一种利用皂树皮提取物提高植物蛋白乳化性能的方法

1.本发明涉及食品加工技术领域，具体涉及一种利用皂树皮提取物提高植物蛋白乳化性能的方法。


背景技术：

2.目前，人们对生活质量的要求逐渐提升，追求绿色、天然、健康的食品，安全无毒的天然食品添加剂逐渐成为研究的重点。蛋白质具有良好的乳化特性，且植物种子蛋白来源广泛，成本低廉，氨基酸种类齐全且营养丰富，因此植物蛋白是天然乳化剂开发的重要资源。目前，已经有许多植物蛋白被证明具有作为乳化剂潜力，如豌豆、扁豆、大豆以及玉米胚芽蛋白。植物性蛋白乳化剂中当前研究较多的是大豆分离蛋白以及改性后的大豆分离蛋白。大豆蛋白是从脱脂豆粕中制取，能够提供满足人体需求的所有必需氨基酸，可以与动物蛋白媲美，属于最优质的植物蛋白之一。大豆蛋白具有良好的乳化性、吸水性、持油性和起泡性等功能特性，因此，可作为补充营养和调节食品结构的添加剂，广泛应用在婴幼儿食品配方、肉制品和乳制品等食品体系。然而脱脂豆粕高温脱溶过程中导致蛋白的变性限制了大豆蛋白的功能特性，不能满足特定食品加工的要求，其中，提高大豆蛋白的乳化性成为亟待解决的最根本且重要问题。目前，常见的用于改善大豆蛋白乳化性能的方法可分为三种：物理改性、化学改性、酶法改性。赵谋明等人公开了一种乳化型大豆分离蛋白的制备方法(cn101317623b)，低温脱脂豆粕粉为原料，碱性条件下acalase碱性蛋白酶酶解后离心去除底部残渣，得到的大豆蛋白酶解上清液进行均质处理后酸沉、干燥，得乳化型大豆分离蛋白。朱秀清等人公开耐酸高乳化性能的大豆分离蛋白的制备方法及其制品(cn104397318b)，利用超声预处理大豆分离蛋白水溶液后加入植酸酶进行第一次酶解，再加入酸性蛋白酶进行第二次酶解，灭酶、冷却、浓缩干燥后得到耐酸高乳化性能的大豆分离蛋白。朱秀清等人还公开了一种高乳化稳定型大豆蛋白的制备方法(cn103583791a)，利用超声波结合烷基化改性提高大豆蛋白的乳化稳定。吴海波等人公开一种提高大豆分离蛋白在酸性条件下乳化性能的方法(cn104351463a)，通过对挤压膨化预处理大豆分离蛋白，加入蛋白酶进行酶解反应，灭酶、冷却、浓缩干燥，提高了大豆分离蛋白在酸性条件下的乳化性能。李向阳等人公开了一种高乳化活性大豆分离蛋白的加工方法(cn105104706a)，通过将大豆分离蛋白粉及麦芽糊精高效混合器中混合后置于干法反应器中反应、自然风干、产品切碎得到高乳化活性蛋白产品。李杨等公开了一种高乳化性大豆蛋白的制备方法(cn110583850a)，通过将大豆蛋白浸泡、研磨、浸提、震荡、酸沉、均质、酶解、糖基化、灭菌、冻干等繁琐步骤提高大豆蛋白的乳化性。通过加热、微射流和高强度超声处理等物理方式使蛋白结构快速展开，疏水基团暴露改善乳化性能，虽安全性高、作用时间短，但能耗大、处理成本高且改性效果有限。以酸碱化、酰化和磷酸化等方式进行化学改性来提高乳化性，具有成本低，操作简单，效果显著等优势来弥补物理改性的不足，但引入了大量试剂，应用受限。糖基化和酶法成为了更为普遍的改性方式，但酶的来源较少，种类有限，价格昂贵，而糖基化产生的接枝产物乳化性质不突出。因
此，开发更为迅速有效提高大豆蛋白乳化性的方法成为关键。


技术实现要素：

