近臨界水中水解大豆渣製備胺基酸的方法
2023-09-16 09:03:55 2
專利名稱：近臨界水中水解大豆渣製備胺基酸的方法
技術領域：
本發明涉及一種大豆渣資源化利用的方法，也即是一種在近臨界水中水解製備胺基酸的方法，屬胺基酸製備及大豆渣廢渣處理利用技術領域。
背景技術：
大豆是主要的油料作物和重要的食物資源之一，其獨特的豐富而全面的營養成 分，使得大豆加工業方興未艾。豆渣是大豆加工過程中的主要副產物之一，其中含有大量的 蛋白質、膳食纖維、脂肪等營養成分，水解後可得多種人體所必需的胺基酸。我國是世界上 種植大豆的主要國家，有著悠久的大豆種植歷史，年產大豆約1500 1700萬噸，年處理大 豆約3400萬噸，既是大豆生產大國，又是大豆的主要消費國，同時每年產生2000萬噸的溼 豆渣，僅有10%被加工和利用，其餘常作為飼料或垃圾處理，浪費了大量的可利用資源，而 且還可能對環境造成汙染。胺基酸作為蛋白質的基本單位，廣泛應用於醫藥、食品、化妝品、科學研究等領域。 目前全球需求量正迅速增加，導致供求出現了矛盾，原料和工藝的創新和改善迫在眉睫。豆 渣中富含大量優質植物蛋白質，因酸水解、酶解法等傳統工藝的一些弊端，使其中蛋白質無 法有效利用，所以急需一種高效、快速、綠色的製備工藝，從中提取高附加值的複合胺基酸 成分。近臨界水(near-critical water, NCff)，是指溫度和壓力低於水的臨界點 (374. 2°C和22. IMPa)的高溫液態水。除具備超臨界水的特性以外，在飽和蒸汽壓下，近臨 界水的電離常數值是常溫常壓1000倍。因此近臨界水中的[H3O+]和
濃度已接近弱 酸或弱鹼，自身具有酸催化與鹼催化的功能，更適合水解反應。
發明內容
本發明的目的是提供一種近臨界水中水解大豆渣製備胺基酸的方法。本發明一種近臨界水中水解大豆渣製備胺基酸的方法，其特徵在於該方法具有以 下的工藝過程和步驟a.以大豆渣為原料，將該大豆渣用粉碎機粉碎至100 160目的粒度顆粒；備用；b.將上述大豆渣顆粒和一定量的純水混合均勻，並用超聲波分散製成懸浮液；懸 浮液的濃度為15 70mg/ml ；c.系統事先用氮氣對反應釜體及管線進行掃氣、清空和檢漏；d.加入一定量的純水至近臨界水反應釜中；通電加熱，使密封的反應釜系統達到 設定的溫度與壓力，建立近臨界水環境；e.用高壓計量泵將一定量的上述配製好的懸浮液打入密封反應釜；懸浮物與近 臨界水兩者之重量比為1 5 1 6;同時在密封反應釜中輸入氣體，形成一定的反應氣 氛；輸入的氣體為空氣、或氮氣、或二氧化碳；使內有近臨界水的密封反應釜中的大豆渣細 粒在一定反應氣氛下進行水解反應；稀釋後最終形成的物料的濃度為2. 5 10mg/ml ；系統的反應條件為反應溫度180 300°C，反應壓力1. 0 5. OMpa,反應時間3 30min ；最終
製得胺基酸。本發明需要解決的技術問題是研究一種大豆渣在近臨界水中水解製取高附加值胺基酸產品的方法，驗證其可行性及得到其在空氣、氮氣、二氧化碳反應氣氛下的較優工藝 條件，使得原本低價值的大豆渣得到有效利用，變廢為寶；本發明中用到的方法不需要使用 任何酸、鹼、鹽作催化劑；使用原料、反應溶劑均為天然成分；所以綠色環保，對環境友好。本發明的構思為大豆渣廢棄物在超/近臨界水條件下的水解反應，其基本原理 是利用水在超/近臨界條件下，其離子積有顯著的增加，能夠電離出高濃度的H+這一特性， 大豆渣廢棄物在H+催化作用下降解為纈氨酸、亮氨酸、組氨酸、賴氨酸等人體所必需氨基 酸。這項技術在原理上是比較清楚的。但是需要降低過程成本，提高胺基酸的產率，才能促 進該技術的產業化應用。降低成本主要環節在於降低過程中的能量消耗、降低過程中的設 備投資和維護成本及排放的廢水的利用。