專利名稱：植物蛋白乳清的處理方法
技術領域：
本發明屬于植物濃縮蛋白生產與綜合利用技術領域，涉及一種蛋白乳清的處理方法，特別是涉及一種植物蛋白乳清的處理方法。
大豆中還含有異黃酮、低聚糖、皂甙等生物活性物質，大豆異黃酮具有類雌激素、抑制乳腺癌、抗氧化、提高免疫力等功能，近年來，作為健康食品配料和治療藥物，受到了國際的廣泛關注。大豆低聚糖是一種新興的功能性新糖源。大豆低聚糖是大豆中可溶性糖質的總稱，其主要包括棉子糖，水蘇糖和蔗糖。大豆低聚糖具有低甜度、低熱值、強療效等特點，是人體腸道內雙歧桿菌(有益菌)的增殖因子。廣泛應用于飲料、沖劑、口服液、糖果、糕點以及低熱卡食品和保健品中。
大豆胚芽是大豆的生殖器官，占大豆總重量的2％～2.5％，組成成分獨特，其中異黃酮的含量是子葉中的6～10倍，其中黃豆素(glycitin)和大豆皂甙A(soyasaponinA)僅分布于大豆的胚芽中。大豆子葉與胚芽的異黃酮組成差異明顯，子葉中不含黃豆甙元(glycitein)的異黃酮，主要組分以大豆素(daidzein)和黃豆甙元(genistein)計算的比例約為35∶65。胚芽中異黃酮的含量達3.33％，是子葉含量的6倍，主要成分以大豆素(daidzein)，黃豆甙元(genistein)和金雀異黃素(genistein)計算的比例約為40-55∶30-50∶10-15。
醇法大豆濃縮蛋白是生產優質組織蛋白的最佳原料，用組織蛋白與肉摻合制作的粗細碎肉制品如肉餡制品、水餃餡、火腿腸、速凍食品等產品。大豆濃縮蛋白主要用于肉食品行業的非淀粉添加劑，由于火腿腸、午餐肉、西式火腿等肉食中加入了大豆蛋白粉，可以提高制品的的蛋白質含量，也就是增加制品的營養價值。同時由于大豆濃縮蛋白的功能特性如持水性、持油性，它可以改善肉制品的品質和口感。因此它成為肉食制品中不可缺少的添加劑。
我國醇法大豆蛋白由于綜合利用差，濃縮蛋白功能改性技術研究不夠等問題，一直發展緩慢。國內現有的醇法濃縮蛋白生產廠家生產的醇法乳清經過蒸餾回收酒精，殘液就廢棄掉了，這種工藝中存在有以下問題1乳清中含有大量蛋白質，這部分蛋白若能充分回收利用，經濟效益可得到提高。但如果采用加熱蒸餾回收酒精，就會造成這部分蛋白熱變性就無法回收再利用。
2糖與蛋白質的褐變反應劇烈，無益于后段低聚糖的精制和提高低聚糖的得率。
3蒸餾到后階段反應罐中糖濃度高，在高溫下產生焦化，造成酒精回收困難，因而酒精回收率低。
4乳清中含有的其它高附加值產品，如異黃酮等副產品不能得到充分利用。
5胚芽以溶劑熱浸后丙二酰糖苷型異黃酮的比例下降到28％，而相應糖苷的含量由23％升高到62％，表明丙二酰糖苷型異黃酮是天然異黃酮的主要存在形式，在溶劑中受熱后分解成糖苷。
醇法濃縮大豆蛋白中以異黃酮糖苷為主，異黃酮的生物利用度低，為提高異黃酮生理功能，將其水解為甙元已成為一種方向。
大豆綜合利用項目是一個極有前途的農業產業化項目。它不僅可帶動農業結構的調整，而且對養殖業、食品工業、保健品工業、醫藥工業等均產生巨大影響。它不但具有巨大經濟效益，而且帶來了重大社會效益。它已被美國列入二十一世紀生命科學發展的主要組成之一。大豆綜合利用項目對中國更具有現實意義，它將會提高我國人民營養水平，推動相關工農業發展起到重要作用，成為當今最具有農業產業化前途的項目之一。
中國專利申請94194199.X號公布了一種富含糖苷配基異黃酮植物蛋白乳清，乳清蛋白及其制備方法；富含糖苷配基異黃酮植物蛋白血清可如下得到用足夠量的β-葡苷酶或酯酶或酸處理含葡糖苷配基異黃酮的乳清從而將至少大部分葡糖苷配基異黃酮轉變為糖苷配基物，由此得到富含糖苷配基乳清。中國專利申請97122812.4號公開了一種富含配基異黃酮的植物蛋白乳清及其生產方法；它通過在一定溫度和一定pH值下處理乳清一段足以使其發生轉化的時間，使植物蛋白乳清中的異黃酮共軛物轉化為異黃酮葡糖苷。用酶催化反應使異黃酮葡糖苷轉化為配基異黃酮以生產富含配基異黃酮的植物蛋白乳清。從中回收配基異黃酮乳清蛋白材料。
