CN103896994A - 一种从大豆乳清废液中分离提取低聚糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从大豆乳清废液中分离提取低聚糖的方法，属于大豆深加工及废水资源化技术领域。本发明采用超滤，活性炭吸附和反渗透技术对大豆乳清废液进行预处理，再通过DS550大孔吸附树脂对预处理后的乳清废液进行吸附处理，在进样浓度5%～55%、进样量5～30mL、分离温度30～80℃、洗脱流速1～10mL/min的条件下生产的低聚糖纯度达到91.66%。本发明公开的方法具有成本低，效率高，废液排放少，环境污染低，经济和环境效益俱佳的特点，适于产业化推广。

Description

一种从大豆乳清废液中分离提取低聚糖的方法

技术领域

本发明涉及一种从大豆乳清废液中分离提取低聚糖的方法，属于大豆深加工及废水资源化技术领域。

技术背景

大豆乳清废液是大豆分离蛋白生产加工过程中的产物，近年来随着大豆蛋白生产企业规模的扩大，排放的乳清废水越来越多，经测定，在乳清废液中，含有乳清球蛋白1.2%和大豆低聚糖1.0%，另外还含有很多有益的生理活性成分，一直以来，乳清废液大多都作为废水被排放掉，既污染了环境，又浪费了资源。大豆低聚糖是一种功能性保健食品，对双歧杆菌有活化和增殖作用，有保肝、降血压、防便秘、预防癌症等多种生理保健功能。目前国内生产大豆低聚糖主要采用超滤、反渗透、电渗析等方法从大豆乳清中分离大豆低聚糖，能耗量大，工业化成本较高。

发明内容

为解决上述问题和不足，本发明提供了一种从大豆乳清废液中分离提取低聚糖的方法，采用的技术方案如下：

一种从大豆乳清废液中分离提取低聚糖的方法，是去除乳清废液中的乳清蛋白，进行脱色并采用反渗透膜进行预处理；利用大孔吸附树脂对经过预处理的大豆乳清废液进行吸附处理，解吸后得到大豆低聚糖溶液。

所述方法中大孔吸附树脂为DS550型树脂、AB-8树脂、陶氏310树脂或漂莱特钙型树脂中任一一种。

所述方法中优选大孔吸附树脂为DS550型。

所述方法的步骤如下：

1）利用超滤装置去除大豆乳清废液中的乳清蛋白，再用活性碳对乳清废液进行脱色处理，再对大豆乳清废液进行反渗透处理并浓缩后，获得预处理大豆乳清废液；

2）利用DS550型大孔吸附树脂对步骤1）所得预处理大豆乳清废液进行吸附处理，解吸得到大豆低聚糖溶液；

3）将步骤2）所得的大豆低聚糖溶液浓缩后进行喷雾干燥，得到大豆低聚糖。

所述方法步骤1）中所述超滤，温度为30～50℃，超滤膜截留分子量为8000Da；所述活性炭，添加量为0.1%～2%；所述反渗透，反渗透膜截留分子量为400～800Da；所述浓缩，是将大豆乳清废液浓缩到固形物含量为10%～20%。

所述方法步骤2）中所述吸附和解吸处理条件为：上样浓度5%～55%，进样量5～30mL、分离温度30℃～80℃、洗脱流速1mL/min～10mL/min。

所述方法步骤2）中所述解吸，洗脱剂为蒸馏水。

所述方法步骤3）中所述浓缩，是将大豆低聚糖溶液浓缩至干物质含量为60%-75%。

所述方法的具体步骤如下：

1）利用超滤装置在温度30-50℃，截留分子量为8000Da条件下去除大豆乳清废液中的乳清蛋白，采用0.1%～2%的活性碳对大豆乳清废液进行脱色，再利用截留分子量为400～800Da的反渗透膜对大豆乳清废液进行反渗透处理，同时将大豆乳清废液浓缩到固形物含量为10%-20%，获得预处理大豆乳清废液；

2）采用蒸馏水为洗脱剂，通过等度洗脱的方式，利用DS550型树脂对步骤1）所得预处理大豆乳清废液在上样浓度5%～55%，进样量5～30mL、分离温度30℃～80℃、洗脱流速为1mL/min～10mL/min的条件下进行吸附和解吸处理，得到大豆低聚糖溶液；

