（食品科学与工程专业论文）大豆胚芽蛋白和低聚糖同步提取工艺研究.pdf

大豆胚芽蛋白和低聚糖同步提取工艺研究 摘要 大豆胚芽是大豆加工中的副产物，大豆胚芽蛋白和低聚糖，富有特殊的 生理功能。本文立足于大豆胚芽的综合利用，开发大豆胚芽蛋白和低聚糖。 采用碱提酸沉淀法、微波法、纤维素酶法和超声波法对大豆胚芽蛋白和低聚 糖提取工艺进行了研究，并对提取所得的大豆胚芽蛋白和低聚糖进行了脱色 研究。研究结果为大豆胚芽的合理有效利用提供了有价值的参考依据，具有 一定的理论意义和较大的实际应用价值。 首先，采用碱提酸沉淀法提取大豆胚芽蛋白和低聚糖。通过单因素试验 和正交试验，确定提取的最佳工艺条件为：浸提温度3 5 ，浸提液p h8 ， 浸提时间1 2 0 m i n ，周液比1 ：1 4 。该条件下所得大豆胚芽蛋白得率为1 6 8 9 ， 大豆低聚糖得率为5 8 0 。 而后研究了大豆胚芽蛋白和低聚糖的提取工艺，采用微波法、纤维素酶 法和超声波法对提取工艺进行了研究。研究结果如下：用微波提取大豆胚芽 蛋白和低聚糖时，汽化剂p h 值为9 ，汽化剂用量为1 0 m l ，微波时间为4 m i n ， 微波功率为3 6 0 w ，浸提液p h 值为9 ，浸提时间为3 0 m i n ，浸提温度为5 5 ， 固液比为1 ：1 0 ，该条件下大豆胚芽蛋白得率为3 4 5 1 ，大豆低聚糖得率为 8 0 5 ；用纤维素酶提取大豆胚芽蛋白和低聚糖时，酶添加量为0 8 ，酶液 p h 值为4 6 ，酶解时间为3 h ，酶解温度为5 0 ，浸提温度为5 5 ，碱液p h 值为8 ，浸提时间为5 0 m i n ，该条件下大豆胚芽蛋白得率为3 8 5 1 ，大豆低 聚糖得率为9 3 7 ；用超声波提取大豆胚芽蛋白和低聚糖时，提取液p h 值 为1 0 ，固液比为l ：1 2 ，超声时间为2 8 m i n ，超声温度为4 7 ，超声功率为 4 0 0 w ，该条件下大豆胚芽蛋白得率为3 8 2 1 ，大豆低聚糖得率为9 3 0 。 通过对几种提取方法的比较，得出以下结果：超声波法的提取效果最佳，其 次为微波法、纤维素酶法、碱提酸沉淀法。 最后对大豆胚芽蛋白和低聚糖脱色工艺进行了研究。通过单因素试验和 响应曲面试验，确定大豆胚芽蛋白脱色的最佳工艺条件为：脱色剂为粉末状 活性炭，脱色剂用量为1 5 ，温度为4 8 ，p h 值为4 o ，时间为2 h ，该条 件下脱色率为9 3 2 3 ，损失率为6 5 6 ；通过单因素实验得出大豆低聚糖 脱色条件为：脱色剂为粉末状活性炭，脱色剂用量为2 ，脱色温度为7 0 。c ， 脱色时间为1 2 0 m i n ，脱色液p h 值为3 5 ，此条件下大豆低聚糖脱色率为 8 3 1 6 ，损失率为7 4 2 。 关键词：大豆胚芽，大豆蛋白，大豆低聚糖，提取，脱色 s t u d yo nt h es y n c h r o n o u s e x t r a c t i o n o fs o y b e a ng e r mp r o t e i na n d o l i g o s a c c h a r i d e st e c h n i c s a b s t r a c t s o y b e a ng e r m i st h eb y p r o d u c to fs o y b e a n sp r o c e s s i n g ，t h ep r o t e i na n d o l i g o s a c c h a r i d e si ns o y b e a ng e r mh a v ep a r t i c u l a rp h y s i o l o g i c a lf u n c t i o n i nt h i s p a p e r , a l k a l i n ee x t r a c t i o n a c i d p r e c i p i t a t i o nm e t h o d ，m i c r o w a v em e t h o d , c e l l u l o s ee n z y m em e t h o da n du l t r a s o n i cm e t h o dw e r eu s e dt oe x t r a c tt h ep r o t e i n a n do l i g o s a c c h a r i d e si ns o y b e a ng e r m ，t h ed e c l o u r a t et e c h n i c so fp r o t e i na n d o l i g o s a c c h a r i d e si ns o y b e a ng e r mw e r ea l s os t u d i e d t h er e s u l t so ft h i ss t u d y o f f e r e dav a l u a b l er e f e r e n c e so nr a t i o n a la n de f f e c t i v eu t i