一种基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法及其应用

1.本发明涉及蛋白微粒化制备的技术领域，尤其是涉及一种基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法及其应用。


背景技术：

2.植物蛋白奶能够满足特定人群对牛乳替代产品的需求，是解决全球变暖、畜产行业压力、饱和脂肪过度摄入、水源污染等问题的重要途径之一。在植物蛋白奶的开发和制造过程中，除了满足消费者的营养需求，如何模拟牛乳风味和质构也是当前食品领域的重大议题。牛乳的脂肪是以脂肪球的形式存在，平均粒径在5μm左右，粒径范围约在0.1-15μm。而目前植物奶中常用的脂肪替代物为植物油，植物油直接替代动物脂肪无法模拟动物脂肪的质构，易发生脂质氧化。
3.因此，利用植物蛋白并将其微粒化，形成微米级颗粒，不仅可以提升植物奶本身的风味和质构使其更接近牛乳，且未带入动物源油脂和其他食品添加剂，进一步满足越来越多的消费者对更加天然绿色食品的追求，实现植物基产品的未来可持续发展。
4.微粒化蛋白是基于蛋白在极端条件下(ph和高温)的变性，并利用剪切控制聚集而形成的。微粒化蛋白颗粒生成过程中，剪切工艺的影响非常显著，其本质是将热处理形成的聚集体进行适当破坏，是必不可少的聚集控制过程。但经研究发现，剪切也会导致部分蛋白颗粒的粒度增加，并发生氧化还原反应致蛋白产生“剪切过聚集”效应。
5.当前，调控微粒化蛋白分散度的主要为物理方式(高速剪切和高压均质)或外源添加其他介质(离子、乳化剂或多糖)的方式进行。前者作为单一的物理作用无法从根源解决“过聚集”效应，而后者虽可以避免“过聚集”的形成，但会引入其他成分而影响产品“清洁标签”的宣称，导致市场接受度降低。


技术实现要素：

6.为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法及其应用，利用超声-热处理联用技术制备微粒化蛋白颗粒，赋予其以乳脂肪球的质构特性和风味，且具备高热稳定性，极大地拓展了植物蛋白在食品领域中的应用。
7.本发明的目的通过以下技术方案予以实现：第一方面，本发明提供了一种基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法，包括如下步骤：(1)将植物分离蛋白配置得到分离蛋白溶液，再进行蛋白水化，得到水化后的分离蛋白溶液；(2)将水化后的分离蛋白溶液进行超声热处理，得到微粒化蛋白分散液；(3)再进行后处理，得到基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物。
8.本发明通过超声技术可以更精准控制微粒的大小，可以开发粒径更小、更稳定的乳液或蛋白颗粒，且能效更高。超声可以通过声空化作用将流体中存在的气核形成空化气泡，空化气泡的破裂会在空化区产生较强的水动力剪切力、湍流、高温(5000k)和高压
(100mpa)，破坏蛋白二级和三级结构，以及分子间或分子内的非共价键(如氢键和疏水键)甚至共价键(二硫键)，打开蛋白质聚集体紧密排列的结构，伴随着结构域的展开，暴露出游离巯基和疏水基团，且将较大蛋白颗粒进一步破碎成小颗粒。另一方面，超声导致水分子破坏引起高活性自由基和超氧化物的生成，这些自由基可以通过抽氢作用，氧化游离巯基形成二硫键甚至从氨基酸α-碳、多肽主链和疏水氨基酸残基的脂肪族侧链中提取氢原子，进而影响蛋白质结构，减少分子间结合和改变分子构象，形成新的低分子量且稳定的蛋白质聚集体，在解决蛋白“过聚集”效应的同时，更好的模拟动物脂肪的质构。
9.利用超声-热联用技术进行微粒化处理，采用热处理加快蛋白变性和聚集，并通过超声调控蛋白聚集体的粒度，通过简单的工艺条件就能够制备具有乳脂肪球相近的(0.1-20μm)粒度范围、稳定性好等特性的脂肪替代物，使得植物蛋白在食品中的应用场景更广泛。
10.作为优选，步骤(2)中，所述超声热处理的条件为：在75～95℃的加热条件下，控制超声频率为18～40khz，能量密度为5～15w/ml，处理时间为15～60min。
11.在此参数范围内，超声的声空化机械作用和高活性自由基两种效应协作效果最佳。
