CN102020705A - 一种螺旋藻分离蛋白的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种螺旋藻分离蛋白的制备方法，属食品科学与工程技术领域，其特征是：包括以下步骤：(1)螺旋藻细胞破碎脱色脱腥脱脂物料的制备；(2)稀盐溶液提取蛋白与离心处理；(3)pH梯度分段调酸沉淀蛋白与调节中性；(4)超高温瞬时灭菌和喷雾干燥。应用该方法生产出的螺旋藻分离蛋白具有色泽浅、腥味淡、蛋白质含量高、溶解性好和易消化的优点，可作为一种优质全价蛋白质营养补充剂或添加剂应用。

Description

一种螺旋藻分离蛋白的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种螺旋藻分离蛋白的制备方法，属食品科学与工程技术领域。
背景技术：
螺旋藻(Spirulina)又称为蓝细菌，属于蓝藻门，蓝藻纲，颤藻目，颤藻科，螺旋藻属或节旋藻属植物，是一种多细胞丝状的蓝藻，由短圆柱形细胞组成，呈丝体螺旋状。螺旋藻原产于非洲和北美洲，是一种低等水生植物，现已知螺旋藻属共有36个种，广泛分布于热带、亚热带和暖温带的海洋、湖泊、温泉，特别是盐碱湖。目前国内外工厂化生产的螺旋藻主要是指体形较大的钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)和极大螺旋藻(Spirulina maxima)。
螺旋藻的生物化学成分因品种不同有所差异，含有极其丰富的蛋白质是螺旋藻营养成分的突出特征之一，螺旋藻干粉的蛋白质约为50％～70％％，而且螺旋藻蛋白质的氨基酸组成种类齐全，人体8种必需氨基酸比例均衡，与FAO和WHO所推荐的氨基酸需要模式非常为相似，分别为异亮氨4.1％～4.5％，亮氨酸5.8％～6.8％，赖氨酸4.4％～4.6％，苯丙氨酸2.9％～4.4％，蛋氨酸1.8％～2.4％，苏氨酸2.7％～4.1％，色氨酸1.1％～1.6％，缬氨酸4.8％～6.5％。
虽然螺旋藻是一种优质全价蛋白营养源，其细胞壁所含的纤维素较少，其蛋白质的消化率可达75.0％，生物利用率可达68.0％，但是，无论是直接食用，还是作为蛋白质补充剂使用，都存在着一些局限性：第一，螺旋藻产品的品种较为单一，大多以片状或丸剂的形式出现，易给消费者造成服药的感觉；第二，螺旋藻腥味很重，很大程度上影响到其产品的可接受性，应用于其他食品时会影响产品的风味；第三，作为蛋白质营养添加剂，与大豆分离蛋白相比，其蛋白质含量、消化率和生物利用率还存在较大的差距。这些都给螺旋藻制品的加工和综合利用带来了很大限制。有鉴于此，本发明将螺旋藻进行细胞破碎、脱色、脱脂和脱腥处理，制备成为分离蛋白，对进一步提高螺旋藻蛋白质含量、消化率和生物利用率，拓展其可调配性和应用范围，特别是使其作为一种优质全价蛋白质营养补充剂或添加剂，应用于其他各种食品(尤其是应用于婴幼儿配方食品)，具有重要的实用价值。
发明内容：
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种螺旋藻分离蛋白的制备方法，应用该方法生产出的螺旋藻分离蛋白具有色泽浅、腥味淡、蛋白质含量高、溶解性好和易消化的优点，可作为一种优质全价蛋白质营养补充剂或添加剂应用。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种螺旋藻分离蛋白的制备方法，包括以下步骤：
(1)螺旋藻细胞破碎脱色脱腥脱脂物料的制备
将螺旋藻原料(藻泥)进行超微粉碎处理，使细胞壁破碎，然后加入有机溶剂，搅拌或振荡，萃取色素、脂质和腥味物质，除去有机溶剂层，将细胞破碎物料进行真空脱气，制备成脱色脱腥脱脂螺旋藻细胞破碎物料液；
(2)稀盐溶液提取蛋白与离心处理
