产物优选的是通过蛋白水解酶的作用生产的。水解产品的分子量在200与100000道尔顿之间，其中分子量优选在200与20000
道尔顿之间。
专利申请WO 2007/079458提出了替代脂肪和糖类的蛋白质。然而，以它们天然的形式，蛋白质所具有的物理和感官特性让它们的味道非常不好。为了使作为脂肪的替代品的蛋白质更具吸引力，主要通过蛋白酶类型的酶将天然蛋白质水解成肽和多肽。这些蛋白质片段更易溶于水。然后，它们可以被并入饮料(获得所谓的“蛋白质浓缩的”饮料)，或者被添加到固体食物中以减少它们的垩白味。然而，天然蛋白质的酶水解有一个主要缺点蛋白质水解产物仍然很苦的并且它们并不都是热稳定的。为了减少苦味，提出了许多方案，但仍然相当不能令人满意。例如，已经尝试过延长蛋白质的水解，从而获得很短的肽、二肽、或甚至游离氨基 酸。蛋白质的强化水解可以显著地减少苦味，但会产生肥“皂样的”味道。而且，苦的和白垩的余味甚至在水解后仍然存在。于是，在专利申请WO 2007/079458中建议回到更传统的碱性水解的方法，但将它
与酶水解的反应相联合。这种双水解反应的结果则是获得短肽链。这个申请中所描述的方法其实在于制备蛋白质溶液，调节溶液的pH至10. 4或更高的值以形成蛋白质的碱性溶液，并且将蛋白酶加到其中。于是，如此获得的蛋白质水解产物具有非常低的分子量，平均从2000到10000道尔顿。这些组合物可以在至少87. 8°C (190 T )温度下热稳定至少5分钟，并且具有减少了的苦味。至于专利申请WO 2008/110515，它描述了一种部分水解的谷物蛋白的组合物。于是，这些蛋白质水解产物具有在20被％与80wt%之间的至多25000道尔顿的部分水解的蛋白质以及大约8wt%的至多1400道尔顿的部分水解的蛋白质。这种特别的重量分布，即相对高的分子量部分给予这些谷物蛋白的部分水解产物与乳蛋白质相当的特性，但是比乳蛋白质更少的缺点。而且，这样的部分水解的谷物蛋白具有爽口的质地并且是容易消化的。然而，基础材料优选的是活性小麦面筋，并且该工艺要求对酶水解进行精细控制，从而实现从3到8的水解度。这种部分水解通常在一种或多种肽链外切酶和肽链内切酶存在下进行。最后，专利GB 705489描述了通过氢氧化钠在82°C下水解花生蛋白30分钟，用HCl进行中和并且获得“溶胀”的水解产物，而美国专利US 2999753披露在pH 10. 7-10. 8，37°C -80°C (100 0F -175 0F )下处理8到20小时后获得植物蛋白的碱性水解产物。从前述可知仍然需要豌豆、土豆和玉米蛋白的水解产物，它们具有优异的溶解度、分子量分布和水解度，允许它们显示出卓越的乳化能力以及还有良好的感官特性。而且，应当有可能通过一种实施起来廉价而且简单的，换言之经济上和工业上可行的方法来生产这些水解产物。因此，本发明的目的在于克服现有技术的水解产物和方法的缺点，并且本申请公司在大量研究后能发现这个目的可以通过提出一个特别的用于制备植物蛋白的碱性水解产物的方法来实现。根据本发明的用于制备植物蛋白的碱性水解产物的这种方法包括以下步骤I)制备一种具有干物质含量在10%与15%之间的植物蛋白的悬浮液，这些植物蛋白是选自下组，该组由以下各项组成豌豆蛋白、土豆蛋白以及玉米蛋白，2)使用作为唯一碱剂的一种或多种碱金属氢氧化物，在搅拌下调节pH至在9. 5与10. 5之间的值，这些碱金属氢氧化物是选自下组，该组由以下各项组成氢氧化钠以及氢氧化钾，3)在70°C和80°C之间的温度下加热该如此获得的悬浮液4到6小时，4)用一种矿物酸，优选盐酸，对所述加热过的悬浮液进行中和，
