本发明属于农产品深加工技术领域，具体涉及一种改性燕麦蛋白凝胶的制备方法。
背景技术：
燕麦作为一种药食兼用的粮食作物，能满足当代人对营养型、保健型、辅疗型食品的需求，成为国内外近几年研究的热点。燕麦中蛋白质含量约16％，在禾谷类粮食中居首位。燕麦蛋白含有人体8种必需氨基酸，且各种氨基酸配比合理，接近fao/who推荐的模式，人体利用率高。限制性氨基酸赖氨酸含量相对较高，赖氨酸含量为大米和小麦粉2倍以上，有益于增进智力和骨骼发育，经常食用燕麦食品，能弥补我国传统膳食结构所导致的“赖氨酸缺乏症”缺陷。同时，其蛋白质功效比值(per)达2.25-2.38，氨基酸分数(aas)高达68.2，生物价(bv)为64.9％-79.6％，是植物中蛋白的佼佼者。燕麦蛋白作为一种优质谷物蛋白资源受到越来越多的关注。但由于燕麦蛋白中球蛋白含量超过50％，溶解性较差，在一定程度上制约了其他性质(如乳化性、乳化稳定性、起泡性等)，限制其研发和应用。对来源丰富的燕麦进行改性，制备燕麦蛋白凝胶，将其代替海藻酸钠、卡拉胶等添加在肠类、火腿、罐头肉制品中，不但改善了产品持水力，赋予肉制品丰富的口感和良好的弹性，又有利于加快燕麦产业的发展，提高燕麦的附加值。
我国肉制品工业产品的发展，离不开海藻酸钠的使用，香肠、火腿等产品都广泛地使用海藻酸钠作为一种增稠剂和胶凝剂，海藻酸钠遇钙可形成热不可逆凝胶，用于肉制品中能形成致密、稳定的网状结构，有效提高肉制品的凝胶强度、粘结性和持水性能。因此海藻酸钠在肉制品工业用添加剂中具有非常重要的作用。目前海藻酸钠在国内外市场上都倍受欢迎，但价格较高。本发明利用蛋白的改性技术，将燕麦蛋白制成具有一定弹性和胶黏特性的凝胶产品，可以替代海藻酸钠在肉制品等食品中的应用，不仅改善了产品的组织状态和感官特征，而且对于开发燕麦新产品，提高燕麦产品附加值具有重要意义。
燕麦蛋白凝胶化是一个复杂的过程，其速凝特性主要是表现为蛋白质分子链的展开、断裂过程，即蛋白经改性后，球状的蛋白质分子开始伸展开来，原来包埋在卷曲的分子链内部的功能基团如二硫基，疏水基团暴露出来，使得蛋白分子间和分子内部的二硫键、氢键、疏水作用、静电引力以及范德华力有不同程度的改变，通过测定蛋白质中游离巯基、二硫键含量和蛋白的表面疏水性指数变化来判断蛋白质速凝性质的变化，旨在获得具有形成强凝胶潜质的蛋白质。
目前常用的蛋白质改性方法包括物理法、化学法、酶法和基因工程法等。其中较常见的是采用热处理的方法。加热时，蛋白分子间原有作用受到破坏，分子结构被改变而发生变性聚集，但这个过程处理时间长，耗能大。超声处理技术具有穿透力强、加热速度快、体系受热均匀、节约能量等优点，已日渐成为食品工业中研究与开发的重点新型技术之一，已逐渐应用于乳化、杀菌、破碎、萃取功能成分、干燥、检测等食品加工领域中。
高速剪切分散乳化技术是近几年迅速发展的一种新型纳米、微米的均质化技术，广泛应用到食品、化工、药物研究等诸多领域。高速剪切分散乳化机实现高效、快速、均匀地将一个相或多个相分布到另一个连续相中，而在通常情况下各个相是互不相溶的。通过高速剪切分散乳化技术，可显著提高蛋白的凝胶持水性，同时弹性和硬度等质构特性也显著增强。此技术简单、安全可行，是提高蛋白功能性的有效手段。
与大豆蛋白相比，燕麦蛋白的凝胶性差，不能通过加入盐离子或酸形成结构稳定的凝胶，这限制了燕麦蛋白在食品领域中的应用范围。研究发现：物理、化学、生物改性可以提高蛋白凝胶性。其中化学改性方法虽然效果显著，但是存在化学试剂残留与改性过程中可能形成有害物质的风险；生物酶法改性方法虽然具有条件温和、安全绿色的优点，但是由于生物酶成本较高，且在热、酸碱及有机溶剂中可能不稳定而限制了酶法改性蛋白的工业化应用。本发明采用的超声波和高速剪切分散乳化技术均属于物理改性，这两种物理改性方法具有条件温和可控，绿色节能，产品安全性和附加值高等特点，易于工业化生产。
