從椰麩中制備高乳化性和起泡性的酸溶性谷蛋白的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種從椰麩中制備高乳化性和起泡性的酸溶性谷蛋白的方法，是將椰麩粉碎后用有機溶劑提取椰子油，得到脫脂椰麩粉；在去除脫脂椰麩粉中的雜蛋白后用酸性溶液提取酸溶性谷蛋白，提取液經(jīng)純化、分子量篩選、限制性酶解后進行冷凍干燥得到椰麩酸溶性谷蛋白粉末。本發(fā)明工藝簡單，成本低，利用酸溶性谷蛋白獨特的溶解性，利用稀酸溶液提取椰麩酸溶性谷蛋白，經(jīng)純化和分子量篩選后得到的酸溶性谷蛋白，具有良好的起泡性和乳化性，可廣泛應(yīng)用于蛋白乳化劑、起泡劑、穩(wěn)定劑、酸性飲品、膨化食品等領(lǐng)域，有效提高對椰子的精深加工和綜合利用程度，有力促進我國椰子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
【專利說明】從椰麩中制備高乳化性和起泡性的酸溶性谷蛋白的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬農(nóng)產(chǎn)品加工【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種制備酸溶性谷蛋白的方法，具體是一種以椰麩為原料，制備具有高乳化性和起泡性的酸溶性谷蛋白的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]椰子(Cocos nucifera L.)是熱帶地區(qū)最重要的木本油料作物和食品能源作物之一，聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)把椰子視為解決熱帶地區(qū)人民對蛋白質(zhì)、脂肪和能源需要及增加農(nóng)民就業(yè)機會、幫助農(nóng)民脫貧致富的重要途徑。我國是椰子消費大國，也是椰子加工大國，海南省每年加工椰子果超過20億個，已經(jīng)形成了比較完善的產(chǎn)業(yè)鏈，然而，我國椰子加工業(yè)的產(chǎn)品主要集中在椰子糖、椰子粉、椰纖果等普通椰子食品方面，功能性產(chǎn)品所占比例很小；企業(yè)缺乏自主創(chuàng)新能力，產(chǎn)品科技附加值少，難以提高經(jīng)濟效益和資源利用率。近年來，東南亞椰子主產(chǎn)國如越南、印度尼西亞等國家以廉價的勞動力和原料、較先進的加工技術(shù)等優(yōu)勢，使國內(nèi)椰子加工企業(yè)面臨越來越大的壓力和挑戰(zhàn)。
[0003]椰子果實含有約8%的蛋白質(zhì)，研究表明椰子蛋白中清蛋白占21%、球蛋白占40.1%,醇溶蛋白占3.3%，酸溶性谷蛋白占14.4%，堿溶性谷蛋白占4.8%。其中椰子球蛋白具有極強的絡(luò)合鐵離子能力，且容易消化吸收，可以開發(fā)為椰子球蛋白鐵強化劑、球蛋白鐵強化口服液等保健品；椰子醇溶蛋白則具有良好的彈性和延展性，同時具有較強的清除體內(nèi)自由基能力，是開發(fā)護膚品的優(yōu)良材料；而椰子酸溶性谷蛋白則在酸性溶液中具有優(yōu)異的溶解性。因此，椰子蛋白質(zhì)的開發(fā)潛力很大。然而目前對椰子蛋白的開發(fā)利用率極低，相關(guān)的研究報道也較少。