3.要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种不经复杂蛋白改性，仅通过添加少量天然皂树皮提取物便可显著提高蛋白乳化性能的方法，其过程操作简便，无试剂，纯植物基，易于实现工业化连续生产。
4.技术方案：一种提高植物蛋白乳化性能的复合物的制备方法，包括以下步骤：s1.将植物蛋白和天然皂树皮提取物，用水或缓冲液或醇按合适的比例混合水化，得到植物蛋白和皂树皮提取物混合溶液；s2.将植物蛋白和皂树皮提取物混合溶液进行干燥，得到植物蛋白-皂树皮提取物的复合物。优选的，所述步骤s1中植物蛋白和天然皂树皮提取物的质量比为100:0.1-50。优选的，所述植物蛋白包括大豆蛋白，花生蛋白，荞麦蛋白，小麦蛋白，豌豆蛋白，棉籽蛋白，菜籽蛋白或马铃薯蛋白等。优选的，所述大豆蛋白为大豆分离蛋白或大豆浓缩蛋白。优选的，所述皂树皮提取物为液体提取物或提取物脱水固形物。优选的，所述步骤s2中的干燥方法包括冷冻干燥，常压干燥，减压干燥，喷雾干燥或沸腾干燥。一种提高植物蛋白乳化性能的复合物在需运用蛋白乳化性能的食品体系中的应用。有益效果：本发明的提高植物蛋白乳化性能的复合物具有以下优点：1.本发明利用添加皂树皮提取物提高大豆蛋白的乳化性能，仅通过湿法混合促进的分子间相互作用形成的复合物，该复合物可用于任何需添加高乳化大豆蛋白的食品体系中。该方法保留了优质的全组分蛋白，保护了大豆蛋白的营养价值，而添加的皂树皮提取物具有抗氧化、消炎和降血脂等多种生物活性。既可制备功能性大豆蛋白配料，也可作为高乳化大豆蛋白添加剂，应用到食品、保健品和化妆品中；2.本发明涉及的大豆蛋白和皂树皮提取物均为植物来源，具有可持续化，皂树皮提取物在提高大豆蛋白乳化性时的添加量范围广，从极低量的0.1％到20％(相对于蛋白的质量百分比)，提高大豆蛋白乳化性的效果显著；3.本发明涉及提高大豆蛋白的乳化性能的方法简单，灵活性强，可实现工业化生产。
附图说明
图1为实施例1-4和对比例1所对应的乳液的外观；图2为实施例1-4和对比例1-2所对应的乳液的粒度分布图；图3为实施例1-4和对比例1所对应的乳液的粘度曲线；图4为实施例1-4和对比例1溶液的荧光光谱图；图5为实施例1-4和对比例1表面疏水性对比例图；图6为实施例5-6和对比例1红外分析图；图7为实施例5-6和对比例1的热稳定性分析图；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的保护范围。实施例1一种利用皂树皮提取物提高植物蛋白乳化性能的方法，包括以下步骤：s1.将大豆蛋白和天然皂树皮提取物溶解于ph为7.0的磷酸盐缓冲溶液中，大豆蛋白和皂树皮提取物在缓冲溶液中的质量浓度分别为1wt％和0.05wt％，在室温下搅拌2h，置于4℃下反应过夜，充分水化，得到大豆蛋白和皂树皮提取物混合溶液；s2.将大豆蛋白和皂树皮提取物混合溶液进行冷冻干燥，得到大豆蛋白-皂树皮提取物的复合物。实施例2一种利用皂树皮提取物提高植物蛋白乳化性能的方法，包括以下步骤：s1.将大豆蛋白和天然皂树皮提取物溶解于ph为7.0的磷酸盐缓冲溶液中，大豆蛋白和皂树皮提取物在缓冲溶液中的质量浓度分别为1wt％和0.09wt％，在室温下搅拌2h，置于4℃下反应过夜，充分水化，得到大豆蛋白和皂树皮提取物混合溶液；s2.