CN110551208B - 一种大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，包括以下步骤：S1、预处理；澄清豆清水中的不溶物，得到预处理豆清水；S2、浓缩；将预处理豆清水浓缩，得到浓缩豆清水；S3、盐析；向浓缩豆清水加入无机盐，控制无机盐饱和度，使豆清蛋白析出；S4、盐析沉淀分离、分散；将析出的豆清蛋白从浓缩豆清水中分离后得到湿滤饼，向湿滤饼中按照固液比为1:0.5‑3加入纯水分散，并加碱调节pH值为5‑7，得到分散液；S5、干燥；对分散液进行低温喷雾干燥，控制进风温度为90‑140℃，得到大豆胰蛋白酶抑制剂提取物。本大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，能够对豆清水进行处理，回收其中的大豆胰蛋白酶抑制剂，提高经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及大豆胰蛋白酶抑制剂技术领域，尤其涉及一种大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法。
背景技术
大豆乳清废水(下称豆清水)是低温脱脂豆粕碱溶酸沉法生产大豆分离蛋白得到的副产物，生产1t大豆分离蛋白需要排放30-35t豆清水。豆清水中含有大量可回收利用的物质，如大豆乳清蛋白、大豆低聚糖和大豆异黄酮等，还有尚未完全沉淀的大豆球蛋白，少量脂肪以及磷脂、植酸等物质。
大豆乳清蛋白(Soybean Whey Protein，SWP)是大豆中的酸溶性蛋白，占大豆蛋白总含量的10％左右，大豆乳清中含有13种蛋白质，包括两种胰蛋白酶抑制剂、β-淀粉酶、脂肪氧化酶和凝集素等。大豆胰蛋白酶抑制剂(Soy Bean Trypsin Inhibitors，SBTI)是大豆中主要的抗营养因子，目前已分离得到的有Kunitz型胰蛋白酶抑制剂(Kuni TztrypsinInhibitor，KTI)和Bowman-Birk型胰蛋白酶抑制剂(Bowman-Birktrypsin Inhibitor，BBI)，其中KTI为单头抑制剂，可抑制胰蛋白酶的活性，BBI为双头抑制剂，可同时抑制胰蛋白酶和糜蛋白酶的活性，从而降低大豆蛋白的营养价值与食用安全性。对食品工业来说，需要除去或失活SBTI来提高大豆制品的营养价值。随着研究的不断深入，发现胰蛋白酶抑制剂具有抗癌、抗炎、降低胆固醇等作用，对糖尿病的调节也有一定的效果，在医药领域具有潜在的应用价值和市场前景。
豆清水在工业上一般作为废水处理，经过水解酸化、厌氧好氧处理及生物净化等工艺处理后来达到一定的环境效益，但是工序复杂、处理费用高、难度大，且浪费了有用的资源。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，能够对豆清水进行处理，回收其中的大豆胰蛋白酶抑制剂，提高经济效益。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，包括以下步骤：
S1、预处理；
澄清豆清水中的不溶物，得到预处理豆清水；
S2、浓缩；
将预处理豆清水浓缩，得到浓缩豆清水；
S3、盐析；
向浓缩豆清水加入无机盐，控制无机盐饱和度，使豆清蛋白析出；
S4、盐析沉淀分离、分散；
将析出的豆清蛋白从浓缩豆清水中分离后得到湿滤饼，向湿滤饼中按照固液比为1:0.5-3加入纯水分散，并加碱调节pH值为5-7，得到分散液；
S5、干燥；
对分散液进行低温喷雾干燥，控制进风温度为90-140℃，得到大豆胰蛋白酶抑制剂提取物。
优选的，所述澄清具体包括：
离心机澄清；
和/或；
滤袋过滤澄清；
和/或；
陶瓷膜澄清；
和/或；
膜法澄清。
优选的，所述澄清豆清水中的不溶物具体包括：
碟片离心；
和/或；
1微米滤袋澄清；
和/或；
250kDa中空纤维膜过滤组合澄清。
优选的，所述将预处理豆清水浓缩具体包括：
对豆清水采用超滤膜进行蛋白浓缩，并将豆清水中的小分子物质去除，浓缩倍率为1-10倍；超滤膜的截留分子量为3kDa-10kDa。
