(19)国家知识产权局

(21)申请号 202210617623.8

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 114903113 A (43)申请公布日 2022.08.16

A23D 7/04(2006.01)

(22)申请日 2022.06.01

(71)申请人 青岛农业大学

• 地址 266109 山东省青岛市城阳区长城路 700号

(72)发明人 徐兴凤 乔鑫 刘福棣 闫家凯 孙庆杰 代蕾

(74)专利代理机构 山东三邦知识产权代理事务 所(普通合伙) 37308

专利代理师 张立得

(51)Int.Cl. A23J 3/14(2006.01) A23L 2/38(2021.01) A23L 2/66(2006.01) A23D 7/005(2006.01)

权利要求书1页 说明书6页 附图4页

(54)发明名称

不同形貌植物蛋白纳米颗粒、其制备方法及

应用

(57)摘要

本发明公开了不同形貌植物蛋白纳米颗粒、 其制备方法及应用，属于食品制备技术领域。本 发明首先通过碱性微环境处理植物蛋白，驱动蛋 白分子变为“熔球态”，然后通过加热促使其结构 自组装形成具有特定形貌和尺寸的植物蛋白纳 米颗粒。根据处理条件的不同，可形成不同形貌 和尺寸的植物蛋白纳米颗粒。这些植物蛋白纳米 颗粒具有良好的水分散性、乳化特性，可以作为 功能因子的运载体，并作为天然表面活性剂使 用，乳化油脂，提升植物蛋白的附加值，拓宽其本 身的应用渠道和方向。

权 利 要 求 书

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CN 114903113 A

1.一种不同形貌植物蛋白纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤如下：

将植物蛋白与水充分混合，使蛋白含量为0.1‑10wt％，在25‑40℃下搅拌0.5‑2h，获得 植物蛋白悬浮液；调节蛋白液pH为8‑12，在25‑85℃下加热0.5‑3h，进行自组装；待蛋白液温 度降至室温后，将pH回调至6.5‑7.5，搅拌0.5‑1h；将所得蛋白液离心，取上清液冷冻干燥， 获得形貌和尺寸可控的植物蛋白纳米颗粒。

• 2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，植物蛋白选自豌豆蛋白、鹰嘴豆蛋白、

• 花生蛋白、藜麦蛋白、马铃薯蛋白中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当自组装条件为pH 8‑12、25‑45℃时， 最终制备的是多边形植物蛋白纳米颗粒；当自组装条件为pH 10‑12、50‑65℃时，最终制备 的是长方形植物蛋白纳米颗粒；当自组装条件为pH 10‑12、75‑85℃时，最终制备的是簇形 植物蛋白纳米颗粒。

• 4.权利要求1～3任一项所述方法制备的植物蛋白纳米颗粒。

• 5.权利要求4所述植物蛋白纳米颗粒在制备植物蛋白乳饮料或3D打印奶油油墨中的应

• 用。

  • 6.一种植物蛋白乳饮料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

  • 将权利要求4所述的植物蛋白纳米颗粒分散在水中，使其浓度为5‑20wt％，4℃水化6‑

• 8h，然后缓慢加入5‑10wt％油脂，高速分散形成粗乳液，将粗乳液进行空化射流处理，灭菌， 获得植物蛋白乳饮料。

• 7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，油脂选自玉米油、米糠油、葵花籽油、

• 橄榄油、菜籽油、亚麻籽油中的一种或几种。

  • 8.权利要求6或7所述方法制备的植物蛋白乳饮料。

  • 9.一种植物基乳3D打印奶油油墨的制备方法，其特征在于，步骤如下：

• 将权利要求4所述的植物蛋白纳米颗粒分散在蒸馏水中，使其浓度为2‑20wt％，4℃水

• 化6‑8h，调节pH 2.5‑3.5，缓慢加入植物油使其浓度为40‑70wt％，10000‑20000rpm高速分 散1‑3min，形成乳液，即所述植物基乳3D打印奶油油墨。

  • 10.权利要求9所述方法制备的植物基乳3D打印奶油油墨。

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说 明 书

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不同形貌植物蛋白纳米颗粒、其制备方法及应用

技术领域

[0001] 本发明属于食品制备技术领域，具体涉及不同形貌植物蛋白纳米颗粒、其制备方 法及应用。

背景技术

[0002] 植物蛋白具有来源广泛、成本低廉、致敏性低、氨基酸组成均衡等优点，但由于大 部分为加工副产物，其变性程度高，功能性质较差，在食品中的应用受到限制，一般用作饲 料使用，造成了资源的极大浪费。因此，开发功能性质良好的植物蛋白为可持续发展战略的 实施提供重要支撑。

