CN102250201B - 一种高溶解性豌豆蛋白粉的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高溶解性豌豆蛋白粉的制备方法，以豌豆淀粉加工废液为原料，采用糖酶酶解与连续水热处理相结合，制备高溶解性豌豆蛋白粉，该方法首先通过喷雾干燥法收回废水中豌豆蛋白，然后进行豌豆蛋白溶液的配制，调节pH值；再将所得蛋白分散液搅拌后，加入糖酶，在温度为50℃～95℃，pH值为4.5-7.0条件下酶解反应0.5h-5h；调节pH值后连续水热处理，最后进行喷雾干燥。本发明方法制备的豌豆蛋白粉具有高溶解性、蛋白含量高的优点，显著提高豌豆的附加值，有利于豌豆的综合开发利用，实现豌豆高价值化。

Description

一种高溶解性豌豆蛋白粉的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高溶解性豌豆蛋白的制备方法，属于农副产品深加工及食品工业技术领域，特别是本发明涉及生物酶法和连续水热处理技术相结合来制备高溶解性豌豆蛋白的方法。

背景技术

豌豆是一种重要的膳食豆类资源，富含淀粉(超过50％)和优质的蛋白(18～30％)。豌豆蛋白一种营养均衡的蛋白，富含赖氨酸，其氨基酸组成与FAO/WHO推荐的值较为为接近，具有较高的生物价。据FAO最新统计中国干豌豆栽培面积和总产分别占全世界的15.2％和3.8％，在世界豌豆行业中占有举足轻重的地位。由于豌豆淀粉中直链淀粉含量高，制成的粉丝光泽好，久煮不断条，因此在国内，豌豆主要应用于豌豆淀粉的生产，采用酸浆法加工粉丝工艺一直沿用至今，酸浆法的原理如下：酸浆中的乳酸乳球菌及代谢产物-乳酸，具有凝集淀粉颗粒的能力，利用乳酸乳球菌及代谢产物-乳酸使得淀粉与蛋白、纤维等物质发生相分离，通过离心即可得到高纯度的豌豆淀粉，而豌豆蛋白、纤维素等组分残留在淀粉加工废液中，目前国内少有公司将废水中的蛋白进行回收利用，造成了几乎全部的蛋白质混入水中被排放掉。这不仅形成蛋白资源的极大浪费，而且在粉丝生产过程中，大量废水的排出，造成了严重的环境污染。目前，有少数公司喷雾干燥方法或者碱溶酸沉方法，将废水中的蛋白进行回收，减少蛋白的浪费，然而一方面由于采用碱溶酸沉法，回收过程易产生大量的废水，对环境造成污染。另一方面采用喷雾干燥法回收所得物料中，由于蛋白发生变性导致豌豆蛋白功能性差，且回收所得蛋白含量较低，只能作为豌豆豆粕，添加于饲料中，附加值极低，造成蛋白资源的浪费。

目前，改善植物蛋白功能特性(比如溶解性)的方法有物理法、生物酶法和化学法。化学反应及试剂残留导致的食品安全问题，化学在食品加工中往往受到限制；蛋白酶水解可改善蛋白的溶解性，但使蛋白质丧失生物大分子的部分性质(如凝胶性)，同时蛋白酶水解也会产生苦味肽，限制水解物的应用。物理改性手段是一种重要的而行之有效地手段。中国发明专利申请201010161753.2中采用连续热处理装置，采用连续热处理装置对高温豆粕进行了连续水热处理，连续热处理的原理是在连续热处理装置中，利用水蒸汽的高温高压以及剪切力对物料进行处理，也就是我们所说的连续水热处理过程，是一种连续热处理方法，也称为喷射蒸煮。该专利对高温大豆豆粕进行连续水热处理，成功地诱导了不溶性热变性大豆蛋白聚集体解离，制备了可溶性大豆蛋白。但将豌豆淀粉废液中豌豆蛋白进行回收后，仅在连续热处理装置中进行连续水热处理，由于所得豌豆蛋白具有很强的表面疏水性，在蛋白加工的后续干燥过程极易通过分子间的疏水性相互作用形成不溶性聚集体，造成产品溶解性的下降，从而影响到最终产品的功能性质。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的问题，提供一种豌豆淀粉废液中豌豆蛋白回收产品得率高，质量好，且豌豆蛋白具有高可溶性的方法。