优选的，所述超滤膜为中空纤维膜或卷式膜，膜材质为聚丙烯或聚醚砜。
优选的，所述超滤膜为聚醚砜卷式膜，膜截留分子量为3kDa。
优选的，所述盐析具体包括：
向浓缩豆清水中加入硫酸铵固体搅拌溶解，控制饱和度为30％-40％，使豆清蛋白在15℃以下低温析出，盐析时间6-14h。
优选的，所述盐析沉淀分离、分散中：
通过离心分离的方式将析出的豆清蛋白从浓缩豆清水中分离后得到湿滤饼。
优选的，所述盐析沉淀分离、分散中：
湿滤饼与纯水的固液比为1:1，并加0.5-1mol/L的NaOH将pH调节为5。
优选的，所述S5、干燥中：
得到大豆胰蛋白酶抑制剂提取物的含水量低于10％。
本发明提出的大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，通过将豆清水通过预处理、浓缩、盐析、盐析沉淀分离、分散和干燥后，可以从豆清水中提取出大豆胰蛋白酶抑制剂提取物，增加豆清水的经济效益。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，包括以下步骤：
S1、预处理；
澄清豆清水中的不溶物，得到预处理豆清水
新鲜豆清水来源丰富，pH约4.5，温度35℃左右，由于含有大量微生物，和含有糖类、蛋白类、无机盐类组分，如不及时处理，很快会酸败，因此豆清水接收后，需要立即进行预处理。
通过物理手段，首先去除豆清水中残余的不溶物，包括但不限于离心机澄清、滤袋过滤澄清、陶瓷膜澄清、膜法澄清等工艺手段；或采用组合的手段进行澄清。经过预处理后的豆清水，不仅没有可见不溶物，而且还大幅度降低了微生物负荷，对于后续工艺平稳运行，保障粗提物质量都十分必要。
通过250kDa中空纤维膜为深度澄清，兼具降低微生物负荷作用。
S2、浓缩；
将预处理豆清水浓缩，得到浓缩豆清水；
本申请中，预处理后的豆清水中存在小分子物质，如大豆低聚糖、无机盐、色素等物质，可以采用超滤膜进行蛋白浓缩，并将豆清水中的小分子物质，如大豆低聚糖、无机盐、色素等物质部分去除，提高豆清蛋白的相对比例，浓缩倍率为1-10倍。过高的倍率则会引起膜阻力增加、膜通量下降。滤膜的截留分子量为3-10kDa。
具体的，超滤膜为中空纤维膜或卷式膜，膜材质为聚丙烯或聚醚砜。
S3、盐析；
向浓缩豆清水加入无机盐，控制无机盐饱和度，使豆清蛋白析出。
盐析时无机盐的饱和度控制很重要，因为不同的蛋白组分发生盐析所需要的无机盐饱和度不同。过低的盐浓度，蛋白收获率偏低；过高的盐浓度，蛋白收获率高但纯度低。低温环境可以保持蛋白酶抑制剂的活性，并抑制微生物生长。
S4、盐析沉淀分离、分散；
将析出的豆清蛋白从浓缩豆清水中分离后得到湿滤饼，向湿滤饼中按照固液比为1:0.5-3加入纯水分散，并加碱调节pH值为5-7，得到分散液。
豆清蛋白析出后，可以通过物理的“固-液分离”原理，将蛋白沉淀物与溶液部分进行分离。可以采用合适类型的工业离心机、压滤机等设备进行分离，收获盐析沉淀物(ASP)。
离心分离出的湿滤饼(WASP)，可以按“固-液比”1:0.5-3加纯水进行搅拌分散。举例来说，用0.5-1mol/L NaOH缓慢调节pH值至5-7，过滤掉不溶物，分散均匀后的蛋白液呈无颗粒的悬浊态。
分散时如果加水量过小，蛋白滤饼难于分散；如果加水过多，蛋白被过度稀释，加重后工序干燥负担。
分散时适当加碱调节pH，能够使蛋白分散液减少结块，便于后工序干燥(特别是对低温喷雾干燥有益)。但若调pH值若过高(＞7)会引起氨气释放。
S5、干燥；
对分散液进行低温喷雾干燥，控制进风温度为90-140℃，得到大豆胰蛋白酶抑制剂提取物。
冻干工艺为蛋白干燥的传统工艺，但设备投资大、能耗高、占地大、大型冻干机还必须借助机械进出料装置才能实现操作，干品需要粉碎工序，冻干机还有批产能瓶颈。
由于SBTI蛋白有较好的耐热稳定性，通过低温喷雾干燥可以瞬间干燥，产品细度均匀，设备投资少，占地小，能耗低，连续化生产，没有放大瓶颈制约。低温喷雾干燥时的进风温度控制在90～140℃，干粉回收率＞95％，干燥后的产品与冻干工艺相比无酶活损失。