12.作为优选，步骤(1)中，所述植物分离蛋白包括豆类分离蛋白和谷类分离蛋白。
13.作为优选，步骤(1)中，所述植物分离蛋白包括大豆分离蛋白和燕麦麸分离蛋白，其中燕麦麸分离蛋白的质量比例为10～40％，大豆分离蛋白的质量比例为60～90％，两者的质量总百分比为100％。
14.采用大豆分离蛋白和燕麦麸分离蛋白，两种蛋白均为目前主流植物奶中所含有的蛋白质，且两种蛋白原料中都主要为球蛋白。其中大豆分离蛋白中球蛋白占90％，而燕麦麸分离蛋白中球蛋白占80％，两种球蛋白结构类似，有利于形成稳定的微粒化蛋白，且均含有二硫键，非常适合进行微粒化产品开发。
15.在微粒化制备中，燕麦麸分离蛋白用量比例不超过40％，其原因为燕麦麸分离蛋白的纯度相对更低，且球蛋白比例较大豆分离蛋白更低，大豆分离蛋白的用量比例在60～90％时，微粒化效果较好。
16.作为优选，步骤(1)中，所述分离蛋白溶液的质量浓度为10～20％，ph值为3.5～4.5。
17.作为优选，步骤(1)中，所述蛋白水化的条件为：将分离蛋白溶液置于4～10℃低温下冷藏16～24h。
18.该蛋白水化的条件可以让充分蛋白溶于水。
19.作为优选，步骤(3)中，所述后处理为：将微粒化蛋白分散液调节ph为6.5～7.5后，进行喷雾干燥。
20.作为优选，步骤(3)中，所述喷雾干燥的入风温度为140～160℃，出风温度为70～90℃，喷雾干燥至得到粉末的水分含量低于5％。
21.第二方面，本发明还提供了一种上述制备方法制得植物脂肪替代物在食品领域中的应用。
22.第三方面，本发明还提供了一种上述制备方法制得植物脂肪替代物在植物蛋白奶中的应用，将脂肪替代物以质量分数为1～5％的比例添加到植物奶料液中，得到植物蛋白
奶。
23.本发明能够将所制得的脂肪替代物加入植物奶中，利用微粒化植物蛋白模拟牛乳风味和质构，且满足消费者的营养需求以及对更加天然绿色食品的追求。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)植物脂肪替代物制备过程中所用的豆类和谷类蛋白来源广、产量高、氨基酸种类丰富、具有多种生物活性，可满足营养、健康的饮食需求；(2)利用超声-热处理联用技术获得了微粒化蛋白颗粒，赋予其以乳脂肪球的质构特性，极大地拓展了植物蛋白在食品领域中的应用；(3)将植物脂肪替代物加入植物奶中，可以满足消费者的营养需求以及对更加天然绿色食品的追求，并且加工技术绿色快捷，扩大了微粒化蛋白在植物奶领域的实际应用。
具体实施方式
25.以下用具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：实施例1一种基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法，包括如下步骤：(1)以磷酸盐缓冲液为溶剂，配置质量浓度为15％的分离蛋白溶液(大豆分离蛋白和燕麦麸分离蛋白的质量比为17：3)，以500rpm的频率搅拌1h，之后调节ph值为4.0，并置于4℃冷藏24h使蛋白充分水化，得到水化后的分离蛋白溶液；(2)将水化后的分离蛋白溶液置于80℃水浴中加热，同时采用20khz、能量密度为7.5w/ml的超声处理，超声热处理30min，得到微粒化蛋白分散液；(3)将微粒化蛋白分散液回调ph值至6.7，后采用喷雾干燥处理，喷雾干燥的入风温度为150℃，出风温度为80℃，喷雾干燥至得到粉末的水分含量低于5％，得到植物脂肪替代物。
26.实施例2一种基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法，包括如下步骤：(1)以磷酸盐缓冲液为溶剂，配置质量浓度为12％的分离蛋白溶液(大豆分离蛋白和燕麦麸分离蛋白的质量比为4：1)，以500rpm的频率搅拌1h，之后调节ph值为3.5，并置于4℃冷藏16h使蛋白充分水化，得到水化后的分离蛋白溶液；(2)将水化后的分离蛋白溶液置于75℃水浴中加热，同时采用20khz、能量密度为10w/ml的超声处理，超声热处理20min，得到微粒化蛋白分散液；(3)将微粒化蛋白分散液回调ph值至6.9，后采用喷雾干燥处理，喷雾干燥的入风温度为150℃，出风温度为80℃，喷雾干燥至得到粉末的水分含量低于5％，得到植物脂肪替代物。
