CN113943341A - 一种大豆乳清废水提取高起泡性、吸油性大豆蛋白的方法 - Google Patents

一种大豆乳清废水提取高起泡性、吸油性大豆蛋白的方法 Download PDF

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Abstract

一种大豆乳清废水提取高起泡性、吸油性大豆蛋白的方法，包括如下步骤：步骤一：调节大豆乳清废水的pH值至7‑8.5；步骤二：将步骤一所得调节pH值后的大豆乳清废水加热至70‑85℃；步骤三：将步骤二所得加热后的中性大豆乳清废水经0.1μm陶瓷膜分离系统进行分离过滤；步骤四：将步骤三所得陶瓷膜滤过液经5000Da分子量耐高温超滤有机膜进行分离浓缩，得截留浓缩液；步骤五：将步骤四所得截留浓缩液加入70‑85℃纯净水进行透析浓缩；步骤六：将步骤五所得透析浓缩液经杀菌、干燥，获得高起泡性、吸油性大豆蛋白粉。本发明的生产流程快速，能够有效的避免大豆乳清废水腐蚀的问题，且本发明所得大豆蛋白起泡性、吸油性高于工业生产的大豆分离蛋白，便于广泛推广和应用。

Description

一种大豆乳清废水提取高起泡性、吸油性大豆蛋白的方法
技术领域
本发明属于大豆乳清废水处理领域，具体地说是一种大豆乳清废水提取高起泡性、吸油性大豆蛋白的方法。
背景技术
大豆乳清废水是指低温脱脂大豆豆粕通过碱溶酸沉法生产大豆分离蛋白时产生的废水。每生产1t大豆分离蛋白，会产生30-50t的大豆乳清废水，需要400-500元污水处理费用。目前国内大豆分离蛋白产能逐年增加，年产达40万t，产大豆乳清废水约1000-2000万吨，污水处理费用达到1.7亿元/年以上。大豆乳清废水中固含量约在2％左右，其中大豆分离蛋白约占10-15％、大豆乳清蛋白约占10-15％、低聚糖约占40％-50％、盐约占20-30％。
大豆乳清废水中大豆蛋白具有较高的营养价值和功能性价值，因此，如何从大豆乳清水中提取大豆蛋白，现实废水再利用，提高企业经济效益，同时降低企业污水处理费用，是目前大豆分离蛋白产业的关键“卡脖子”问题。现有的技术方法并不能低成本、高纯度的把这部分大豆蛋白分离出来，更难以实现产业化和规模化。
如CN103113459A公开了从大豆乳清水中连续化生产大豆乳清蛋白的方法，包括以下步骤：步骤一，膜前预处理：将大豆乳清水调节pH值至5.0～10.0，再采用分离机去除不溶性悬浮物，获得澄清的大豆乳清水；步骤二，超滤膜浓缩或纳滤膜浓缩：将所述澄清的大豆乳清水采用超滤膜或纳滤膜进行浓缩，获得膜浓缩液；步骤三，膜后处理：将所述膜浓缩液加热至80～155℃进行杀菌，然后喷雾干燥，获得大豆乳清蛋白粉。该发明的缺点是：预处理需要进行除泡沫处理，采用溢流方式、真空方式或者添加消泡剂的方式，溢流方式会损失很多大豆乳清蛋白，添加消泡剂会增加成本，引进新的污染物；采用分离机去除不溶性悬浮物的过程中，仍有极少部分大豆分离蛋白还残留在离心清相大豆乳清水中，现有生产离心工艺，不易达到澄清目的，残留较多的大豆分离蛋白可对后续膜过滤造成较大压力，易堵住膜孔，造成膜通量迅速降低；最为关键的是大豆乳清水有机质含量高在60℃以下3-4小时腐败，生产过程或提取过程中难以保证物料不出现腐败问题，处理大豆乳清水能力有限，难以满足大规模的工业化生产及商业化运行的要求，且制备出的分离蛋白品质较差，影响产品价值。
发明内容
本发明提供一种大豆乳清废水提取高起泡性、吸油性大豆蛋白的方法，用以解决现有技术中的缺陷。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种大豆乳清废水提取高起泡性、吸油性大豆蛋白的方法，包括如下步骤：