用上述方法生產異黃酮配基，由于乳清中含有大量蛋白，這部分蛋白若能充分回收利用，經濟效益可得到提高。此外，尤其若酸水解在高溫下進行糖與蛋白質的褐變反應劇烈，無益于后段低聚糖的精制和提高低聚糖的得率。更為重要的是，隨著酶或酸水解的進行，其水解產物—異黃酮配基逐漸增多，若不及時從反應體系中分出，水解過程將會大大下降，使酸或酶消耗增加，水解反應減慢，還不同程度的影響異黃酮配基的生物活性。
本發明的上述目的是這樣實現的一種植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于具有如下工藝步驟將植物蛋白乳清用無機陶瓷膜進行超濾處理，使其分離后獲得醇溶蛋白和膜過濾液。
本發明所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于用無機陶瓷膜進行超濾處理的工藝條件可以為操作溫度5-60℃，進口壓力0.3-0.8MPa，出口壓力0.05-0.3MPa，通量0.02-0.8m3/m2·h。
該處理方法能夠截留分子量1000-20000的醇溶蛋白，蛋白質的截留率為60-93％。
本發明所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于還具有如下工藝步驟首先將膜過濾液經過減壓濃縮回收酒精，獲得濃縮液；然后將濃縮液進行酸水解，在酸水解過程中，加入乙酸乙酯，進行錯流/逆流的液-液動態萃取，使酸水解與動態萃取相結合，獲得乙酸乙酯層和水相；最后將乙酸乙酯層減壓濃縮，得到具有顯著生物活性的異黃酮配基濃縮物，將水相經過精制得到純度較高的低聚糖。
由于酸水解與動態萃取相結合，因此有利于保護異黃酮的生物活性，同時能加快反應進程。
本發明所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于將濃縮液進行酸水解之前還增設有將濃縮液經溶劑、大孔樹脂純化的工藝步驟。
本發明所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于酸水解的工藝條件為酸濃度0.1-2mol/l，水解溫度20-80℃，水解時間0.5-24小時；乙酸乙酯加入量為0.2-2倍的乳清體積，采用1-6級逆流/錯流的動態液-液萃取。
本發明所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于還具有如下工藝步驟首先將膜過濾液經過減壓濃縮回收酒精，獲得濃縮液；然后將濃縮液進行酶水解，在酸水解過程中，加入乙酸乙酯，進行錯流/逆流的液-液動態萃取，使酸水解與動態萃取相結合，獲得乙酸乙酯層和水相；最后將乙酸乙酯層減壓濃縮，得到具有顯著生物活性的異黃酮配基濃縮物，將水相經過精制得到純度較高的低聚糖。
經過超濾濾過滲透液，可將酶截留回用，能夠最大限度的提高酶的利用率。
與上述酸水解過程相同，本發明所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于將濃縮液進行酶水解之前也增設有將濃縮液經溶劑、大孔樹脂純化的工藝步驟。
本發明所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于酶水解過程所用的酶為生物果膠酶、工業用淀粉酶、乳糖酶、內酯酶等；乙酸乙酯加入量為0.2-2倍的乳清體積，采用1-6級逆流/錯流動態液液萃取。
本發明所述的植物蛋白乳清的處理方法，當酶水解過程所用的酶為諾維信(NOVOZYMES)公司的Amylase AG 300L時，酶水解條件為底物濃度2-30g/l，反應時間20-50分鐘，pH5-8，溫度5-45℃。
本發明所述的植物蛋白乳清的處理方法，當酶水解過程所用的酶為諾維信(NOVOZYMES)公司的Lactozym時，酶水解條件為底物濃度2-30g/l，反應時間20-50分鐘，pH2-6，溫度25-80℃。
下面，結合具體實施例及其相關附圖
對本發明作進一步詳細說明。