技术实现要素：
本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种利用超声波结合高速剪切分散乳化改性提高燕麦蛋白速凝性的方法，该方法可以有效提高燕麦蛋白凝胶性，避免了化学加工方式中存在试剂残留问题，提高了产品的安全性与品质。本发明方法有力地推动了燕麦深加工产业的发展。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
1、一种改性燕麦蛋白凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)脱脂燕麦制备：将燕麦粉碎(40-60目)，采用正己烷萃取脱脂后备用；
所述萃取条件为：萃取温度40-60℃，燕麦与正己烷的料液比为1g∶4-6ml(m/v)，萃取3次，每次萃取时间为60min；
(2)燕麦蛋白制备：将步骤(1)得到的脱脂燕麦与水混合配制成10-20％(m/v)的溶液，用1mol/lnaoh溶液调ph9-10，在40-60℃水浴振荡1-3h，使用离心机在4000r/min的条件下离心30min，上清液用1mol/l盐酸溶液调节溶液的ph值达等电点(4.2)，取出，室温静置30min，使用离心机在4000-10000r/min的条件下离心10-30min得沉淀，沉淀水洗2-3次至中性，用ph7超纯水复溶后进行冷冻干燥处理，得到燕麦蛋白冻干粉；
(3)高速剪切分散乳化改性燕麦蛋白：将步骤(2)所得的燕麦蛋白冻干粉溶于水，配制成6-10％(m/v)燕麦蛋白溶液，采用高速剪切分散乳化技术进行改性处理，其中，所述的高速剪切搅拌转速为3000-21000r/min，搅拌时间为10-60s，冷冻干燥得改性燕麦蛋白i备用；
(4)高速剪切分散乳化-超声波复合改性燕麦蛋白：将步骤(3)所得的改性燕麦蛋白i冻干粉溶于水，配制成6-10％(m/v)燕麦蛋白溶液，采用超声波技术进行改性处理，其中，所述的超声温度为30-60℃，超声时间为2-20min，冷冻干燥得改性燕麦蛋白ii备用；
(5)燕麦蛋白凝胶制备：将步骤(4)所得的改性燕麦蛋白ii冻干粉溶于水，配制成8-12％(m/v)燕麦蛋白溶液，调节蛋白溶液ph9-10，制备热致凝胶，其中，所述的水浴温度为75-90℃，加热时间为10-30min，用冰水浴迅速冷却至室温，将样品放入4℃冰箱过夜，即得改性燕麦蛋白凝胶。
高速剪切分散乳化技术能使燕麦蛋白的游离巯基含量和表面疏水性提高，而二硫键含量降低，提高了蛋白的速凝性质；并且高速剪切分散乳化技术还能提高蛋白凝胶的持水性和弹性、硬度等质构特性。高速剪切分散乳化改性后再以超声波辅助改性燕麦蛋白，因超声处理会加速蛋白变性形成凝胶，大大缩短了胶凝时间。因此，采用超声波结合高速剪切分散乳化改性提高燕麦蛋白速凝性具有工业推广价值与市场发展前景。本发明提供了一种利用超声波结合高速剪切分散乳化改性提高燕麦蛋白速凝性的生产工艺，该方法可以提升燕麦蛋白的凝胶性，增加燕麦蛋白的应用范围，拓展燕麦蛋白消费市场。由于该发明的生产工艺中采用高速剪切分散乳化、超声波等物理加工方法，杜绝了化学加工方式中存在试剂残留问题，提高了产品的安全性与品质，且耗时短，耗能少。本发明方法开发了一种快速简单制备燕麦蛋白凝胶代替海藻酸钠的方法，使其应用于肉制品等食品工业中，不仅可以降低成本，而且具有特殊的营养功能特性，因而具有工业推广价值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明通过对燕麦蛋白进行超声波结合高速剪切分散乳化改性，使得蛋白分子间和分子内部的游离巯基含量和表面疏水性升高、二硫键含量降低，在加热过程中形成复合改性凝胶，克服了改性前燕麦蛋白凝胶硬度小、弹性差、持水率不高的缺陷；