[0004]蛋白質(zhì)在食品工業(yè)中的應(yīng)用范圍，很大程度上取決于其功能特性。所謂功能特性是指蛋白質(zhì)在食品加工中不同體系中表現(xiàn)出來的一系列物理化學(xué)性質(zhì)，如溶解性、乳化性、起泡性、粘度、凝膠性等等。其中，乳化性和起泡性是植物蛋白最重要的功能特性之一。乳化性包括乳化能力和乳化穩(wěn)定性兩個方面。蛋白質(zhì)的乳化性表示蛋白質(zhì)乳化油脂的能力大小，是指在一定條件下，單位數(shù)量的蛋白質(zhì)在形成水包油乳化體系時所能乳化油脂的最大量。乳化穩(wěn)定性是指乳化劑使乳狀液在各種條件下保持乳化狀態(tài)穩(wěn)定的能力。植物蛋白的乳化性，決定了其在乳化劑、表面活性劑、植物蛋白飲料、消泡劑、穩(wěn)定劑等多種領(lǐng)域中的應(yīng)用。蛋白質(zhì)的起泡性是指蛋白質(zhì)在膠體溶液中的發(fā)泡能力及穩(wěn)定泡沫的能力，包括起泡能力和泡沫穩(wěn)定性兩個方面。起泡性能決定蛋白質(zhì)在膨化食品、蛋白飲料、起泡劑、冰激凌等多個方面的應(yīng)用。
[0005]蛋白質(zhì)的乳化性和起泡性既受到蛋白質(zhì)本身理化性能的影響，也受加工環(huán)境中溫度、離子強度、PH(酸堿度)等多種因素的影響。其中，對乳化性和起泡性影響較大的因素有:1)蛋白質(zhì)的溶解度，大量實驗表明，好的溶解度是蛋白質(zhì)發(fā)揮良好乳化性和起泡性的前提和基礎(chǔ)；2)蛋白質(zhì)的表面疏水性，表面疏水性是影響蛋白質(zhì)表面活性最重要的因素之一，直接影響蛋白質(zhì)的乳化活性和起泡性；3)蛋白質(zhì)的分子量，擁有適當(dāng)分子大小的蛋白質(zhì)，既可以快速達到乳化界面與油相物質(zhì)結(jié)合而形成乳化層，又有足夠的表面張力和分子間作用力形成穩(wěn)定的乳化狀液滴和泡沫，因而具有良好的乳化和起泡性能。反之，如果蛋白質(zhì)的分子量過大，無法快速與油相物質(zhì)結(jié)合，乳化能力較差，而分子量太小時，蛋白質(zhì)分子沒有足夠的力量維持泡沫的穩(wěn)定，使泡沫穩(wěn)定性較差。4)pH，pH是影響蛋白質(zhì)乳化活性和起泡性最重要的最重要的環(huán)境因素。PH實質(zhì)上是通過改變蛋白質(zhì)的溶解度來影響其乳化活性和起泡性的。
[0006]依據(jù)在不同溶劑中的溶解度，蛋白質(zhì)可分為清蛋白(溶于水)、球蛋白(溶于稀鹽溶液)、醇溶蛋白(溶于70%?90%的醇水溶液)、酸溶性谷蛋白(溶于稀酸)和堿溶性谷蛋白(溶于稀堿溶液)。天然蛋白質(zhì)中往往都含有這幾種不同溶解度的蛋白。各溶解度蛋白的含量和比例既決定了天然蛋白的營養(yǎng)價值，又深刻影響其功能特性。大多數(shù)植物蛋白質(zhì)的等電點在PH3.0?5.0，即在酸性環(huán)境下，多數(shù)植物蛋白會因靜電荷為零而發(fā)生沉降，使溶解度顯著降低。這就導(dǎo)致了多數(shù)植物蛋白在酸性條件下的乳化性和起泡性較差，影響了植物蛋白乳化劑的性能以及植物蛋白在低酸性食品中的應(yīng)用。而酸溶性谷蛋白在低酸環(huán)境下?lián)碛辛己玫娜芙庑?。不過，擁有良好的酸溶性并不意味著良好的乳化性和起泡性。研究表明，當(dāng)酸溶性谷蛋白的分子量大小合適、表面疏水性又足夠強時，酸溶性谷蛋白往往擁有良好的乳化性和起泡性。因此，如果酸溶性谷蛋白的分子大小適宜，同時具有良好的溶解性、乳化性和起泡性，而制備成本又相對低廉的話，則可以作為優(yōu)良的乳化劑、起泡劑，也可以廣泛應(yīng)用于酸性食品中。然而，目前對植物酸溶性谷蛋白的開發(fā)利用較少，主要是由于酸溶性谷蛋白的提取分離和純化工藝較復(fù)雜，同時缺乏有效的分子量篩選技術(shù)，因而植物酸溶性谷蛋白及其產(chǎn)品較少。
