一種超聲輔助熱鹼法聯合提取大豆纖維和豆渣蛋白的方法與流程
2023-05-24 23:38:11
本發明屬於大豆副產物深加工技術領域，具體涉及一種超聲輔助熱鹼法聯合提取大豆纖維和豆渣蛋白的方法。
背景技術：
豆渣是大豆在生產大豆油、大豆蛋白，或加工豆腐、腐竹等產品過程中產生的主要副產物；大豆生產加工過程約產生15～20％的豆渣。豆渣中含有70％以上的纖維素和15％左右的蛋白質，是製備大豆纖維和豆渣蛋白的豐富原料。大豆纖維生理活性強，豆渣蛋白胺基酸組成合理，但我國豆渣資源的開發程度很低，多被用作動物飼料或廢棄處理，其主要原因是大豆纖維多為水不溶性纖維，豆渣蛋白與豆渣中其餘組分結合緊密，提取難度大。因而，如何合理高效地提取和應用大豆纖維和豆渣蛋白，對於提高豆渣副產物的精深加工起著關鍵性作用。
豆渣中纖維素和蛋白質提取難度大，且豆渣含有少量脂質，容易腐敗變質，即使豆渣開發潛能巨大，仍然鮮有突破性進展。現有關於豆渣的開發研究主要集中於：(1)通過高靜壓、高壓均質以及超聲等方式處理豆渣提取可溶性膳食纖維；或者採用化學溶劑、超聲波等方式優化豆渣蛋白的提取工藝。這些研究側重於提取豆渣中的某種單一物質，但只能部分提高這類單一物質的提取率或純度，無法顯著改善這些提取物的功能特性；(2)結合酶解技術或發酵技術，以豆渣為原料製備大豆肽，或以豆渣為基料進行發酵生產，該類研究基於豆渣的豐富營養價值，著重於豆渣整體的開發應用，但大豆肽得率或發酵效果有限，難以進行規模化生產。綜合來看，制約豆渣開發研究的主要原因是：(1)提取難度大，且提取物單一。受豆渣中纖維素可溶性差、豆渣蛋白結合度高的限制，大部分研究側重於改善大豆纖維或豆渣蛋白的提取工藝，且集中於提取豆渣中的某一種物質，易丟棄其它物質；(2)功能特性欠佳。提取工藝不僅會影響物質的提取率和純度，同時也會影響物質的結構和功能性質。已有研究集中於優化大豆纖維或豆渣蛋白的提取率或純度，鮮有關注大豆纖維或豆渣蛋白的功能特性在提取過程中的變化，更少有利用這些提取工藝來改善大豆纖維或豆渣蛋白的功能特性的研究。
技術實現要素：
針對以上現有技術存在的缺點和不足之處，本發明的首要目的在於提供一種超聲輔助熱鹼法聯合提取大豆纖維和豆渣蛋白的方法。
本發明的另一目的在於提供一種通過上述方法得到的大豆纖維和豆渣蛋白。
本發明目的通過以下技術方案實現：
一種超聲輔助熱鹼法聯合提取大豆纖維和豆渣蛋白的方法，包括如下步驟：
(1)將豆渣粉過篩後分散於去離子水中，調ph至9.0～13.0，25～60℃下200～600w超聲處理10～30min；超聲處理後70～130℃加熱處理10～30min；隨後25～60℃下300～900rpm攪拌60～120min；攪拌後超濾得到濾渣和濾液；
(2)將步驟(1)中所得濾渣復溶於去離子水中，調ph至中性，乾燥得大豆纖維；
(3)將步驟(1)中所得濾液ph調至3.0～4.5，室溫靜置後離心，所得沉澱復溶於去離子水中，調ph至中性，乾燥得豆渣蛋白。
優選地，步驟(1)中所述過篩是指過60～120目篩，所述豆渣粉過篩後分散於去離子水中的料液比為1:(10～40)。
優選地，步驟(1)中所述超濾是指在壓力為0.01～0.1mpa、過濾孔徑為200～400目的條件下過濾。
優選地，步驟(2)中所述濾渣復溶於去離子水中的料液比為1:(4～10)。
優選地，步驟(3)中所述室溫靜置的時間為30～60min；所述離心的轉速為4000～8000rpm，時間為10～30min。
優選地，步驟(3)中所得沉澱復溶於去離子水中的料液比為1:(4～10)。
優選地，步驟(2)和(3)中所述乾燥的方式為冷凍乾燥或熱風乾燥；所述冷凍乾燥壓力為0.01～1mbar，冷凍乾燥時間為12～24h；所述熱風乾燥溫度為40～60℃，熱風乾燥時間為4～8h。
一種大豆纖維和豆渣蛋白，通過上述方法製備得到。
本發明的原理為：首先採用超聲處理活化豆渣分散液，提高鹼液進入豆渣的滲透量；隨後通過熱能進一步打斷纖維素之間的氫鍵，降低大豆纖維與豆渣蛋白之間的結合度，從而在增加鹼性環境下豆渣蛋白溶出率的同時提高大豆纖維的純度。鹼性環境下的超聲處理和高溫處理更利於活化大豆纖維，改善豆渣蛋白的功能特性，這也是本發明所解決的技術難題及申請專利保護關鍵技術。
本發明的製備方法及所得到的產物具有如下優點及有益效果：
(1)本發明同時提取豆渣中兩種主要物質(大豆纖維和豆渣蛋白)，突破了以往只能提取豆渣中某一種物質的局限，大幅提升了豆渣副產物的附加值；
(2)本發明方法採用的超聲預處理技術綠色環保，熱能處理節能便捷，效果顯著；顯著改善了大豆纖維和豆渣蛋白的功能特性(尤其增強了大豆纖維的膨脹性)，解決了大豆纖維分散性差、利用率低等問題；
