一种黑豆蛋白及其制备方法

1.本发明属于食品生物技术领域，尤其涉及一种黑豆蛋白及其制备方法。


背景技术：

2.黑豆是优质蛋白质的最佳来源，含有良好的氨基酸平衡，其中的蛋白质含量高于大豆，甚至高于肉、蛋或牛奶。研究表明，由于含有大量疏水氨基酸，黑豆分离蛋白具有良好的溶解性、乳化活性和乳化稳定性潜力。因此，黑豆分离蛋白在食品工业乳状液稳定方面具有很大前景。
3.油水乳剂是一种包裹不稳定疏水生物活性物质的输送系统，通过减少疏水生物活性物质对外部因素如氧气和光线的暴露，提高成分的稳定性。在乳剂制备过程中，乳状液可以形成界面层，使油水相分离。乳化性层的致密化、厚度、稳定性和抗氧化性将对乳状液和包埋物的稳定性有重要影响。然而，蛋白质容易自我聚集，容易受到食品工业加工条件所带来的外部环境的影响。因此，需要通过适当的修饰方法来改善蛋白质的功能性质。
4.挤压式膨化是借助挤压机螺杆的推动力，将物料向前挤压，物料受到混合、搅拌和摩擦以及高剪切力作用而获得和积累能量达到高温高压，并使物料膨化的过程。在食品工业中，挤压是指以糖类或蛋白质为主要成分的原料，在内部装有螺杆的密封筒体内，在加温、加压情况下，经受摩擦力、剪切力作用，短时间内改变原料的组织结构，然后由一定形状的挤出模挤出后切断、冷却生产产品的技术。
5.蛋白质能在极端碱性或酸性条件下部分展开，这增加了分子内带电侧链基团之间的排斥，导致更灵活的结构，称为“熔融球”。ph值的改变不仅会影响蛋白质的带电性质，改变蛋白质功能基团的电离作用，还会影响蛋白质之间的相互作用，从而影响蛋白质的溶解性及其他功能性质。
6.目前，常规用于制备黑豆蛋白的方法为：原料黑豆经粉碎、过筛和脱脂后进行碱溶解和酸沉淀处理，再经离心沉淀后冻干制得黑豆蛋白粉。然而该方法制得的黑豆蛋白的溶解性和乳化性较差。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种黑豆蛋白及其制备方法，本发明通过采用分区控温、挤压膨化和ph调节处理制备黑豆蛋白，显著提升了黑豆蛋白的溶解度、乳化性和乳化稳定性。
8.本发明的目的通过下述技术方案来实现：
9.一种黑豆蛋白的制备方法，包括以下步骤：
10.(1)将黑豆粉与水混合，挤压膨化，获得挤出物；
11.(2)将挤出物粉碎后与水混合，制得悬浮液；
12.(3)调节悬浮液的ph至碱性，离心，收集上清液；
13.(4)调节上清液的ph至酸性，离心，收集沉淀，冷冻干燥制得黑豆蛋白。
14.优选的，步骤(1)所述挤压膨化采用分区控温处理，所述分区控温的温度分别为一区50～70℃，二区100-125℃，三区130～140℃。
15.优选的，步骤(1)所述挤压膨化处理的主轴频率为30～50hz，所述挤压膨化处理的时间为1～6s。
16.优选的，步骤(1)所述水的质量为黑豆粉质量的10～20％。
17.优选的，步骤(2)所述粉碎后过50～70目筛。
18.优选的，步骤(2)所述挤出物与水的质量体积比为5～10g:100～200ml。
19.优选的，步骤(3)所述调节悬浮液的ph至9～11，所述离心的转速为5000～15000r/min，所述离心的时间为10～30min。
20.优选的，步骤(4)所述调节上清液的ph至3-5，所述离心的转速为5000～15000r/min，所述离心的时间为10～30min。
21.优选的，步骤(4)所述冷冻干燥处理的温度为-30～-50℃，所述冷冻干燥处理的时间为45～50h。
22.本发明还提供了所述的方法制得的黑豆蛋白。
23.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
24.(1)本发明通过使用挤压膨化技术处理黑豆粉，将悬浮液调整到碱性或酸性并保持短时间以诱导蛋白质结构展开，然后在中性ph下短暂反应以允许部分蛋白质重新折叠，并生成熔融的球状或纤维状构象，具有改善黑豆蛋白的溶解性和乳化性质的作用。
25.(2)本发明通过采用分区控温处理，减少了黑豆蛋白分子的热变性和聚集程度，保持了其天然构象和活性，提高了黑豆蛋白的乳化性质。通过挤压处理后的黑豆蛋白可应用于肉制品、调味品和饮料等的食品加工中。
