一種基于酶復合改性的大豆多糖及其制備方法

專利名稱：一種基于酶復合改性的大豆多糖及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種改性技術制備大豆多糖的方法，采用的改性技術是酶復合改性，用于穩定乳酸清涼飲料。
背景技術：
隨著我國居民的消費水平不斷提高，人們消費飲料的觀念正在從嗜好型飲料向保健型飲料轉變，由于消費者對健康體魄和優美身材的追求，使得市場上各種低脂、脫脂、低蛋白酸奶深受歡迎，通過強化各種營養素(維生素、礦物質)和益生素而得到的高附加值酸奶更為深受廣大消費者歡迎。因而開發研制酸性乳飲料的市場潛力很大，社會效益顯著。乳酸清涼飲料是以脫脂奶粉為主要原料，通過發酵或不發酵，再添加其他配料調制而成的低 蛋白含乳飲料，乳蛋白含量一般在0. 1-0. 3% ;在？11值小于4. 5的高酸環境下，含乳的基料粘度如水一樣低。但是這類飲料最常見的質量問題即沉淀和分層問題，也就是如何解決蛋白質粒子穩定化的問題。開發這種新的功能性飲料，則能填補我國飲料市場上缺乏低蛋白飲料的空白，也因而受到廣泛關注。大豆多糖是從大豆皮和大豆子葉部分所得到的水溶性膳食纖維。在豆制品加工業中，每年都有大量的加工副產物豆渣被直接廢棄或者被用作動物飼料，而很少有廠家回收利用。實際上，干豆渣中含有近35%的水溶性大豆多糖。水溶性大豆多糖不僅具有膳食纖維的減肥、通便、調節胃腸中微生物營養的平衡和類膽固醇的代謝以及抑制免疫血清中脂質的氧化的作用，還具有其他優越的食品功能特性，例如乳化及乳化穩定性、抗氧化性、抑菌性、抗黏結性及耐熱、耐酸、耐鹽的特性等等。基于以上特性，水溶性大豆多糖可以作為乳化劑、分散劑、穩定劑等。大豆水溶性多糖作為優良的酸乳飲料蛋白穩定劑，不僅能夠穩定蛋白顆粒，還因其膳食纖維的多功能性極大提高了酸乳飲料的附加營養價值，因而是一種越來越受到人們的青睞的新型食品添加劑。這些良好的功能性與大豆多糖的組成成分、結構和分子構成有很大的關系。研究表明大豆多糖是一種酸性雜多糖，結構與果膠類似，其含有總量近9%的結合蛋白(肽)和游離蛋白(肽)，結合蛋白(肽)約3%和游離蛋白(肽)6%，隨著離心分離自由的游離蛋白會被分離出去，連接于大豆多糖上的結合蛋白能夠促進大豆多糖主鏈快速結合到酪蛋白表面，并能在酪蛋白表面形成厚層，提高大豆多糖側鏈間的空間排斥力，在某種程度上，大豆多糖上連接的結合蛋白(肽)還能夠提高其乳化能力。另外，大豆多糖含有近20%的半乳糖醛酸的酸性多糖，其分子質量為5 00(Tl 000000 u,由半乳糖(Gal)、阿拉伯糖(Ara)、半乳糖醒酸、鼠李糖(Rha)、巖藻糖(Fuc)、木糖(Xyl)、葡萄糖(Glc)等組成。其主鏈由聚半乳糖醛酸(GN)和聚鼠李糖半乳糖(RG)組成，在主鏈上結合有半乳聚糖側鏈和阿拉伯糖側鏈。其側鏈在穩定酸性乳飲料時起著重要的作用。酸性基團締合到酪蛋白表面上再通過中性糖側鏈形成覆蓋在蛋白質顆粒表面的厚層所產生的空間位阻來穩定蛋白顆粒。避免了酪蛋白在酸性條件下沉淀，以此穩定酪蛋白顆粒。目前的研究表明，大豆多糖在應用性及功能性上均優于果膠、瓜爾膠、阿拉伯膠等常用膠體。大豆多糖鏈上的自由羧基沿著聚合鏈的分布情況及大豆多糖鏈上的結合蛋白含量決定其在酸性飲料中的穩定性，且某些半乳糖醛酸的殘基會被甲基酯化，酯化發生在半乳糖醛酸殘基聚合之后；而大豆多糖穩定酸乳中酪蛋白的能力與其鏈上自由羧基嵌段的結構和長度有關。