(3)本發明的方法具有工藝簡單易操作，提取效率高等特點，所提取的大豆纖維具有持水/持油能力強、膨脹性好，提取的豆渣蛋白具有持水/持油能力強等優點。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
實施例1
將100g過120目篩的豆渣粉以1:20g/ml的料液比分散於去離子水中，調ph至9.0，30℃下600w超聲10min；超聲後置於滅菌鍋中110℃加熱20min；隨後採用磁力攪拌器在30℃下以500rpm攪拌120min(攪拌期間將豆渣分散液ph恆調為9.0)；攪拌後採用布氏漏鬥和真空水循環泵進行超濾，超濾壓力為0.07mpa；以超濾得到的濾渣和濾液分別提取大豆纖維和豆渣蛋白：將濾渣以1:10g/ml的料液比復溶於去離子水中，調ph至7.0，-24℃凍藏過夜後0.1mbar下冷凍乾燥12h，得大豆纖維64g；將濾液ph調至3.2，室溫靜置30min後8000rpm離心10min，將離心後的沉澱以1:10g/ml的料液比復溶於去離子水中，調ph至7.0，-24℃凍藏過夜後0.1mbar下冷凍乾燥12h，得豆渣蛋白11.8g。
實施例2
將500g過100目篩的豆渣粉以1:30g/ml的料液比分散於去離子水中，調ph至11.0，40℃下450w超聲20min；超聲後置於滅菌鍋中130℃加熱10min；隨後採用攪拌槳在40℃下以700rpm攪拌90min(攪拌期間將豆渣分散液ph恆調為11.0)；攪拌後採用布氏漏鬥和真空水循環泵進行超濾，超濾壓力為0.04mpa；以超濾得到的濾渣和濾液分別提取大豆纖維和豆渣蛋白：將濾渣以1:8g/ml的料液比復溶於去離子水中，調ph至7.0，-24℃凍藏過夜後0.5mbar下冷凍乾燥18h，得大豆纖維306g；將濾液ph調至3.8，室溫靜置40min後6000rpm離心20min，將離心後的沉澱以1:8g/ml的料液比復溶於去離子水中，調ph至7.0，-24℃凍藏過夜後0.5mbar下冷凍乾燥18h，得豆渣蛋白57g。
實施例3
將10kg過80目篩的豆渣粉以1:40g/ml的料液比分散於去離子水中，調ph至13.0，60℃下300w超聲30min；超聲後置於恆溫水浴鍋中80℃加熱30min；隨後採用攪拌槳在60℃下以900rpm攪拌60min(攪拌期間將豆渣分散液ph恆調為13.0)；攪拌後採用布氏漏鬥和真空水循環泵進行超濾，超濾壓力為0.1mpa；以超濾得到的濾渣和濾液分別提取大豆纖維和豆渣蛋白：將濾渣以1:5g/ml的料液比復溶於去離子水中，調ph至7.0，50℃熱風乾燥6h，得大豆纖維5.8kg；將濾液ph調至4.2，室溫靜置60min後4000rpm離心30min，將離心後的沉澱以1:5g/ml的料液比復溶於去離子水中，調ph至7.0，50℃熱風乾燥6h，得豆渣蛋白1.11kg。
對比例1
與實施例1相比，未在110℃加熱處理20min，其餘步驟及條件完全相同，得到大豆纖維。
對比例2
與實施例1相比，未在30℃下600w超聲處理10min，其餘步驟及條件完全相同，得到大豆纖維。
對以上實施例1～3及對比例1～2所得產物的持水性、持油性和膨脹性進行測定：
持水(持油)性的測定方法：稱取0.2g左右樣品置於預先稱重過的離心管中，逐步向離心管中加入4～6g去離子水(大豆油)，用玻璃棒輕輕攪拌，分散至無明顯顆粒；室溫靜置半小時後3000rpm離心20min，倒去上清液(未吸附油)，以每克樣品吸收去離子水(大豆油)的質量來表徵持水(持油)性。
膨脹性的測定方法：稱取0.1g左右大豆纖維置於15ml具塞試管中，讀取此時大豆纖維的體積；緩慢加入10ml蒸餾水，室溫靜置24h後讀取大豆纖維的體積。以每g大豆纖維增加的體積來表徵膨脹性。表1為所提取的大豆纖維的持水性、持油性和膨脹性測定結果。表2為所提取的豆渣蛋白及商業購買的的大豆分離蛋白的持水性、持油性測定結果。
表1大豆纖維的持水性、持油性和膨脹性測定結果
表2豆渣蛋白的持水性、持油性測定結果
由表1和表2結果可見，本發明所提取的大豆纖維具有良好的持水/持油性能力，尤其分散性能強。豆渣蛋白同樣具有良好的持水/持油能力。而未採用加熱處理或超聲處理所得大豆纖維持水/持油能力一般，分散性較差。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其它的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。