复合酶水酶法提取大豆蛋白工艺研究

复合酶水酶法提取大豆蛋白工艺研究

豆蛋白是食草动物的原料。近年来，由于科学大豆蛋白对人类健康的影响，许多食品公司开始开发大豆蛋白和新食品。全球植物油料每年的产量巨大,特别是花生、大豆和菜籽等油料作物,但由于提取油脂后蛋白变性严重,难以开发为食用蛋白,是巨大的资源浪费。水酶法提油条件温和,油料蛋白的性能几乎不发生变化,无论是水相中直接加工利用,还是回收分离蛋白再利用,效果都十分理想,因此成为国内外从事相关方向学者的研究热点。王璋等率先开展水酶法提取油脂的研究,并率先报道了水酶法从大豆中提取油和蛋白的工艺,在水酶法提油过程中将蛋白酶应用于破乳和同时制备等电点可溶蛋白。1956年,Sugarman首创了以水作溶剂沿用浓缩蛋白的生产工艺从花生中同时分离油和蛋白质。此后的五十年左右,水提油工艺逐步在芝麻、菜籽等高含油量油料中得以应用。自1972年Rhee等在Sugarman工作基础上,沿用分离蛋白的生产工艺,成功地将花生中油和蛋白质分离。1983年美国Fullbook用酶从西瓜籽中制取营养性的可溶性水解蛋白时,发现随着水解的进行,部分油被释放出来。随后诸多专家用酶从菜籽与大豆中提取油与蛋白质,取得了预期的效果[9,10,11,12,13,14,15,16,17]。本实验采用复合酶水解提取大豆蛋白,以蛋白提取率为目标值对复合酶水解水酶法工艺进行研究,最终确定最适水酶法提取水解蛋白的工艺流程,为今后的中试及产业化生产提供一定参考。1材料和方法1.1切蛋白酶nf大豆(垦农42)黑龙江农业科学院;Alcalase碱性内切蛋白酶(1.2×105U/mL)德国Novo公司;纤维素酶(1.5×104U/g)、半纤维素酶(5×104U/g)、果胶酶(1.5×103U/g)美国Sigma公司。1.2仪器、检测方法F2102型植物试样粉碎机天津泰斯特仪器有限公司;LDZ5-2型台式低速离心机上海安亭科学仪器厂;KDN-04Ⅲ型蛋白质测定仪上海纤检仪器有限公司;精密电动搅拌机江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司;电热恒温水浴锅余姚市东方电工仪器厂;PHS-3C酸度计上海鹏顺科学仪器有限公司。1.3方法1.3.1粗蛋白及粗粮食的测定水分测定:参照GB304—1987《水分测定》方法进行;粗脂肪的测定:参照GB5512—1985《粮食、油料检验:粗脂肪测定法》方法进行;粗蛋白的测定:参照GB6432—1994《饲料粗蛋白测定方法》方法进行;灰分测定:参照GB5009.4—1985《食品中灰分的测定方法》进行。1.3.2工艺1.3.3计算公共格式1.3.4因素水平编码以纤维素酶添加量、半纤维素酶添加量、果胶酶添加量、复合酶水解时间分别代表的因素为自变量,以总蛋白提取率为因变量,其因素水平编码见表1。2结果与分析2.1原料的基本组成原料大豆基本成分见表2。2.2混料设计结果与分析混料设计试验方案及结果见表3。通过统计分析软件DesignExpert进行数据分析,建立回归模型如下:回归与方差分析结果见表4,交互作用的等高线分析图见图1,混料设计优化结果见图2。由表4可知,方程因变量与自变量之间的线性关系明显,该模型回归显著(P<0.001),失拟项不显著,并且该模型R2=92.18%,R2Adj=82.02%,说明该模型与实验拟合良好,自变量与响应值之间线性关系显著,可以用于该反应的理论推测。由F检验可以得到因素贡献率为AB>BC>AC,即纤维素酶与半纤维素酶混合作用水解>半纤维素酶与果胶酶混合作用水解>纤维素酶与果胶酶混合作用水解。由图1分析结果可看出:A(纤维素酶添加量)、B(半纤维素酶添加量)、C(果胶酶添加量)、D(复合酶水解时间)的交互作用对总蛋白提取率的影响。由图1a、1b可以看出当纤维素酶和半纤维素酶添加按照1:1配比添加附近有较大值出现,说明在试验中添加果胶酶对总蛋白提取率影响不大。由图1b、1c和1d可以看出,当酶解时间过长总蛋白提取率反而下降,分析原因是水解pH值在酸性条件下,水解时间延长导致蛋白质变性不利于后期蛋白酶水解蛋白质,并且可以看出最佳酶解时间出现在0.3~0.75附近。由图2可知,纤维酶素与果胶酶共同水解作用对总蛋白提取率的提高较明显,但未达到极值。半纤维素酶与果胶酶的共同水解作用对总蛋白提取率的提高不明显。通过混料设计结果优化可知,当复合酶酶解时间大于0.33水平即45min时,无需添加果胶酶,纤维素酶添加量与半纤维素酶添加量水平值配比为31.8:37.1时,总蛋白提取率有较大值在86.4%左右。其最优复合酶水解工艺为纤维素酶添加量0.64%、半纤维素酶添加量0.56%、两种酶在pH5条件下复合水解45min后,再利用碱性蛋白酶在最优条件下水解3.6h,可使总蛋白提取率达到86.4%左右。2.4最佳配方的确定通过对复合酶(纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶)不同配比水解工艺参数对各考察指标影响的混料试验,得到了总蛋白提取率的优化值。在两个考察指标最优的复合酶水解工艺条件下,进行5次验证实验取平均值,在最优复合酶水解条件下各考察指标的验证值与预测值之间的标准偏差均在合理范围内,说明响应值的验证实验值与回归方程预测值吻合良好。两个考察指标均可在混料设计优化的复合酶配比水解工艺条件下,得到较大的提取率。由此结果可以看出,在纤维素酶添加量为0.64%和半纤维素酶添加量为0.56%时,总蛋白提取率分别达到极大值即85.78%。3最优复合酶水解水酶法提取大豆油脂和蛋白工本实验研究复合酶配比对水酶法提取大豆蛋白得率的影响规律,并且利用混料优化设计对最适合水酶法提取大豆蛋白的复合酶配比和水解条件进行优化,建立相应的数学模型,为中试以及工业化生产提供理论基础,所得结果如下:确定最优复合酶水解水酶法提取大豆油脂和蛋白工艺条件为料水比1:6(g/mL)、纤维素酶添加量0.64%、半纤维素酶添加量0.56%、酶解pH5、酶解温度37℃条件下水解0.75h后,再利用Alcalase碱性内切蛋白酶,加酶量1.85%、酶解温度50℃、酶解pH9.2