将大豆蛋白和皂树皮提取物混合溶液进行冷冻干燥，得到大豆蛋白-皂树皮提取物的复合物。实施例3一种利用皂树皮提取物提高植物蛋白乳化性能的方法，包括以下步骤：s1.将大豆蛋白和天然皂树皮提取物溶解于ph为7.0的磷酸盐缓冲溶液中，大豆蛋白和皂树皮提取物在缓冲溶液中的质量浓度分别为1wt％和0.13wt％，在室温下搅拌2h，置于4℃下反应过夜，充分水化，得到大豆蛋白和皂树皮提取物混合溶液；s2.将大豆蛋白和皂树皮提取物混合溶液进行冷冻干燥，得到大豆蛋白-皂树皮提取物的复合物。实施例4一种利用皂树皮提取物提高植物蛋白乳化性能的方法，包括以下步骤：s1.将大豆蛋白和天然皂树皮提取物溶解于ph为7.0的磷酸盐缓冲溶液中，大豆蛋白和皂树皮提取物在缓冲溶液中的质量浓度分别为1wt％和0.18wt％，在室温下搅拌2h，置于4℃下反应过夜，充分水化，得到大豆蛋白和皂树皮提取物混合溶液；s2.将大豆蛋白和皂树皮提取物混合溶液进行冷冻干燥，得到大豆蛋白-皂树皮提取物的复合物。实施例5一种利用皂树皮提取物提高植物蛋白乳化性能的方法，包括以下步骤：s1.将大豆蛋白和天然皂树皮提取物溶解于ph为7.0的磷酸盐缓冲溶液中，大豆蛋白和皂树皮提取物在缓冲溶液中的质量浓度分别为1wt％和0.25wt％，在室温下搅拌2h，置于4℃下反应过夜，充分水化，得到大豆蛋白和皂树皮提取物混合溶液；s2.将大豆蛋白和皂树皮提取物混合溶液进行冷冻干燥，得到大豆蛋白-皂树皮提取物的复合物。实施例6
一种利用皂树皮提取物提高植物蛋白乳化性能的方法，包括以下步骤：s1.将大豆蛋白和天然皂树皮提取物溶解于ph为7.0的磷酸盐缓冲溶液中，大豆蛋白和皂树皮提取物在缓冲溶液中的质量浓度分别为1wt％和0.5wt％，在室温下搅拌2h，置于4℃下反应过夜，充分水化，得到大豆蛋白和皂树皮提取物混合溶液；s2.将大豆蛋白和皂树皮提取物混合溶液进行冷冻干燥，得到大豆蛋白-皂树皮提取物的复合物。本发明涉及的乳化性能以乳液的平均粒径大小作为的主要评价指标，利用流变学分析乳液的粘度作为辅助评价指标。乳液平均粒径大小测定的方法：采用mastersizer 3000激光粒度仪测定乳滴的粒径大小。参数设置为：颗粒折射率为1.440，颗粒吸收率为0.002；分散剂为水，分散剂折射率为1.330。采用d4,3，即体积平均直径表征液滴粒度的平均大小，d4,3＝∑nidi4/∑nidi3，其中di为乳液液滴的直径，ni为乳液液滴的数量。乳液粘度的测定方法：利用haake mars 60流变仪对乳液的表观粘度进行测定。设置剪切速率范围为0.1s-1
到100s-1
，记录其粘度变化。利用对比例1配制的1wt％大豆蛋白溶液和对比例2配置0.09％皂树皮提取物溶液以及实施例1-4配制的含不同浓度皂树皮提取物的大豆蛋白溶液制备乳液，观察对比例1和实施例1-4乳液的外观(如图1所示)发现，在对比例1对应的含1wt％大豆蛋白基乳液中，逐渐添加皂树皮提取物，乳液的流动性增强，减弱了大豆蛋白带来的强塑性。所述乳液的制备为将对比例1-2和实施例1-4中的粉末加缓冲液溶解作为25份重量份的水相，再加入75份重量份的大豆油，经24000r/min高速剪切3min后形成大豆蛋白和皂树皮提取物共同稳定的乳液，整个乳液体系共20g，其中水相为5g，油相为15g，大豆蛋白和皂树皮提取物质量按表1的浓度换算。