[0003] 对蛋白质进行结构修饰可改变其功能特性，而颗粒化制备是一种较为重要的加工 方式，在纳微米尺度上进行结构改变，可有效改变其表面疏水性等结构特性，提升功能特 性，尤其是乳化特性。目前关于蛋白纳米颗粒的制备方法主要有反溶剂、超声均质法等。例 如，专利CN110917064A公开了一种采用乙醇反溶剂法制备南瓜籽蛋白纳米颗粒，但此方法 会消耗大量有机试剂，且增加了有机试剂残留的危险，其安全性有待考究。而超声均质法所 需能耗大、对设备要求较高，工业化生产较难实现。

[0004] 此外，颗粒的形貌也会影响其乳化特性。与球形颗粒相比，非球形颗粒因具有各向 异性毛细管作用，可在油‑水界面自组装形成独特结构，具有更好的稳定乳液的能力。但目 前关于非球形纳米颗粒与乳化特性的研究主要为无机纳米颗粒，如立方体颗粒、花生颗粒 (de Folter,J.W.,et al.,Particle shape anisotropy in pickering emulsions:Cubes and peanuts.Langmuir,2014.30(4):955‑964)、棒状颗粒等。但无机颗粒生物相容性和生 物降解性低，其并不适用于食品的制备和应用。植物蛋白非球形颗粒的形貌主要为纤维、纳 米管、笼形、锥形(Dai H .,et al .,Fabrication of cross‑linked β‑lactoglobulin nanoparticles as effective stabilizers for Pickering high internal phase emulsions.Food Hydrocolloids,2020,109:106151)，而关于其它形貌的植物蛋白颗粒及 绿色安全的加工制备手段和应用尚未见报道。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种不同形貌植物蛋白纳米颗粒的制备方法，是将植物蛋白通过微 环境驱动生成形貌和尺寸可控的植物蛋白纳米颗粒。

[0006] 具体地，上述制备方法步骤如下： [0007] 将植物蛋白与水充分混合，使蛋白含量为0.1‑10wt％，在25‑40℃下搅拌0.5‑2h， 获得植物蛋白悬浮液；调节蛋白液pH为8‑12，在25‑85℃下加热0.5‑3h，进行自组装；待蛋白 液温度降至室温后，将pH回调至6.5‑7.5，搅拌0.5‑1h；将所得蛋白液离心，取上清液冷冻干 燥，获得形貌和尺寸可控的植物蛋白纳米颗粒。

[0008] 上述制备方法中，植物蛋白选自豌豆蛋白、鹰嘴豆蛋白、花生蛋白、藜麦蛋白、马铃 薯蛋白中的一种或几种。

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说 明 书

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[0009] 上述制备方法中，将蛋白液pH调至碱性所采用的物质，可选自如下一种或几种：氢 氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙；将蛋白液pH回调至中酸性所采用的物质，可选自如下一种或 几种：盐酸、柠檬酸、乳酸。

• [0010] 上述制备方法中，离心条件选自：离心力为3000‑5000rpm，离心时间为10‑30min。

[0011] 上述制备方法所制备的植物蛋白纳米颗粒具有规则形貌，包括但不限于多边形、 长方形以及簇形，颗粒尺寸为145‑300nm。其中，在不同的制备条件下，植物蛋白纳米颗粒的 形貌和尺寸也各不相同，例如，在pH 8‑12，25‑45℃加热条件下，获得的是尺寸为145‑165nm 的多边形植物蛋白纳米颗粒；在pH 10‑12，50‑65℃加热条件下，获得的是尺寸为190‑230nm 的长方形植物蛋白纳米颗粒；在pH 10‑12，75‑85℃加热条件下，获得的是尺寸为260‑300nm 的簇形植物蛋白纳米颗粒。

• [0012] 上述植物蛋白纳米颗粒具有良好的水分散性和乳化特性，可将其应用在植物蛋白 乳饮料、3D打印奶油油墨等领域，以制备植物蛋白高含量的乳饮料和3D打印奶油。

• [0013] 本发明提供了一种植物蛋白乳饮料的制备方法，步骤如下：

• [0014] 将植物蛋白纳米颗粒分散在水中，使其浓度为5‑20wt％，4℃水化6‑8h，然后缓慢 加入5‑10wt％油脂，高速分散形成粗乳液，将粗乳液进行空化射流处理，灭菌，获得植物蛋 白乳饮料。

