CN112825959A - 一种基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，包括以下步骤：（1）制备大豆粉末；（2）制备低共熔溶剂；（3）将低共熔溶剂与大豆粉末混合；（4）离心取上清液；（5）加入试剂使蛋白质析出；（6）离心取下层蛋白质。通过低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法在环保、降解等领域有着很高的研究前景，同时该方法操作简单、成本低、提取效率高，为之后提取大豆蛋白提供新的思路。
Description
技术领域
本发明属于大豆蛋白提取优化领域，具体涉及一种基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法。
背景技术
大豆蛋白作为一种植物性蛋白，其蛋白质的组成种类和我们日常食用的蛋白类产品相近，其中所含的必须氨基酸种类丰富。大豆蛋白中不含有胆固醇，对于补充氨基酸来说，大豆蛋白是目前报道的唯一含有人体所需的9种必需氨基酸且含量满足人体需求的一种植物蛋白。大豆的蛋白质含量几乎是肉类和蛋类的2倍，因而可以在食品行业中发挥重要的作用，基于这样的优势，激发着越来越多的人去研究如何尽量多、尽量高效地获得我们所需要的蛋白。
传统的提取方式主要是利用碱提酸沉淀法提取大豆中的蛋白质，即利用蛋白质在碱性溶液中生成易溶物，在酸性溶液中生成沉淀的性质，用碱提取，酸沉淀达到提纯或分离的目的，但是这种提取方法有着提取效率低、污染严重、所需试剂量大、不易控制条件等缺点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，具有提取效率高、可回收、可降解、可控制、易于操作、成本低等优点，是一种新型高效绿色的方法，为之后提取大豆中蛋白质提供新的方法和思路。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，包括以下步骤：
1）制备萃取液，加水稀释到所需倍数，即得低共熔溶剂的水溶液；
2）将大豆粉末加入低共熔溶剂的水溶液中，形成悬浊液；
3）将悬浊液进行加热搅拌，然后离心得到上清液；
4）向上清液中加入试剂，使蛋白质析出，离心得到蛋白质。
作为本申请的优选技术方案，所述步骤1）中制备萃取液，包括以下步骤：
1）将氢键受体与氢键供体混合；
2）将上述混合物于60~100℃加热搅拌30~150min成均一相，即得低共熔溶剂。
作为本申请的优选技术方案，所述氢键受体包括氯化胆碱、氨基酸中的一种，所述氢键供体为甘油、聚乙二醇、乙二醇、丁二醇中的至少一种，所述氢键受体与氢键供体的摩尔比为1:1-1:4。
作为本申请的优选技术方案，所述萃取液中，低共熔溶剂的体积分数为10-100%。
作为本申请的优选技术方案，步骤3）中，所述加热温度为20-100 ℃，所述搅拌转速为250-1250 rpm，所述搅拌时间为1-5 h。
作为本申请的优选技术方案，所述大豆粉末与步骤4）中试剂的固液比为1:30-110g/mL，所述试剂加入盐酸或NaOH调节pH至3-8。
作为本申请的优选技术方案，所述试剂为水，并加入饱和食盐水，其中饱和食盐水的体积分数为0-100%。
作为本申请的优选技术方案，所述饱和食盐水的体积分数为20-100%。
作为本申请的优选技术方案，所述试剂为乙醇。
作为本申请的优选技术方案，所述大豆粉末与低共熔溶剂的固液比为1:6~22g/mL。
有益效果：
本发明的大豆加工成粉末，以提高低共熔溶剂和大豆粉末之间的结合，提高低共熔溶剂提取大豆粉末中蛋白质的效率；低共熔溶剂由氢键受体和氢键供体组成，是一种新型溶剂，合成简单快速、绿色无污染、降解性好、价格低廉；将低共熔溶剂与大豆粉末混合，以加热搅拌为提取手段，蛋白质和低共熔溶剂通过氢键连接，将大豆粉末中的蛋白质溶解到溶剂中来，对大豆中的蛋白质进行提取，该方法拥有污染少、用量少、无废酸废碱产生、操作简单、提取效率高等优点。
附图说明
图1是本发明基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法的工艺流程图；
图2是氢键受体与氢键供体的摩尔比为1:1和1:3，低共熔溶剂的体积分数为20%、40%、60%、80%、100%的萃取液对大豆中蛋白质的提取率；
图3是氢键受体与氢键供体的摩尔比为1:1、1:2、1:3、1:4，低共熔溶剂的体积分数为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%的萃取液对大豆中蛋白质的提取率；
图4是加热温度对蛋白质提取效率的影响；
图5是搅拌转速对蛋白质提取效率的影响；
图6是搅拌时间对蛋白质提取效率的影响；