26.(3)本发明制得的黑豆蛋白的溶解度、乳化性和乳化稳定性较未经挤压膨化处理的黑豆蛋白分别提高了117.07％、46.27％和154.36％，为进一步开发植物蛋白食品或者功能性食品提供了契机。
附图说明
27.图1为常规制备黑豆蛋白的工艺流程图；
28.图2为本发明制备黑豆蛋白的工艺流程图；
29.图3为对比试验1测得的不同黑豆蛋白的溶解度；
30.图4为对比试验2测得的不同黑豆蛋白的乳化性和乳化稳定性。
具体实施方式
31.本发明提供了一种黑豆蛋白的制备方法，包括以下步骤：
32.(1)将黑豆粉与水混合，挤压膨化，获得挤出物；
33.(2)将挤出物粉碎后与水混合，制得悬浮液；
34.(3)调节悬浮液的ph至碱性，离心，收集上清液；
35.(4)调节上清液的ph至酸性，离心，收集沉淀，冷冻干燥制得黑豆蛋白。
36.在本发明中，将黑豆粉与水混合后进行挤压膨化处理，获得挤出物。在本发明中，所述挤压膨化优选的采用分区控温处理，所述分区控温的温度优选的分别为一区50～70
℃，二区100-125℃，三区130～140℃，进一步优选的分别为一区55～65℃，二区110～120℃，三区132～138℃，更进一步优选的分别为一区60℃，二区115℃，三区135℃；所述挤压膨化处理的主轴频率优选为30～50hz，进一步优选为35～45hz，更进一步优选为40hz；所述挤压膨化处理的时间优选为1～6s，进一步优选为2～5s，更进一步优选为3～4s；所述水的质量优选为黑豆粉质量的10～20％，更进一步优选为黑豆粉质量的12～18％，更进一步优选为14～16％。
37.在本发明中，将挤出物粉碎后与水混合，制得悬浮液。在本发明中，所述粉碎后优选的过50～70目筛，进一步优选的过55～65目筛，更进一步优选的过60目筛；所述挤出物与水的质量体积比优选为5～10g:100～200ml，进一步优选为6～8g:120～180ml，更进一步优选为7g:140～160ml。
38.在本发明中，调节悬浮液的ph至碱性，离心，收集上清液。在本发明中，所述调节悬浮液的ph优选为9～11，进一步优选为10；所述离心的转速优选为5000～15000r/min，进一步优选为8000～13000r/min，更进一步优选为10000r/min；所述离心的时间优选为10～30min，进一步优选为15～25min，更进一步优选为20min。
39.在本发明中，调节上清液的ph至酸性，离心，收集沉淀，冷冻干燥制得黑豆蛋白。在本发明中，所述调节上清液的ph优选为3-5，进一步优选为4；所述离心的转速优选为5000～15000r/min，进一步优选为8000～13000r/min，更进一步优选为10000r/min；所述离心的时间优选为10～30min，进一步优选为15～25min，更进一步优选为20min；所述冷冻干燥处理的温度优选为-30～-50℃，进一步优选为-35～-45℃，进一步优选为-40℃；所述冷冻干燥处理的时间优选为45～50h，进一步优选为47～49h，更进一步优选为48h。
40.本发明还提供了所述的方法制得的黑豆蛋白。
41.下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
42.实施例1：一种黑豆蛋白的制备方法，包括以下步骤：
43.(1)将100g黑豆粉与10g水混合，设定主轴频率为30hz、一区的温度为50℃、二区的温度为100℃、三区的温度为130℃进行挤压膨化处理1s，获得挤出物；
44.(2)将挤出物粉碎后过50目筛，取50g挤出物与1000ml水混合，制得质量体积浓度为5％的悬浮液；
45.(3)调节悬浮液的ph至9，以5000r/min的转速离心30min，收集上清液；
46.(4)调节上清液的ph至3，以15000r/min的转速离心10min，收集沉淀，以-30℃的温度冷冻干燥处理45h，制得黑豆蛋白。
47.实施例2：一种黑豆蛋白的制备方法，包括以下步骤：
48.(1)将200g黑豆粉与40g水混合，设定主轴频率为50hz、一区的温度为70℃、二区的温度为125℃、三区的温度为140℃进行挤压膨化处理6s，获得挤出物；