步骤一：调节大豆乳清废水的pH值至7-8.5，得调节pH值后的大豆乳清废水；利于大豆蛋白溶解，可提高膜通量；
步骤二：将步骤一所得调节pH值后的大豆乳清废水加热至70-85℃；保持高温状态，减少染菌风险；
步骤三：将步骤二所得加热后的中性大豆乳清废水经0.1μm陶瓷膜分离系统进行分离过滤，有效截留大豆分离蛋白；
步骤四：将步骤三所得陶瓷膜滤过液经5000Da分子量耐高温超滤有机膜进行分离浓缩，得截留浓缩液；
步骤五：将步骤四所得截留浓缩液加入70-85℃纯净水进行透析浓缩，脱除浓缩液中残留的盐、钙镁离子、低聚糖类物质，得透析浓缩液；
步骤六：将步骤五所得透析浓缩液经杀菌、干燥，获得高起泡性、吸油性大豆蛋白粉。
如上所述的一种大豆乳清废水提取高起泡性、吸油性大豆蛋白的方法，所述的步骤四中的纳滤膜分离系统采用耐高温型5000Da超滤有机膜，可有效截留大豆蛋白，透过盐、钙镁离子、低聚糖类等等物质，使蛋白纯度≥80％，水苏糖含量≤2.6％。
如上所述的一种大豆乳清废水提取高起泡性、吸油性大豆蛋白的方法，所述的步骤四中的5000Da耐高温超滤有机膜在70-85℃温度下进行膜过滤，单只超滤有机膜管可保持在不低于30L/(m2*h)的高通量下长时间持续过滤降低物料腐败概率，使产业化生产成为现实。
如上所述的一种大豆乳清废水提取高起泡性、吸油性大豆蛋白的方法，所述的步骤五中的加入70-85℃纯净水进行透析，脱除浓缩液中残留的盐、钙镁离子、低聚糖类物质，提高大豆蛋白含量。
本发明的实质性进步是：
(1)膜过滤时工作温度保持在70-85℃之间，有效避免了乳清废水腐败变质，保持无菌状态，可长时间连续生产，易于产业化、规模化，这是本发明可产业化的必备条件之一；
(2)采取孔径0.1μm的陶瓷膜、耐高温型5000Da分子量超滤有机膜进行分离浓缩。0.1μm陶瓷膜的最大通量高达350L/(m2*h)，其通量可长时间保持在200L/(m2*h)以上，单只超滤有机膜管可保持在不低于30L/(m2*h)的高通量下长时间持续过滤，这是本发明可产业化的必备条件之二；
(3)采用耐高温型5000Da分子量超滤有机膜进行分离浓缩，在保证有效截留大豆蛋白的情况，最大程度的透过乳清废水中水苏糖、蔗糖等低聚糖以及盐、钙镁离子等物质，保证大豆蛋白的纯度，高于5000Da的有机膜蛋白得率降低60％，低于5000Da的有机膜，蛋白纯度低于80％。
(4)本发明的生产流程快速，能够有有效的避免大豆乳清废水腐蚀的问题，且本发明所得大豆蛋白起泡性、吸油性远高于工业生产的大豆分离蛋白，便于广泛推广和应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明得到的大豆蛋白的图片；
图2是本发明中陶瓷膜过滤前后的液体对比图片(左为大豆乳清废水原液，右为陶瓷膜滤过液)；
图3是本发明中超滤过滤前后的液体对比图片(左为超滤膜滤过液，右为陶瓷膜滤过液)；
图4是本发明的试验设备实物图之一；
图5是本发明的试验设备实物图之二；
图6是本发明得到的大豆蛋白与大豆分离蛋白的起泡性试验对比图片(左为本发明实施例1制备的大豆蛋白，右为大豆分离蛋白)；
图7是本发明实施例1制备的大豆蛋白与大豆分离蛋白的吸油性试验结果；
图8是本发明得到大豆蛋白与大豆分离蛋白SDS-PAGE电泳图(M：蛋白marker；泳道1，5，6大豆分离蛋白；泳道4，7陶瓷膜截留蛋白；泳道2，3，8本发明实施例1制备的大豆蛋白)；
图9是5000Da超滤有机膜透析浓缩液液相图谱(水苏糖0.252mg/ml，蔗糖0.187mg/ml)；