1首先將大豆(大豆胚芽)醇法濃縮蛋白乳清進行超濾處理，處理方法采用能夠截留分子量1000-20000無機陶瓷膜進行超濾處理，超濾處理的工藝條件操作溫度5-60℃，進口壓力0.3-0.8MPa，出口壓力0.05-0.3MPa，通量0.02-0.8m3/m2·h，經過超濾處理后，得到醇溶蛋白和膜滲透液，醇溶蛋白可以回收利用或做單獨處理，膜滲透液經過減壓濃縮回收酒精，得到滲透液的濃縮液；2濃縮液可采用大孔樹脂，溶劑萃取等方法將異黃酮或低聚糖進一步純化，或直接進行動態萃取；
3酸水解條件為酸濃度0.1-2mol/l，水解溫度20-80℃，水解時間0.5-24小時，在酸水解過程中加入乙酸乙酯，乙酸乙酯加入量為0.2-2倍的膜滲透濃縮液體積，采用1-6級逆流/錯流的動態液-液萃取，隨著水解反應的進行，異黃酮配基逐漸增多，由于異黃酮配基在水相中溶解度很小，在乙酸乙酯相中溶解度大，使最終反應產物迅速轉入乙酸乙酯相中，這樣加快反應進程，減少了酸用量，同時使酸解與動態萃取相結合，有利于保護異黃酮的生物活性；4動態水解完成后，靜置分層，將乙酸乙酯層減壓濃縮，回收乙酸乙酯，得到異黃酮配基濃縮物，乙酸乙酯可回用，繼續動態萃取；5水相加堿中和，除鹽，然后去濃縮精制低聚糖。
在本實施例的純化步驟中所采用的大孔樹脂可以為非極性、弱極性和極性大孔樹脂如DM130，XAD-4，DA-201等，溶劑分別可以為正丁醇、乙醚、丙酮等，在本實施例的酸水解步驟中所采用的酸可以為鹽酸、硫酸等。
參照圖2，其為本發明酶水解動態錯流/逆流萃取的流程圖。
1首先將大豆(大豆胚芽)醇法濃縮蛋白乳清進行超濾處理，處理方法采用能夠截留分子量1000-20000無機陶瓷膜進行超濾處理，工藝條件操作溫度5-60℃，進口壓力0.3-0.8MPa，出口壓力0.05-0.3MPa，通量0.02-0.8m3/m2·h，經過超濾處理后，得到醇溶蛋白和膜滲透液，醇溶蛋白可以回收利用或做單獨處理，膜滲透液經過減壓濃縮回收酒精，得到滲透液的濃縮液；2濃縮液可采用大孔樹脂，溶劑萃取等方法將異黃酮或低聚糖進一步純化，或直接進行動態萃取；3可進行酶水解較好的酶有生物果膠酶，工業用淀粉酶、乳糖酶，內酯酶等，當酶水解過程所用的酶為諾維信(NOVOZYMES)公司的AmylaseAG 300L時，酶水解條件為底物濃度2-30g/l，反應時間20-50分鐘，pH5-8，溫度5-45℃；而當酶水解過程所用的酶為諾維信(NOVOZYMES)公司的Lactozym時，酶水解條件為底物濃度2-30g/l，反應時間20-50分鐘，pH2-6，溫度25-80℃，在酶水解過程中加入乙酸乙酯，乙酸乙酯加入量為0.2-2倍的膜滲透濃縮液體積，采用1-6級逆流/錯流的動態液-液萃取，隨著水解反應的進行，異黃酮配基逐漸增多，由于異黃酮配基在水相中溶解度很小，在乙酸乙酯相中溶解度大，使最終反應產物迅速轉入乙酸乙酯相中，這樣加快反應進程，減少了酶用量，同時使酶解與動態萃取相結合，有利于保護異黃酮的生物活性；4動態水解完成后，靜置分層，將乙酸乙酯層減壓濃縮，回收乙酸乙酯，得到異黃酮配基濃縮物，乙酸乙酯可會用，繼續動態萃取；5水相經過超濾濾，可將酶截留回用，能夠最大限度的提高酶的利用率，超濾膜透過液去精制低聚糖。
在本實施例的純化步驟中所采用的大孔樹脂和溶劑也可以為非極性、弱極性和極性大孔樹脂如DM130，XAD-4，DA-201等，溶劑分別可以為正丁醇、乙醚、丙酮等。
在上述實施例中植物蛋白乳清的生產工藝通常可以采用現有的生產工藝，例如首先制取低溫(胚芽)粕，然后用酒精浸出，獲得醇法大豆乳清，最后濃縮蛋白。
工藝條件酒精濃度60-75％；固液比1∶3-1∶6；(若為間歇萃取需2-4次)浸出溫度40-55℃；浸出時間40分鐘-3小時。
通過上述方法獲得的醇法大豆乳清主要成分請見下表
雖然乳清中醇溶蛋白的去除方法有加熱法，等電點法，絮凝法等，但加熱法會使糖與蛋白質的褐變反應劇烈，且蛋白嚴重變性，蛋白不能回收利用；等電點法只能去除大豆中的酸沉蛋白，這是很有限的；而采用醋酸鋅、硫酸銅、石灰乳等絮凝劑處理，操作成本較高，還會在糖液中引入大量離子，加重了低聚糖后處理的難度。