自由羧基嵌段太長會使懸吊鏈太短或者無法產生，使多糖與酪蛋白結合物的空間排斥力減小，同樣也會與酸乳飲料中的鈣離子反應造成凝膠沉淀；自由羧基嵌段太短會導致多糖無法準確地結合到酪蛋白上。普通商用大豆多糖中，通常結合蛋白(肽)含量約2 3%，酯化程度在40飛0%，根據研究發現，高穩定性的大豆多糖的結合蛋白(肽)在4 6%，酯化度通常在20 30%之間。專利CN1927033研究了果膠酯酶、果膠反排除酶、聚半乳糖酶對大豆碎粒酵素處理形成大豆粉末和大豆漿液，該專利僅僅從解碎的角度使用了果膠酯酶，但并沒有深入研究果膠酯酶對大豆漿液中的具體成分造成的影響；已有文獻報道了用雙酶法處理提取大豆多糖，探討酶種類、雙酶組合、酶解時間、pH、固液比等對提取率的影響以及大豆多糖對氧自由基的清除能力(宋慧，苗敬芝，董玉瑋.雙酶法提取大豆多糖及其抗氧化性研究[J].中國食品添加劑，2011，(5) :89-93.);另有文獻報道了果膠甲酯酶對大豆皮的脫脂影響，考察酶解溫度、酶解時間、PH和酶的加入量對果膠產品酯化度和果膠提取率的影響，提出酯化度對大豆多糖穩定性存在影響，但對于大豆多糖上蛋白質的作用未作研究(劉賀，郭曉飛，劉昊東等.大豆皮果膠酶法脫脂參數研究[J].食品工業科技，2011，32(5) 273-464.);另有文獻報道了可溶性大豆多糖在功能性低蛋白飲料中的應用，在該研究中從感官和沉淀率對比了以可溶性大豆多糖，CMC、果膠、PGA為乳化穩定劑,大豆多糖表現出最佳穩定效果的乳化劑(李小林，何瑩.可溶性大豆多糖在功能性低蛋白飲料中的應用[J].現代食品科技，2010，26 (3) :303—305.)。目前人們對大豆多糖的提取工藝從不同的方面做了很多的研究，對大豆多糖的化學、物理及生物改性進行了一些研究，但是有關用于穩定乳酸清涼飲料的大豆多糖的作用機理并沒有系統的研究，大豆多糖中組分和分子結構對其穩定性的影響也未見報道，因此如何提高大豆多糖在低蛋白飲料中的高穩定性一直是研發熱點。本發明在對大豆多糖的現有研究基礎上，提出一種對大豆多糖的組分和分子結構進行改性的方法。

發明內容
本發明的目的在于提供一種基于酶復合改性的大豆多糖制備方法，所制得的大豆多糖是一種在乳酸清涼飲料中具高穩定性的水溶性大豆多糖，可用于制備穩定的乳酸清涼飲料。本發明中“酶復合改性”方法，是指在大豆多糖溶液中，依次加入谷氨酰胺轉胺酶和去酯化酶，分別對大豆多糖進行酶化學反應。本發明的目的主要通過以下技術方案實現一種基于酶復合改性的大豆多糖制備方法，主要包括以下步驟
在大豆多糖溶液中，首先邊攪拌邊加入谷氨酰胺轉胺酶，在適宜的溫度和PH條件下進行糖蛋白交聯反應，一段時間后加熱滅酶；然后冷卻至時宜溫度，邊攪拌邊加入氯化鈉或氯化鈣和去酯化酶，在適宜的溫度和PH條件下對大豆多糖進行去酯化處理，一段時間后加入酸終止反應，加熱滅酶；用乙醇沉淀后干燥得到酶改性大豆多糖。
其中，所述大豆多糖溶液的濃度為i°/rio%。其中，所述谷氨酰胺轉胺酶的酶活單位為5(T200U/g，加酶量0.02、. 1%，酶解pH為5. 0 7. O。酶解溫度4(T70°C，反應時間3(Tl20min。反應結束后加熱至10(Tl50°C滅酶。其中，所述氯化鈉或氯化鈣的濃度為0. ro. 15mol/L。其中，所述去酯化酶為黑曲霉果膠甲酯酶，柑橘果膠甲酯酶，大豆果膠甲酯酶，優選黑曲霉果膠甲酯酶。去酯化反應的加酶量l(T20mL，酶解pH為5. 2 7. O，酶解溫度40 70°C，反應時間30 120min。其中，所述方法中用0. Olmol/L氫氧化鈉維持反應過程pH，根據添加量監控反應程度。