提高胺基酸的產率，其關鍵是找到優化工藝條件。發明人發現，在分別使用空氣、氮氣、二氧化碳作為反應氣氛，進行水解反應，在使 用二氧化碳作為反應氣氛時胺基酸產率較其他兩種氣氛有明顯提高，而且達到產率最高點 的反應時間和溫度都有所降低。原因可能是二氧化碳氣體的加入促進了體系中碳酸根的形 成，降低了體系的pH值，有利於水解反應的進行。本發明利用近臨界水並加入一定的氣體水解大豆渣廢棄物與傳統的酸水解相比， 具有環境友好不產生廢液廢氣等汙染物，保護了環境，並能有效的實現豆製品加工業廢棄 物的資源化利用，變廢為寶。同時提供了一條合理利用大豆渣的新途徑，拓寬了胺基酸製備 工業的原料來源，對建立可持續發展的能源系統和保護生態環境具有重大的意義。
圖1本發明大豆渣廢渣在二氧化碳氣氛下經近臨界水水解反應後液體產物的氨 基酸分析測試圖。
具體實施例方式現將本發明的具體實施例敘述於後。在實施例中所用的大豆與豆渣的成分分析如下表1所示。表1大豆與豆渣成分分析表
粗蛋白/%粗脂肪/%碳水化合物及粗纖維/% 灰分/%
大豆籽粒 30 45 16 2420 39 4.5—5^
^M 18 23 12 1350 55 3^4實施例1(1)選取20g大豆渣(乾燥後)為原料，首先用粉碎機將其粉碎至140目粒度顆 粒，備用；(2)事先用氮氣對釜體及管線進行掃線、清空和檢漏；取lgl40目粒度顆粒與30ml 純水混合均勻，用超聲波分散製成懸浮液；
(3)加入170ml純水到近臨界水反應釜中，通電加熱，使系統溫度達到220°C並保 持穩定；用高壓計量泵將上述30ml豆渣懸浮液打入反應釜中進行近臨界水解反應，反應物 料總體積為200mL，物料濃度為5mg/ml，反應溫度控制在220°C，反應氣氛為空氣，反應時間 為 15min。最終得到水解液用胺基酸分析儀進行分析其中的賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫 氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸等八種人體所必需胺基酸及總胺基酸產率，本實施 例中各個組分的收率及總收率如表2所示表2大豆渣水解液中各組分收率
實施例2(1)選取20g大豆渣(乾燥後)為原料，首先用粉碎機將其粉碎至120目粒度顆 粒，備用；(2)事先用氮氣對釜體及管線進行掃線、清空和檢漏；取0. 5gl20目粒度顆粒與 30ml純水混合均勻，用超聲波分散製成懸浮液；(3)加入170ml純水到近臨界水反應釜中，通入5MPa的氮氣，通電加熱，使系統達 到設定溫度240°C並保持穩定；用高壓計量泵將上述30ml豆渣懸浮液打入反應釜中進行近 臨界水解反應，反應物料總體積為200mL，物料濃度為2. 5mg/ml，反應溫度控制在240°C，反 應時間為IOmin。最終得到水解液用胺基酸分析儀進行分析其中的賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫 氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸等八種人體所必需胺基酸及總胺基酸產率，本實施 例中各個組分的收率及總收率如表3所示表3大豆渣水解液中各組分收率 實施例3(1)選取20g大豆渣(乾燥後)為原料，首先用粉碎機將其粉碎至160目粒度顆 粒，備用；(2)事先用氮氣對釜體及管線進行掃線、清空和檢漏；取1. 5gl60目粒度顆粒與 30ml純水混合均勻，用超聲波分散製成懸浮液；(3)加入170ml純水到近臨界水反應釜中，通入3MPa的二氧化碳，通電加熱，使 系統達到設定溫度200°C並保持穩定；用高壓計量泵將上述30ml豆渣懸浮液打入反應釜 中進行近臨界水解反應，反應物料總體積為200mL，物料濃度為7. 