2)较生物改性和化学改性，本发明方法采用超声波结合高速剪切分散乳化改性技术具有条件温和可控，绿色节能，产品安全性和附加值高等特点，易于工业化生产等特点；
3)本发明采用高速剪切分散乳化改性燕麦蛋白制备凝胶，较大程度提高了燕麦蛋白凝胶的持水性、硬度等质构特性，与改性前的燕麦蛋白凝胶相比，不仅可以减少海藻酸钠等稳定剂、增稠剂的添加量，而且有效解决了凝胶硬度小、持水性差的技术问题。目前很少有采用此技术对蛋白进行改性以提高其速凝性质的，这也是本发明主要创新点之一。
4)采用本发明方法生产的燕麦蛋白速凝性好，凝胶强度高、凝胶持水性和硬度大，可以用于肉糜、肉肠、挤压膨化食品中，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
下述各实施例中，对制备所得的燕麦蛋白产品进行相关的蛋白凝胶性检测，具体测定方法如下：
燕麦蛋白凝胶性的测定方法：质构分析法(tpa)。采用φ50mm圆型探头，压缩距离10mm，前进速度5.0mm/s，压缩速度5.0mm/s，后撤速度5.0mm/s。压缩两次至50％形变。根据质构曲线，计算凝胶硬度。
实施例1
1、一种改性燕麦蛋白凝胶的制备方法，其包括以下步骤：
(1)脱脂燕麦制备：将燕麦粉碎(40目)，采用正己烷萃取脱脂后备用；
所述萃取条件为：萃取温度50℃，燕麦与正己烷的料液比为1g∶5ml(m/v)，萃取3次，每次萃取时间为60min；
(2)燕麦蛋白制备：将步骤(1)得到的脱脂燕麦与水混合配制成15％(m/v)的溶液，用1mol/lnaoh溶液调ph9.5，在45℃水浴振荡1h，使用离心机在4000r/min的条件下离心30min，上清液用1mol/l盐酸溶液调节溶液的ph值达等电点(4.2)，取出，室温静置30min，使用离心机在4000r/min的条件下离心30min得沉淀，沉淀水洗3次至中性，用ph7超纯水复溶后进行冷冻干燥处理，得到燕麦蛋白冻干粉；
(3)高速剪切分散乳化改性燕麦蛋白：将步骤(2)所得的燕麦蛋白冻干粉溶于水，配制成8％(m/v)燕麦蛋白溶液，采用高速剪切分散乳化技术进行改性处理，其中，所述的高速剪切搅拌转速为9000r/min，搅拌时间为50s，冷冻干燥得改性燕麦蛋白i备用；
(4)高速剪切分散乳化-超声波复合改性燕麦蛋白：将步骤(3)所得的改性燕麦蛋白i冻干粉溶于水，配制成8％(m/v)燕麦蛋白溶液，采用超声波技术进行改性处理，其中，所述的超声温度为35℃，超声时间为8min，冷冻干燥得改性燕麦蛋白ii备用；
(5)燕麦蛋白凝胶制备：将步骤(4)所得的改性燕麦蛋白ii冻干粉溶于水，配制成10％(m/v)燕麦蛋白溶液，调节蛋白溶液ph9.5，制备热致凝胶，其中，所述的水浴温度为80℃，加热时间为30min，用冰水浴迅速冷却至室温，将样品放入4℃冰箱过夜，即得改性燕麦蛋白凝胶。
经测试可知：上述制备所得改性燕麦蛋白的凝胶硬度为4.05n，较未改性的燕麦蛋白提高1.62倍。
实施例2
1、一种改性燕麦蛋白凝胶的制备方法，其包括以下步骤：