·
其中，通過加入0. Olmol/L鹽酸調節至pH4終止所述去酯化反應，加熱至8(Tl20°C滅酶。本發明方法中，通過采用乙醇沉淀后經干燥得到沉淀物，制備得到改性大豆多糖。本發明創新之處在于，本發明首次提出對大豆多糖進行酶法復合改性，制備具高穩定性的水溶性大豆多糖。通過向大豆多糖溶液中添加谷氨酰胺轉胺酶和去酯化酶，提高結合蛋白(肽)的含量及降低大豆多糖的酯化度，使酸性多糖半乳糖鏈上的結合蛋白(肽)含量達到5%左右，同時自由羧基半乳糖醛酸上的自由羧基成嵌段均勻分布。使大豆多糖能夠準確而穩固地結合在酪蛋白表面，并增加其厚層，提高酪蛋白顆粒的空間排斥力。用本發明方法通過酶復合改性改變大豆多糖組分和結構，賦予大豆多糖較高的對蛋白的分散穩定特性，在乳酸清涼飲料的制備中起到較好的穩定效果。采用本發明酶法改性得到的大豆多糖的結合蛋白(肽)的含量在4飛％，酯化度通常在2(T30%之間，對乳酸清涼飲料的穩定性效果好。
具體實施例方式結合以下具體實施例，對本發明作進一步的詳細說明。實施本發明的過程、條件、試劑、實驗方法等，除以下專門提及的內容之外，均為本領域的普遍知識和公知常識，本發明沒有特別限制內容。實施例I
本實施例以市面上普通商用大豆多糖為原料，首先稱取IOg大豆多糖，然后溶解到490mL蒸餾水中，攪拌均勻，邊攪拌邊加入100U/g谷氨酰胺轉胺酶0. 25g(加酶量0. 05%)維持反應pH為6，反應溫度55°C，反應時間60min。酶反應結束后，加熱至100°C滅酶。 冷卻至30 V，將(T4 °C的乙醇1: 1. 5添加到多糖溶液中混合均勻后，5000rpm、IOmin兩次離心分離得到沉淀。經真空冷凍干燥(例如_50°C冷凝，<10pa條件下-10°C —次升華，30°C二次升華)，得到改性大豆多糖。測定樣品蛋白含量、酯化度和酸乳中沉淀率。實施例2
本實施例以市面上普通商用大豆多糖為原料，首先稱取IOg大豆多糖，然后溶解到490mL蒸餾水中，攪拌均勻，邊攪拌邊添加氯化鈉4. 39g (0. 15mol/L)，和黑曲霉果膠酯酶16mL (酶活單位為0. 01U/mL)，維持反應pH為5. 8，反應溫度60°C，反應時間60min。在反應過程中不斷加入0. 01mol/L氫氧化鈉維持反應pH。酶反應結束后,用0. 01mol/L鹽酸調節pH4終止反應，加熱至100°C滅酶。
冷卻至30°C，將(T4°C的乙醇1: 1. 5添加到多糖溶液中混合均勻后，5000rpm、IOmin兩次離心分離得到沉淀。經真空冷凍干燥(例如_50°C冷凝，<10pa條件下-10°C —次升華，30°C二次升華)，得到改性大豆多糖。測定樣品蛋白含量、酯化度和酸乳中沉淀率。實施例3