[0007]椰麩是椰肉榨汁后的主要副產(chǎn)物，含有16%?24%的蛋白質(zhì)，是潛在的植物蛋白質(zhì)資源，椰麩蛋白中酸溶性谷蛋白質(zhì)的含量約為14.4g/100g,富含天冬氨酸和精氨酸，氨基酸組成較為合理，營養(yǎng)價值較高；通過適度酶解的椰麩酸溶性谷蛋白，具有較適宜的分子大小和表面疏水性，其乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性、氣泡穩(wěn)定性均良好。隨著椰子食品的開發(fā)，椰麩的產(chǎn)量也隨之上升，2010年，僅菲律賓的椰麩產(chǎn)量就達200萬噸，因而，椰麩也是來源豐富的植物蛋白質(zhì)資源，然而，目前椰麩僅僅被用作動物飼料或蛋糕等食品的輔料，蛋白質(zhì)等活性成分沒有被開發(fā)利用，造成了資源的極大浪費。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種從椰麩中制備高乳化性和起泡性的酸溶性谷蛋白的方法，采用不同溶劑依次去除雜蛋白，利用稀酸溶液提取椰麩酸溶性谷蛋白，然后通過限制性酶解和二次純化法對椰麩酸溶性谷蛋白進行純化和分子量篩選，制備得到的高乳化活性和起泡性的椰子酸溶性谷蛋白，具有較高的營養(yǎng)價值，可廣泛應(yīng)用于蛋白乳化劑、起泡劑、穩(wěn)定劑、酸性蛋白飲品、膨化食品等領(lǐng)域，既有利于實現(xiàn)對椰子的綜合利用和精深加工，又可以變廢為寶，有力促進我國椰子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
[0009]本發(fā)明的原理如下:
[0010]依據(jù)溶解度，蛋白質(zhì)可分為清蛋白(溶于水)、球蛋白(溶于稀鹽溶液)、醇溶蛋白(溶于70?90%的醇水溶液)、酸溶性谷蛋白(溶于稀酸)和堿溶性谷蛋白(溶于稀堿溶液)。谷蛋白(glutenin)是最重要的植物單純蛋白質(zhì)之一，多含于小麥、大麥種子中，而酸溶性谷蛋白是指在稀酸溶液中有優(yōu)良溶解性的谷蛋白。椰麩蛋白質(zhì)中清蛋白、球蛋白、酸溶谷蛋白和堿溶谷蛋白的含量分別為21.0,40.1, 3.3，14.4和4.8g/100g。因此，制備椰子酸溶性谷蛋白的難點首先在于容易混雜清蛋白、球蛋白等雜蛋白，造成產(chǎn)品純度低、活性差等問題。同時，由于椰麩酸溶性谷蛋白的分子量較大，表面疏水性較小，導(dǎo)致乳化性和起泡性不高。利用蛋白酶可降低酸溶性谷蛋白的分子量，但酶解程度(水解度)過高時，產(chǎn)生的多為小分子多肽，起泡性和乳化穩(wěn)定性很差；當(dāng)水解度太小時，酸溶性谷蛋白的分子量依然較大，乳化性較差，因此，難點之二為合適水解度的選擇和分子量的篩選。本發(fā)明利用各蛋白溶解度的差異，采用不同溶劑依次梯度提取法，在充分去除清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白后再提取酸溶性谷蛋白，然后采用高速離心-膜透析-限制性酶解-超濾相結(jié)合的技術(shù)對酸溶性谷蛋白同時實現(xiàn)純化和分子量篩選，從而制得分子量適中、酸溶性、乳化活性和起泡性均良好的椰麩酸溶性谷蛋白。
[0011]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案:
[0012]一種從椰麩中制備高乳化性和起泡性的酸溶性谷蛋白的方法，其步驟如下:
[0013]1、原料前處理
[0014]選取成熟老椰子果實，然后去殼，削去種皮，清洗、刨絲、榨汁，得到椰麩；將椰麩在40?50°C的溫度下干燥后粉碎，過40?60目篩，然后按質(zhì)量體積比為1: 10?1: 20 (m/V)的比例加入有機溶劑提取剩余的椰子油，得到脫脂椰麩粉。所述有機溶劑是石油醚或乙醚。
[0015]2、去除雜蛋白(采用不同溶劑依次、分別去除雜蛋白)
[0016]在脫脂椰麩粉中按質(zhì)量體積比為1: 10?1: 30(m/v)的比例加入0.1?