(1)脱脂燕麦制备：将燕麦粉碎(60目)，采用正己烷萃取脱脂后备用；
所述萃取条件为：萃取温度60℃，燕麦与正己烷的料液比为1g∶6ml(m/v)，萃取3次，每次萃取时间为60min；
(2)燕麦蛋白制备：将步骤(1)得到的脱脂燕麦与水混合配制成12.5％(m/v)的溶液，用1mol/lnaoh溶液调ph10，在50℃水浴振荡2h，使用离心机在4000r/min的条件下离心30min，上清液用1mol/l盐酸溶液调节溶液的ph值达等电点(4.2)，取出，室温静置30min，使用离心机在10000r/min的条件下离心10min得沉淀，沉淀水洗2次至中性，用ph7超纯水复溶后进行冷冻干燥处理，得到燕麦蛋白冻干粉；
(3)高速剪切分散乳化改性燕麦蛋白：将步骤(2)所得的燕麦蛋白冻干粉溶于水，配制成10％(m/v)燕麦蛋白溶液，采用高速剪切分散乳化技术进行改性处理，其中，所述的高速剪切搅拌转速为12000r/min，搅拌时间为40s，冷冻干燥得改性燕麦蛋白i备用；
(4)高速剪切分散乳化-超声波复合改性燕麦蛋白：将步骤(3)所得的改性燕麦蛋白i冻干粉溶于水，配制成10％(m/v)燕麦蛋白溶液，采用超声波技术进行改性处理，其中，所述的超声温度为40℃，超声时间为6min，冷冻干燥得改性燕麦蛋白ii备用；
(5)燕麦蛋白凝胶制备：将步骤(4)所得的改性燕麦蛋白ii冻干粉溶于水，配制成12％(m/v)燕麦蛋白溶液，调节蛋白溶液ph10，制备热致凝胶，其中，所述的水浴温度为90℃，加热时间为20min，用冰水浴迅速冷却至室温，将样品放入4℃冰箱过夜，即得改性燕麦蛋白凝胶。
经测试可知：上述制备所得改性燕麦蛋白的凝胶硬度为4.28n，较未改性的燕麦蛋白提高1.78倍。
实施例3
1、一种改性燕麦蛋白凝胶的制备方法，其包括以下步骤：
(1)脱脂燕麦制备：将燕麦粉碎(60目)，采用正己烷萃取脱脂后备用；
所述萃取条件为：萃取温度60℃，燕麦与正己烷的料液比为1g∶5ml(m/v)，萃取3次，每次萃取时间为60min；
(3)燕麦蛋白制备：将步骤(1)得到的脱脂燕麦与水混合配制成15％(m/v)的溶液，用1mol/lnaoh溶液调ph10，在50℃水浴振荡2h，使用离心机在4000r/min的条件下离心30min，上清液用1mol/l盐酸溶液调节溶液的ph值达等电点(4.2)，取出，室温静置30min，使用离心机在10000r/min的条件下离心10min得沉淀，沉淀水洗3次至中性，用ph7超纯水复溶后进行冷冻干燥处理，得到燕麦蛋白冻干粉；
(3)高速剪切分散乳化改性燕麦蛋白：将步骤(2)所得的燕麦蛋白冻干粉溶于水，配制成10％(m/v)燕麦蛋白溶液，采用高速剪切分散乳化技术进行改性处理，其中，所述的高速剪切搅拌转速为15000r/min，搅拌时间为40s，冷冻干燥得改性燕麦蛋白i备用；
(4)高速剪切分散乳化-超声波复合改性燕麦蛋白：将步骤(3)所得的改性燕麦蛋白i冻干粉溶于水，配制成10％(m/v)燕麦蛋白溶液，采用超声波技术进行改性处理，其中，所述的超声温度为45℃，超声时间为6min，冷冻干燥得改性燕麦蛋白ii备用；
(5)燕麦蛋白凝胶制备：将步骤(4)所得的改性燕麦蛋白ii冻干粉溶于水，配制成12％(m/v)燕麦蛋白溶液，调节蛋白溶液ph10，制备热致凝胶，其中，所述的水浴温度为90℃，加热时间为25min，用冰水浴迅速冷却至室温，将样品放入4℃冰箱过夜，即得改性燕麦蛋白凝胶。
经测试可知：上述制备所得改性燕麦蛋白的凝胶硬度为4.56n，较未改性的燕麦蛋白提高1.96倍。