CN102187934A

CN102187934A - 一种生产分级大豆蛋白的方法

Info

Publication number: CN102187934A
Application number: CN2011101456592A
Authority: CN
Inventors: 杨晓泉; 刘翀; 齐军茹
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2011-09-21

Abstract

本发明涉及一种生产分级大豆蛋白的方法。该方法将脱脂大豆粉溶于水，在pH值为7.5至8.5条件下进行提取，然后在pH值5.5～6.8的弱酸性条件下加入Ca²⁺和Na⁺，或者加入Ca²⁺和Mg²⁺，或加入Mg²⁺，使大豆蛋白中的11S组分首先沉淀；控制Ca²⁺或Mg²在大豆蛋白提取液中浓度为5-100mmol/L；Na⁺在大豆蛋白提取液中的浓度为20-100mmol/L；再调节pH至3.8-5.0的酸性，使大豆蛋白中的7S组分沉淀；将11S与7S组分沉淀重新溶解、干燥后得到粉末状的分级大豆蛋白产品。该方法工艺简单，无须经过植酸酶处理，即可得到植酸含量为0.3-0.4％的大豆球蛋白组分。

Description

一种生产分级大豆蛋白的方法

技术领域

本发明涉及从含有大豆蛋白的溶液中生产高纯度、低植酸含量的7S球蛋白和11S球蛋白的方法。

背景技术

大豆不仅是优良的油料作物，而且是理想的食用蛋白资源。大豆球蛋白根据超速离心法的沉降系数分成包括2S，7S，11S和15S的不同的球蛋白。7S与11S球蛋白占总蛋白含量的80％以上，它们的功能性质(包括水溶性、乳化性与表面活性等)与营养性质存在显著差异。近年来，大豆7S球蛋白的营养价值引起了研究者的重视。大量研究表明，7S蛋白在降低血压方面具有十分显著的作用，其作用机理可能是其在消化过程中产生了促进脂肪代谢的多肽，从而降低血液中脂肪含量。我国的大豆蛋白深加工产品主要有大豆浓缩蛋白(SPC)和大豆分离蛋白(SPI)，对二者功能特性和加工特性的研究及应用已经十分广泛和成熟。研究实践表明，SPI难于同时兼具多种功能特性，不能满足所有食品加工特性的要求，而生产上要求的却是具有专项功能或兼具几种功能平衡点的产品。因此，通过工业化的方法生产大豆球蛋白的7S与11S组分具有广阔的应用前景。

目前分离大豆11S与7S球蛋白的主要是利用两者等电点不同的性质，在碱性条件下提取并在酸性条件使两者分步沉淀。上述方法巧妙地利用了温度、酸度、离子强度等条件对大豆蛋白溶解度的影响而使其组分分离，但仍存在实用性问题。例如，由于11S与7S大豆球蛋白的等电点相差不大，该方法往往需要采用多步分离，并借助低温设备与高速离心装置提高分离的精度，导致分离工艺繁杂冗长。其次，该方法所得的产率较低，仅适于实验室研究使用；而为了兼顾产率和纯度，往往需要采用膜浓缩等辅助技术，这使该方法的生产成本进一步提高。

Deak等对大豆蛋白的分级工艺进行改良(Deak NA，Murphy PA，Johnson LA(2006)Fractionating soybean storage proteins using Ca²⁺and NaHSO₃.J Food Sci71：C413-C424)，利用11S与7S球蛋白与钙反应活性不同这一特性，在提取过程中加入少量钙盐使11S球蛋白先于7S球蛋白沉淀。该方法无需历经低温沉淀，且分离步骤减少为两步，工艺时间大幅缩短。此外，产品的产率较以往方法大幅提高，纯度在70％以上，具有一定的工业化前景。然而钙离子的加入大幅提高了所得产品中植酸的含量。植酸分子拥有六个带负电荷的磷酸根基团，因此具有很强的金属螯合能力，能够与食物中矿质元素离子形成不溶性的植酸盐，从而降低了人体对矿质元素的利用率，从而影响其营养价值。此外，高含量的植酸会导致大豆蛋白的功能性质(如溶解性)下降。这一缺陷限制了Deak法在食品工业中的实际应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种含有高纯度的大豆7S或11S球蛋白，且具有较低的植酸含量的高效率地分离大豆球蛋白组分的方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种生产分级大豆蛋白的方法，包括如下步骤和工艺条件：