本发明方法能够制备可溶性豌豆蛋白，其主要机理是(1)在连续热装置中，在水蒸汽高压高温以及剪切力作用下，难溶蛋白转化为可溶蛋白，实现难溶蛋白可溶化；(2)在连续水热处理前，利用糖酶将纤维素、淀粉水解为寡糖，在连续水热处理过程中，可溶性蛋白同寡糖发生糖接枝反应，提高了蛋白溶解性；(3)由于短糖链与蛋白通过共价复合或静电相互作用等次级作用形成复合物，因而抑制蛋白分子间的相互作用，减少了在后续的喷雾干燥过程中蛋白发生聚集形成不可溶性聚集体。因而，本发明采用酶解与水热处理相结合，可以使豌豆淀粉副产物中豌豆蛋白的含量以及溶解性较其他回收利用方法有更大幅度的提高，解决以往回收技术中存在的不足之处，进而提供一种以豌豆淀粉废液为原料，生产高溶解豌豆蛋白的方法。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种高溶解性豌豆蛋白粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)回收豌豆淀粉加工废水中豌豆蛋白：以豌豆淀粉废水为原料，进行薄膜浓缩，将所得浓缩液进行喷雾干燥，得豌豆蛋白粉；

(2)调浆：边搅拌边将所得豌豆蛋白粉分散于水中，形成蛋白分散液，用盐酸调节pH值至4.5-7.0；

(3)酶反应：将所得蛋白分散液搅拌后，加入糖酶，控制糖酶与蛋白分散液的质量比为1∶200～1∶20，在温度为50℃～95℃，pH值为4.5-7.0条件下酶解反应0.5h-5h；所述糖酶为耐高温a-淀粉酶、纤维素酶和a-1，4-葡萄糖水解酶中的两种或三种；

(4)连续水热处理：将步骤(3)所得酶解液调到pH值为7.0-9.0，在连续热处理装置中对酶解液进行连续水热处理，连续水热处理时间为15s～15min，温度为110～150℃，然后冷却到室温，将所得液体进行离心；

(5)喷雾干燥：将步骤(4)离心所得上清液，进行喷雾干燥或先膜浓缩后干燥，制得高溶解性豌豆蛋白粉。

为进一步实现本发明目的，步骤(1)干燥条件优选为进风温度130℃-200℃，出风温度为85℃～90℃。

步骤(2)将步骤(1)所得到的蛋白粉分散于水中，形成质量1％-8％的蛋白分散溶液。

步骤(3)中糖酶与蛋白分散液的质量比为0.5％～5％，酶解反应时间0.5h-5h。

步骤(4)采用2M氢氧化钠调节pH值，pH值为7.0-9.0，连续水热处理时间15s～15min，温度为110～150℃。。

步骤(5)的离心条件优选为2000rpm/min-4500rpm/min，时间为10min-30min。喷雾干燥条件为进风温度优选为130℃-200℃，出风温度为85℃-90℃。

所述糖酶优选为耐高温a-淀粉酶、纤维素酶和a-1，4-葡萄糖水解酶；其中耐高温a-淀粉酶、a-1，4-葡萄糖水解酶和纤维素酶质量比为1∶10∶10-10∶1∶10。

与已有技术相比，本发明具有如下有

效果：

(1)本发明采用喷雾干燥法直接处理豌豆淀粉废水，减少废水的排放，解决了废水严重污染环境的问题；

(2)本发明采用了糖酶混合物进行了前处理，通过控制酶解条件获得不同分子量的寡糖；

(3)在后续的连续水热处理过程中，短糖链可与蛋白通过共价复合或静电相互作用等次级作用形成复合物，可抑制蛋白分子间的相互作用，避免了后续干燥过程的蛋白聚集。

(4)本发明显著提高了豌豆蛋白粉的附加值，有利于豌豆蛋白粉的综合开发利用。

(5)本发明也适用于其他低脂豆类生产粉丝过程中从分离淀粉工序排放的废弃液，低脂豆类包括绿豆、蚕豆、芸豆、豇豆、扁豆等。

附图说明

图1为连续热处理装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例来对本发明作进一步说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于实施例所表述的范围。

本发明以喷雾干燥法回收所得蛋白豆粉为对比实施例。

对比实施例1：

以豌豆淀粉废液为原料，其蛋白含量为2％，淀粉含量为0.2％，薄膜浓缩，使得溶液中蛋白浓度为10％，采用喷雾干燥法回收废液中蛋白质。条件：喷雾干燥条件为进风温度150℃，出风温度为90℃。结果见表1。