27.实施例3一种基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法，包括如下步骤：(1)以磷酸盐缓冲液为溶剂，配置质量浓度为10％的分离蛋白溶液(大豆分离蛋白和燕麦麸分离蛋白的质量比为9：1)，以500rpm的频率搅拌1h，之后调节ph值为4.2，并置于4℃冷藏12h使蛋白充分水化，得到水化后的分离蛋白溶液；(2)将水化后的分离蛋白溶液置于70℃水浴中加热，同时采用30khz、能量密度为
12w/ml的超声处理，超声热处理15min，得到微粒化蛋白分散液；(3)将微粒化蛋白分散液回调ph值至7.1，后采用喷雾干燥处理，喷雾干燥的入风温度为150℃，出风温度为80℃，喷雾干燥至得到粉末的水分含量低于5％，得到植物脂肪替代物。
28.实施例4基于实施例1中的植物脂肪替代物制备燕麦植物奶的方法，包括如下步骤：(1)1l燕麦植物奶由以下重量的原料制成：燕麦粉80g、植物脂肪替代物10g、调和植物油10g、柠檬酸钠4g、单硬脂酸甘油酯2g、食盐0.5g、聚葡萄糖5g，余量为水。
29.(2)燕麦汁酶解液制备：(a)燕麦汁制备：将燕麦粉加入温水50～55℃中，混合，得燕麦汁；(b)酶解：将燕麦汁加入反应器中，于50～55℃下，加入蛋白酶，酶解45～60min，然后升温至70～75℃，加入
ɑ-淀粉酶，酶解45～60min；(c)灭酶(温度90～95℃下，保温5～10min)、过滤，得燕麦汁酶解液。
30.(3)向燕麦汁酶解液中加入植物脂肪替代物，混合均匀后加入酸度调节剂、分散剂、食盐、聚葡萄糖混合，再加入调和植物油。
31.(4)依次进行过滤、定容、均质(25～35mpa，料液温度70～75℃)、杀菌(138～140℃，5～15s)、罐装(温度20～25℃)，得燕麦植物奶。
32.实施例5基于实施例1中的植物脂肪替代物制备豌豆植物奶的方法，包括如下步骤：(1)1l豌豆植物奶由以下重量的原料制成：黄豌豆分离蛋白粉30g、植物脂肪替代物10g、调和植物油15g、柠檬酸钠2g、单硬脂酸甘油酯2g、食盐0.5g、聚葡萄糖10g，余量为水。
33.(2)将黄豌豆分离蛋白粉和植物脂肪替代物加入水中，混合均匀后加入酸度调节剂、分散剂、食盐、聚葡萄糖混合，再加入调和植物油；(3)依次进行过滤、定容、均质(25～35mpa，料液温度70～75℃)、杀菌(138～140℃，5～15s)、罐装(温度20～25℃)，得豌豆植物奶。
34.实施例6基于实施例1中的植物脂肪替代物制备生椰燕麦植物奶的方法，包括如下步骤：(1)1l燕麦植物奶由以下重量的原料制成：燕麦粉80g、植物脂肪替代物10g、椰浆10g、柠檬酸钠4g、单硬脂酸甘油酯2g、食盐0.5g、聚葡萄糖5g，余量为水。
35.(2)燕麦汁酶解液制备：(a)燕麦汁制备：将燕麦粉加入温水50～55℃中，混合，得燕麦汁；(b)酶解：将燕麦汁加入反应器中，于50～55℃下，加入蛋白酶，酶解45～60min，然后升温至70～75℃，加入
ɑ-淀粉酶，酶解45～60min；(c)灭酶(温度90～95℃下，保温5～10min)、过滤，得燕麦汁酶解液。
36.(3)向燕麦汁酶解液中加入植物脂肪替代物，混合均匀后加入酸度调节剂、分散剂、食盐、聚葡萄糖混合，再加入椰浆。
37.(4)依次进行过滤、定容、均质(25～35mpa，料液温度70～75℃)、杀菌(138～140℃，5～15s)、罐装(温度20～25℃)，得生椰燕麦植物奶。
38.实施例7基于植物脂肪替代物制备巴旦木植物奶的方法，包括如下步骤：(1)1l巴旦木植物奶由以下重量的原料制成：巴旦木酱50g、植物脂肪替代物30g、调和植物油5g、柠檬酸钠3g、单硬脂酸甘油酯2g、食盐0.5g、聚葡萄糖5g，余量为水。
39.(2)将巴旦木酱和植物脂肪替代物加入水中，混合均匀后加入酸度调节剂、分散剂、食盐、聚葡萄糖混合，再加入调和植物油；(3)依次进行过滤、定容、均质(25～35mpa，料液温度70～75℃)、杀菌(138～140℃，5～15s)、罐装(温度20～25℃)，得巴旦木植物奶。
40.对比例1与实施例1的区别在于：采用高频低强度的超声波浴制备植物脂肪替代物。