49.(2)将挤出物粉碎后过70目筛，取100g挤出物与1250ml水混合，制得质量体积浓度为8％的悬浮液；
50.(3)调节悬浮液的ph至11，以15000r/min的转速离心10min，收集上清液；
51.(4)调节上清液的ph至5，以5000r/min的转速离心30min，收集沉淀，以-50℃的温度冷冻干燥处理50h，制得黑豆蛋白。
52.实施例3：一种黑豆蛋白的制备方法，包括以下步骤：
53.(1)将150g黑豆粉与15g水混合，设定主轴频率为40hz、一区的温度为60℃、二区的温度为110℃、三区的温度为135℃进行挤压膨化处理4s，获得挤出物；
54.(2)将挤出物粉碎后过60目筛，取100g挤出物与1000ml水混合，制得质量体积浓度为10％的悬浮液；
55.(3)调节悬浮液的ph至10，以10000r/min的转速离心20min，收集上清液；
56.(4)调节上清液的ph至4，以10000r/min的转速离心20min，收集沉淀，以-40℃的温度冷冻干燥处理46h，制得黑豆蛋白。
57.对比例1：采用常规方法制备黑豆蛋白
58.取500g黑豆经粉碎、过筛和脱脂处理，获得脱脂黑豆粉；取50g脱脂黑豆粉与500ml水混合，获得质量体积浓度为10％的悬浮液，使用2mol/lnaoh溶液调节悬浮液的ph至8.0，在磁力搅拌下进行碱提取3h，以10000
×
g离心30min，获得上清液；用2mol/l hcl溶液调节上清液的ph至4.5，以10000
×
g离心30min，获得沉淀；在4℃下用去离子水透析48h，用2mol/lnaoh溶液中和至7.0，用液氮冷冻后进行冷冻干燥处理，获得黑豆蛋白粉。
59.对比例2：黑豆蛋白的制备
60.一种黑豆蛋白的制备方法，包括以下步骤：
61.(1)将150g黑豆粉与15g水混合，设定主轴频率为40hz、一区的温度为60℃、二区的温度为110℃、三区的温度为135℃进行挤压膨化处理4s，获得挤出物；
62.(2)将挤出物粉碎后过60目筛，取100g挤出物与1000ml水混合，制得质量体积浓度为10％的悬浮液，以10000r/min的转速离心20min，收集上清液，将上清液以10000r/min的转速离心20min，收集沉淀，以-40℃的温度冷冻干燥处理46h，制得黑豆蛋白。
63.对比试验1：溶解度的测定
64.将实施例3和对比例1-2制得的黑豆蛋白分别与磷酸盐缓冲液混合配成浓度为2mg/ml的黑豆蛋白溶液，搅拌1h，于25℃、12000
×
g离心20min。采用lowry法(经典lowry,罗斯伯勒,farr,&randall,1951年)分别测定上清液中的蛋白含量，具体为：向0.1ml的样品(或标样)中加入0.1ml的2mol/lnaoh，沸水浴水解10min；水解液冷却到室温，加1ml新鲜配置的复合物形成试剂，室温放置10min；维持溶液的ph为10～10.5，加0.1mlfolin试剂，用旋涡混合仪混合，室温放置30min，加入试剂20～30min后呈色达到饱和，此后每小时颜色信号减弱1％；以牛血清白蛋白(bsa)为标准测定上清液中蛋白的浓度。若蛋白质浓度低于500μg/ml时，在750nm测定吸光度；若蛋白质浓度在100～2000μg/ml时，在550nm测定吸光度；根据标准蛋白质稀释液的浓度和相应的吸光度绘制标准曲线，测定样品的吸光度，同时测定2～3份平行样，计算样品蛋白质的浓度。
65.上清液蛋白浓度与初始浓度之比的百分数即为黑豆蛋白的溶解度。结果如图3所示。
66.由图3可知，经过实施例3中的挤压膨化处理和ph调节处理制得的黑豆蛋白的溶解度显著提升，约为对比例1中经过常规处理制得的黑豆蛋白的117.07％。
67.对比试验2：乳化性及乳化稳定性的测定
68.黑豆蛋白以2mg/ml的浓度分散在磷酸盐缓冲液(0.01m，ph7.4)中，将9ml黑豆蛋白溶液和3ml大豆油通过均质机均质1min制备乳液，分别在0min和10min时从容器底部取出50
μl乳液，然后用5ml，0.1％(w/v)十二烷基硫酸钠溶液对其稀释，混匀后在500nm处读取吸光值。结果如图4所示。