l i z a t i o no fs o y b e a n g e r m s ，w h i c hh a v ec e r t a i nt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e s f i r s t , t h ea l k a l i n ee x t r a c t i o na c i dp r e c i p i t a t i o nm e t h o dw a su s e dt oe x t r a c t p r o t e i na n do l i g o s a c c h a r i d e sf r o ms o y b e a ng e r m t h eo p t i m u mc o n d i t i o n so f a l k a l i n ee x t r a c t i o na c i dp r e c i p i t a t i o nm e t h o dw e r e ：e x t r a c t e da ；t 3 5 c ，p h 8 ， 5 0 m i n ，1 ：14o fs o l i d - l i q u i dr a t i o u n d e rt h i sc o n d i t i o n ，t h ey i e l do fp r o t e i na n d o l i g o s a c c h a r i d e si ns o y b e a ng e r mw e r e16 8 9 a n d2 9 8 s e c o n d ，m i c r o w a v em e t h o d ，c e l l u l o s ee n z y m em e t h o da n du l t r a s o n i c m e t h o dw e r eu s e dt oe x t r a c tp r o t e i na n do l i g o s a c c h a r i d e si ns o y b e a ng e r m t h e o p t i m u mc o n d i t i o n so fm i c r o w a v em e t h o dw e r ea sf o l l o w s ：t h ep h 9o fv a p o r i z e d s o l v e n t , 10 m lo fv a p o r i z e ds o l v e n t ，4 m i n u t e so fm i c r w a v ee x t r a c t i n g ，36 0 w , e x t r a c t i n gs o l v e n tp hw a s9 ，e x t r a c t i n gt i m ew a s3 0 m i n ，e x t r a c t i n gt e m p e r a t u r e w a s5 5 ca n d1 10o fs o l i d - l i q u i dr a t i o u n d e rt h i sc o n d i t i o n ，t h ey i e l do fp r o t e i n a n do l i g o s a c c h a r i d e si ns o y b e a ng e r mw e r e3 4 51 a n d8 0 5 i nt h ec e l l u l o s e e n z y m ee x t r a c t i n ge x p e r i m e n t ，t h eo p t i m u mc o n d i t i o n sw e r e ：0 8 o fe n z y m e ， t h es o l v e n tp ho fe n z y m ei s4 6 ，3 ho fe n z y m o l y s i st i m e ，5 0 。co f e n z y m o l y s i s t e m p e r a t u r e ，5 5 o fe x t r a c t i n gt e m p e r a t u r e ，e x t r a c t i n gs o l v e n tp h 8 ，5 0 m i no f e x t r a c t i n gt i m e ，t h ey i e l do fp r o t e i na n do l i g o s a c c h a r i d e si ns o y b e a ng e r mw e r e 3 8 5l a n d9 3 7 ；i nt h eu l t r a s o n i c e x t r a c t i o n e x p e r i m e n t ，t h eo p t i m u m c o n d i t i o n sw e r e ：e x t r a c t i n gs o l v e n tp h 8 ，1 ：12o f s o l i d l i q u i dr a t i o ，2 8 m i n ，4 7 。