• [0015] 上述植物蛋白乳饮料的制备方法中，油脂选自玉米油、米糠油、葵花籽油、橄榄油、 菜籽油、亚麻籽油中的一种或几种。

• [0016] 上述植物蛋白乳饮料的制备方法中，高速分散条件选自：10000‑20000rpm分散1‑ 5min。

• [0017] 上述植物蛋白乳饮料的制备方法中，空化射流处理条件选自：空化压力80 ‑ 120Mpa，循环15s。

• [0018] 上述植物蛋白乳饮料的制备方法中，灭菌方式选自热杀菌，灭菌条件为，在60‑90 ℃下灭菌15‑30min。

• [0019] 由上述方法制备的植物蛋白乳饮料，口感细腻，营养价值高，热稳定性好，不含添 加剂，而且蛋白含量高。

• [0020] 本发明还提供了一种植物基乳3D打印奶油油墨的制备方法，步骤如下：

• [0021] 将植物蛋白纳米颗粒分散在蒸馏水中，使其浓度为2‑20wt％，4℃水化6‑8h，调节 pH 2.5‑3.5，缓慢加入植物油使其浓度为40‑70wt％，10000‑20000rpm高速分散1‑3min，形 成乳液，即所述植物基乳3D打印奶油油墨。

• [0022] 上述植物基乳3D打印奶油油墨可被用于打印奶油，具体操作可选自如下方法：

• [0023] 将植物基乳3D打印奶油油墨填充在3D打印机内，打印喷嘴直径为500‑900nm，打印 速度为5‑10mm/s，打印压力为4.5‑9.5KPa，填充80％正方形镂空心形图案，打印层数为6层。 经打印获得植物蛋白乳3D打印奶油

• [0024] 目前植物基乳3D打印奶油普遍采用高内相乳液(油脂含量＞74％)，油脂含量高， 蛋白含量低，而由上述方法制备的植物基乳3D打印奶油，其结构稳定，无反式脂肪酸，饱和 脂肪酸低，油脂含量低，蛋白含量高，是人造奶油和动物奶油的良好替代品。

• [0025] 本发明的有益效果为：

• [0026] 本发明首先通过碱性微环境处理植物蛋白，驱动植物蛋白分子变为“熔球态”，然

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说 明 书

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后通过加热促使其结构自组装形成具有一定形貌和尺寸的植物蛋白纳米颗粒。根据处理条 件的不同，可形成不同形貌和尺寸的植物蛋白纳米颗粒。这些植物蛋白纳米颗粒具有良好 的水分散性、乳化特性，可以作为功能因子的运载体，并作为天然表面活性剂使用，乳化油 脂，提升植物蛋白的附加值，拓宽其本身的应用渠道和方向。

[0027] 由于蛋白纳米颗粒具有较好的润湿性，其形成的油包水乳液在高蛋白浓度下具有 较好的热稳定性，这使得本发明所制备的植物蛋白乳饮料具有口感细腻、营养价值高、热稳 定性好以及储存稳定高等特性。同时，通过本发明所述方法，可使制备的植物蛋白乳饮料和 3D打印奶油油墨中的蛋白含量分别高达19％和12％。此外，整个植物蛋白乳饮料和3D打印 奶油油墨制备过程简单，易操作，组成原料仅包含植物蛋白和植物油脂，无需添加其他稳定 剂及增稠剂，不仅解决了高蛋白植物乳饮料在热加工过程中的失稳、凝胶等问题，3D打印奶 油支撑性和稳定性较好，且低脂、低饱和脂肪酸、无反式脂肪酸，还符合清洁标签型产品的 流行趋势，绿色安全，成本低廉，利于成果推广应用。

附图说明

[0028] 图1为豌豆蛋白纳米颗粒的制备及应用流程；

[0029] 图2为豌豆蛋白纳米颗粒扫描电镜图；其中，左图形貌为长方形，中图形貌为多边 形，右图形貌为簇形；

• [0030] 图3为各种形貌豌豆蛋白纳米颗粒的尺寸；

• [0031] 图4为各种形貌豌豆蛋白纳米颗粒与豌豆蛋白的三相接触角；

• [0032] 图5为豌豆蛋白乳饮料的倒置外观图；

• [0033] 图6为豌豆蛋白乳饮料在贮存0天和7天后的粒径；

• [0034] 图7为实施例1所述豌豆蛋白乳饮料经过热处理前后的粒度分布图。

[0035] 图8为实施例4中放置0天和7天后的豌豆蛋白基3D打印奶油，其中，左图为贮存0 天，右图为贮存7天；

[0036] 图9为对比例2中放置0天和7天后的豌豆蛋白基3D打印奶油，其中，左图为贮存0 天，右图为贮存7天。

具体实施方式

[0037] 豌豆蛋白的氨基酸比例较为均衡、赖氨酸含量较高，消化率较高，且不易过敏，是 一种优质的植物蛋白，但是，作为淀粉加工的副产物，豌豆蛋白的水溶性较差，由其制备的 产品中蛋白含量低，从而限制了其在工业生产中的应用。