图7是大豆粉末与低共熔溶剂的固液比对蛋白质提取效率的影响；
图8是试剂为水时，大豆粉末与试剂的固液比对蛋白质提取效率的影响；
图9是试剂pH对蛋白质提取效率的影响；
图10是试剂为水时，饱和食盐水的体积分数对蛋白质提取效率的影响。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详细说明。所用试剂或者仪器设备未注明生产厂商的，均视为可以通过市场购买的常规产品。每一次试验大豆粉末的用量均为1g。
实施例1：初步考察氢键受体、氢键供体种类及其摩尔比、低共熔溶剂的体积分数对提取效率的影响。
一种基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，包括以下步骤：
1）制备萃取液，即低共熔溶剂溶液：将氯化胆碱依次与甘油、聚乙二醇、乙二醇、1,2-丁二醇、1,4-丁二醇，分别以1:1、1:3的摩尔比混合，于60~100℃加热搅拌30~150min成均一相，即得低共熔溶剂，随后加水进行稀释，分别配制低共熔溶剂的体积分数为20%、40%、60%、80%、100%的萃取液；
2）将大豆粉末加入低共熔溶剂中，形成悬浊液，固液比为1:10g/mL；
3）将悬浊液于60℃加热搅拌2h，转速为1000 rpm，然后离心得到上清液；
4）用盐酸调节50mL水至pH为4，使得大豆粉末与水的固液比为1:50 g/mL，加入上清液中，使蛋白质析出，离心得到蛋白质。
如图2所示，氢键受体为氯化胆碱，氢键供体为甘油，两者的摩尔比为1:3，低共熔溶剂的体积分数为100%时提取效率最高，同时图2中还可以看出当低共熔溶剂的体积分数为20%时，提取效率较低。
实施例2：进一步考察氢键受体、氢键供体的摩尔比、低共熔溶剂的体积分数对提取效率的影响。
一种基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，包括以下步骤：
1）制备萃取液，即低共熔溶剂溶液：将氯化胆碱与甘油，分别以1:1、1:2、1:3、1:4的摩尔比混合，于60~100℃加热搅拌30~150min成均一相，即得低共熔溶剂，随后加水进行稀释，分别配制低共熔溶剂的体积分数为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%的萃取液；
2）将大豆粉末加入低共熔溶剂中，形成悬浊液，固液比为1:10g/mL；
3）将悬浊液于60℃加热搅拌2h，转速为1000 rpm，然后离心得到上清液；
4）用盐酸调节50mL水至pH为4，使得大豆粉末与水的固液比为1:50 g/mL，加入上清液中，使蛋白质析出，离心得到蛋白质。
如图3所示，氢键受体为氯化胆碱，氢键供体为甘油，两者的摩尔比为1:3，低共熔溶剂的体积分数为100%时提取效率最高。
实施例3：考察加热温度对蛋白质提取效率的影响。
一种基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，包括以下步骤：
1）制备萃取液，即低共熔溶剂溶液：将氯化胆碱与甘油，以1:3的摩尔比混合，于60~100℃加热搅拌30~150min成均一相，即得低共熔溶剂的体积分数为100%的萃取液；
2）将大豆粉末加入低共熔溶剂中，形成悬浊液，固液比为1:10g/mL；
3）将悬浊液分别于20℃、40℃、60℃、80℃、100℃加热搅拌2h，转速为1000 rpm，然后离心得到上清液；
4）用盐酸调节50mL水至pH为4，使得大豆粉末与水的固液比为1:50 g/mL，加入上清液中，使蛋白质析出，离心得到蛋白质。
如图4所示，在100℃时拥有最高的提取效率，但是由于大豆蛋白质主要由7S和11S两种蛋白组成，两种蛋白的变性温度分别是75℃和90℃，所想要获得的是没有变性的蛋白，所以根据图4中所示，选择60℃为最佳加热温度。
实施例4：考察搅拌转速对蛋白质提取效率的影响。
一种基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，包括以下步骤：
1）制备萃取液，即低共熔溶剂溶液：将氯化胆碱与甘油，以1:3的摩尔比混合，于60~100℃加热搅拌30~150min成均一相，即得低共熔溶剂的体积分数为100%的萃取液；
2）将大豆粉末加入低共熔溶剂中，形成悬浊液，固液比为1:10g/mL；
3）将悬浊液于60℃加热搅拌2h，转速分别为250rpm、500rpm、750rpm、1000 rpm、1250rpm，然后离心得到上清液；
4）用盐酸调节50mL水至pH为4，使得大豆粉末与水的固液比为1:50 g/mL，加入上清液中，使蛋白质析出，离心得到蛋白质。
如图5所示，在1250rpm时提取效率最高，随着转速的提升，提取效率越来越高，可能是因为，低共熔溶剂拥有较高的粘性，在低转速下与大豆蛋白粉末接触比高转速下接触概率小，提取效率因此不高。