c ， 4 0 0 w u n d e rt h i sc o n d i t i o n ，t h ey i e l do f p r o t e i na n do l i g o s a c c h a r i d e si ns o y b e a n g e r mw e r e3 8 2 1 a n d9 3 0 f o u re x t r a c t i o nm e t h o d so nt h ee x t r a c t i n g e x p e r i m e n tw e r es t u d i e d ，t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h es e q u e n c eo fm e t h o d sw a s ： u l t r a s o n i cm e t h o d ，m i c r o w a v em e t h o d ，c e l l u l o s ee n z y m em e t h o d ，a l k a l i n e e x t r a c t i o na c i dp r e c i p i t a t i o nm e t h o d f i n a l l y , t e c h n i c so fd e c o l u r i n gt h ep r o t e i na n do l i g o s a c c h a r i d e si ns o y b e a n g e r mw e r es t u d i e d t h er e s u l ts h o w e dt h a ts u i t a b l ed e c o l u r a t ec o n d i t i o n so f s o y b e a ng e r mp r o t e i nw e r e p o w d e r e d a c t i v a t e dc a r b o n ，1 5 o f a d d i n gv o l u m e ， 4 8 。c ，p h 4 0 ，2 h u n d e rt h ec o n d i t i o n ，t h ed e c o l o r i z a t i o nr a t eo fs o y b e a ng e r m p r o t e i nw a s9 2 2 3 ，i t sl o s s r a t ew a s6 5 6 t h eo p t i m u mc o n d i t i o n sf o r d e c o l o r i z a t i o no fo l i g o s a c c h a r i d e sw e r e ：p o w d e r e da c t i v a t e dc a r b o n , 2 o f d i s c o l o r e dd o s a g e ，d i s c o l o r e dt e m p e r a t u r ea t7 0 ( 2 ，p h 3 5f o r12 0 m i n , t h e d e c o l o r i z a t i o nr a t eo fs o y b e a no l i g o s a c c h a r i d e sw a s8 3 16 ，i t sl o s sr a t ew a s 7 4 2 k e yw o r d s ：s o y b e a ng e r m ，s o y b e a np r o t e i n ，s o y b e a no l i g o s a c c h a r i d e s ， e x t r a c t i o n ，d e c o l o r i z a t i o n i v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行 研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任 由本人承担。 论文作者签名：至坠绉 - 日。期：幽整周 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：幽导师签名：率缚 e 1 期：邋生堇旦 大豆胚芽蛋白和低聚糖同步提取工艺研究 1 绪论 1 1 课题背景 中国是大豆的故乡，是最早种植大豆的国家。我国古代将大豆通称为“菽一，西方国 家将大豆称为“s o y b e a n 即是“菽音译。早在我国古代殷墟甲骨文上就有其记载，公 元前6 世纪的诗经上曾有“中原有菽，庶民采之”；公元前5 世纪墨子的文章中 载有：“耕家树艺，聚菽粟。是以菽粟多，而民足乎食”。在这一时期的书籍中可以见到 菽粟的连称记载足以说明菽、粟在当时生活中的重要作用。 自古以来大豆就是蛋白质和油脂的主要来源，早在战国时期已是“民之所食，大抵 豆饭俟羹，明代李时珍在本草纲目中提到“豆腐之法，始于前汉淮南王刘安y y o 神 农本草经首次记载了大豆及其药用价值，并列为“中品 。