表1对所制备的乳液进行粒度分析(如表1)，由对比例1结果可知，添加1wt％大豆蛋白基乳液的d4,3为14.25μm。而由对比例2制备的0.09wt％皂树皮提取物基乳液的d4,3为11.53μm。可以明确的是，在对比例1中逐渐添加皂树皮提取物(0.05-0.18wt％)，有效降低了1wt％大豆蛋白基乳液的平均粒径，从14.25μm减小至7.32μm。此外，由图2显示的乳液粒
度分布结果可知，添加了皂树皮提取物的大豆蛋白基乳液的粒度分布均向左移，说明了实施例1-4制备的乳液的粒径随皂树皮提取物浓度的增加而减小。这是因为添加的皂树皮提取物可以以单一形态在油水界面自组装或与大豆蛋白在界面上发生分子间相互作用，形成稳定的界面膜，通过分子自身存在的静电斥力和空间位阻等作用力，防止相邻乳液液滴间絮凝聚结，从而减小乳滴的粒径，证实了添加少量皂树皮提取物可提高大豆蛋白的乳化性能。再对乳液进行流变学分析发现(如图3所示)，添加不同皂树皮提取物浓度的1wt％大豆蛋白基乳液的粘度逐渐降低，效果显著。增加皂树皮提取物浓度，意味着其界面吸附量的增长，阻止和减少了蛋白在界面的有效吸附，从而破坏了大豆蛋白之间存在的桥连絮凝，导致乳液粘度的显著变化。此外，乳液的粘度降低还与乳滴粒径有关，乳滴粒径减小，剪切时阻力减小，乳液的粘度降低更明显。这样的性质证实了添加少量皂树皮提取物还可实现高蛋白产品的研制。为了证实大豆蛋白和皂树皮提取物结合形成复合物，通过荧光光谱、傅里叶红外和差示扫描量热技术研究添加皂树皮提取物对大豆蛋白结构和性质的影响，以及对加入皂树皮提取物的大豆蛋白的表面疏水性进行测定。荧光光谱技术：将对比例1配制成1mg/g的大豆蛋白溶液，实施例1-4分别配制成含皂树皮提取物浓度为0.5、0.9、1.3、1.8mg/g的大豆蛋白(1mg/g)溶液，在25℃的恒温水浴锅中保温5min。选择激发波长为280nm、激发和发射狭缝均为5nm、扫描速率为12000nm/min，于f-7000荧光光谱仪的1cm石英比色池中扫描300～500nm波长范围内的荧光光谱。傅里叶红外技术：将对比例1和实施例5-6制备的粉末与溴化钾粉末1∶100(m/m)的比例混合，研细均匀后，置于模具中压片，在32cm-1
的分辨率条件下扫描32次，4000～400cm-1
波数范围内扫描红外光谱。差示扫描量热技术：称取对比例1-2和实施例5-6制备的粉末2mg，放入差示扫描量热仪的样品池中，加入去离子水20μl，压盘密封，在室温下平衡过夜。将平衡好的样品池放到dps操作台左侧，以空盒作空白样品放置在右侧。温度扫描范围：20～120℃；升温速率：10℃/min。用数据记录软件测定混合物的热转变参数。大豆蛋白表面疏水性：用20mm缓冲液(ph 7.0)将对比例1和实施例1-4配制成不同浓度的大豆蛋白溶液(0.1mg/g、0.2mg/g、0.3mg/g、0.4mg/g、0.5mg/g、0.6mg/g)和8.0mmol/l的1-苯胺基-8-萘磺酸(ans)溶液。检测前取20μlans溶液加到4ml蛋白质溶液中，混合均匀，迅速测定混合液的荧光强度(fi1)及未加ans溶液的样品荧光强度(fi0)。