对比实施例2：

以豌豆淀粉废液为原料，其蛋白含量为2％，淀粉含量为0.2％，薄膜浓缩后进行喷雾干燥即得到豌豆蛋白粉，喷雾干燥条件为：进风温度150℃，出风温度90℃，蛋白浓度为10％。将豌豆蛋白粉边搅拌边分散于水中，形成底物，底物为分散悬浮液，豌豆蛋白粉在底物中的重量含量为4％，将所得分散悬浮液用2mol/L的氢氧化钠调pH值至8.0。在连续热处理装置中进行连续水热处理。连续水热处理过程即是连续热处理过程，具体操作过程：1min内快速加热所得分散液至140℃，继续保持30s后，用冷水迅速冷却至室温。将处理后的蛋白在转速为4500rpm/min条件下离心分离30min后进行喷雾干燥回收豌豆蛋白粉。喷雾干燥条件为：进风温度：150℃，出风温度为90℃。结果见表1。

连续热处理装置如图1所示，连续热处理装置主要包括喷射蒸煮器4、保温管道5和冷却装置；物料进口1和蒸汽进口2分别与喷射蒸煮器4连通，蒸汽进口2与喷射蒸煮器4连通的管路上设有阀门3，保温管道5一端与喷射蒸煮器4连通，另一端设有冷却装置，保温管道5出口为物料出口8，冷却装置上设有冷却水进口6和冷却水出口7。连续热处理装置对高温豆粕进行了连续水热处理时，利用来自蒸汽进口2的水蒸汽的高温高压以及剪切力对来自物料进口1的物料在喷射蒸煮器4内进行处理，即连续水热处理过程，是一种连续热处理方法，也称为喷射蒸煮。处理后的物料经冷却装置冷去后由物料出口8排出。

实施例1

以豌豆淀粉废液为原料，其蛋白重量含量为2％，淀粉重量含量为0.2％，薄膜浓缩后进行喷雾干燥即得到豌豆蛋白粉，喷雾干燥条件为进风温度150℃，出风温度90℃。将边搅拌边溶于恒温酶反应器的水中，形成分散悬浮液底物，底物中豌豆蛋白粉与底物总重量百分比分别为1％、4％和8％，配置三种分散悬浮液底物，搅拌30min后，用2mol/L的盐酸将底物pH调为6.5，用加入质量百分比为0.5％的糖酶混合物(耐高温a-淀粉酶淀粉酶，a-1，4-葡萄糖水解酶(a-1，4-Glucan glucohydrolace)和纤维素酶的重量比例为1∶10∶10)进行酶解反应，酶解温度为90℃，反应时间为3h。

将所得溶液用2mol/L的氢氧化钠调pH值至8.0。在图1所示的连续热处理装置中进行连续水热处理，具体操作：1min内快速加热所得分散液至130℃，继续保持90s后，用冷水迅速冷却至室温。将处理后的蛋白通过转速为4500rpm/min离心分离30min，进行喷雾干燥，得高溶解性豌豆蛋白粉。喷雾干燥条件为进风温度：160℃，出风温度为85℃。

表1

从表1中可以看出，直接采用喷雾干燥方法将废水中蛋白进行回收，所得蛋白含量较低，且蛋白溶解性较差；然而，仅仅在连续热处理器中对废水收回所得的蛋白粉进行连续热处理，无法明显改善豌豆粉的蛋白含量以及蛋白溶解性，而本实施例将酶解与水热处理相结合，有效的提高了蛋白的含量以及蛋白溶解性。在本实施例中，利用耐高温a-淀粉酶和a-1，4-葡萄糖水解酶的酶解作用，将淀粉水解为寡糖。通过连续水热处理，在高压高温以及剪切力作用下，难溶蛋白转化为可溶蛋白，实现难溶蛋白可溶化；在连续水热处理过程中，蛋白同酶解所得的寡糖发生糖接枝反应，由于短糖链与蛋白通过共价复合或静电相互作用等次级作用形成复合物，抑制了蛋白分子间的相互作用，减少了在后续的喷雾干燥过程中蛋白再次发生聚集形成不可溶性聚集体，从而明显提高了豌豆淀粉副产物中豌豆蛋白的含量以及溶解性，解决了仅采用水热处理方法中可溶性蛋白在后续的喷雾干燥过程中再次形成难溶聚集体的难题。