实施例5：考察搅拌时间对蛋白质提取效率的影响。
一种基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，包括以下步骤：
1）制备萃取液，即低共熔溶剂溶液：将氯化胆碱与甘油，以1:3的摩尔比混合，于60~100℃加热搅拌30~150min成均一相，即得低共熔溶剂的体积分数为100%的萃取液；
2）将大豆粉末加入低共熔溶剂中，形成悬浊液，固液比为1:10g/mL；
3）将悬浊液于60℃加热，分别搅拌1h、2h、3h、4h、5h，转速为1250rpm，然后离心得到上清液；
4）用盐酸调节50mL水至pH为4，使得大豆粉末与水的固液比为1:50 g/mL，加入上清液中，使蛋白质析出，离心得到蛋白质。
如图6所示，在1-4h这个时间段内，蛋白质的提取效率随时间增加而变高，在4h之后，提取效率开始降低。搅拌时间太短使低共熔溶剂无法充分和大豆粉末进行混合，即提取效率相对偏低，而搅拌时间过长可能会造成蛋白质的破坏，使提取的蛋白质偏少，因此选择4h作为最佳搅拌时间。
实施例6：考察大豆粉末与低共熔溶剂的固液比对蛋白质提取效率的影响。
一种基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，包括以下步骤：
1）制备萃取液，即低共熔溶剂溶液：将氯化胆碱与甘油，以1:3的摩尔比混合，于60~100℃加热搅拌30~150min成均一相，即得低共熔溶剂的体积分数为100%的萃取液；
2）将大豆粉末加入低共熔溶剂中，形成悬浊液，固液比分别为1:6g/mL、1:10g/mL、1:14g/mL、1:18g/mL、1:22g/mL；
3）将悬浊液于60℃加热搅拌4h，转速为1250rpm，然后离心得到上清液；
4）用盐酸调节50mL水至pH为4，使得大豆粉末与水的固液比为1:50 g/mL，加入上清液中，使蛋白质析出，离心得到蛋白质。
如图7所示，在1:6-14g/mL范围内，提取效率随固液比增加而上升，之后继续提高固液比则提取效率降低，可以看出，提取效率先增高后降低，在1:14g/mL时，蛋白质提取效率最高。
实施例7：考察试剂为水时，大豆粉末与试剂的固液比对蛋白质提取效率的影响。
一种基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，包括以下步骤：
1）制备萃取液，即低共熔溶剂溶液：将氯化胆碱与甘油，以1:3的摩尔比混合，于60~100℃加热搅拌30~150min成均一相，即得低共熔溶剂的体积分数为100%的萃取液；
2）将大豆粉末加入低共熔溶剂中，形成悬浊液，固液比为1:14g/mL；
3）将悬浊液于60℃加热搅拌4h，转速为1250rpm，然后离心得到上清液；
4）用盐酸分别调节30 mL、40 mL、50mL、60 mL、70 mL、80 mL、90 mL、100 mL、110mL水至pH为4，使得大豆粉末与水的固液比分别为1:30 g/mL、1:40 g/mL、1:50 g/mL、1:60g/mL、1:70 g/mL、1:80 g/mL、1:90 g/mL、1:100 g/mL、1:110 g/mL，加入上清液中，使蛋白质析出，离心得到蛋白质。
如图8所示，在30-50mL的区间段，随着试剂量的增加，蛋白质的提取效率也随着提高，但是继续提高加水量则蛋白质的提取效率几乎没有什么变化。可能原因是，在50mL时，已经有足够的水使低共熔溶剂变性，使蛋白质析出，之后继续加水并没有效果。
实施例8：考察试剂pH对蛋白质提取效率的影响。
一种基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，包括以下步骤：
1）制备萃取液，即低共熔溶剂溶液：将氯化胆碱与甘油，以1:3的摩尔比混合，于60~100℃加热搅拌30~150min成均一相，即得低共熔溶剂的体积分数为100%的萃取液；
2）将大豆粉末加入低共熔溶剂中，形成悬浊液，固液比为1:14g/mL；
3）将悬浊液于60℃加热搅拌4h，转速为1250rpm，然后离心得到上清液；
4）用盐酸或NaOH调节50mL水至pH分别为3、4、5、6、7、8，使得大豆粉末与水的固液比为1:50 g/mL，加入上清液中，使蛋白质析出，离心得到蛋白质。
如图9所示，在pH值为4时达到最高的提取效率，当加入的试剂酸性越来越弱、碱性越来越强时，蛋白质的提取效率下降，可能的原因是此条件下蛋白质溶解。而酸性原来越强时，蛋白质的提取效率同样下降，可能原因也是，酸性条件下蛋白质发生了溶解，使得提取效率降低。
实施例9：考察试剂为水时，饱和食盐水的体积分数对蛋白质提取效率的影响。