本實施例以市面上普通商用大豆多糖為原料，首先稱取IOg大豆多糖，然后溶解到490mL蒸餾水中，攪拌均勻，邊攪拌邊100U/g谷氨酰胺轉胺酶0. 25g(0. 05%)，維持反應pH為6，反應溫度55°C，反應時間60min。酶反應結束后，加熱至100°C滅酶。其中，適用的谷氨酰胺轉胺酶的酶活單位為5(T200U/g，加酶量0.02、. 1%，酶解pH為5. (T7. 0，酶解溫度4(T70°C，反應時間3(Tl20min。進一步優選地，谷氨酰胺轉胺酶的加酶量0. 04、. 06%,酶解pH為5. 5 6. 5。酶解溫度5(T60°C。在本發明制備方法中，隨著蛋 白含量提高，所制備的改性大豆多糖酯化度含量也升高，導致最終沉淀率升高，乳酸清涼飲料的穩定性下降。經實驗獲得本發明優選糖蛋白酶促交聯反應條件下，所制備的大豆多糖的蛋白含量4. 0 4. 5%，酯化度67 77%，沉淀率I. 9 2. 3%。冷卻至60°C，邊攪拌邊添加氯化鈉4. 39g (濃度為0. 15mol/L)，和去酯化酶黑曲霉果膠酯酶16mL (酶活單位為0. 01U/mL)，維持反應pH為5. 8，反應溫度60°C，反應時間60min。在反應過程中不斷加入0. Olmol/L氫氧化鈉維持反應pH。酶反應結束后，用0. 01mol/L鹽酸調節pH4終止反應，加熱至100°C滅酶。其中，適用的去酯化酶的加酶量IOlOml，酶活單位0. 01U/mL,酶解pH為5. 2^7. 0，酶解溫度4(T70°C，反應時間3(Tl20min。進一步優選地，去酯化酶的加酶量12 16mL，酶解PH為5. 4^6. 2，酶解溫度5(T60°C。在優選去酯化反應的條件下，所制備的大豆多糖的蛋白含量2. 8^3. 3%，酯化度299^32%，沉淀率0. 7 1%。在經過本發明實驗研究摸索得到的優選條件處理下，產物改性大豆多糖的酯化度明顯減低，但是該酶對蛋白含量的影響不大，最終沉淀率主要受到酯化度影響。冷卻至30°C，將(T4°C的乙醇1: 1. 5添加到多糖溶液中混合均勻后，5000rpm、IOmin兩次離心分離得到沉淀。經真空冷凍干燥(例如_50°C冷凝，<10pa條件下-10°C —次升華，30°C二次升華)，得到改性大豆多糖。測定樣品蛋白含量、酯化度和酸乳中沉淀率。參照國標蛋白含量測定方法，對市售普通大豆多糖和以上實施例廣3制備得到的水溶性大豆多糖蛋的白含量進行測定。蛋白含量的檢測過程為稱取大豆多糖粉末0. 20g 2. OOg固體試樣，移入干燥的消化管中，加入0. 2g硫酸銅，6g硫酸鉀及20ml濃硫酸，置于消化爐上小心加熱，待內容物全部炭化，泡沫完全消失后，加大火力，并保持管內液體內微沸，至液體呈藍綠色澄清透明后，再繼續0.5h lh。取下放冷待蒸餾用。在消化管托盤上換上已消化冷卻好的樣品，錐形瓶托盤上換上裝硼酸(濃度2%，15^20mL)的250ml錐形瓶，調整托盤高度并使氨氣回流玻璃嘴浸泡在硼酸液面以下。然后先打開加堿按鈕，加到自己所需要的堿的用量后，關閉加堿按鈕。然后再打開蒸餾按鈕。蒸餾即將完成時，將容量瓶下移，使氨氣回流玻璃嘴離開液面，用蒸餾水沖洗玻璃嘴外壁，繼續蒸餾半分鐘后，關閉蒸餾按鈕，取下錐形瓶待滴定用。蒸餾完成。用0. 05mol/LHCL滴定接收瓶內的溶液，滴定至(暗)灰色時為止，記下消耗HCL的毫升數，按下列公式計算蛋白含量X=[(V1-V2)* N *0.014*F*100]/mX——樣品中蛋白質的含量，% ；
V1—樣品消耗硫酸或鹽酸標準液的體積，ml ；
V2—試劑空白消耗硫酸或鹽酸標準液的體積，ml ；
N——硫酸或鹽酸標準溶液的當量濃度；
0.014—IN硫酸或鹽酸標準溶液Iml相當于氮克數； m——樣品的質量(體積)，g(ml)；