将所得的脱色脱腥脱脂螺旋藻细胞破碎物料液加盐，调节成稀盐分散液而使蛋白溶出；加盐是将盐调节成稀盐水，使螺旋藻细胞破碎物料与稀盐水比例为1∶10～20；在温度为40～60℃的条件下，将所得的稀盐分散液提取1～2小时后冷却至室温，然后离心分离，制得螺旋藻蛋白稀盐水提取液。将经提取离心后的螺旋藻料渣再按上述条件提取离心2次，分别获得螺旋藻蛋白稀盐水提取液，并将3次获得的螺旋藻蛋白稀盐水提取液合并、备用。
(3)pH梯度分段调酸沉淀蛋白与调节中性
将所得的螺旋藻蛋白稀盐水提取液用HCl溶液调节pH为酸性，采用pH梯度分段酸沉，静置，使蛋白沉淀完全，离心分离出螺旋藻酸沉淀蛋白，酸沉淀蛋白经洗涤后，再将其分散于水中，用NaOH溶液调节此螺旋藻酸沉淀蛋白分散液的pH为7.0；
(4)超高温瞬时灭菌和喷雾干燥
将所得的pH为7.0的螺旋藻酸沉淀蛋白分散液进行超高温瞬时灭菌，冷却，然后进行喷雾干燥，即得产物螺旋藻分离蛋白。
步骤(1)中所述的将螺旋藻原料(藻泥)进行超微粉碎处理，使细胞壁破碎是采用超高速胶体磨处理使螺旋藻细胞破碎，超高速胶体磨的转速为6000～8500rpm/min；所述的有机溶剂为石油醚、正己烷和汽油中的一种或它们的混合物；萃取色素和腥味物质时，有机溶剂和螺旋藻细胞破碎物料的质量体积比为1∶1～10，萃取次数为2～3次；所述的真空脱气的真空度为0.07～0.09MPa。
步骤(2)所述的加盐是指加入NaCl、KCl、MgCl2、Na2SO4、NH4SO4、Na2CO3、Na2HPO4中的一种或它们的混合物；所述的稀盐分散液中盐的浓度为0.02～0.6mol/L；所述的离心转速为3000～4500rpm/min。
步骤(3)所述HCl溶液的浓度为2.0mol/L，调节pH值为3.5～4.2，在此范围内使pH从高至低呈梯度变化，分3次沉淀蛋白质，每次沉淀静置时间为10～30min；离心分离转速为4000～6000rpm/min；水洗涤次数为2～3次，NaOH溶液浓度为0.5～2.0mol/L。
步骤(4)所述超高温瞬时灭菌的工艺参数为：灭菌温度135～143℃，时间为2～15s；所述喷雾干燥的工艺参数为：进料温度为60～80℃，热空气入口温度为160～200℃，出口温度为80～90℃。
本发明利用超高速胶体磨将螺旋藻细胞破碎，促使色素、脂质、腥味物质和蛋白质充分释放，这样大大提高了有机溶剂萃取脱除色素、脂质和腥味成分的效果，使用真空脱气则可进一步脱除腥味；经细胞破碎和有机溶剂萃取制备成的脱色脱腥脱脂螺旋藻物料，有利于增强稀盐水提取时螺旋藻分离蛋白的溶出；通过稀盐水提取、pH梯度分段调酸沉淀、超高温瞬时灭菌和喷雾干燥处理，使蛋白质发生一定程度的变性，改善了分离蛋白的可消化性和溶解性。
本发明与现有的技术相比具有如下有益效果：
1、采用超高速胶体磨取代高压匀浆或均质机处理破碎螺旋藻细胞，简化了工艺操作，可大幅提高生产效率，降低生产成本。
2、采用有机溶剂萃取和真空脱气相结合的方法脱腥，比活性炭吸附法、环状糊精包埋法、酶解法、加热法以及发酵法等脱腥方法简单易行，脱腥效果更好。
3、采用稀盐水提取，对蛋白质稳定性好、溶解度大，比水、稀酸水、稀碱水和乙醇提取蛋白溶出率高、变性更小。
4、在等电点范围内采用pH梯度分段调酸沉淀法使得蛋白质多点析出，可充分沉淀蛋白质，进一步提高提取液中蛋白质的回收率。
具体实施方式：
本发明通过以下实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1：
将螺旋藻(藻泥)料液用高速胶体磨在转速为6500rpm/min的条件下处理，进行细胞破碎，然后在细胞破碎的螺旋藻藻泥料液中加入石油醚，石油醚与料液按1∶5的比例加入，搅拌或振荡，萃取色素和腥味物质，萃取次数为3次，除去含有色素和腥味物质的石油醚溶剂层，将下层螺旋藻细胞破碎物料在真空脱气机内以真空度为0.09MPa进行脱气，脱气后即得脱色脱腥螺旋藻细胞破碎料液；