5)干燥该中和过的悬浮液以获得该碱性水解产物。根据本发明的用于获得碱性水解产物的方法的第一步骤在于制备具有干物质含量(以下为“DM”)在10%与15%之间的植物蛋白的悬浮液。根据本发明的用于获得碱性水解产物的方法的第二步骤由以下操作组成用氢氧化钠或氢氧化钾，在搅拌下将具有从10%到15% DM的植物蛋白的悬浮液的pH调节至在
9.5与10. 5之间的值，优选地至值10. O。调节反应混合物至pH约为10 (它可以，例如，涉及提供大约I. 2 %干重/豌豆蛋白干重的氢氧化钠)，使得有可能获得在溶解度和乳化能力(以下为“EC”)方面显示最佳特性的产品。此外，本申请公司发现反应6小时后溶解度以及EC的这些值没有显示出任何明显的进一步的变化。至于碱度，仅通过碱金属的氢氧化物来提供，优选的是氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)。因此，将不会使用碱土金属的氢氧化物，例如氢氧化钙。该方法的第三步骤在于在70°C和80°C之间的温度下加热该悬浮液4到6小时。从55到90°C进行试验后，最终选定反应温度是在70°C和80°C之间的值，优选的是约 75。。。至于反应时间，它固定在4和6小时之间。通过以这种方式继续，本申请公司在以下意义上克服了现有技术的偏见-反应时间很短，容易工业化因此不再需要进行24到48小时，或甚至更长时间的反应，-没有提出使用钙或镁的氢氧化物。相反，本申请公司发现使用石灰对获得的蛋白质水解产物的品质产生不利影响。根据本发明的用于获得碱性水解产物的方法的第四步骤在于通过一种矿物酸，优选盐酸，中和pH。例如，在搅拌下将IN盐酸添加到混合物中，以便调节pH至7。根据本发明的用于获得碱性水解产物的方法的第五步骤在于对如此获得的碱性水解产物进行干燥。例如，在一个NIRO型涡轮喷雾干燥器中用并流操作对产品进行干燥。这种喷雾干燥器没有细料回收系统；因此它是一种单级干燥。进入喷雾塔的空气被加热到180°C。将塔的进料速率调节为使塔出口处的空气处于大约80°C到85°C的温度。这些喷雾条件产生具有6 %到7 %的残留水分的粉末。通过采用根据本发明的方法，有可能获得显示显著的功能特点的植物蛋白的碱性水解产物。由此这些植物蛋白的碱性水解产物的特征在于 pH 7. 5下在60%与100%之间，优选地在80%与98%之间的水溶解度的值，在60%与90%之间，优选地在65%与85%之间的乳化能力，在10与20个氨基酸之间的肽链的平均长度，在60%与95%之间，优选地在80%与85%之间的丰度。根据本发明的碱性水解产物的特征在于它们的溶解度(通过试验A确定的)。这个试验A在于通过将试样分散在蒸馏水中并且在离心后分析获得的上清液的方法来确定PH 7. 5下的水溶性物质的含量。由此，值得注意的是它如下来进行。将精确2g试样和经过磁化的棒(例如来自VWR公司的索引号ECN 442-4510)放在400_ml烧杯中。找到整个的皮重(tare)，然后添加IOOg 的 20°C ±2°C蒸馏水。用IN HCl或IN NaOH调节pH至7. 5，并且用蒸馏水将它精确补足至200g。将它搅拌30分钟，然后3000g下离心15分钟。离心后，取精确25g的上清液到预先校准的结晶皿中。将它保持在103°C炉中直至恒重。从以下公式计算水溶解度
(wl-w2) X 200 X 100
溶解度
25 X 2其中，wl =干燥后结晶皿中以g计的重量w2 =空的结晶皿中以g计的重量因此，根据本发明的碱性水解产物具有在60%与100%之间，优选地在80%与98%之间的溶解度。根据本发明的碱性水解产物的特征还在于它们的乳化能力(根据试验B确定的)。这个试验在于使用均质器，例如P0LYTR0N品牌均质器和PT 45-80型均质器(优选的是配备有容易清洁的转轴(索引B99582)/Bioblock公司)确定乳化能力(以下为“EC”)，乳化能力对应离心后形成的稳定乳液“乳剂”(cream)的百分比随蛋白质和油的某一浓度的变化而变化。更准确地，这个试验包括以下项在一个高的2-升罐中(即例如具有23. 5cm的高度和11. 5cm的直径)，制备相当于2.0%的蛋白质(N X 6. 25蛋白质的重量/体积)的碱性蛋白质水解产物的溶液。引入经过磁化的棒(值得注意地是在来自VWR公司的索引号ECN442-4510)。