激发波长为370nm，发射波长为465nm。fi1与fi0的差值记为fi，以蛋白质浓度为横坐标，fi为纵坐标作图，曲线的斜率即为蛋白质分子的表面疏水性指数h0。通过荧光光谱技术研究皂树皮提取物对大豆蛋白荧光光谱的影响，结果由图4可知，皂树皮提取物对大豆蛋白的荧光具有明显的猝灭作用，在一定质量浓度大豆蛋白溶液条件下，随着皂树皮提取物质量浓度的增加，大豆蛋白的荧光逐渐被猝灭。皂树皮提取物使得大豆蛋白的最大发射峰红移，从337nm处红移至343nm，大约红移6nm。这表明皂树皮提取物与大豆蛋白可能发生相互作用，使大豆分离蛋白分子的空间构象发生了变化，进而使色氨酸周围的微环境由疏水性环境向亲水性环境发生转变，肽链变得更加伸展。因此，我们测定了大豆蛋白的表面疏水性，正如我们所料，大豆蛋白的表面疏水性呈浓度依赖性下降(如
图5所示)，即皂树皮提取物的添加可降低大豆蛋白的表面疏水性，且随皂树皮提取物浓度的增加，大豆蛋白的表面疏水性下降更明显，这与荧光光谱的结论一致。这是因为皂树皮提取物上存在的疏水苷元通过疏水相互作用与大豆蛋白的疏水氨基结合，而导致的色氨酸向亲水性的转变和表面疏水性的降低。为证实上述猜想，通过傅里叶红外技术对对比例1(大豆蛋白)和实施例5-6(大豆蛋白-皂树皮提取物形成的复合物)的结构进行分析，结果如图6所示。对于蛋白质而言，傅里叶变换光谱能够提供蛋白质分子中的氨基基团、酰胺i带(或h-o-h弯曲振动和c＝o伸缩振动)、酰胺ⅱ带(n-h弯曲)、酰胺ⅲ带(或c-o和c-o-c振动)、蛋白质环状结构中的c-c振动，以及c-o-o糖苷键振动波段信息。对蛋白质的红外光谱分析依次进行基线校正、去卷积处理、二阶导数拟合处理，经多次拟合确保拟合残差最小。参考已有研究，各子峰与二级结构对应关系为：1615～1637cm-1
和1682～1700cm-1
为β-折叠结构，1646～1664cm-1
为α-螺旋结构，1637～1645cm-1
为无规则卷曲结构，1664～1681cm-1
为β-转角结构。随添加的皂树皮提取物浓度的增加，β-折叠含量增加(18.18％增加至26.93％)，而α-螺旋含量(25.68％降低至22.32％)、β-转角含量(30.68％降低至28.21％)以及无规则卷曲含量(25.46％降低至22.53％)均减少，这说明了部分α-螺旋结构、β-转角结构和无规则卷曲结构逐渐转变β-折叠结构。而β-折叠结构常见于蛋白质内部折叠区域，疏水相互作用是蛋白质折叠的主要驱动力，β-折叠结构含量的增加说明了皂树皮提取物能有效地与大豆蛋白通过疏水相互作用结合。进而，通过差示扫描量热技术研究了对比例1-2和实施例5-6的热稳定性，结果如图7所示。由对比例1知，所用大豆蛋白的两个变性温度为71.8℃和86.5℃，分别对应β-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白组分。而对比例2的皂树皮提取物在此温度范围内没有任何变化。值得注意的是，实施例5和6中峰的右移，说明了添加皂树皮提取物可以提高大豆蛋白的热稳定性，这是具有强疏水苷元的皂树皮提取物通过疏水相互作用与大豆蛋白的疏水氨基的结合改变了大豆蛋白的结构，即形成了大豆蛋白-皂树皮提取物的复合物所致。