实施例2

以豌豆淀粉废液为原料，其蛋白含量为2％，纤维素含量0.6％，薄膜浓缩后进行喷雾干燥即得到豌豆蛋白粉，喷雾干燥条件为：进风温度：150℃，出风温度为90℃。称取一定量的豌豆蛋白粉，边搅拌边溶于恒温酶反应器内，形成底物(重量比)浓度4％的分散悬浮液，搅拌30min后，2mol/L的盐酸将溶液pH调为6.5，分别用加入质量百分比为0.5％、3％和5％的糖酶混合物(耐高温a-淀粉酶、a-1，4-葡萄糖水解酶，纤维素酶的重量比为1∶10∶10)进行酶解反应，酶解温度为90℃，反应时间为3h。

将所得溶液用2mol/L的氢氧化钠调pH值至8.0。在连续热处理装置中进行连续水热处理，具体操作：1min内快速加热所得分散液至130℃，继续保持90s后，用冷水迅速冷却至室温。将处理后的蛋白用4500rpm/min，分离30min后进行喷雾干燥即为本发明所指的高溶解性豌豆蛋白粉。喷雾干燥条件为：进风温度：160℃，出风温度为85℃。

表2

实施例3

以豌豆淀粉废液为原料，其蛋白含量为2％，淀粉含量为0.2％，先薄膜浓缩后，蛋白浓度为10％，进行喷雾干燥即得到豌豆蛋白粉，喷雾干燥条件为：进风温度：150℃，出风温度为90℃。将所得豌豆蛋白粉边搅拌边分散于恒温酶反应器内，形成底物，底物为分散悬浮液，豌豆蛋白粉在底物中的重量含量为4％，搅拌30min后，2mol/L的盐酸将分散液pH调为6.5，用加入质量百分比为3％的糖酶混合物(耐高温a-淀粉酶、a-1，4-葡萄糖水解酶和纤维素酶的重量比例为5∶5∶10)进行酶解反应，酶解温度为90℃，反应时间分别为为0.5h、3h和5h。

将所得酶解液用2mol/L的氢氧化钠调pH值至8.0，在连续热处理装置中进行连续水热处理，具体操作：1min内快速加热所得分散液至130℃，继续保持90s后，用冷水迅速冷却至室温。将处理后的蛋白在转速为4500rpm/min条件下离心分离30min后，进行喷雾干燥，制得高溶解性豌豆蛋白粉。喷雾干燥条件为：进风温度：150℃，出风温度为90℃。

表3

实施例4

以豌豆淀粉废液为原料，其蛋白含量为2％，淀粉含量为0.2％，薄膜浓缩，蛋白浓度为10％然后进行喷雾干燥即得到豌豆蛋白粉，喷雾干燥条件为：进风温度：150℃，出风温度为90℃。称取一定量的豌豆蛋白粉，边搅拌边溶于恒温酶反应器内，形成底物(重量比)浓度4％的分散悬浮液，搅拌30min后，2mol/L的盐酸将溶液pH调为6.5，用加入3％的糖酶混合物(耐高温a-淀粉酶和a-1，4-葡萄糖水解酶的质量比为1∶1)进行酶解反应，酶解温度为90℃，反应时间为3h。

将所得溶液用2mol/L的氢氧化钠调pH值至8.0。在连续热处理装置中进行连续水热处理，具体操作：分别将1min内快速加热所得分散液至110℃、130℃和150℃，继续保持90s后，用冷水迅速冷却至室温。将处理后的蛋白用4500rpm/min，分离30min后进行喷雾干燥即为本发明所指的高溶解性豌豆蛋白粉。喷雾干燥条件为：进风温度：160℃，出风温度为85℃。

表4

实施例5

以豌豆淀粉废液为原料，其蛋白含量为2％，淀粉含量为0.2％，薄膜浓缩后，蛋白浓度为10％，然后进行喷雾干燥即得到豌豆蛋白粉，喷雾干燥条件为：进风温度：140℃，出风温度为85℃。称取一定量的豌豆蛋白粉，边搅拌边溶于恒温酶反应器内，形成底物(重量比)浓度4％的分散悬浮液，搅拌30min后，2mol/L的盐酸将溶液pH调为6.5，用加入3％的糖酶混合物(耐高温a-淀粉酶、a-1，4-葡萄糖水解酶和纤维素酶的重量比例为10∶1∶10)进行酶解反应，酶解温度为90℃，反应时间为3h。