因此在本發明中采用了膜分離技術，膜分離技術是一種化工過程的過濾技術，與通常的過濾分離過程一樣，要求被分離的混合物中至少有一種組分可以無阻礙地通過膜。而其它的組分則不同程度的受到阻滯。膜分離過程具有以下特點膜分離工藝是純物理性的分離，即要求被分離的組分既不會有熱力學的變化，也不會有化學性或生物性的變化。因此，至少原則上可以回收并且利用混合物中的某一組分；膜分離工藝是以組件形式構成的，因此，可以適應不同生產能力的需求。
超濾操作必須選擇適宜的膜材料和截留分子量，對酒精提取液而言，超濾有兩個要求，首先必須該種膜材料能夠耐酒精，不能因為酒精的侵蝕而發生物理的或化學的變化；其次所用截留分子量必須盡可能截留蛋白質等大分子，透過低聚糖等小分子，同時還必須有盡量大的透水通量，只有這樣，超濾才能有效而經濟的使用。
膜材料的選擇由于該體系中含有酒精，在試驗過程中發現，使用聚砜膜時，膜有收縮現象，且超濾完成后，不能恢復，說明膜已經被破壞。采用醋酸纖維膜時，蛋白質易污染膜表面，不易清洗。根據分離的需求，合成的固體膜可以由有機的或無機的材料制造。
根據分離的需求，合成的固體膜可以由有機的或無機的材料制造。不對稱陶瓷膜至少由兩層構成，在某些情況下至少由三層構成。這類不對稱結構的目的是要構成一種無缺陷的分離層，同時又減小膜的液壓阻力，并保障膜的機械強度。載體層的厚度為幾個毫米，具有孔徑1-10μm的粗孔結構；置于其上的中間層的厚度為10-100μm，孔徑為50-100nm。真正的分離層是很薄的，厚度為1μm左右，孔徑2-50nm。無機膜的優點有(1)高的熱穩定性(2)耐化學腐蝕(3)無老化問題，使用壽命長(4)可反向沖洗(5)分離極限和選擇性是可控制的。
超濾膜的孔徑一般在(10-100)×10-10m，但超濾膜通常不以其孔徑大小作為指標，而以截留相對分子量作為指標。所謂“相對分子質量截留值”指截留率達90％以上的最小被截留物質的相對分子量，從實驗結果來看，操作溫度5-60℃，進口壓力0.3-0.8MPa，出口壓力0.05-0.3MPa，截留分子量1000-20000，蛋白質截留率60-93％；通量0.02-0.8m3/m2·h。
水解與逆流/錯流動態液液萃取胚芽以溶劑熱浸后丙二酰糖苷型異黃酮的比例下降到28％，而相應糖苷的含量由23％升高到62％，表明丙二酰糖苷型異黃酮是天然異黃酮的主要存在形式，在溶劑中受熱后分解成糖苷。大豆異黃酮結構的變化使不同豆類食品中的異黃酮的組成差異較大，醇法濃縮大豆蛋白中以異黃酮糖苷為主，異黃酮的生物利用度，為提高異黃酮生理功能，將其水解為甙元已成為一種方向。使酸解與動態萃取相結合，有利于保護異黃酮的生物活性，同時能加快反應進程。
酸解條件酸濃度0.1-2mol/l，水解溫度20-80℃，水解時間0.5-24小時；較好的酶有生物果膠酶，工業用淀粉酶(如NOVOZYMES公司的Amylase AG 300L宜條件為底物濃度2-30g/l，反應時間20-50分鐘，pH5-8，溫度5-45℃)，乳糖酶(如NOVOZYMES公司的Lactozym，適宜條件為底物濃度2-30g/l，反應時間20-50分鐘，pH2-6，溫度25-80℃)，內酯酶等。
在本發明中采用的多級錯流萃取的流程以及多級逆流浸出的流程均可采用傳統的技術方案，在此不作贅述。
由于在本發明中采用了膜分離技術，其是純物理性的分離，即要求被分離的組分既不會有熱力學的變化，也不會有化學性或生物性的變化。因此，至少原則上可以回收并且利用混合物中的某一組分；膜分離工藝是以組件形式構成的，因此，可以適應不同生產能力的需求。
由于酸水解與動態萃取相結合，因此有利于保護異黃酮的生物活性，同時能加快反應進程。
由于是通過超濾濾過滲透液，因此可將酶截留回用，能夠最大限度的提高酶的利用率。
以上所述僅為本發明的具體實施例而已，但本發明的技術特征并不局限于所舉的具體實施例，這些具體實施例并非用以來限制本發明，凡是在本發明的技術構思范圍內的任何類似變化，均包含于本發明的范疇中，例如無機膜過濾及動態水解同樣適用于堿溶酸沉法分離蛋白乳清的處理；在逆流/錯流動態液液萃取過程中所使用的萃取劑除了乙酸乙酯之外，也還可以選用乙醚等。因此任何熟悉本技術的人員在本發明的領域內，可輕易思及的變化或修飾均涵蓋在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于具有如下工藝步驟將植物蛋白乳清用無機陶瓷膜進行超濾處理，使其分離后獲得醇溶蛋白和膜過濾液。