69.其中，乳化性(emulsifying activity index,eai)和乳化稳定性(emulsifying stability index,esi)分别按以下公式计算：
[0070][0071][0072]
式中，a0为均质后迅速被稀释的乳化液的吸光度；a
10
为乳状液在静置10min后的吸光度；t为时间(10min)；c为乳状液形成前蛋白质水溶液中的蛋白质浓度(mg/ml)；φ为乳状液中油的体积分数(1/4)。
[0073]
图4中对比例1制得的黑豆蛋白的乳化性为39.3333m2/g，对比例2制得的黑豆蛋白的乳化性为46.6237m2/g，实施例3制得的黑豆蛋白的乳化性为57.5341m2/g；
[0074]
图4中对比例1制得的黑豆蛋白的乳化稳定性为28.0053min，对比例2制得的黑豆蛋白的乳化稳定性为60.0123min，对比例3制得的黑豆蛋白的乳化稳定性为71.2351min；
[0075]
由图4可知，经实施例3中的挤压膨化处理和ph调节处理制得的黑豆蛋白的乳化性和乳化稳定性显著提升，经计算，实施例3制得的黑豆蛋白的乳化性和乳化稳定性较对比例1中经过常规处理制得的黑豆蛋白分别提高了46.27％、154.36％。
[0076]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种黑豆蛋白的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将黑豆粉与水混合，挤压膨化，获得挤出物；(2)将挤出物粉碎后与水混合，制得悬浮液；(3)调节悬浮液的ph至碱性，离心，收集上清液；(4)调节上清液的ph至酸性，离心，收集沉淀，冷冻干燥制得黑豆蛋白。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述挤压膨化采用分区控温处理，所述分区控温的温度分别为一区50～70℃，二区100-125℃，三区130～140℃。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述挤压膨化处理的主轴频率为30～50hz，所述挤压膨化处理的时间为1～6s。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述水的质量为黑豆粉质量的10～20％。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述粉碎后过50～70目筛。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述挤出物与水的质量体积比为5～10g:100～200ml。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述调节悬浮液的ph至9～11，所述离心的转速为5000～15000r/min，所述离心的时间为10～30min。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述调节上清液的ph至3-5，所述离心的转速为5000～15000r/min，所述离心的时间为10～30min。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述冷冻干燥处理的温度为-30～-50℃，所述冷冻干燥处理的时间为45～50h。10.如权利要求1～9任一项所述的方法制得的黑豆蛋白。

技术总结
本发明提供了一种黑豆蛋白及其制备方法，属于食品生物技术领域，本发明通过分区控温、挤压膨化和pH调节处理制备黑豆蛋白，使得黑豆蛋白的溶解性、乳化性和乳化稳定性显著提升，与常规方法制备的黑豆蛋白相比，本发明制得的黑豆蛋白的溶解度、乳化性和乳化稳定性分别提高了117.07％、46.27％和154.36％。46.27％和154.36％。46.27％和154.36％。


技术研发人员：曹荣安 张学敏 刁静静 王长远 李美麒 李朝阳 王维浩 刘红艳
受保护的技术使用者：黑龙江八一农垦大学
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/7/12