将所得溶液用2mol/L的氢氧化钠调pH值至7.0、8.0和9.0配置三种料液。在连续热处理装置中进行连续水热处理，具体操作：1min内快速加热所得分散液至130℃，继续保持90s后，用冷水迅速冷却至室温。将处理后的蛋白用4500rpm/min，分离30min后进行喷雾干燥即为本发明所指的高溶解性豌豆蛋白粉。喷雾干燥条件为：进风温度：160℃，出风温度为85℃。

表5

实施例6

以豌豆淀粉废液为原料，薄膜浓缩后，蛋白浓度为10％，然后进行喷雾干燥即得到豌豆蛋白粉，喷雾干燥条件为：进风温度：140℃，出风温度为85℃。称取一定量的豌豆蛋白粉，边搅拌边溶于恒温酶反应器内，形成底物(重量比)浓度4％的分散悬浮液，搅拌30min后，2mol/L的盐酸将溶液pH调为6.5，用加入3％的糖酶混合物(耐高温a-淀粉酶和a-1，4-葡萄糖水解酶的重量比例为10∶1)进行酶解反应，酶解温度为90℃，反应时间为3h。

将所得溶液用2mol/L的氢氧化钠调pH值至8.0。在水热处理装置中进行连续热处理，具体操作过程：1min内快速加热所得分散液至130℃，分别继续保持15s、90s和15min后，用冷水迅速冷却至室温。将处理后的蛋白用4500rpm/min，分离30min后进行喷雾干燥即为本发明所指的高溶解性豌豆蛋白粉。喷雾干燥条件为：进风温度：160℃，出风温度为85℃。

表6

实施例7

以豌豆淀粉废液为原料，薄膜浓缩后，蛋白浓度为10％，然后进行喷雾干燥即得到豌豆蛋白粉，喷雾干燥条件为：进风温度：140℃，出风温度为85℃。称取一定量的豌豆蛋白粉，边搅拌边溶于恒温酶反应器内，形成底物(重量比)浓度4％的分散悬浮液，搅拌30min后，2mol/L的盐酸将溶液pH调为6.5，用加入0.5％的糖酶混合物(a-1，4-葡萄糖水解酶和纤维素酶的重量比例为10∶1∶10)进行酶解反应，酶解温度为90℃，反应时间为3h。

将所得溶液用2mol/L的氢氧化钠调pH值至8.0。在连续热处理装置中进行连续水热处理，1min内快速加热所得分散液至130℃，继续保持90s后，用冷水迅速冷却至室温。将处理后的蛋白分别用2000rpm/min、3500rpm/min和4500rpm/min，分离30min后进行喷雾干燥即为本发明所指的高溶解性豌豆蛋白粉。喷雾干燥条件为：进风温度：160℃，出风温度为85℃。

表7

Claims (8)

1.一种高溶解性豌豆蛋白粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）回收豌豆淀粉加工废水中豌豆蛋白：以豌豆淀粉废水为原料，进行薄膜浓缩，将所得浓缩液进行喷雾干燥，得豌豆蛋白粉；

（2）调浆：边搅拌边将所得豌豆蛋白粉分散于水中，形成蛋白分散液，用盐酸调节pH值至4.5-7.0；

（3）酶反应：将所得蛋白分散液搅拌后，加入糖酶，控制糖酶与蛋白分散液的质量比为1∶200～1∶20，在温度为50℃～95℃，pH值为4.5-7.0条件下酶解反应0.5h-5h；所述糖酶为耐高温α-淀粉酶、纤维素酶和α-1，4-葡萄糖水解酶中的两种或三种；

（4）连续水热处理：将步骤（3）所得酶解液调到pH值为7.0-9.0，在连续热处理装置中对酶解液进行连续水热处理，连续水热处理时间为15s～15min，温度为110～150℃，然后冷却到室温，将所得液体进行离心；

（5）喷雾干燥：将步骤（4）离心所得上清液，进行喷雾干燥或先膜浓缩后干燥，制得高溶解性豌豆蛋白粉。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）干燥条件为进风温度130℃-200℃，出风温度为85℃～90℃。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述蛋白分散液质量浓度为1％-8％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）搅拌时间为30～60min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）通过氢氧化钠调节pH值。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）的离心为2000rpm/min-4500rpm/min，时间为10min-30min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述喷雾干燥条件为进风温度130℃-200℃，出风温度为85℃-90℃。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述糖酶为耐高温α-淀粉酶、纤维素酶和α-1，4-葡萄糖水解酶；其中耐高温α-淀粉酶、α-1，4-葡萄糖水解酶和纤维素酶质量比为1∶10∶10-10∶1∶10。

Images