将所得的脱色脱腥螺旋藻细胞破碎物料液加NaCl，调节成NaCl浓度为0.15mol/L的分散液，使螺旋藻细胞破碎物料与稀盐水比例为1∶10，在温度为60℃的条件下，提取2小时后冷却至室温，然后离心分离，离心机转速为3000rpm/min，获得螺旋藻蛋白稀盐水提取液。将经提取离心后的螺旋藻料渣再按上述条件提取离心2次，分别获得螺旋藻蛋白稀盐水提取液，并将3次获得的螺旋藻蛋白稀盐水提取液合并、备用。
将所得的螺旋藻蛋白稀盐水提取液用2.0mol/L的HCl溶液依次调节pH4.0、pH 3.8和pH 3.6，进行3次分段酸沉，每次静置15min、用离心机以4000rpm/min的转速分离出螺旋藻酸沉淀蛋白，将3次酸沉蛋白合并，用同体积的水洗涤2次，将酸沉淀蛋白调制成水分散液，再用0.5mol/L的NaOH溶液调节此酸沉淀蛋白分散液pH为7.0；
将所得的pH为7.0的螺旋藻酸沉淀蛋白分散液在超高温(UHT)瞬时灭菌器中，在135℃的温度下灭菌5s，迅速冷却至55℃，然后进行喷雾干燥，喷雾干燥的工艺参数为：进料温度为80℃，热空气入口温度为160℃，出口温度为80℃，至此即获得产物螺旋藻分离蛋白粉。
实施例2：
将螺旋藻(藻泥)料液用高速胶体磨在转速为7000rpm/min的条件下处理，进行细胞破碎，然后在细胞破碎的螺旋藻藻泥料液中加入正己烷，正己烷与料液按1∶5的比例加入，搅拌或振荡，萃取色素和腥味物质，萃取次数为3次，除去含有色素和腥味物质的正己烷溶剂层，将下层螺旋藻细胞破碎物料在真空脱气机内以真空度为0.08MPa进行脱气，脱气后即得脱色脱腥螺旋藻细胞破碎料液；
将所得的脱色脱腥螺旋藻细胞破碎物料液加Na2SO4，调节成Na2SO4浓度为0.07mol/L的分散液，使螺旋藻细胞破碎物料与稀盐水比例为1∶15，在温度为55℃的条件下，提取1.5小时后冷却至室温，然后离心分离，离心机转速3500rpm/min，获得螺旋藻蛋白稀盐水提取液。将经提取离心后的螺旋藻料渣再按上述条件提取离心2次，分别获得螺旋藻蛋白稀盐水提取液，并将3次获得的螺旋藻蛋白稀盐水提取液合并、备用。
将所得的螺旋藻蛋白稀盐水提取液用2.0mol/L的HCl溶液依次调节pH4.1、pH 3.9和pH 3.7，进行3次分段酸沉，每次静置20min、用离心机以5000rpm/min的转速分离出螺旋藻酸沉淀蛋白，将3次酸沉蛋白合并，用同体积的水洗涤2次，将酸沉淀蛋白调制成水分散液，再用0.5mol/L的NaOH溶液调节此酸沉淀蛋白分散液pH为7.0；
将所得的pH为7.0的螺旋藻酸沉淀蛋白分散液在超高温(UHT)瞬时灭菌器中，在136℃的温度下灭菌4s，迅速冷却至55℃，然后进行喷雾干燥，喷雾干燥的工艺参数为：进料温度为70℃，热空气入口温度为170℃，出口温度为80℃，至此即获得产物螺旋藻分离蛋白粉。
实施例3：
将螺旋藻(藻泥)料液用高速胶体磨在转速为7500rpm/min的条件下处理，进行细胞破碎，然后在细胞破碎的螺旋藻藻泥料液中加入汽油，汽油与料液按1∶5的比例加入，搅拌或振荡，萃取色素和腥味物质，萃取次数为3次，除去含有色素和腥味物质的汽油溶剂层，将下层螺旋藻细胞破碎物料在真空脱气机内以真空度为0.07MPa进行脱气，脱气后即得脱色脱腥螺旋藻细胞破碎料液，备用；
将所得的脱色脱腥螺旋藻细胞破碎物料液加Na2HPO4，调节成Na2HPO4浓度为0.20mol/L的分散液，使螺旋藻细胞破碎物料与稀盐水比例为1∶20，在温度为50℃的条件下，提取1小时后冷却至室温，然后离心分离，离心机转速4000rpm/min，获得螺旋藻蛋白稀盐水提取液。将经提取离心后的螺旋藻料渣再按上述条件提取离心1次，分别获得螺旋藻蛋白稀盐水提取液，并将2次获得的螺旋藻蛋白稀盐水提取液合并、备用。
将所得的螺旋藻蛋白稀盐水提取液用2.0mol/L的HCl溶液依次调节pH4.2、pH 4.0和pH 3.5，进行3次分段酸沉，每次静置25min、用离心机以6000rpm/min的转速分离出螺旋藻酸沉淀蛋白，将3次酸沉蛋白合并，用同体积的水洗涤2次，将酸沉淀蛋白调制成水分散液，再用0.5mol/L的NaOH溶液调节此酸沉淀蛋白分散液pH为7.0；