本草纲目中记载，大豆 有涂痈肿、逐水胀、长肌肤、填骨髓等作用。 在2 皑纪2 0 3 0 年代我国是世界最主要的大豆产国。不过近十年来，随着世界各国对 大豆不断重视，再加上农业现代化的普及，目前美国和巴西的大豆产量都己超过我国。 我国大豆产量居世界第四。目前，大豆的综合利用开发已引起国内外的高度关注。1 9 9 4 年，我国“国家食物与营养咨询委员会”向国务院及有关部委提出了关于我国城乡实施 “大豆行动计划的建议，得到国务院及有关部委的大力支持，为我国大豆制品的研究 与开发提供了更广阔的前景。 1 2 大豆胚芽 大豆胚芽是大豆的生殖器官，占大豆总重的2 2 5 。谷物的胚芽在种子中有特殊 的生理作用，往往具有较特殊的组成成分和营养价值，如小麦胚芽和玉米胚芽等。大豆 胚芽常常作为一种不必要的产物而被脱除掉，因为大豆分离蛋白的苦涩味主要来自大豆 胚芽。随着大豆深加工的发展，大豆脱胚芽已逐渐成为一种标准的加工工艺，使大豆胚 芽成为大豆加工过程中的一种新的副产物。而我国的大豆食品工业迅速发展，大量的大 豆胚芽被废弃，对大豆胚芽的开发仍是空白。 保健与功能食品在世界范围内已表现出强劲的发展势头，当今愈是发达的国家，其 种类和用量愈多。随着最近几年全球对功能性食品的不断重视，大豆深加工产品正渗透 于食品、保健、医药等众多领域，大豆的综合开发及精深加工成为国际化的大趋势。自 上世纪8 0 年代以来，国外对大豆胚芽的研究与开发逐渐深入，尤其是美国和日本，在这 方面更为活跃：例如：日本开发了大豆胚芽茶，日本的“富士异黄酮c 【i 】，是从大豆胚 轴分离出来的，经特殊加工、热处理制成的粉末制品，可作面粉的添加剂，应用于糕点、 陕西科技大学硕十论文 松脆食品、饼干等；日本生产的“大豆生命素” 2 1 ，该产品富含大豆异黄酮、皂甙、水 苏糖等天然功能性成分；美国s o y h e a l t h 和s c h o u t e n 公司也开发了富含大豆异黄酮的大 豆胚芽食品f 3 】。国内对大豆胚芽的研究起步较晚，目前已逐渐呈现“火爆的态势。从 文献报道来看，国内外对大豆胚芽的研究与开发，均主要集中在大豆胚芽中大豆异黄酮 和皂甙等活性成分，对大豆胚芽油、大豆胚芽中低聚糖、大豆胚芽蛋白、天然维生素e 、 磷脂、植物甾醇等却鲜有报道。 1 2 1 大豆胚芽中的活性成分 大豆胚芽营养丰富，含有多种生理活性物质，如大豆异黄酮、大豆皂甙、大豆低聚 糖、维生素e 和甾醇等。随着人们对目前国际市场比较热门的保健食品大豆异黄酮的认 识，人们开始对大豆胚芽给予关注。下面对大豆胚芽中的活性成分进行简单的介绍。 1 ) 大豆异黄酮 大豆异黄酮是目前国际市场上较热门的产品，大豆异黄酮具有抑制心脑血管疾病， 改善妇女更年期综合症，预防骨质疏松等作用。脱脂大豆粕中大豆异黄酮含量为 0 1 0 3 ，胚芽中大豆异黄酮含量在2 左右。因此大豆胚芽是提取大豆异黄酮的最佳 原料。 2 ) 大豆皂甙 大豆皂甙也是一种生理活性物质，其主要集中于大豆胚轴中，胚轴中的皂甙含量是 子叶中的8 1 5 倍。大豆皂甙具有降低血中胆固醇含量、抗病毒和抑制肿瘤细胞生长等作 用。 3 1 大豆磷脂 大豆胚芽中的磷脂含量在1 1 - 3 3 之间，不同的测定方法会导致大豆胚芽磷酯含量 变化很大。大豆卵磷脂可广泛应用于医药、食品工业，在化工、轻工、皮革、涂料、饲 料、农业等行业也有很广泛的应用。 4 ) 大豆胚芽油 大豆胚芽中油脂含量约为1 0 1 4 ，与小麦胚芽油含量相当，比子叶低。但是胚芽 油中含有亚麻酸和亚油酸两种不饱和脂肪酸，含量高达7 6 4 。这两种脂肪酸作为必需 脂肪酸，对保持人体组织机能的正常活动是不可缺少的，有许多特殊的生理功能。 1 2 2 开发大豆胚芽的意义 1 1 开发大豆胚芽蛋白的意义 大豆胚芽含有多种活性成分，其中粗蛋白含量在4 0 左右，与大豆蛋白一样，具有 降低胆固醇、抑制动脉硬化、抑制血压上升、抑制脑障碍症、降低血糖值、预防骨质疏 松、抗癌、延长寿命、增强肌肉效果等作用，除此之外，其氨基酸成分及比例与大豆子 叶中基本相同，因此大豆胚芽是提取大豆蛋白很好的原料，进而可制备大豆蛋白肽。有 2 大豆胚芽蛋白和低聚糖同步提取工艺研究 资料表明1 4 i ，大豆胚芽蛋白可能富含各种酶类，其蛋白的生物学功能有可能比子叶贮存 蛋白强，可用于提取各种酶制品和功能性蛋白粉。开发大豆胚芽蛋白具有重大意义。 2 ) 开发大豆低聚糖的意义 大豆胚芽中大豆低聚糖含量高，主要成分是水苏糖、棉子糖等f 5 】。大量研究结果表 明【6 】，水苏糖和棉子糖对人体具有重要的医学价值，摄入人体后，在小肠内不被消化、 吸收，当它们到达回肠、大肠时能促进双歧杆菌等有益菌的增殖，从而具有抑制有害菌 生长繁殖、防癌抗癌、保护肝脏、防止便秘、预防和治疗乳糖消化不良、提高人体免疫 力及延缓衰老等生理功效。大豆低聚糖作为一种新兴的功能性低聚糖，其产品优质，低 成本，具有良好的理化性能及生理活性，附加值高，社会效益好，功效显著，所以开发 大豆低聚糖具有长远的意义。 1 3 大豆蛋白 大豆胚芽蛋白是从大豆胚芽中提取出来的蛋白质，除了具有大豆蛋白的功能外，还 具有自己的特殊功能。 