3）利用真空浓缩装置将步骤2）所得大豆低聚糖液浓缩到干物质含量60%-75%，浓缩后进行喷雾干燥获得大豆低聚糖。

本发明的有益效果：本发明采用大孔吸附树脂DS550吸附分离大豆乳清废液中低聚糖，在上样浓度为5%～55%，进样量5～30mL、分离温度30℃～80℃、洗脱流速为1mL/min～10mL/min的条件下，所得大豆低聚糖纯度可达到91.66%。

本发明可以解决大豆分离蛋白生产过程中废液直接排放污染环境的问题，解决传统方法生产大豆低聚糖成本高，耗能大的问题，该方法可降低生产成本，有很好的实际应用价值。发明中采用大孔吸附树脂吸附分离大豆低聚糖，可同时除去单糖类物质和其他杂质，产品的纯度较高，该方法的应用可提升企业的经济效益。

附图说明

图1为不同吸附树脂对大豆低聚糖的静态吸附效果；

（A,AB-8树脂;B,陶氏310型树脂;C,DS550型树脂;D,漂莱特钙型树脂）。

图2为不同吸附树脂对大豆低聚糖静态吸附的解吸效果；

（A,AB-8树脂;B,陶氏310型树脂;C,DS550型树脂;D,漂莱特钙型树脂）。

图3为大豆低聚糖标准品液相检测图谱。

图4为不同原料浓度对大豆低聚糖分离效果影响。

图5为不同洗脱流速对大豆低聚糖分离效果的影响。

图6为不同分离温度对大豆低聚糖分离效果的影响。

图7为在优化原料浓度、洗脱流速、分离温度后的最佳参数条件下洗脱样品中低聚糖和还原糖分离曲线。

图8为最优参数条件下洗脱样品的高效液相色谱检测图谱。

具体实施方式

本发明提供的方法采用树脂分离的成本低，吸附效率高，回收容易，具有较高的经济效益，易于产业化推广。同时本发明对大豆乳清的处理减少了废液的排放，降低了环境污染，具有良好的环境效益。下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受所述实施例的限制。

实施例1大豆乳清废液的预处理

以工业化生产产生的大豆乳清废液（蛋白含量0.31%，NaCl含量0.22%）为原料，利用超滤装置在温度30-50℃，截留分子量为8000Da条件下去除大豆乳清废液中的乳清蛋白，采用0.1%～2%的活性碳对大豆乳清废液进行脱色，采用截留分子量为400～800Da的反渗透膜除去废液中的其他小分子物质，同时将大豆乳清废液浓缩到固形物含量为10%-20%。根据以上处理方法得到预处理大豆乳清废液。

实施例2大孔吸附树脂对预处理后大豆乳清废液的吸附作用

以实施例1获得的预处理大豆乳清废液为原料，利用AB-8树脂、陶氏310树脂、漂莱特钙型树脂、DS550树脂和表1所示仪器设备进行静态吸附试验。

表1实施例2中所用仪器设备

1、大孔吸附树脂的处理

取适量大孔吸附树脂，用95%的乙醇浸泡24h，充分溶胀后用蒸馏水洗净备用。各种大孔树脂的化学及物理性质如表2所示。

表2各种大孔树脂的化学及物理性质

2、不同树脂对大豆低聚糖的吸附能力及解吸能力

准确称取已处理好的各种类型的大孔吸附树脂10g放入250mL的三角瓶中，分别加入预处理后的乳清废液50mL，使树脂完全浸泡，放入25℃的恒温振荡器中振荡（180转/分），吸附一定时间后，过滤，测定吸附前后废液中总糖和还原糖含量，以计算吸附量。

吸附量=（吸附前总糖含量-吸附前还原糖含量）-（吸附后总糖含量-吸附后还原糖含量）

将吸附大豆低聚糖后的不同型号树脂用蒸馏水分别处理，方法同吸附能力试验方法，在同一温度及转速条件下进行解吸5h，测定解吸量，以此筛选出合适的树脂进行以下试验。

按下式计算解吸量：

解吸量（mg/mL）=解吸液中总糖含量-解吸液中还原糖含量

由图1可知，不同吸附树脂静态吸附大豆乳清废液中低聚糖的吸附能力不同，其中C型树脂的吸附能力显著强于A型和B型树脂（P＜0.05）。这是由于三种树脂的极性不同，而且树脂的孔径、比表面积和形成氢键等因素的不同所得出的结果也不同，而且直接影响到吸附能力。由图2可知，在同一条件下，不同型号吸附树脂对大豆低聚糖的解吸能力不同，本实施例中的解吸剂是从树脂的解吸性能、解吸效率、节能、价廉和毒性角度进行选择的，其中以水较佳，所以采用蒸馏水作为解吸剂。