将所得的pH为7.0的螺旋藻酸沉淀蛋白分散液在超高温(UHT)瞬时灭菌器中，在137℃的温度下灭菌3s，迅速冷却至55℃，然后进行喷雾干燥，喷雾干燥的工艺参数为：进料温度为60℃，热空气入口温度为180℃，出口温度为80℃，至此即获得产物螺旋藻分离蛋白粉。

Claims (5)

1.一种螺旋藻分离蛋白的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)螺旋藻细胞破碎脱色脱腥脱脂物料的制备
将螺旋藻原料进行超微粉碎处理，使细胞壁破碎，然后加入有机溶剂，搅拌或振荡，萃取色素、脂质和腥味物质，除去有机溶剂层，将细胞破碎物料进行真空脱气，制备成脱色脱腥脱脂螺旋藻细胞破碎物料液；
(2)稀盐溶液提取蛋白与离心处理
将所得的脱色脱腥脱脂螺旋藻细胞破碎物料液加盐，调节成稀盐分散液；加盐是将盐调节成稀盐水，使螺旋藻细胞破碎物料与稀盐水比例为1∶10～20；在温度为40～60℃的条件下，将所得的稀盐分散液提取1～2小时后冷却至室温，然后离心分离，制得螺旋藻蛋白稀盐水提取液；将经提取离心后的螺旋藻料渣再按上述条件提取离心2次，分别获得螺旋藻蛋白稀盐水提取液，并将3次获得的螺旋藻蛋白稀盐水提取液合并、备用；
(3)pH梯度分段调酸沉淀蛋白与调节中性
将所得的螺旋藻蛋白稀盐水提取液用HCl溶液调节pH为酸性，采用pH梯度分段酸沉，静置，使蛋白沉淀完全，离心分离出螺旋藻酸沉淀蛋白，酸沉淀蛋白经洗涤后，再将其分散于水中，用NaOH溶液调节此螺旋藻酸沉淀蛋白分散液的pH为7.0；
(4)超高温瞬时灭菌和喷雾干燥
将所得的pH为7.0的螺旋藻酸沉淀蛋白分散液进行超高温瞬时灭菌，冷却，然后进行喷雾干燥，即得产物螺旋藻分离蛋白。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋藻分离蛋白的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的将螺旋藻原料进行超微粉碎处理，是采用超高速胶体磨处理使螺旋藻细胞破碎，超高速胶体磨的转速为6000～8500rpm/min；所述的有机溶剂为石油醚、正己烷和汽油中的一种或它们的混合物；萃取色素和腥味物质时，有机溶剂和螺旋藻细胞破碎物料的质量体积比为1∶1～10，萃取次数为2～3次；所述的真空脱气的真空度为0.07～0.09MPa。
3.根据权利要求2所述的一种螺旋藻分离蛋白的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的加盐是指加入NaCl、KCl、MgCl2、Na2SO4、NH4SO4、Na2CO3、Na2HPO4中的一种或它们的混合物；所述的稀盐分散液中盐的浓度为0.02～0.6mol/L；所述的离心转速为3000～4500rpm/min。
4.根据权利要求3所述的一种螺旋藻分离蛋白的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述HCl溶液的浓度为2.0mol/L，调节pH值为3.5～4.2，在此范围内使pH从高至低呈梯度变化，分3次沉淀蛋白质，每次沉淀静置时间为10～30min；离心分离转速为4000～6000rpm/min；水洗涤次数为2～3次，NaOH溶液浓度为0.5～2.0mol/L。
5.根据权利要求4所述的一种螺旋藻分离蛋白的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述超高温瞬时灭菌的工艺参数为：灭菌温度135～143℃，时间为2～15s；所述喷雾干燥的工艺参数为：进料温度为60～80℃，热空气入口温度为160～200℃，出口温度为80～90℃。
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