1 3 1 大豆蛋白生理功能 蛋白的功能特性指蛋白在食品加工中所表现出的理化特性的总称。蛋白通常具有保 水、起泡、凝胶、粘结、吸油和乳化等功能特性。 1 ) 保水性 大豆分离蛋白除了对水有吸附作用外，在加工时还有保持水分的能力。其保水性与 粘度、p h 、电离强度和温度有关。盐类能增强蛋白的吸水性，但却削弱了保水性。最高 水分保持能力在p h = 7 、3 5 c 一5 5 c 条件下能达1 4 9 水儋蛋白。 2 ) 乳化性 蛋白的乳化性是指其可以将油和水混合在一起成乳状液的性能。大豆蛋白的乳化作 用不但能促进油一水型乳状液的形成，而且一旦形成，它可以起到稳定乳状液的作用。在 烤制食品、冷冻食品以及汤类食品的制作中，已见大量加入大豆分离蛋白作乳化剂使制 品状态稳定的研究报道。 3 l 吸油性 蛋白的吸油性是指其可以促进脂肪吸收和脂肪结合的能力。吸油性与蛋白含量有密 切关系，大豆粉、浓缩蛋白和分离蛋白的吸油率分别为8 4 、1 3 3 和1 5 4 ，组织蛋白 的吸油率在6 0 - 1 3 0 之间，粉越细吸油率越高。 4 ) 粘结性 蛋白是分散到溶液中，其形成的颗粒都在胶体范围内的一种高分子化合物。这种胶 体具有较高的粘结性，其粘结性随着蛋白浓度增加而增加，这对保持食品水分、风味和 陕西科技大学硕十论文 糖有着极其重要的作用，而且使食品易于加工。 5 ) 凝胶性 蛋白的凝胶性是指蛋白形成胶体结构的性能。蛋白凝胶性的形成受固形物浓度、速 度、温度、加热时间和制冷时间等因素的影响。加热是凝胶的必备条件，它使大豆分离 蛋白具有较高的粘度、可塑性和弹性，可做水、风味物、糖及其它配合物的载体。此特 性对食品加工极为有利。 6 ) 起泡性 蛋白的起泡性是指大豆蛋白在加工中体积的增加率，即形成泡沫的能力。天然未变 性的大豆蛋白具有一定的发泡性，若将大豆蛋白进行适当溶解，其发泡性和稳定性会大 大提高。发泡性与蛋白浓度、p h 值和温度有关，以偏碱性的p h 值最为有利，一般最佳 发泡温度为3 0 左右，制品中存有的脂质对发泡有害，而糖类则可提高粘度、增加泡沫 的稳定性。 1 3 2 大豆蛋白的制备方法 近年来，随着人们对大豆的重视与开发，大豆蛋白的制备方法也逐渐多了起来，主 要有以下几种： 1 1 碱提酸沉淀法 大豆分离蛋白的提取过程主要分三个步骤：第一步溶解萃取，根据大豆蛋白的溶解 特性，采用弱碱性水溶液浸泡低温脱脂豆粕，将可溶性蛋白及低分子糖类萃取出来，然 后通过离心机将不溶性纤维及固体残渣分离出来；第二步酸沉淀，将一定量的盐酸水溶 液加入已溶解出的蛋白液中，调节其p h 到大豆蛋白的等电点( p h = 4 2 _ 4 6 ) ，使蛋白沉析 下来，然后用离心机把沉析的蛋白凝胶分离出来：第三步中和、灭菌和喷雾干燥，将分 离出的蛋白凝胶解碎，加入稀碱液中和后，在高温下快速灭菌，真空浓缩，高压均质， 然后进行喷雾干燥即可得到粉状大豆分离蛋白产品。碱提酸沉淀法的缺点是：酸碱耗量 大、废水处理费用高和产品收率低。但其仍然是目前工业化生产的基本方法。 2 1 超过滤法1 7 , 8 1 超过滤技术又称超滤膜过滤技术，是一种食品加工新技术，可达到浓缩、分离以及 净化的目的。其基本原理是利用高分子半透膜，以压差为动力，使提取液中的蛋白与其 它物质分离，然后进行喷雾干燥而成。该工艺不需要经过酸沉淀和中和工序，生产的产 品中植酸量少、消化率高、色泽浅而无成味、质量也较高，同时可回收浸提液中的低分 子产物。此外，其废水能够得到循环的使用，从而大大减少了环境污染，达到绿色生产 的目的。但目前该技术尚处于试验阶段。 3 ) 离子交换法 9 j o l 该法是在电渗析的基础上发展而来的，其基本原理与碱提酸沉法基本相同。该工艺 4 大豆胚芽蛋白和低聚糖同步提取工艺研究 中的双极膜由三层组成：阴离子交换膜、阳离子交换膜以及阴阳离子交换膜中间的亲水 层。水分子在电流作用下，在双极膜上可以电离为旷和o h ，由于膜选择透过阴离子或 阳离子，导致溶液的p h 值降低，从而达到大豆蛋白的等电点而使蛋白沉淀。该工艺的 优点在于不需要加入酸或碱调整蛋白溶液的p h 值，可以避免分离得到的大豆蛋白中混 入盐离子，保护大豆蛋白的功能性，生产的蛋白纯度高、灰分少、色泽浅，但生产周期 过长，目前仍处于实验研究阶段，有待于更深入的研究与开发。 4 起泡法 泡沫分离技术是2 0 世纪初开始发展起来的一项新的分离技术，它是根据表面活性的 差异来分离和纯化物质的一种手段，被广泛应用于环境保护、生物工程、冶金工业及医 药工业等许多领域。该技术也是分离和浓缩蛋白及酶的一条有效途径】。 我国的谢继宏等f 1 2 ，研究了豆制品厂排放的黄浆水中大豆蛋白的分离工艺。该法中大 豆蛋白的分离在一个连续操作的泡沫精馏塔中完成，氮气由塔底通入池液，原料液由泡 沫界面处进入塔内，泡沫由塔顶导出并被破碎成泡沫液，泡沫液即为分离出的大豆蛋白 溶液。其影响因素主要有蛋白质浓度、p h 值、气速、泡沫层高度和泡沫大小等。 