41.包括如下步骤：(1)以磷酸盐缓冲液为溶剂，配置质量浓度为15％的分离蛋白溶液(大豆分离蛋白和燕麦麸分离蛋白的质量比为9：1)，以500rpm的频率搅拌1h，之后调节ph值为4.0，并置于4℃冷藏24h使蛋白充分水化，得到水化后的分离蛋白溶液；(2)将水化后的分离蛋白溶液置于80℃水浴中加热，同时采用500khz、能量密度为0.7w/ml的超声处理，超声热处理20min，得到微粒化蛋白分散液；(3)将微粒化蛋白分散液回调ph值至6.7，后采用喷雾干燥处理，喷雾干燥的入风温度为150℃，出风温度为80℃，喷雾干燥至得到粉末的水分含量低于5％，得到植物脂肪替代物。
42.对比例2与实施例1的区别在于：仅采用超声波处理制备植物脂肪替代物。
43.包括如下步骤：(1)以磷酸盐缓冲液为溶剂，配置质量浓度为15％的分离蛋白溶液(大豆分离蛋白和燕麦麸分离蛋白的质量比为9：1)，以500rpm的频率搅拌1h，之后调节ph值为4.0，并置于4℃冷藏24h使蛋白充分水化，得到水化后的分离蛋白溶液；(2)将水化后的分离蛋白溶液采用20khz、能量密度为7.5w/ml的超声处理，超声热处理30min，得到微粒化蛋白分散液；(3)将微粒化蛋白分散液回调ph值至6.7，后采用喷雾干燥处理，喷雾干燥的入风温度为150℃，出风温度为80℃，喷雾干燥至得到粉末的水分含量低于5％，得到植物脂肪替代物。
44.对比例3与实施例1的区别在于：采用剪切热处理制备植物脂肪替代物。
45.包括如下步骤：(1)以磷酸盐缓冲液为溶剂，配置质量浓度为15％的分离蛋白溶液(大豆分离蛋白和燕麦麸分离蛋白的质量比为9：1)，以500rpm的频率搅拌1h，之后调节ph值为4.0，并置于4℃冷藏24h使蛋白充分水化，得到水化后的分离蛋白溶液；(2)将水化后的分离蛋白溶液置于80℃水浴中加热，同时进行搅拌，搅拌速度为600r/min，剪切热处理30min，得到微粒化蛋白分散液；(3)将微粒化蛋白分散液回调ph值至6.7，后采用喷雾干燥处理，喷雾干燥的入风
温度为150℃，出风温度为80℃，喷雾干燥至得到粉末的水分含量低于5％，得到植物脂肪替代物。
46.对比例4与实施例4的区别在于：采用椰子油制备燕麦植物奶(将植物脂肪替代物替换为椰子油)。
47.对比例5与实施例5的区别在于：采用大豆油制备豌豆植物奶(将植物脂肪替代物替换为大豆油)。
48.对比例6与实施例6的区别在于：采用椰子油制备生椰燕麦植物奶(将植物脂肪替代物替换为椰子油)。
49.对比例7与实施例7的区别在于：采用核桃油制备巴旦木植物奶(将植物脂肪替代物替换为核桃油)。
50.将实施例1-3以及对比例1-3制备的植物脂肪替代物进行平均粒度、游离巯基、和表面疏水性聚集体分散度测试，测试结果如表1所示。
51.表1案例粒径(d[4,3])游离巯基(μmol/g)聚集体分散度(pdi)实施例11.6280.20.422实施例21.4773.30.419实施例31.5583.10.453对比例16.4836.30.710对比例20.2350.60.347对比例35.3291.50.682如表1所示，本发明超声得到的微粒化植物蛋白平均粒径大小适中，且聚集体分散度更小。对比例1通过高频低强度超声得到的产品平均粒径更大，虽然游离巯基含量较低使聚集体更稳定，但聚集分散度太大。对比例3采用剪切热处理制备的平均粒径较大，游离巯基含量较高导致聚集体不稳定，且分散度较大，与高频低强度超声同样在应用中会产生颗粒感等不愉悦的口感。对比例2仅用超声处理得到的颗粒粒径较小，无法达到微粒化的要求。
[0052]
将实施例4-7以及对比例4-7制备的植物奶进行粘度、粒度和乳脂感测试，测试结果如表2所示。乳脂感测试为在常温条件下品评植物奶，若细腻润滑、无颗粒感、越接近全脂牛奶的细腻程度，则评分越高，满分为10分，表2中的乳脂感评价分数为测试20人对于实施例4-7以及对比例4-7制备的植物奶评价的平均分数。
[0053]
表2