F——蛋白質系數，按16%計算乘以6. 25即為蛋白質。·將市售普通大豆多糖和以上實施例廣3中的水溶性大豆多糖酯化度測定參照果膠酯化度國家標準測定。酯化度的檢測過程為精確稱取5. OOg樣品，用少量鹽酸與異丙醇混合試劑浸濕后，攪拌10分鐘，用混合試劑將樣品移至砂芯漏斗中，用6份混合試劑沖洗，再用60%異丙醇洗至濾液不含氯離子為止，移至105°C烘箱中干燥I小時，冷卻后稱量。稱取1/10冷卻后的干燥樣品，移入250mL錐形瓶中，用2mL酒精浸濕，加入IOOmL經煮沸后冷卻并除去二氧化碳的水，不斷攪動使樣品完全溶解。加入5滴1%的酚酞指示齊IJ，用0. lmol/L氫氧化鈉滴定，記錄消耗氫氧化鈉溶液的毫升數(VI)，即為樣品的原始滴定度。向樣液中繼續加入20mL0. 5mol/L氫氧化鈉溶液，經強烈震動后，靜置15分鐘，加入20mL0. 5mol/L鹽酸溶液，不斷的搖動使溶液中粉紅色消失，然后再加入3滴酚酞指示劑，繼續用0. lmol/L氫氧化鈉溶液滴定至樣液顯微紅色。記錄所消耗氫氧化鈉的毫升數(V2)，即為樣品的皂化滴定度。按下列公式計算酯化度
酯化度(％)= [V2/(V1+V2)]*100%。將市售普通大豆多糖和以上實施例廣3中得到的水溶性大豆多糖按照以下配方制備乳酸清涼飲料。配方如下
糖酸液配制準確稱取16g精制白砂糖和0. 35g檸檬酸充分溶解到13g 70°C的蒸餾水中，使其完全溶解，然后在磁力攪拌器上2400rpm攪拌lOmin。冷卻至室溫待用。乳液配制準確稱取2. 5g脫脂乳粉和0. 5g的普通大豆多糖和以上實施例f 3中水溶性大豆多糖溶解至15g60°C的蒸懼水中，完全溶解后在在磁力攪拌器上2400rpm攪lOmin，然后在20Mpa的壓力下均質，冷卻至室溫待用。在磁力攪拌器上一邊攪拌糖酸液同時緩慢加入乳液，然后將153g蒸餾水緩慢加入混合液中，2400rpm計時lOmin。然后將混合液在20mpa壓力下均質。90°C、15min滅菌后制備得到乳酸清涼飲料。沉淀率即根據其值的大小判定穩定性的優劣，沉淀率越高，穩定性越差；測定方法即吸取滅菌后的乳酸清涼飲料IOml于離心管中，3000rmp 15min離心棄去上清液乳酸清涼飲料。按照以下公式計算沉淀率沉淀率％ =[沉淀物質(g)/10 mL飲料重量(g) ] X100%。實例f 3所制得的大豆多糖和市面上普通商用大豆多糖的蛋白含量、酯化度及沉淀率測定結果，如下表I所示
表II普通多糖I實施例I I實施例2 j實施例3
蛋白含量％ 2.8%4.26% 3.1% 4.43%
酯化度％ 65%70% 31% 25%
沉淀率％ 11.45%\2.01% |o. 89% |o. 24%
從以上表I所示實驗結果可以看出，以上實施例所得到的經酶連續改性處理的樣品的
結合蛋白含量、酯化度和沉淀率明顯優于市售普通大豆多糖樣品，具體的，本發明制備的改
性大豆多糖其蛋白含量提高、酯化度降低、沉淀率降低。在實施例中經谷氨酰胺轉胺酶處理 過的大豆多糖中的結合蛋白含量均高于未經處理的。實施例I中，由于谷氨酰胺轉胺酶可以緩慢促進多糖酯化，所以經添加了谷氨酰胺轉胺酶卻未添加果膠酯酶制備得到的大豆多糖的酯化度有稍微的增高，沉淀率較大。實施例2中，經果膠酯酶處理的酯化度明顯低于未如此處理的大豆多糖，而且沉淀率也降低。實施例3中谷氨酰胺轉胺酶及果膠酯酶的連續處理的樣品具有顯著提高的蛋白含量、降低的酯化度以及顯著降低的沉淀率，由此可見本發明中經酶連續改性的明顯優于未經改性處理的和由谷氨酰胺轉胺酶或者果膠酯酶分別單獨處理制備的大豆多糖，因此采用本發明方法進行酶連續改性處理得到的改性大豆多糖的品質更優。本發明的保護內容不局限于以上實施例。在不背離發明構思的精神和范圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優點都被包括在本發明中，并且以所附的權利要求書為保護范圍。