一种基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，包括以下步骤：
1）制备萃取液，即低共熔溶剂溶液：将氯化胆碱与甘油，以1:3的摩尔比混合，于60~100℃加热搅拌30~150min成均一相，即得低共熔溶剂的体积分数为100%的萃取液；
2）将大豆粉末加入低共熔溶剂中，形成悬浊液，固液比为1:14g/mL；
3）将悬浊液于60℃加热搅拌4h，转速为1250rpm，然后离心得到上清液；
4）用盐酸调节试剂至pH为4，使得大豆粉末与试剂的固液比为1:50 g/mL，其中饱和食盐水的体积分数分别为20%、40%、60%、80%、100%，加入上清液中，使蛋白质析出，离心得到蛋白质。
如图10所示，随着饱和食盐水的体积分数提高，蛋白质的提取效率也随之提高，原因可能是蛋白质在盐水中的溶解度相比于纯水中较低。
由上述实施例可知，当氢键受体为氯化胆碱、氢键供体为甘油、两者摩尔比为1:3、低共熔溶剂的体积分数为100%、固液比为1:14g/mL、加热温度为60℃、搅拌时间为4h、转速为1250rpm、大豆粉末与试剂的固液比为1:50 g/mL、试剂pH为4、饱和食盐水体积分数为100%时，对大豆中蛋白质的提取效率最高，提取率为33.5%，相比于传统的蛋白质提取效率30%，提高了约3.5%。
以上所述仅针对本发明的优选实施例进行举例说明，并非对本发明做任何形式上的限制。本发明的基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，氢键受体还包括但不限于氨基酸，添加的试剂为乙醇，也能实现对大豆中蛋白质的提取。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求为保护范围。
Claims (10)
1.一种基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）制备萃取液，加水稀释到所需倍数，即得低共熔溶剂的水溶液；
2）将大豆粉末加入低共熔溶剂的水溶液中，形成悬浊液；
3）将悬浊液进行加热搅拌，然后离心得到上清液；
4）向上清液中加入试剂，使蛋白质析出，离心得到蛋白质。
2.根据权利要求1所述的基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，其特征在于：所述步骤1）中制备萃取液，包括以下步骤：
1）将氢键受体与氢键供体混合；
2）将上述混合物于60~100℃加热搅拌30~150min成均一相，即得低共熔溶剂。
3.根据权利要求2所述的基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，其特征在于：所述氢键受体包括氯化胆碱、氨基酸中的一种，所述氢键供体为甘油、聚乙二醇、乙二醇、丁二醇中的至少一种，所述氢键受体与氢键供体的摩尔比为1:1-1:4。
4.根据权利要求1所述的基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，其特征在于：所述萃取液中，低共熔溶剂的体积分数为10-100%。
5.根据权利要求1所述的基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，其特征在于：步骤3）中，所述加热温度为20-100 ℃，所述搅拌转速为250-1250 rpm，所述搅拌时间为1-5 h。
6.根据权利要求1所述的基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，其特征在于：所述大豆粉末与步骤4）中试剂的固液比为1:30-110 g/mL，所述试剂加入盐酸或NaOH调节pH至3-8。
7.根据权利要求1或6所述的基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，其特征在于：所述试剂为水，并加入饱和食盐水，其中饱和食盐水的体积分数为0-100%。
8.根据权利要求7所述的基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，其特征在于：所述饱和食盐水的体积分数为20-100%。
9.根据权利要求1或6所述的基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，其特征在于：所述试剂为乙醇。
10.根据权利要求1所述的基于低共熔溶剂提取大豆中蛋白质的方法，其特征在于：步骤2）中，所述大豆粉末与低共熔溶剂的固液比为1:6~22g/mL。
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