[0038] 为了更好地阐释本发明的技术方案，下面以豌豆蛋白为植物蛋白源，展示植物蛋 白纳米颗粒的制备及应用过程。

[0039] 在本发明中所使用的术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常 理解的含义。下面结合具体实施例，并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是 为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。

[0040] 实施例1

[0041] 制备豌豆蛋白乳饮料，步骤如下：

[0042] 将豌豆蛋白分散在蒸馏水中，使蛋白含量为10wt％，采用1mol/L的KOH调节pH为8，

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说 明 书

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在40℃下加热0.5h。待温度降至室温，采用1mol/L的柠檬酸将pH回调为7，搅拌1h。离心取上 清液冷冻干燥，获得多边形豌豆蛋白纳米颗粒。

[0043] 将豌豆蛋白纳米颗粒分散在蒸馏水中，使其浓度为6wt％，4℃水化8h，然后缓慢加 入玉米油使其浓度为10wt％，10000rpm高速分散5min形成粗乳液，将粗乳液进行空化射流 处理(空化压力80Mpa，循环15s)，90℃灭菌30min，获得豌豆蛋白乳饮料。豌豆蛋白乳饮料中 蛋白含量为5.4％。

[0044] 实施例2

[0045] 制备豌豆蛋白乳饮料，步骤如下：

[0046] 将豌豆蛋白分散在蒸馏水中，使蛋白含量为1.5wt％，采用1mol/L的NaOH调节pH为 12，在85℃下加热2h。待温度降至室温，采用1mol/L的HCl将pH回调为6.5，搅拌0.5h。离心取 上清液冷冻干燥，获得簇形豌豆蛋白纳米颗粒。

[0047] 将豌豆蛋白纳米颗粒分散在蒸馏水中，使其浓度为20wt％，4℃水化6h，然后缓慢 加入菜籽油使其浓度为5wt％，15000rpm高速分散3min形成粗乳液，将粗乳液进行空化射流 处理(空化压力120Mpa，循环15s)，90℃灭菌30min，获得豌豆蛋白乳饮料。豌豆蛋白乳饮料 中蛋白含量为19％。

[0048] 实施例3

[0049] 制备豌豆蛋白乳饮料，步骤如下：

[0050] 将豌豆蛋白分散在蒸馏水中，使蛋白含量为0.1wt％，采用1mol/L的NaOH调节pH为 12，在55℃下加热2h。待温度降至室温，采用1mol/L的HCl将pH回调为7，搅拌0.5h。离心取上 清液冷冻干燥，获得长方形豌豆蛋白纳米颗粒。

[0051] 将豌豆蛋白纳米颗粒分散在蒸馏水中，使其浓度为8wt％，4℃水化7h，缓慢加入米 糠油使其浓度为5wt％，20000rpm高速分散1min形成粗乳液，将粗乳液进行空化射流处理 (空化压力100Mpa，循环15s)，60℃灭菌30min，获得豌豆蛋白乳饮料。豌豆蛋白乳饮料中蛋 白含量为7.6％。

[0052] 实施例4

[0053] 制备豌豆蛋白乳3D打印奶油，步骤如下：

[0054] 将豌豆蛋白分散在蒸馏水中，使蛋白含量为0.1wt％，采用1mol/L的NaOH调节pH为 12，在85℃下加热2h。待温度降至室温，采用1mol/L的HCl将pH回调为7，搅拌1h。离心取上清 液冷冻干燥，获得簇形豌豆蛋白纳米颗粒。

[0055] 将豌豆蛋白纳米颗粒分散在蒸馏水中，使其浓度为2wt％，4℃水化6h，调节pH 3， 缓慢加入米糠油使其浓度为70wt％，20000rpm高速分散1min，形成乳液，即植物基乳3D打印 奶油油墨。植物基乳3D打印奶油油墨中蛋白含量为0.6％。

[0056] 将乳液填充在3D打印机内，打印喷嘴直径为800nm，打印速度为6mm/s，打印压力为 7.50KPa，填充80％正方形镂空心形图案，打印层数为6层。经打印获得豌豆蛋白乳3D打印奶 油。

[0057] 实施例5

[0058] 制备豌豆蛋白乳3D打印奶油，步骤如下：

[0059] 将豌豆蛋白分散在蒸馏水中，使蛋白含量为0.1wt％，采用1mol/L的NaOH调节pH为 12，在80℃下加热2h。待温度降至室温，采用1mol/L的HCl将pH回调为7，搅拌1h。离心取上清

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