2.如權利要求1所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于用無機陶瓷膜進行超濾處理的工藝條件為操作溫度5-60℃，進口壓力0.3-0.8MPa，出口壓力0.05-0.3MPa，通量0.02-0.8m3/m2·h。
3.如權利要求1或2所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于還具有如下工藝步驟首先將膜過濾液經過減壓濃縮回收酒精，獲得濃縮液；然后將濃縮液進行酸水解，在酸水解過程中，加入乙酸乙酯，進行錯流/逆流的液-液動態萃取，使酸水解與動態萃取相結合，獲得乙酸乙酯層和水相；最后將乙酸乙酯層減壓濃縮，得到具有顯著生物活性的異黃酮配基濃縮物，將水相經過精制得到純度較高的低聚糖。
4.如權利要求3所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于將濃縮液進行酸水解之前還增設有將濃縮液經溶劑、大孔樹脂純化的工藝步驟。
5.如權利要求4所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于酸水解的工藝條件為酸濃度0.1-2mol/l，水解溫度20-80℃，水解時間0.5-24小時；乙酸乙酯加入量為0.2-2倍的乳清體積，采用1-6級逆流/錯流的動態液-液萃取。
6.如權利要求1或2所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于還具有如下工藝步驟首先將膜過濾液經過減壓濃縮回收酒精，獲得濃縮液；然后將濃縮液進行酶水解，在酸水解過程中，加入乙酸乙酯，進行錯流/逆流的液-液動態萃取，使酸水解與動態萃取相結合，獲得乙酸乙酯層和水相；最后將乙酸乙酯層減壓濃縮，得到具有顯著生物活性的異黃酮配基濃縮物，將水相經過精制得到純度較高的低聚糖。
7.如權利要求6所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于將濃縮液進行酶水解之前還增設有將濃縮液經溶劑、大孔樹脂純化的工藝步驟。
8.如權利要求7所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于酶水解過程所用的酶為生物果膠酶、工業用淀粉酶、乳糖酶、內酯酶等；乙酸乙酯加入量為0.2-2倍的乳清體積，采用1-6級逆流/錯流動態液液萃取。
9.如權利要求8所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于酶水解過程所用的酶為Amylase AG 300L，酶水解條件為底物濃度2-30g/l，反應時間20-50分鐘，pH5-8，溫度5-45℃。
10.如權利要求8所述的植物蛋白乳清的處理方法，其特征在于酶水解過程所用的酶為Lactozym，酶水解條件為底物濃度2-30g/l，反應時間20-50分鐘，pH2-6，溫度25-80℃。
全文摘要
本發明公開了一種植物蛋白乳清的處理方法，首先將植物濃縮蛋白乳清經過無機陶瓷膜超濾處理，截留下大分子醇溶蛋白，醇溶蛋白可返回濃縮蛋白中，也可直接提取有特殊功能的醇溶蛋白；然后將膜過濾液經過減壓濃縮回收酒精得濃縮液；最后將濃縮液再經溶劑、大孔樹脂純化后或直接可進行酸/酶水解，在水解過程中，加入乙酸乙酯，進行錯流/逆流液液動態萃取，乙酸乙酯層減壓濃縮可得到具有顯著生物活性的異黃酮配基，水相經過精制可得到純度較高的低聚糖。
文檔編號A23C21/00GK1470176SQ0212704
公開日2004年1月28日 申請日期2002年7月26日 優先權日2002年7月26日
發明者張昭煒 申請人:三河匯福糧油食品制作有限公司