(1)将脱脂大豆粉溶于10-15倍重量的水，在pH值为7.5至8.5的弱碱性条件下进行提取，得到大豆蛋白提取液；

(2)将大豆蛋白提取液在pH值5.5～6.8的弱酸性条件下加入Ca²⁺和Na⁺，或者加入Ca²⁺和Mg²⁺，或加入Mg²⁺，使大豆蛋白中的11S组分首先沉淀；所述Ca²⁺或Mg²在大豆蛋白提取液中浓度为5-100mmol/L；Na⁺在大豆蛋白提取液中的浓度为20-100mmol/L；

(3)调节步骤(2)所得的上清液pH至pH3.8-5.0的酸性，使大豆蛋白中的7S组分沉淀；

(4)将所得11S与7S组分沉淀重新溶解、干燥后得到粉末状的分级大豆蛋白产品。

为进一步实现本发明目的，将第(3)步沉淀过后所得的乳清回收进入第(1)步中继续用以提取大豆蛋白。

步骤(1)的pH值优选通过加入NaOH控制。

步骤(2)的pH值优选通过加入盐酸控制。

步骤(3)的pH值优选通过加入盐酸控制。

本发明利用不同种金属离子(Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺)与大豆蛋白和植酸在不同pH下结合能力的差别，在分级沉淀过程中通过调节合适的金属离子种类与配比，实现大豆11S与7S球蛋白的分步沉淀。该方法既不需要长时间低温沉淀与高速离心分离等苛刻手段，也能够限制产品中的植酸含量，从而保证其营养价值与功能特性。

现有的方法只利用了钙离子与大豆蛋白的特异性结合，单纯依靠添加钙盐实现大豆蛋白的分级分离。本发明同时考虑了钙、镁、钠离子与大豆蛋白以及植酸的结合，Ca²⁺或Mg²⁺同时与大豆蛋白和植酸结合；在大豆蛋白中，优先与11S蛋白结合。通过控制这两种离子的比例、添加量和pH值，可以使大豆蛋白大量沉淀，且11S蛋白先主要在第一步沉淀，7S蛋白在第二步沉淀，而在此两步中伴随大豆蛋白沉淀的植酸的含量大幅降低。Na⁺的主要作用是扩大大豆11S及7S球蛋白与Ca²⁺结合的差异性，并干扰植酸与Ca²⁺的结合，从而使产品纯度更高，植酸沉淀量更少；另一个作用则是通过增加非蛋白质杂质的溶解度，减少其伴随大豆蛋白沉淀的量，从而提高产品的蛋白质含量。原有技术不使用金属离子沉淀剂，或只使用Ca²⁺作为沉淀剂，导致产品产率较低、纯度不高且植酸含量过高，首次用Mg²⁺部分或完全替代Ca²⁺，以及Ca²⁺与Na⁺的共同使用。

本发明的使用的脱脂大豆粉原料可以是来源于商业大豆粕，但优选未经过高温变性处理或仅经过极少加热处理的、氮溶解指数为60或更高的豆粕。

在本发明分离步骤中，还原剂的添加对大豆蛋白组分的回收率和纯度具有显著的影响。pH超出所选范围可能导致组分间交叉污染，从而降低产品纯度。长时低温静置对分离效果没有显著性影响，它们是不重要的。经过上述步骤，不溶性的11S组分可以通过连续式或间歇式离心机与可溶性组分分离。

本发明中7S球蛋白组分和11S球蛋白组分的分离情况可以根据SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳得到的谱图通过光密度扫描法进行验证，而植酸的含量按照Thompson的方法测定。

相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

(1)大豆蛋白溶液在添加二价金属离子(如Ca²⁺或Mg²⁺)的情况下具有更强的凝胶形成能力，因此本方法中大豆蛋白更易形成结实凝块，因此无需采用长时间低温沉淀、高速离心等手段，工艺简单易行。