5mg/ml，反應溫度控制在 200°C，反應時間為15min。最終得到水解液用胺基酸分析儀進行分析其中的賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸等八種人體所必需胺基酸及總胺基酸產率，本實施例中各個組分的收率及總收率如表4所示表4大豆渣水解液中各組分收率 實施例4(1)選取20g大豆渣(乾燥後)為原料，首先用粉碎機將其粉碎至140目粒度顆 粒，備用；(2)事先用氮氣對釜體及管線進行掃線、清空和檢漏；取2gl40目粒度顆粒與30ml 純水混合均勻，用超聲波分散製成懸浮液；(3)加入170ml純水到近臨界水反應釜中，通入2MPa的二氧化碳，通電加熱，使 系統達到設定溫度260°C並保持穩定；用高壓計量泵將上述30ml豆渣懸浮液打入反應釜 中進行近臨界水解反應，反應物料總體積為200mL，物料濃度為10mg/ml，反應溫度控制在 260°C，反應時間為5min。最終得到水解液用胺基酸分析儀進行分析其中的賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫 氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸等八種人體所必需胺基酸及總胺基酸產率，本實施 例中各個組分的收率及總收率如表5所示表5大豆渣水解液中各組分收率 胺基酸分析儀分析結果如下反應後水解液用AAA-Direct胺基酸分析儀(DIONEX)進行分析，經分析胺基酸產 率可達到4wt% 15wt%，測試圖見附1。
權利要求
一種近臨界水中水解大豆渣製備胺基酸的方法，其特徵在於該方法具有以下步驟a.以大豆渣為原料，將該大豆渣用粉碎機粉碎至100～160目的粒度顆粒；備用；b.將上述大豆渣顆粒和一定量的純水混合均勻，並用超聲波分散製成懸浮液；懸浮液的濃度為15～70mg/ml；c.系統事先用氮氣對反應釜體及管線進行掃氣、清空和檢漏；d.加入一定量的純水至近臨界水反應釜中；通電加熱，使密封的反應釜系統達到設定的溫度與壓力，建立近臨界水環境；e.用高壓計量泵將一定量的上述配製好的懸浮液打入密封反應釜；懸浮物與近臨界水兩者之重量比為1∶5～1∶6；同時在密封反應釜中輸入氣體，形成一定的反應氣氛；輸入的氣體為空氣、或氮氣、或二氧化碳；使內有近臨界水的密封反應釜中的大豆渣細粒在一定反應氣氛下進行水解反應；稀釋後最終形成的物料的濃度為2.5～10mg/ml；系統的反應條件為反應溫度180～300℃，反應壓力1.0～5.0Mpa，反應時間3～30min；最終製得胺基酸。
全文摘要
本發明涉及一種大豆渣資源化利用的方法，也即是一種在近臨界水中水解製備胺基酸的方法，屬胺基酸製備及大豆渣廢渣處理利用技術領域。本發明方法是以大豆渣為原料，先用粉碎機將原料粉碎至100～160目粒度顆粒，將其與超純水混合均勻並經超聲波分散製成懸浮液，然後將該懸浮液加入至近臨界水的密封反應釜中，在空氣、或氮氣、或二氧化碳的氣氛下進行反應。反應條件中物料濃度為2.5～10mg/ml，反應溫度為180～300℃，反應壓力為1.0～5.0Mpa，反應時間為3～10min。最終得胺基酸。本發明利用近臨界水並在一定氣氛下水解大豆渣廢渣。本發明方法對環境友好，不產生廢液廢氣等汙染物，並能實現大豆渣廢渣的資源化利用，變廢為寶。
文檔編號C07C227/28GK101863727SQ201010215699
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月29日 優先權日2010年6月29日
發明者萬雪亮, 姬文琦, 朱憲, 朱廣用, 樊琪, 錢晶, 馬燕華 申請人:上海大學