研反胶束萃取法1 1 3 1 4 1 5 1 反胶束是表面活性剂在有机溶剂中形成的一种聚集体，其中表面活性剂的非极性尾 在外，与有机溶剂接触，极性头在内形成极性核，该核具有包含水溶液和溶解蛋白的能 力，因而可以用含有反胶束的有机溶剂从水相中提取蛋白【1 6 l ，影响反胶束萃取过程的主 要因素有表面活性剂的种类及浓度、水相的p h 值、离子强度和温度等。反胶束萃取技 术的优点是：选择性高、操作方便、萃取剂( 反胶束) 相可循环利用、分离和浓缩同步 进行。其缺点是：蛋白在现有反胶束体系中稳定性不高，导致萃取前后蛋白的活性损失 较大，因而制约其工业化应用。 6 ) 反相高效液相色谱法 反相液相色谱( r e v e r s ep h a s el i q u i dc h r o m a t o g r a - p h y ，r p l c ) 是目前液相色谱分离中使 用最为广泛的一种模式，它的特点是固定相的极性比流动相的极性弱，其分离效果与流 动相中溶质分子与固定相的配基间的疏水相互作用有关。对于蛋白质这样的生物大分子， 由于其分子尺度比固定相表面疏水键合相的分子尺度大得多，通常以表面部分区域与固 定相发生作用，其保留机制多被认为是主要基于它们在疏水固定相上的吸附n 1 8 , 1 9 1 。 反相高效液相色谱法是对大豆蛋白中7 s 和11 s 球蛋白进行快速分离的一种方法。 在分离条件为4 0 、流速l m l m i n 的条件下，9 m i n 可完成相应球蛋白的分离。但是该 法不能用于区分7 s 和l l s 大豆蛋白，只适用于大豆蛋白产品的快速定性检i 9 l l j l 2 0 。 7 ) 膜分离法 根据大豆蛋白的分子量大小、形状及膜与大豆蛋白的适应性，选择膜材料和不同截 5 陕两科技大学硕+ 论文 留分子量的膜对大豆蛋白提取液超滤分离，超滤净化，使非截留组分排除，达到符合标 准的分离大豆蛋白液，接着将净化后的大豆蛋白提取液超滤浓缩到所需的浓度后出料， 喷雾干燥成粉状大豆分离蛋白。超滤膜浓缩大豆蛋白工艺流程如图1 1 。 原料槽_ 浸泡一磨浆_ 分离_ 调p h 土 超滤 上 过液 上 环泵 图卜1 超滤膜浓缩大豆蛋白工艺流程图 f i g l lt h em a po f e x c e e ds i e v ev e l u m c o n c e n t r a t es o y b e a np r o t i o n 1 3 3 大豆蛋白用途 随着人们对大豆蛋白的不断认识，大豆蛋白也被广泛应用于各个领域。主要有以下 几个方面。 1 1 在面制品中的应用 由于大豆蛋白所含的氨基酸比较均衡，几乎与世界粮农组织和世界卫生组织推荐氨 基酸组成相符，特别是大豆蛋白中赖氨酸含量高于其他谷类制品，所以其应用于面制食 品中，能提高产品蛋白含量，另外根据氨基酸互补原则可知，大豆蛋白的添加还能提高 产品蛋白质量。又因其加工特性，在加工中可以增加面制食品色、香、昧，延长面制食 品的货架期。 在面粉中加入7 - 9 的大豆分离蛋白，可显著提高面粉的蛋白含量和湿面筋含量， 从而改善面团的流变学特性；制作的面条韧性、口感较好，无明显的豆腥味，既增加了 挂面的营养价值，又提高了挂面的加工特性 2 1 i 。 在焙烤食品中添加高分散性大豆分离蛋白，既可增加产品的蛋白含量，还能提高产 品质量。如利用大豆分离蛋白的吸水性、乳化性、膨胀性和发泡性等加工特性，可提高 面包的营养价值和吸水率，增大面包体积，改善表皮色泽和质地、增进面包风味，防止 面包老化，延长货架期。在面包中添加大豆蛋白7 5 以下时，面包感观变化不大，大于 7 5 时对面包影响较大脚，】。 在制作蛋糕时，加入大豆分离蛋白，可改善蛋糕起泡性、吸水性，使蛋糕质地膨松， 蜂窝细腻，色泽、口感良好，不易干硬，抗老化。此外，大豆分离蛋白具有吸油性，可 用于酥类糕点和酥性饼干的生产，使产品酥软可口。如在生产饼干时，在原料中加入约 1 5 3 0 的大豆蛋白粉，不但能提高蛋白含量，增加营养价值，且能增加饼干酥性，还 6 大豆胚芽蛋白和低聚糖同步提取工艺研究 可起到保鲜作用。 方便面中添加活性大豆蛋白粉后，在咀嚼时有特殊香味，比较适口。添加活性大豆 蛋白粉方便面口感好，有咬劲，爽滑，面条的脆性明显下降，复水快，这是因为大豆蛋 白具有凝胶性等特点。添加大豆蛋白粉，大豆蛋白充分吸水产生一定的粘度和胶体状， 使得面条致密光亮，但添加一定量到6 时，反而会影响面条的烹调性。另外随着大豆 蛋白粉添加量的增加，方便面中含油量会有不同程度下降，这是因为蛋白遇热变性，在 油炸面食的表面形成油层。添加3 ，含油量降低4 3 ；添加4 ，含油量降低5 7 ； 添加量5 ，含油量降低6 7 ；添加量6 ，含油量降低7 7 5 t 2 4 ：s j 。 大豆蛋白在馒头生产中的应用 2 6 , 2 7 , 2 8 , 2 9 1 ，利用能发酵大豆粉的优良酵母菌株，采用发 酵法：面粉以4 ：6 的比例混合发酵做成馒头，此馒头色泽金黄、口感细腻、香气浓厚、营 养丰富，与普通馒头相比蛋白质含量增加了6 6 9 ，铁含量增加了0 0 1 3 ，钙含量增加 了0 0 5 2 ，磷含量增加了0 3 2 。豆粉馒头与普通馒头相比在感观与品尝中基本一致， 金黄色的外表更具有吸引力。