0.2mol/L的磷酸緩沖液(pH8.0)，再加入氯化鈉至終濃度為0.4mol/L,室溫下震蕩提取2?3h，過濾，收集濾渣；如此反復(fù)提取3次，得到去除清蛋白和球蛋白的椰麩。在去除清蛋白和球蛋白的椰麩中按質(zhì)量體積比為1: 10?1: 30 (m/v)的比例加入75%?90%的乙醇溶液，室溫下震蕩提取2?3小時，過濾，棄去濾液，收集濾渣。反復(fù)提取3次，得到去除清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白的椰麩。
[0017]3、提取酸溶性谷蛋白
[0018]在去除清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白的椰麩中，按質(zhì)量體積比為1: 10?1: 30(m/V)的比例加入酸性溶液，在4?10°C下震蕩提取2?3小時，過濾，收集濾液。反復(fù)提取3?5次，合并濾液。
[0019]所述酸性溶液是0.05?0.lmol/L的鹽酸溶液或30%?50%的醋酸溶液。
[0020]4、首次純化和分子量篩選
[0021]將收集的濾液在4?10°C、10000?12000rpm的條件下離心15?20min,收集上清液。將此上清液裝入截留分子量為4000-8000透析膜中，在4?10°C的蒸餾水中透析8?12小時，去除鹽離子、可溶性糖、小分子蛋白等雜質(zhì)，即可得到純度較高的酸溶性谷蛋白質(zhì)溶液。
[0022]5、限制性酶解
[0023]在上述得到的酸溶性谷蛋白溶液中，按40?100U/g的比例加入酸性蛋白酶，在30?50°C、pH2.0?4.0的條件下酶解60?120min，即可使椰麩酸溶性谷蛋白的水解度為8.6%?17.6%，分子量為141.8kDa (道爾頓)的酸溶性谷蛋白得到適度降解。然后將酶解液在95?100°C中加熱5?1min滅酶,冷卻，1000rpm下離心1min,收集上清液，即得到酶解酸溶性谷蛋白液。
[0024]6、二次純化和分子量篩選
[0025]將上述酶解酸溶性谷蛋白液用截留分子量為15?20kDa的超濾膜超濾2?4小時，進一步濾除無機鹽離子、可溶性糖、小分子蛋白等雜質(zhì)，使分子量在24.1?57.6kDa的椰麩酸溶性谷蛋白液得以濃縮。
[0026]7、冷凍干燥
[0027]將上述濃縮的椰麩酸溶性谷蛋白液進行真空冷凍干燥，即可得到椰麩酸溶性谷蛋白粉末。
[0028]試驗表明，采用上述工藝可得到較高純度的椰子酸溶性谷蛋白。該酸溶性谷蛋白為淡褐色，柳絮狀，質(zhì)地輕柔。利用SDS-PAGE對該酸溶性谷蛋白的分子量進行分析，結(jié)果表明該酸溶性谷蛋白分子量為24.1?57.6kDa。同時該酸溶性谷蛋白在pH2.0?5.0的溶解度為82.33?90.14g/100g ;并具有很好的乳化和起泡性能，乳化性為177.82?199.81m2/g,乳化穩(wěn)定性為77.65 %?92.43 %，起泡性為62.46 %?142.87 %，泡沫穩(wěn)定性為65.85%?85.17%.該椰麩酸溶性谷蛋白可廣泛應(yīng)用于蛋白乳化劑、起泡劑、穩(wěn)定劑、酸性飲品、膨化食品等領(lǐng)域。