(2)相比于Ca²⁺，Mg²⁺沉淀植酸的能力更弱，而沉淀大豆蛋白的能力与Ca²⁺相当；此外，Na⁺的加入可大幅削弱Ca²⁺与植酸的结合能力。因此，通过改变金属离子的种类和沉淀过程中的pH值，有效地降低了产品中的植酸含量，提高了产品的营养价值和功能性质。

(3)通过加入金属离子和调节合适的pH，本发明所得的产品相对现有方法具有较高的产率(高于20％)和纯度(高于80％)。

(4)由于Na⁺对非蛋白类物质具有盐溶作用，因此其加入使伴随大豆蛋白沉淀的杂质减少，从而提高了产品中的蛋白含量。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

实施例1

将脱脂豆粕(NSI＝91，蛋白含量49％)粉碎并过60目筛得到脱脂大豆粉，按照1∶15的质量比例与水混合，用NaOH调节至8.0提取1小时，离心得到脱脂大豆蛋白提取液。用浓度为2mol/L的盐酸将脱脂大豆蛋白提取液的pH调节至6.8，加入亚硫酸氢钠，控制亚硫酸氢钠在脱脂大豆蛋白提取液(调节pH后)中的浓度为10mmol/L；并分别加入氯化镁，控制氯化镁在脱脂大豆蛋白提取液(调节pH后)中的浓度分别为5、20、100mmol/L；或者是氯化钙和氯化镁的混合物，控制氯化钙和氯化镁在脱脂大豆蛋白提取液(调节pH后)中的浓度都为2.5mmol/L或者10mmol/L(具体情况见表1)；加入在室温下搅拌1小时后，用间歇式离心机(3000g)离心；分离出含7S球蛋白的可溶部分和含11S球蛋白的沉淀。用2mol/L的盐酸将可溶部分的pH调节至pH4.5，用间歇式离心机(3000g)离心，得到含7S球蛋白的沉淀。离心过程中料液保持室温。将11S与7S蛋白的沉淀重新溶于水中，经喷雾或冷冻干燥后得到11S与7S蛋白粉末。

所得的产品利用如下方法进行分析检验：

总蛋白：微量凯氏定氮法(GB/T5009.5-03)，测定氮含量并乘以系数6.25转换为总蛋白含量。

11S及7S球蛋白产率及纯度：大豆蛋白11S/7S组分通过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度分析，基于Laemmli的方法(Nature，227，680(1970)，使用浓度为4％的分离胶与12％的浓缩胶进行分析，样品的量为20μg。凝胶取出后用考马斯亮蓝R-250染色剂染色30-40min，之后置入甲醇∶冰乙酸∶水体积比为1∶1∶8的脱色剂中静置24h。所得的凝胶图谱经拍摄后用Quantity One(美国Bio-Rad Laboratories公司)软件进行光密度扫描分析。图谱中相应于大豆11S及7S蛋白的各条带根据O’Keefe等人方法鉴定(J.Agric.Food.Chem.1991，39：1022-1028])，7S球蛋白含量是指α、α’和β亚基的总量，而11S球蛋白的含量是指酸性多肽(A)和碱性多肽(B)的总量。各组分的产率率由下式确定：组分回收率＝(组分纯度×组分质量×组分蛋白含量)/(原料质量×原料蛋白含量×原料中该组分所占比例)。其中组分蛋白含量与原料蛋白含量由微量凯氏定氮法测定。各组分的纯度由该组分对应条带算得的光密度总和除以全部条带光密度的总和确定。