添加脱脂豆粉1 、发酵时间1 5 h 、加水6 0 为馒头的最 佳条件，且加水量、低温脱脂豆粉添加量与馒头的制作效果明显相关，而醒发时间对添 加和未添加低温脱脂豆粉的馒头制作效果影响均不大。加入脱脂大豆粉使面粉的品质， 面团的形成时间、稳定时间、断裂时间、吸水率、评价值都有提高，搅拌能力，面团筋 力增强。在面团发酵过程中有较强的c 0 2 气体保持能力，制作的馒头比容大、内部结构 细腻、弹性好。低温脱脂豆粉与维生素c 对改良馒头的品质有良好的协同作用，使馒头 的品质明显提高。最佳配比为：低温脱脂豆粉1 与4 0 m g k g 维生素c 协同效果最佳， 可作为馒头的良好复合改良剂。添加适量的低温脱脂豆粉可使馒头在储藏过程中保持弹 性。馒头瓤中可溶性物质降低及转换减少，可有效地延缓馒头的老化。 2 ) 在肉制品中的应用 大豆蛋白能够有效改善产品质构，增加产品的硬度、弹性，使产品的结构致密，口 感更好，同时可以防止肉制品的出油出水现象。在火腿中添加大豆蛋白后，使得火腿肠 的蒸煮时间缩短，因此降低了蒸煮损耗，减少了火腿肠的收缩程度，改善了组织结构， 提高了产品质量1 3 0 , 3 1 1 。大豆蛋白除了对水有吸附作用外，在加工时还具有保持水分的能力。 大豆蛋白含有少量的脂肪酸和碳水化合物，在加热之后会产生独特的豆香气，可以掩蔽 肉制品加工中原料肉或辅料所具有的以及由于加工工艺所产生的一些不愉快气味，因而 对肉制品具有一定的调味作用。利用大豆分离蛋白的功能特性，还可以制造各种仿真肉 制品，这些产品中没有肉或用其他肉代替，但具有天然肉制品的风味和口感，有高蛋白 质、低脂肪、不含胆固醇和营养价值高等特点 3 2 , 3 3 , 3 4 。为了提高肉制品的加工性能，利用 特制改性大豆分离蛋白添加在配料中，制作乳化型碎肉制品，并分别与普通大豆分离蛋 白以及市售同类改性大豆分离蛋白产品相比较发现，添加特制大豆分离蛋白后的乳化型 陕两科技大学硕士论文 碎肉制品的各项性能均有很大提商 l 。注射型肉制品专用大豆分离蛋白以其独特的凝胶 性、持水性、持油性可替代更多的动物蛋白，使产品的出品率提高3 0 以上。 3 ) 在乳制品中和蛋白饮料制品中的应用 大豆蛋白的蛋白质含量高达9 0 左右，在动物体内的利用性也较好。k o r a s a n i 等研 究了用大豆分离蛋白代替乳蛋白对蛋白质和氨基酸的消化和胰腺酶的分泌的影响，结果 表明：用大豆分离蛋白代替乳蛋白降低了蛋白质和很多氨基酸的消化率，脱脂乳蛋白组 5 0 的脱脂乳蛋白和5 0 的大豆分离蛋白组1 0 0 大豆分离蛋白组回肠中的总必需氨基 酸的消化率分别为8 2 1 、7 5 8 和6 1 8 ，整个肠道的总必需氨基酸的消化率分别为 9 0 0 、8 2 6 和7 4 o 。在1 0 0 大豆分离蛋白组中加入蛋氨酸可提高犊牛的氮沉积和 生长性能。l a l l c s 等报道，水解蛋白是减少大豆制品抗原活性和提高犊牛的生长性能的 一种有效措施，水解大豆分离蛋白代替乳蛋白的6 0 时，能维持肉牛较快的生长速度， 这主要是由于水解大豆分离蛋白本身有高的消化性和低的抗原活性。大豆分离蛋白代替 脱脂奶粉用于冰淇淋的生产，可以改善冰淇淋乳化性质、推迟乳糖结晶、防止。起砂一 的现象，可提高冰淇淋的膨胀率，并具有良好的风味。将2 的大豆分离蛋白加入到含 有2 5 的芦荟乳液中，优化平衡了乳品蛋白质的组分及比例，使其营养更加合理，丰富 了乳制品的品种，同时扩展了大豆分离蛋白及芦荟在乳制品中的应用【螂捌。将牛奶与酶 解过的大豆分离蛋白共同发酵酸奶具有明显的酸奶风味，组织结构细腻，质地均匀，酸 甜适口，无豆腥味，具有大豆和牛奶的双重营养作用，又具有价格的优势，因此大豆牛 奶具有较好的开发价值p 9 , 4 0 l 。 4 ) 在人造及休闲食品中的应用 小粒、大粒或片状组织蛋白经浸泡复水后，可部分或全部替代畜肉( 通常占 3 0 5 0 ) 用于肉馅、肉丸、凉拌菜及炒菜中。另外，组织蛋白还可加工制成各种素食 菜肴，可满足食素人群的需要1 4 1 1 。目前，素食菜肴制作在国内也有了工业化的生产，广 东和云南的一些食品制造商利用组织蛋白和魔芋粉等已生产出几大系列、几十种纯素菜 肴，市场前景相当看好。还可以用于调味制品中，例如：方便食品的调味包原料，各种 辣酱、肉酱等制品中；用于水果替代品，例如在组织蛋白中加入水果风味剂可试制水果 代用品；利用蛋白特性，制成营养麦片、学生营养面等各种营养食品，同时也是保健和 减肥食品中强化蛋白质的最佳原料。 5 1 在纺织品中应用 大豆蛋白复合纤维是以从榨取食用油后的大豆废料( 豆粕) 中提取的大豆蛋白和其 他合成高聚物为原料、经共混纺丝而得的一种新化学纤维，该纤维被行业内专家誉为新 世纪的舒适性纤维，又被称为人造羊绒。大豆蛋白纤维可用于加工制造纯纺及与棉、毛、 丝、羊绒、麻等混纺或交织的针织或机织产品。产品具有优良的吸湿，导湿、保暖性能， 8 大豆胚芽蛋白和低聚糖同步提取：i ：艺研究 亲肤性好，抑菌功能明显，适于人体穿着，满足舒适和健康要求。使用性能明显优于棉、 粘胶、蚕丝、羊毛等，是制作高档面料、内衣服装及各种家用纺织品理想原料。