喷雾干燥收获的产品稳定性良好，可以室温存放，避免了盐析湿滤饼不能储存运输的弊病(容易产生霉变发臭)。由于喷干粉细度均匀，无须粉碎工序，非常适合于粉末最终混合，无批产能瓶颈。
实施例1
一种大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，包括以下步骤：
S1、预处理；
通过碟片离心和/或1微米滤袋澄清和/或250kDa中空纤维膜过滤组合澄清澄清豆清水中的不溶物，得到预处理豆清水。
S2、浓缩；
将预处理豆清水浓缩，得到浓缩豆清水。
对豆清水采用超滤膜进行蛋白浓缩，并将豆清水中的小分子物质去除，浓缩倍率为1倍；超滤膜的截留分子量为3kDa。
超滤膜为聚醚砜卷式膜。
S3、盐析；
向浓缩豆清水中加入硫酸铵固体搅拌溶解，控制饱和度为30％，使豆清蛋白在15℃以下低温析出，盐析时间6h。
S4、盐析沉淀分离、分散；
将析出的豆清蛋白从浓缩豆清水中分离后得到湿滤饼，向湿滤饼中按照固液比为1:0.5加入纯水分散，并加0.5mol/L的NaOH将pH调节为5，得到分散液。
S5、干燥；
对分散液进行低温喷雾干燥，控制进风温度为90℃，得到大豆胰蛋白酶抑制剂提取物，得到大豆胰蛋白酶抑制剂提取物的含水量低于10％。
实施例2
一种大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，包括以下步骤：
S1、预处理；
通过碟片离心和/或1微米滤袋澄清和/或250kDa中空纤维膜过滤组合澄清澄清豆清水中的不溶物，得到预处理豆清水。
S2、浓缩；
将预处理豆清水浓缩，得到浓缩豆清水。
对豆清水采用超滤膜进行蛋白浓缩，并将豆清水中的小分子物质去除，浓缩倍率为10倍；超滤膜的截留分子量为10kDa。
超滤膜为聚醚砜卷式膜。
S3、盐析；
向浓缩豆清水中加入硫酸铵固体搅拌溶解，控制饱和度为40％，使豆清蛋白在15℃以下低温析出，盐析时间14h。
S4、盐析沉淀分离、分散；
将析出的豆清蛋白从浓缩豆清水中分离后得到湿滤饼，向湿滤饼中按照固液比为1:3加入纯水分散，并加1mol/L的NaOH将pH调节为7，得到分散液。
S5、干燥；
对分散液进行低温喷雾干燥，控制进风温度为140℃，得到大豆胰蛋白酶抑制剂提取物，得到大豆胰蛋白酶抑制剂提取物的含水量低于10％。
实施例3
一种大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，包括以下步骤：
S1、预处理；
通过碟片离心和/或1微米滤袋澄清和/或250kDa中空纤维膜过滤组合澄清澄清豆清水中的不溶物，得到预处理豆清水。
S2、浓缩；
将预处理豆清水浓缩，得到浓缩豆清水。
对豆清水采用超滤膜进行蛋白浓缩，并将豆清水中的小分子物质去除，浓缩倍率为5倍；超滤膜的截留分子量为3kDa。
超滤膜为聚醚砜卷式膜。
S3、盐析；
向浓缩豆清水中加入硫酸铵固体搅拌溶解，控制饱和度为35％，使豆清蛋白在15℃以下低温析出，盐析时间10h。
S4、盐析沉淀分离、分散；
将析出的豆清蛋白从浓缩豆清水中分离后得到湿滤饼，向湿滤饼中按照固液比为1:1加入纯水分散，并加0.5mol/L的NaOH将pH调节为5，得到分散液。
S5、干燥；
对分散液进行低温喷雾干燥，控制进风温度为110℃，得到大豆胰蛋白酶抑制剂提取物，得到大豆胰蛋白酶抑制剂提取物的含水量低于10％。
实施例4
一种大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，包括以下步骤：
S1、预处理；
通过碟片离心和/或1微米滤袋澄清和/或250kDa中空纤维膜过滤组合澄清澄清豆清水中的不溶物，得到预处理豆清水。
S2、浓缩；
将预处理豆清水浓缩，得到浓缩豆清水。
对豆清水采用超滤膜进行蛋白浓缩，并将豆清水中的小分子物质去除，浓缩倍率为5倍；超滤膜的截留分子量为3kDa。
超滤膜为聚醚砜卷式膜。
S3、盐析；
向浓缩豆清水中加入氯化钠搅拌溶解，控制饱和度为35％，使豆清蛋白在15℃以下低温析出，盐析时间10h。