11S及7S球蛋白的植酸含量：使用D.B.Thompson的方法(J. Food Sci.47：513-517(1982))。具体步骤如下：称取0.5g样品，溶于25mL盐酸(1.2％，w/w)中，振荡提取2h。在17200g，4℃条件下离心，使蛋白质充分沉淀后将上清液定容至25mL。取1mL上清液，加入1.5mL浓硝酸及0.5mL浓硫酸，在电炉上加热使混合液保持微沸状态30-40min，当消化液呈无色时停止加热，加入10mL去离子水并在沸水浴中加热15min以解离消化过程中可能生成的多聚磷酸盐，加热完成后冷却并定容至25mL，记为提取液1。从上述上清液的剩余部分中取10mL，加入10mL 1.2％盐酸及12mL氯化铁溶液(每升该溶液中含2.0g FeCl₃·6H₂O及16.3ml浓盐酸)，在97℃下恒温75分钟后冷却至室温，在前述条件下离心使植酸沉淀，所得的上清液定容至25mL。取4mL上清液，加入2.5mL浓硝酸及1mL浓硫酸，消化后加入10mL去离子水，按前述方法加热15min后定容至25mL，记为提取液2。

取2mL提取液1，加入2mL去离子水及4mL显色剂(含有10mL 10％抗坏血酸溶液，10mL 2.5％钼酸铵溶液，10mL 3M硫酸及20mL去离子水)，在37℃水浴中恒温90分钟后冷却至室温，在820nm下测定吸光度，用标准曲线方程(由磷酸二氢钾标准溶液及显色剂按照相同显色方法测定，R²＝0.999)回归算得总磷含量。取4mL提取液2，加入4mL显色剂，按照同样方法测得无机磷含量。两者相减得到样品中的有机磷(其中90％为植酸中的磷)，按照1/0.282的系数算得样品的植酸含量。

表1

对照实施例1

将脱脂豆粕(NSI＝91，蛋白含量49％)粉碎并过60目筛得到脱脂大豆粉，按照1∶15的质量比例与水混合，用NaOH调节至8.0提取1小时，离心得到脱脂大豆蛋白提取液。用浓度为2mol/L的盐酸将脱脂大豆蛋白提取液的pH调节至6.8，加入亚硫酸氢钠，控制亚硫酸氢钠在脱脂大豆蛋白提取液(调节pH后)中的浓度为10mmol/L；加入氯化钙，控制氯化钙在脱脂大豆蛋白提取液(调节pH后)中的浓度分别为5、20、100mmol/L；重复上述步骤，并对所得的产品进行化验分析，结果见表2。

表2

对比表1和表2可知，与对照的经过氯化钙处理的大豆球蛋白组分相比，经过氯化镁处理后的11S组分纯度稍低，但7S组分的纯度显著提高。这说明钙离子与大豆11S蛋白的选择性结合能力较强，而镁离子与可溶部分中的7S蛋白的结合能力较强。随着金属离子添加量的上升，11S组分的产率上升，纯度下降，而7S组分情况与之相反。此外，在5-100mmol/L的添加量下，经Ca²⁺处理的大豆蛋白组分中的植酸含量明显高于经过Mg²⁺处理的组分，而后者的含量与未加入金属离子处理得到的组分基本一致。经Ca²⁺和Mg²⁺混合处理的产品其11S组分植酸含量也比对照显著降低。这主要是因为Mg²⁺与植酸形成溶解度较高的复合物，因此其沉淀植酸的能力比Ca²⁺弱。

从对照实施例1还可以看到：亚硫酸氢钠中含有钠离子，在提取过程中也会产生与氯化钠类似的作用。但是在现有技术中，亚硫酸氢钠主要是作为还原剂而非沉淀干扰剂使用的，利用的是亚硫酸氢根离子而非钠离子，由于其具有低毒性，且还原剂浓度过高对分离纯度和产率的提高不利，因此其添加量一般不能高于10mmol/L，而此浓度的钠离子产生的干扰结合作用非常有限。