在磁力搅拌器，例如品牌IKA RCTClassiC磁力搅拌器上，以1100转/分钟的最高速度将该碱性蛋白质水解产物混合10分钟。制备250ml的食品级菜籽油。移除该经过磁化的棒。将均质器的转轴浸入溶液中，到碱性蛋白质水解产物的溶液的半高度。设定旋转速度在15200和15450转/分钟之间。接通搅拌器并且在I分钟内倒入250ml的菜籽油中。将乳液转移到烧杯中。
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两次称取精确35g的乳液到两个50-ml有刻度的离心管中。在20°C，1500g下离心5分钟。测量离心后乳液“乳剂”的体积。测量离心后的总体积(沉淀物+水+乳液乳剂)。检查2个管之间以及2个相同的试验之间的可重复性。使用以下公式通过计算测定乳化能力
权利要求
1.一种用于制备植物蛋白的碱性水解产物的方法，其特征在于，它包括以下步骤 1)制备一种具有干物质含量在10%与15%之间的植物蛋白的悬浮液，这些植物蛋白是选自下组，该组由以下各项组成豌豆蛋白、土豆蛋白以及玉米蛋白， 2)使用作为唯一碱剂的一种或多种碱金属氢氧化物，在搅拌下调节pH至在9.5与10.5之间的值，这些碱金属氢氧化物是选自下组，该组由以下各项组成氢氧化钠以及氢氧化钾， 3)在70与80°C之间的温度下将该如此获得的悬浮液加热4到6小时， 4)通过一种矿物酸，优选盐酸，对所述加热过的悬浮液进行中和， 5)干燥该中和过的悬浮液以获得该碱性水解产物。
2.通过如权利要求I所述的方法可获得的植物蛋白的碱性水解产物，其特征在于，它们具有 pH 7. 5下在60%与100%之间，优选地在80与98%之间的水溶解度的值， 在60%与90%之间，优选地在65%与85%之间的乳化能力， 在10%与20个氨基酸之间的肽链的平均长度， 在60%与95%之间，优选地在80%与85%之间的丰度。
3.如权利要求I和2中任一项所述的水解产物，其特征在于，它们具有在150%与250%之间的发泡能力。
4.如权利要求2和3中任一项所述的，或者通过实施如权利要求I所述的方法可获得的碱性水解产物，在人或动物食品工业、制药工业、化妆品工业以及化学工业的部门中，特别是在食品部门中，作为乳化剂的用途。
5.一种食品组合物，包含如权利要求2和3中任一项所述的，或者通过实施如权利要求I所述的方法可获得的碱性水解产物。
6.如权利要求5所述的食品组合物，其特征在于，它是一种通过所述碱性水解产物乳化的乳液。
全文摘要
本发明的主题是一种用于制备植物蛋白的碱性水解产物的方法，其特征在于，它包括以下步骤1)制备一种干物质含量在10％和15％之间的植物蛋白的悬浮液，这些植物蛋白是选自下组，该组由以下各项组成豌豆蛋白、土豆蛋白以及玉米蛋白；2)使用作为唯一碱剂的一种或多种碱金属氢氧化物，在搅拌下调节pH至在9.5与10.5之间的值，这些碱金属氢氧化物是选自下组，该组由以下各项组成氢氧化钠以及氢氧化钾；3)在70与80℃之间的温度下加热由此获得的悬浮液4到6小时；4)使用一种无机酸，优选盐酸，对所述加热过的悬浮液进行中和；5)干燥该中和过的悬浮液以获得该碱性水解产物。
文档编号A23L1/035GK102905552SQ201180025149
公开日2013年1月30日 申请日期2011年5月16日 优先权日2010年5月20日
发明者C·达莱纳, S·德勒皮埃尔 申请人:罗盖特公司