目前经 苏州大学材料工程学院等六家单位共同针对相关问题进行了技术攻关，较好地实现了纤 维质量和性能稳定性的控制，提高了漂白产品的白度、染色产品的色泽浓艳度和色牢度， 控制了染整过程中的大豆蛋白流失，解决了大豆蛋白复合纤维针织物易起毛、起球的问 题，并使其产品达到了生态纺织品甲醛限定要求。至今已申请相关专利1 l 项( 授权7 项) ， 经专家鉴定，该技术具有创新性和实用性，已达到国际领先水平1 4 2 1 。 6 ) 在饲料中的应用 在早期断奶仔猪饲料中的应用：大豆浓缩蛋白由于去除了一般豆制品中抗营养因子， 蛋白质和氨基酸的消化率得到提高；从n r c 3 的数据来看，其氨基酸的表观消化率甚至 普遍高于脱脂奶粉和血浆蛋白粉，脂肪、还原糖及水分含量低，因此储存不易变质，品 质能维持恒定；酸碱度近中性，最适合仔猪消化吸收；不含一般的豆腥味且具有特殊芳 香味道，有利于诱食：添加于仔猪料中可防止仔猪下痢、减少用药、有利于仔猪尽早的 饲喂含大豆原料的饲料，避免因仔猪料过高依赖动物性蛋白而延缓对今后饲料主要蛋白 源豆粕的适应性，节约饲料成本。 在早期断奶犊牛饲料中的应用：在国际奶牛业发达的国家和地区，多用代乳粉和开 食料组合对犊牛实施早期断奶。早在2 0 世纪6 0 年代，由于脱脂奶粉价格较低，在代乳 粉中大量使用脱脂奶粉；但到8 0 年代中期，随着脱脂奶粉的价格上涨，在代乳粉中使用 植物蛋白源的问题引起了人们的关注脚彤】。在我国利用开食料对犊牛进行早期断奶已经取 得成功的经验并为广大奶牛场所采用，而代乳粉却迟迟未能得到应用，主要原因是由于 鲜奶的收购价格一直偏低，从生产成本的角度考虑使用代乳粉未必合算。但近些年随着 人们对鲜奶和乳制品需求的增加，我国出现奶源紧张，奶价上涨，使得开发代乳粉的工 作提到了议事日程1 4 6 4 r 1 。 在水产饲料中的应用：鱼粉是鱼虾饲料中最常用的蛋白原料，使用量可高达 3 0 5 0 。由于价格和来源的原因，饲料加工业正在寻找鱼粉的替代品，而大豆浓缩蛋 白是作为鱼粉替代品的最佳的蛋白原料。因为它的蛋白质消化利用率很高；磷的含量大 大低于鱼粉，且利用率高于鱼粉，这表明大豆浓缩蛋白在日益重视环保的今天有着重大 的意义；只含有极低的抗营养素成分，能有效改善幼苗的成活率，避免抗营养因子对鱼 胃肠道的损伤，不含有鱼粉中生物胺等抗营养因子；营养品质稳定，储存不宜变质，避 免了大量使用质量极不稳定的动物性蛋白原料，保证了饲料品质，维护了良好的水质环 境。 7 ) 在食品保鲜中的应用 利用溶菌酶或尼生素的作用，制成可食性包装膜。这种包装膜具有强度高、耐水性 9 陕两科技大学硕+ 论文 好、隔绝水蒸汽性能强、可食用等优点，以代替不降解的塑料包装【删。大豆蛋白特别是 改性大豆蛋白具有良好的成膜性，添加适量的助剂( 如甘油) 在一定条件下，可制成具 有良好隔绝氧能力和抵抗水分迁徙性能的安全无毒的天然食用保鲜膜，此类膜可广泛地 应用于糕点、水果蔬菜、肉制品的保鲜及应用于糖果制造和医药领域。以大豆分离蛋白 为主制成的天然保鲜膜应用于月饼等糕点保鲜，不仅可有效防止微生物污染，延长保质 期，在3 0 3 7 时，湿度8 0 9 0 下，保存2 8 3 0 天，( 而对照组在此条件下，只可保 质3 天) ，还可防止食品中香味物质挥发散失，抑制食品中水分逸出，能长时间保持月饼， 糕点原有的风味和新鲜感，大豆蛋白所形成膜，在食品表面形成均匀致密的透明薄膜， 还能增强食品外观光泽，提高食品的品质1 4 9 。 1 3 4 大豆蛋白应用前景 我国是食品大国，食品种类及饮食文化具有悠久历史，但在食品的色、香、味、形、 营养、卫生和包装这七个要素上，还存在着很大的差距。西方一些先进国家在开发大豆 蛋白食品方面注重从基础研究入手，并与应用研究和开发试验同步进行，重视产品开发、 重视产品应用，使大豆蛋白成为各类食品必需使用和不可替代的主料或辅料，使得大豆 蛋白食品得以深入开发、广泛应用，这一点也正是我国与之相比最大的不足之处。国内 大豆蛋白研究与国外相比尚有很大的差距，除含量外( 国内产品低于9 0 ) ，主要差距 表现在功能特性和产品品种等几个方面。对于我国市场广阔的面制品添加用的具有“类 面筋功能的大豆分离蛋白，冰制品添加用的乳化性大豆分离蛋白等产品尚未形成规模 化生产，因此为了开发大豆分离蛋白功能特性及在食品工业中的应用，必须加大科研力 度，供给更充足的研究经费，研究新的工艺、设备，以获取更多专业性极强、纯度更高 的大豆分离蛋白，从而占领国际市场。目前，引进、消化和吸收国外的先进技术和成熟 的经验，是推动我国大豆蛋白食品尽快发展的最好办法 s o l 。我国大豆资源比较丰富，原 料有保证，随着食品科学技术的不断发展，大豆的深加工将会迈上一个崭新的台阶，大 豆蛋白食品必将在食品行业中占有举足轻重的地位。 1 4 大豆低聚糖 大豆低聚糖是大豆籽粒中可溶性糖类的总称，是一种功能性甜味剂，能替代蔗糖应 用在功能性食品或低能量食品中。在成熟大豆中含量最高约占全大豆总量的1 0 ，主要 由水苏糖、棉籽糖和蔗糖组成。此外，大豆低聚糖中还含有葡萄糖、果糖、半乳糖肌醇 甲醚、右旋肌醇甲醚等，不能被胃酸及酶降解，它是一种功能性低聚糖【5 i i 。 1 4 1 大豆低聚糖组成及其特性阮5 3 1 大豆低聚糖是大豆中低分子糖类的总称，