權利要求
1.一種基于酶復合改性的大豆多糖制備方法，其特征在于，在大豆多糖溶液中，邊攪拌邊加入谷氨酰胺轉胺酶，進行糖蛋白交聯反應，然后加熱滅酶；冷卻后，邊攪拌邊加入氯化鈉或氯化鈣和去酯化酶，進行去酯化反應，然后加入酸終止反應，加熱滅酶；用乙醇沉淀后干燥得到改性大豆多糖。
2.根據權利要求I所述的基于酶復合改性的大豆多糖制備方法，其特征在于，所述大豆多糖溶液的濃度為i°/rio%。
3.根據權利要求I所述的基于酶復合改性的大豆多糖制備方法，其特征在于，所述谷氨酰胺轉胺酶的酶活單位為5(T200U/g，加酶量0. 02、. 1%，酶解pH為5. (T7. 0，酶解溫度40 70°C，反應時間30 120min。
4.根據權利要求I所述的基于酶復合改性的大豆多糖制備方法，其特征在于，所述谷氨酰胺轉胺酶酶促反應后加熱至10(Tl5(rC滅酶，所述去酯化反應后加熱至8(T12(TC滅酶。
5.根據權利要求I所述的基于酶復合改性的大豆多糖制備方法，其特征在于，所述氯化鈉或氯化鈣的濃度為0. ro. 15mol/L。
6.根據權利要求I所述的基于酶復合改性的大豆多糖制備方法，其特征在于，所述去酯化酶為黑曲霉果膠甲酯酶、柑橘果膠甲酯酶或大豆果膠甲酯酶。
7.根據權利要求6所述的基于酶復合改性的大豆多糖制備方法，其特征在于，所述去酯化酶為黑曲霉果膠甲酯酶。
8.根據權利要求I所述的基于酶復合改性的大豆多糖制備方法，其特征在于，所述去酯化酶的加酶量IOlOml，酶活單位0. 01U/mL，酶解pH為5. 2 7. 0，酶解溫度4(T70°C，反應時間30 120min。
9.根據權利要求I所述的基于酶復合改性的大豆多糖制備方法，其特征在于，所述方法中用0. Olmol/L氫氧化鈉維持反應過程pH，根據添加量監控反應程度；反應結束后，用0. 01mol/l鹽酸調節pH4終止所述的去酯化反應。
10.根據權利要求I所述方法制備得到的大豆多糖，其特征在于，所述大豆多糖中酸性多糖半乳糖鏈上的結合蛋白或肽含量達到4飛％，酯化度在2(T30%。
全文摘要
本發明公開了一種基于酶復合改性的大豆多糖制備方法，在大豆多糖溶液中，邊攪拌邊加入谷氨酰胺轉胺酶，進行糖蛋白交聯反應，然后加熱滅酶；經冷卻，邊攪拌邊加入氯化鈉或氯化鈣和去酯化酶，進行去酯化反應，然后加入酸終止反應，加熱滅酶；用乙醇沉淀干燥后得到改性大豆多糖。用本發明方法通過酶復合改性改變大豆多糖組分和結構，賦予大豆多糖較高的對蛋白的分散穩定特性，在乳酸清涼飲料的制備中起到較好的穩定效果。
文檔編號C08B37/00GK102776257SQ20121024260
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月13日 優先權日2012年7月13日
發明者呂遠, 崔紅亮, 常忠義, 張亦瀾, 譚靜, 高紅亮, 黃橙子 申請人:華東師范大學, 平頂山天晶植物蛋白有限責任公司