实施例3

1、大豆低聚糖的液相检测

色谱柱：phenomenex Rcm-monosacchar Ca柱（300×7.80mm）；流动相：水；流速：0.6mL/min；柱温：80℃；示差检测器；进样量10μL。

2、样品分离度的计算方式

大豆低聚糖样品的分离度按下式计算：

分离度的计算： $R_{\mathrm{sij}}=\frac{2(t_j-t_i)}{W_i+W_j}$

式中Rsij为各组分间的分离度，ti和tj分别为峰i和峰j的保留时间；wi和wj分别为峰i和峰j在峰底（基线）的峰宽。

3、大孔吸附树脂对大豆低聚糖的动态吸附和解吸试验

将静态吸附筛选出的DS550树脂装入1.0×100cm的层析柱中，在35℃下将预处理后的大豆乳清废液上柱，用蒸馏水作为洗脱剂，在一定流速下进行洗脱分离，2min收集1管洗脱液，测定洗脱液中低聚糖与其他糖类物质的分离度。

由于大孔吸附树脂的吸附和解吸能力与浓度、流速、温度等有直接关系，因此在动态吸附试验中主要考虑分离温度、洗脱流速、原料浓度等三个条件对大豆低聚糖分离度的影响。

4、不同原料浓度对大豆低聚糖分离效果的影响

分别配制不同浓度（5%、15%、25%、35%、45%，m/v）的乳清废液泵入装有DS550树脂的层析柱中，在3mL/min流速、温度30℃（考虑到季节不同，温度的浮动较大，因此将30℃设定为正常室温）条件下，用蒸馏水作为洗脱剂进行洗脱，2min收集1管洗脱液，测定洗脱液中低聚糖与其他糖类物质的分离度。

5、不同洗脱流速对大豆低聚糖分离效果的影响

将一定浓度（通过以上不同浓度的筛选结果）的乳清废液泵入装有DS550树脂的层析柱中，在温度30℃（考虑到季节不同，温度的浮动较大，因此将30℃设定为正常室温）条件下，以不同流速（1mL/min、2mL/min、3mL/min、4mL/min、5mL/min）的蒸馏水作为洗脱剂进行洗脱，2min收集1管洗脱液，测定洗脱液中低聚糖与其他糖类物质的分离度。

6、不同分离温度对大豆低聚糖分离效果的影响

将一定浓度（通过以上不同浓度的筛选结果）的乳清废液泵入装有DS550树脂的层析柱中，在不同温度条件（45℃、55℃、65℃、75℃、85℃）下，以一定流速（采用第6点筛选出来的结果）的蒸馏水作为洗脱剂进行洗脱，2min收集1管洗脱液，测定洗脱液中低聚糖与其他糖类物质的分离度。

7、结果

①大豆低聚糖标准品液相检测

图3为大豆低聚糖标准品的液相色谱检测结果。

②不同原料浓度对大豆低聚糖分离效果的影响

分别配制5%、15%、25%、35%和45%的大豆低聚糖粗提液，在温度30℃、流速2mL/min、进样量15mL条件下进行分离，测定不同原料浓度下大豆乳清废液在DS550树脂上的分离度。由图4可知原料浓度为5%时，分离度最高，45%条件下分离度最低，这可能是由于随着料液浓度的增加，树脂的吸附量增加，在一定解吸流速下，解吸物质也逐渐增多，影响到吸附物质的纯度，从而引起分离度的下降。从工作效率和分离效果方面考虑确定15%为最佳的原料浓度。