如表2所示，对比例4-7表明，本发明得到的植物脂肪替代物与常规植物奶中常用的植物油相比，可以提供更好的乳脂感，此外还具有优异的热稳定性，具体表现为在加入植物奶进行制备加工之后仍具有较低的粘度和粒径，相对于植物油添加的对比例粘度没有显著增加，粒径仅有小幅度上升，对植物奶体系稳定性没有显著影响，但却有更好的乳脂感。牛乳的脂肪是以脂肪球的形式存在，平均粒径在5μm左右，本发明制得的植物奶的粒径更接近于牛乳脂肪球粒径，可以更好的模拟牛乳风味和质构，提升植物奶的品质和口感。
[0054]
本发明利用植物脂肪替代物对植物奶的体系进行优化，加工技术绿色快捷，扩大了微粒化蛋白在植物奶领域的实际应用。并且，植物脂肪替代物制备过程中所用的豆类和谷类蛋白来源广、产量高、氨基酸种类丰富、具有多种生物活性，可满足营养、健康的饮食需求，再利用超声-热处理联用技术获得了微粒化蛋白颗粒，赋予其以乳脂肪球的质构特性和风味，极大地拓展了植物蛋白在食品领域中的应用。
[0055]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将植物分离蛋白配置得到分离蛋白溶液，再进行蛋白水化，得到水化后的分离蛋白溶液；（2）将水化后的分离蛋白溶液进行超声热处理，得到微粒化蛋白分散液；（3）再进行后处理，得到植物脂肪替代物。2.如权利要求1所述基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述超声热处理的条件为：在75～95℃的加热条件下，控制超声频率为18~40 khz，能量密度为5~15w/ml，处理时间为15～60min。3.如权利要求1所述基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述植物分离蛋白包括豆类分离蛋白和谷类分离蛋白。4.如权利要求3所述基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述植物分离蛋白包括大豆分离蛋白和燕麦麸分离蛋白，其中燕麦麸分离蛋白的质量比例为10~40%。5.如权利要求1-4之一所述基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述分离蛋白溶液的质量浓度为10~20％，ph值为3.5～4.5。6.如权利要求1-4之一所述基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述蛋白水化的条件为：将分离蛋白溶液置于4～10℃低温下冷藏16～24h。7.如权利要求1-4之一所述基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述后处理为：将微粒化蛋白分散液调节ph为6.5~7.5后，进行喷雾干燥。8.如权利要求7所述基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述喷雾干燥的入风温度为140~160℃，出风温度为70~90℃，喷雾干燥至得到粉末的水分含量低于5%。9.一种如权利要求1-8之一所述制备方法制得植物脂肪替代物在食品领域中的应用。10.一种如权利要求1-8之一所述制备方法制得植物脂肪替代物在植物蛋白奶中的应用，其特征在于，将植物脂肪替代物以质量分数为1～5％的比例添加到植物奶料液中，得到植物蛋白奶。

技术总结
本发明涉及蛋白微粒化制备的技术领域，公开了一种基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物的制备方法及其应用，包括如下步骤：（1）将植物分离蛋白配置得到分离蛋白溶液，再进行蛋白水化，得到水化后的分离蛋白溶液；（2）将水化后的分离蛋白溶液进行超声热处理，得到微粒化蛋白分散液；（3）再进行后处理，得到基于蛋白微粒化的植物脂肪替代物。本发明利用超声-热处理联用技术获得了微粒化蛋白颗粒，赋予其以乳脂肪球的质构特性，极大地拓展了植物蛋白在食品领域中的应用；将植物脂肪替代物加入植物奶中，可以满足消费者的营养需求以及对更加天然绿色食品的追求，并且加工技术绿色快捷，扩大了微粒化蛋白在植物奶领域的实际应用。微粒化蛋白在植物奶领域的实际应用。


技术研发人员：刘冠辰 刘东红 邱爽 潘海波 陈士国 陈启和 程焕
受保护的技术使用者：浙江大学长三角智慧绿洲创新中心
技术研发日：2023.03.01
技术公布日：2023/7/21