实施例2

将脱脂豆粕(NSI＝91，蛋白含量49％)粉碎并过60目筛得到脱脂大豆粉，按照1∶10的质量比例与水混合，用NaOH调节至7.5提取1.5小时，离心得到脱脂大豆蛋白提取液。用盐酸调节pH至5.8，加入亚硫酸氢钠、氯化钙，分别控制亚硫酸氢钠和氯化钙在脱脂大豆蛋白提取液(调节pH后)中的浓度为10mmol/L和5mmol/L；并加入氯化钠，控制钠离子在脱脂大豆蛋白提取液(调节pH后)中的浓度分别为20、50与100mmol/L。所有提取液在室温下搅拌1小时后，用间歇式离心机(3000g)离心以分离出含7S球蛋白的可溶部分和含11S球蛋白的不溶部分。用2mol/L盐酸将可溶部分的pH调节至pH4.5，用间歇式离心机(3000g)离心，得到含7S球蛋白的沉淀。离心过程中料液保持室温。将11S与7S蛋白的沉淀重新溶于水中，经喷雾或冷冻干燥后得到11S与7S蛋白粉末。

表3

对照实施例2

将脱脂豆粕(NSI＝91，蛋白含量49％)粉碎并过60目筛得到脱脂大豆粉，按照1∶10的质量比例与水混合，用NaOH调节至7.5提取1.5小时，离心得到脱脂大豆蛋白提取液。用盐酸调节pH至5.8，加入亚硫酸氢钠、氯化钙，分别控制亚硫酸氢钠和氯化钙在脱脂大豆蛋白提取液(调节pH后)中的浓度为10mmol/L和5mmol/L。随后上述步骤，并对所得的产品进行化验分析，结果见表4。

表4

对比表3和4表明，经过氯化钠处理后，11S组分的蛋白含量显著升高，纯度上升。这是由于氯化钠的加入使更多非蛋白成分溶解，从而减少了伴随大豆蛋白沉淀的杂质含量。其次，较高浓度(高于20mmol/)钠离子大幅削弱了大豆7S蛋白与Ca²⁺的结合而对11S蛋白影响较小，从而使11S蛋白的纯度上升。此外，钠离子的存在大幅干扰了Ca²⁺与植酸的结合，从而使产品中的植酸含量显著降低。综上所述，氯化钠的添加量对产品的纯度、产率和植酸含量有显著影响。

实施例3

将脱脂豆粕(NSI＝91，蛋白含量49％)粉碎并过60目筛得到脱脂大豆粉，按照1∶12的质量比例与水混合，用NaOH调节至7.0，提取1.5小时，离心得到脱脂大豆蛋白提取液。用盐酸调节pH至5.8，加入亚硫酸氢钠、氯化镁和氯化钠，控制亚硫酸氢钠和氯化镁在脱脂大豆蛋白提取液(调节pH后)中的浓度分别为10mmol/L与5mmol/L，钠离子在大豆蛋白提取液中的总浓度为50mmol/L。用间歇式离心机(3000g)离心使11S蛋白沉淀，用盐酸调节含7S球蛋白的可溶部分至pH分别为3.8、4.5和5.0，用间歇式离心机(3000g)离心以得到富含7S球蛋白的沉淀。对沉淀进行溶解、喷雾干燥处理后，测量其植酸含量。

表5

对照实施例3

作为对照，将富含7S蛋白的可溶部分的pH调节至通常沉淀大豆蛋白所用的pH值4.8，结果如表6所示。

表6

对比表5和6可见，随着pH的升高，7S蛋白中的植酸含量呈下降趋势。这是由于植酸与钙/镁盐形成的复合物在较低pH处溶解度更低。此外，pH3.8或4.5下得到的7S蛋白的产率较高，这是由于这两个pH接近大豆蛋白的等电点，因此更大量的大豆蛋白得以沉淀。综上所述，控制7S蛋白沉淀步骤中pH值同样可以改变产品的产率和植酸含量。

Claims

1.一种生产分级大豆蛋白的方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：

2.根据权利要求1所述的生产分级大豆蛋白的方法，其特征在于：将第(3)步沉淀过后所得的乳清回收进入第(1)步中继续用以提取大豆蛋白。

3.根据权利要求1所述的生产分级大豆蛋白的方法，其特征在于：步骤(1)的pH值通过加入NaOH控制。

4.根据权利要求1所述的生产分级大豆蛋白的方法，其特征在于：步骤(2)的pH值通过加入盐酸控制。

5.根据权利要求1所述的生产分级大豆蛋白的方法，其特征在于：步骤(3)的pH值通过加入盐酸控制。