[0029]本發(fā)明工藝簡單，成本低，利用酸溶性谷蛋白獨特的溶解性，利用稀酸溶液提取椰麩酸溶性谷蛋白，經(jīng)純化和分子量篩選后得到的酸溶性谷蛋白，具有良好的起泡性和乳化性，可廣泛應(yīng)用于蛋白乳化劑、起泡劑、穩(wěn)定劑、酸性飲品、膨化食品等領(lǐng)域，有效提高對椰子的精深加工和綜合利用程度，有力促進我國椰子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是實施例一所制備的椰麩酸溶性谷蛋白的SDS-PAGE圖。其中，Mw-分子量標(biāo)準(zhǔn)蛋白，泳道1-未被酶解的酸溶性谷蛋白，泳道2-酶解后的酸溶性谷蛋白。

【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。
[0032]實施例一
[0033]1、原料前處理選擇成熟老椰子果實，然后去殼，削去種皮，清洗、刨絲、榨汁，得到椰麩。將椰麩在40°C干燥后粉碎，過60目篩，然后按1: 12(m/v)的比例加入石油醚提取剩余的椰子油，得到脫脂椰麩粉。
[0034]2、去除雜蛋白在脫脂椰麩粉中按1: 15 (m/v)的比例加入0.lmol/L的磷酸緩沖液(PH8.0)，再加入氯化鈉至終濃度為0.4mol/L,室溫下震蕩提取3h，過濾，收集濾渣，如此反復(fù)提取3次，得到去除了清蛋白和球蛋白的椰麩。在去除了清蛋白和球蛋白的椰麩中按1: 15 (m/v)的比例加入75%的乙醇溶液，室溫下震蕩提取2小時，過濾，棄去濾液，收集濾渣。反復(fù)提取3次，得到去除了清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白的椰麩。
[0035]3、提取酸溶性谷蛋白在上述去除了清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白的椰麩中，按I:15 (m/v)的比例加入0.05mol/L的鹽酸溶液，在4°C下震蕩提取3小時，過濾，收集濾液。反復(fù)提取3次，過濾，合并收集到的濾液。
[0036]4、首次純化和分子量篩選將收集的濾液在4°C、12000rpm的條件下離心15min，
收集上清液。將此上清液裝入截留分子量為8000透析膜中，在4°C的蒸餾水中透析8小時，去除鹽離子、可溶性糖、小分子蛋白等雜質(zhì)。
[0037]5、限制性酶解在上述得到的酸溶性谷蛋白溶液中，加入酸性蛋白酶(100U/g)，在45°C、pH2.0的條件下酶解120min，使椰麩酸溶性谷蛋白的水解度為17.6%。然后將酶解液在95°C中加熱5min滅酶，冷卻，1000rpm下離心10min，收集上清液，即得到酶解酸溶性谷蛋白液。
[0038]6、二次純化和分子量篩選將上述酸溶性谷蛋白質(zhì)溶液利用超濾膜(截留分子量:20kDa)超濾3小時，進一步濾除無機鹽離子、可溶性糖、小分子蛋白等雜質(zhì)，使分子量在24.1~57.6kDa的椰麩酸溶性谷蛋白得以保留并濃縮。
[0039]7、冷凍干燥將上述所得的椰麩酸溶性谷蛋白進行真空冷凍干燥，即可得到椰麩酸溶性谷蛋白粉末。
[0040]采用上述工藝可得到較高純度和高活性的椰麩酸溶性谷蛋白的SDS-PAGE圖如圖1所示，所得酸溶性谷蛋白為淡褐色，蟬翼狀和柳絮狀。利用SDS-PAGE對該酸溶性谷蛋白的分子量進行分析，采用Michael&Nirdosh的方法對該椰麩酸溶性谷蛋白的表面疏水性,用Adler-Nissen方法對其水解度,用Tsumura等人的方法對其溶解度,用Soares等人的方法對其乳化性和乳化穩(wěn)定性，利用Shahidi等人的方法對其起泡性和泡沫穩(wěn)定性分別進行測定，結(jié)果見表1:
[0041 ] 表1表1椰麩酸溶性谷蛋白的性質(zhì)
[0042]

【權(quán)利要求】
1.一種從椰麩中制備高乳化性和起泡性的酸溶性谷蛋白的方法，其特征在于，其步驟如下: 1)、原料前處理 選取成熟老椰子果實，然后去殼，削去種皮，清洗、刨絲、榨汁，得到椰麩；將椰麩在40?50°C的溫度下干燥后粉碎，過40?60目篩，然后按質(zhì)量體積比為1: 10?1: 20的比例加入有機溶劑提取剩余的椰子油，得到脫脂椰麩粉；所述有機溶劑是石油醚或乙醚； 2)、去除雜蛋白 在脫脂椰麩粉中按質(zhì)量體積比為1: 10?1: 30的比例加入0.1?0.2mol/L、pH為8.0的磷酸緩沖液，再加入氯化鈉至終濃度為0.4mol/L,室溫下震蕩提取2?3h，過濾，收集濾渣；如此反復(fù)提取3次，得到去除清蛋白和球蛋白的椰麩；在去除清蛋白和球蛋白的椰麩中按質(zhì)量體積比為1: 10?1: 30的比例加入75%?90%的乙醇溶液，室溫下震蕩提取2?3小時，過濾，棄去濾液，收集濾渣；反復(fù)提取3次，得到去除清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白的椰麩； 3)、提取酸溶性谷蛋白 在去除清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白的椰麩中，按質(zhì)量體積比為1: 10?1: 30的比例加入酸性溶液，在4?10°C下震蕩提取2?3小時，過濾，收集濾液；反復(fù)提取3?5次，合并濾液； 4)、首次純化和分子量篩選 將收集的濾液在4?10°C、10000?12000rpm的條件下離心15?20min，收集上清液；將此上清液裝入截留分子量為4000-8000透析膜中，在4?10°C的蒸餾水中透析8?12小時，去除鹽離子、可溶性糖、小分子蛋白等雜質(zhì)，即可得到純度較高的酸溶性谷蛋白質(zhì)溶液； 5)、限制性酶解 在上述得到的酸溶性谷蛋白溶液中，按40?100U/g的比例加入酸性蛋白酶，在30?50°C、pH2.0?4.0的條件下酶解60?120min，使椰麩酸溶性谷蛋白的水解度為8.6%?17.6%，分子量為141.8kDa的酸溶性谷蛋白得到降解；然后將酶解液在95?100°C中加熱5?1min滅酶,冷卻，1000rpm下離心1min,收集上清液，即得到酶解酸溶性谷蛋白液； 6)、二次純化和分子量篩選 將上述酶解酸溶性谷蛋白液用截留分子量為15?20kDa的超濾膜超濾2?4小時，使分子量在24.1?57.6kDa的椰麩酸溶性谷蛋白液得以濃縮； 7)、冷凍干燥 將上述濃縮的椰麩酸溶性谷蛋白液進行真空冷凍干燥，即可得到椰麩酸溶性谷蛋白粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述酸性溶液是0.05?0.lmol/L的鹽酸溶液或30%?50%的醋酸溶液。
【文檔編號】A23J1/12GK104171261SQ201410329033
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】鄭亞軍, 李艷, 張有林, 張潤光, 王揮, 陳衛(wèi)軍, 趙松林 申請人:中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所