S4、盐析沉淀分离、分散；
将析出的豆清蛋白从浓缩豆清水中分离后得到湿滤饼，向湿滤饼中按照固液比为1:1加入纯水分散，并加0.5mol/L的NaOH将pH调节为5，得到分散液。
S5、干燥；
对分散液进行低温喷雾干燥，控制进风温度为110℃，得到大豆胰蛋白酶抑制剂提取物，得到大豆胰蛋白酶抑制剂提取物的含水量低于10％。
上述实施例制得的粗提物为性质稳定的干粉，经特定数量的干粉混合，可以按需构成产品批量。
ASP干粉质量稳定，不霉变，可以室温储存和运输。
分别取上述实施例1-4的工艺步骤制得的大豆胰蛋白酶抑制剂提取物，检测其检验外观、水分、pH、电导率、吸光度、和胰蛋白酶抑制活性(TI)，结果如下表所示：
表1：大豆胰蛋白酶抑制剂检测数据
最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、预处理；
澄清豆清水中的不溶物，得到预处理豆清水；
S2、浓缩；
将预处理豆清水浓缩，得到浓缩豆清水；
S3、盐析；
向浓缩豆清水加入无机盐，控制无机盐饱和度为30％～40％，使豆清蛋白析出；
S4、盐析沉淀分离、分散；
将析出的豆清蛋白从浓缩豆清水中分离后得到湿滤饼，向湿滤饼中按照固液比为1:0.5-3加入纯水分散，并加碱调节pH值为5-7，得到分散液；
S5、干燥；
对分散液进行低温喷雾干燥，控制进风温度为90-140℃，得到大豆胰蛋白酶抑制剂提取物。
2.如权利要求1所述的大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，其特征在于，所述澄清具体包括：
离心机澄清；
和/或；
滤袋过滤澄清；
和/或；
陶瓷膜澄清；
和/或；
膜法澄清。
3.如权利要求2所述的大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，其特征在于，所述澄清豆清水中的不溶物具体包括：
碟片离心；
和/或；
1微米滤袋澄清；
和/或；
250kDa中空纤维膜过滤组合澄清。
4.如权利要求1所述的大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，其特征在于，所述将预处理豆清水浓缩具体包括：
对豆清水采用超滤膜进行蛋白浓缩，并将豆清水中的小分子物质去除，浓缩倍率为1-10倍；超滤膜的截留分子量为3kDa-10kDa。
5.如权利要求4所述的大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，其特征在于，所述超滤膜为中空纤维膜或卷式膜，膜材质为聚丙烯或聚醚砜。
6.如权利要求5所述的大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，其特征在于，所述超滤膜为聚醚砜卷式膜，膜截留分子量为3kDa。
7.如权利要求1所述的大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，其特征在于，所述盐析具体包括：
向浓缩豆清水中加入硫酸铵固体搅拌溶解，控制饱和度为30％-40％，使豆清蛋白在15℃以下低温析出，盐析时间6-14h。
8.如权利要求1所述的大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，其特征在于，所述盐析沉淀分离、分散中：
通过离心分离的方式将析出的豆清蛋白从浓缩豆清水中分离后得到湿滤饼。
9.如权利要求1所述的大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，其特征在于，所述盐析沉淀分离、分散中：
湿滤饼与纯水的固液比为1:1，并加0.5-1mol/L的NaOH将pH调节为5。
10.如权利要求1-9任一项所述的大豆胰蛋白酶抑制剂的提取方法，其特征在于，所述S5干燥后：
得到大豆胰蛋白酶抑制剂提取物的含水量低于10％。
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