③不同洗脱流速对大豆低聚糖分离效果的影响

一般情况下，对于同一浓度的样品溶液，吸附流速过大，树脂的吸附量就会降低。但吸附流速过小，吸附时间就会增加，在实际应用中，应综合考虑来确定最佳吸附流速，既要使大孔吸附树脂的吸附效果好，又要保证较高的工作效率。因此本实施例中设计了1mL/min～5mL/min5个不同梯度的流速，由图5可知，随着流速的增大，分离度逐渐下降，这是由于随着速度的增加，在一定吸附率条件下，树脂中低聚糖的解吸速率随之降低，根据大孔树脂的吸附作用主要是物理吸附（范德华力或产生氢键的结果），所以流速对其解吸率具有较大的影响，因此随着流速的增加低聚糖的分离度下降，综合考虑树脂的吸附效果及工作效率，确定流速2mL/min为最适流速。

④不同分离温度对大豆低聚糖分离效果的影响

对于糖类物质吸附分离而言，升高温度可促使吸附速度加快，待吸附达到平衡后，吸附量又会随着温度的升高而下降。由图6可知，样品的分离度在45℃～65℃之间是随温度的升高而增大，当温度大于65℃，其分离度又逐渐降低。其中65℃时，分离度和总糖回收率都达到较高的程度，因此确定65℃为最适分离温度。

⑤最佳参数条件下的分离效果及液相检测图谱

图7是利用以上优化后的参数进行吸附分离大豆乳清废液，通过测定22min（22min是根据在2的流速条件下，样品经过柱长能够检测到洗脱液中有样品出现的时间）后洗脱样品的低聚糖和还原糖含量所绘制的分离曲线。图8是在优化后参数条件下，测定的22min时洗脱样品的液相检测图谱，从检测后的峰面积计算得到，该分离条件下，大豆低聚糖的纯度可达到91.66%。

Claims (9)

1.一种从大豆乳清废液中分离提取低聚糖的方法，其特征在于，去除乳清废液中的乳清蛋白，进行脱色并采用反渗透膜进行预处理；利用大孔吸附树脂对经过预处理的大豆乳清废液进行吸附处理，解吸后得到大豆低聚糖溶液。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述大孔吸附树脂为DS550型树脂、AB-8树脂、陶氏310树脂或漂莱特钙型树脂中任一一种。

3.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述大孔吸附树脂为DS550型。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，步骤如下：

1）利用超滤装置去除大豆乳清废液中的乳清蛋白，再用活性碳对乳清废液进行脱色处理，再对大豆乳清废液进行反渗透处理并浓缩后，获得预处理大豆乳清废液；

2）利用DS550型大孔吸附树脂对步骤1）所得预处理大豆乳清废液进行吸附处理，解吸得到大豆低聚糖溶液；

3）将步骤2）所得的大豆低聚糖溶液浓缩后进行喷雾干燥，得到大豆低聚糖。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，步骤1）中所述超滤，温度为30～50℃，超滤膜截留分子量为8000Da；所述活性炭，添加量为0.1%～2%；所述反渗透，反渗透膜截留分子量为400～800Da；所述浓缩，是将大豆乳清废液浓缩到固形物含量为10%～20%。

6.根据权利要求4所述方法，其特征在于，步骤2）中所述吸附和解吸处理条件为：上样浓度5%～55%，进样量5～30mL、分离温度30℃～80℃、洗脱流速1mL/min～10mL/min。

7.根据权利要求4所述方法，其特征在于，步骤2）中所述解吸，洗脱剂为蒸馏水。

8.根据权利要求4所述方法，其特征在于，步骤3）中所述浓缩，是将大豆低聚糖溶液浓缩至干物质含量为60%-75%。

9.根据权利要求4所述方法，其特征在于，具体步骤如下：

1）利用超滤装置在温度30-50℃，截留分子量为8000Da条件下去除大豆乳清废液中的乳清蛋白，采用0.1%～2%的活性碳对大豆乳清废液进行脱色，再利用截留分子量为400～800Da的反渗透膜对大豆乳清废液进行反渗透处理，同时将大豆乳清废液浓缩到固形物含量为10%-20%，获得预处理大豆乳清废液；

2）采用蒸馏水为洗脱剂，通过等度洗脱的方式，利用DS550型树脂对步骤1）所得预处理大豆乳清废液在上样浓度5%～55%，进样量5～30mL、分离温度30℃～80℃、洗脱流速为1mL/min～10mL/min的条件下进行吸附和解吸处理，得到大豆低聚糖溶液；

3）利用真空浓缩装置将步骤2）所得大豆低聚糖液浓缩到干物质含量60%-75%，浓缩后进行喷雾干燥获得大豆低聚糖。

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