图10是1000Da超滤有机膜透析浓缩液液相图谱(水苏糖23.806mg/ml，蔗糖4.184mg/ml)；
图11是3000Da超滤有机膜透析浓缩液液相图谱(水苏糖0.891mg/ml，蔗糖0.140mg/ml)。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，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作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。
实施例1：
步骤一：pH调整：取大豆乳清废水141.7kg，添加氢氧化钠溶液，调整pH值至7.5，获得调节pH值后的大豆乳清废水；
步骤二：加热大豆乳清废水：将步骤一中调节pH值后的大豆乳清废水进行加热，采用管式热交换器加热至80℃；
步骤三：陶瓷膜过滤：将步骤二中加热后的大豆乳清废水进行陶瓷膜过滤，所述陶瓷膜的孔径为0.1μm，陶瓷膜的工作压力为1.8-2.2bar，工作温度为80℃，陶瓷膜的通量为260L/(m2*h)，得到陶瓷膜滤过液；
步骤四：超滤膜过滤：将步骤三中陶瓷膜滤过液进行纳滤膜过滤，采用耐高温型5000Da分子量超滤有机膜，工作压力为0.2-0.4Mpa，工作温度为75℃，膜通量为35L/(m2*h)，得超滤膜截留液。
步骤五：透析浓缩：将步骤四截留浓缩液加入75℃纯净水进行透析浓缩，脱除浓缩液中残留的盐、低聚糖类等物质，得透析液5.1kg；
步骤五：杀菌，干燥：将步骤四中的透析液125-135℃杀菌2-10秒，将杀菌后的透析液喷雾干燥，获得大豆蛋白粉。
实施例2：
步骤一：pH调整：取大豆乳清废水90.4kg，添加氢氧化钠溶液，调整pH值至7.5，获得调节pH值后的大豆乳清废水；
步骤二：加热大豆乳清废水：将步骤一中调节pH值后的大豆乳清废水进行加热，采用管式热交换器加热至80℃；
步骤三：陶瓷膜过滤：将步骤二中加热后的大豆乳清废水进行陶瓷膜过滤，所述陶瓷膜的孔径为0.1μm，陶瓷膜的工作压力为1.8-2.0bar，工作温度为80℃，陶瓷膜的通量为235L/(m2*h)，得到陶瓷膜滤过液；
步骤四：超滤膜过滤：将步骤三中陶瓷膜滤过液进行纳滤膜过滤，采用耐高温型5000Da分子量超滤有机膜，工作压力为0.2-0.4Mpa，工作温度为75℃，膜通量为30L/(m2*h)，得超滤膜截留液。
步骤五：透析浓缩：将步骤四截留浓缩液加入80℃纯净水进行透析浓缩，脱除浓缩液中残留的盐、低聚糖类等物质，得透析液4.4kg；
步骤五：杀菌，干燥：将步骤四中的透析液125-135℃杀菌2-10秒，将杀菌后的透析液喷雾干燥，获得大豆蛋白粉。
实施例3：
步骤一：pH调整：取大豆乳清废水150kg，添加氢氧化钠溶液，调整pH值至7.0，获得调节pH值后的大豆乳清废水；
步骤二：加热大豆乳清废水：将步骤一中调节pH值后的大豆乳清废水进行加热，采用管式热交换器加热至80℃；
步骤三：陶瓷膜过滤：将步骤二中加热后的大豆乳清废水进行陶瓷膜过滤，所述陶瓷膜的孔径为0.1μm，陶瓷膜的工作压力为1.8-2.0bar，工作温度为80℃，陶瓷膜的通量为220L/(m2*h)，得到陶瓷膜滤过液；
步骤四：超滤膜过滤：将步骤三中陶瓷膜滤过液进行纳滤膜过滤，采用耐高温型5000Da分子量超滤有机膜，工作压力为0.3-0.4Mpa，工作温度为75℃，膜通量为32L/(m2*h)，得超滤膜截留液。
步骤五：透析浓缩：将步骤四截留浓缩液加入80℃纯净水进行透析浓缩，脱除浓缩液中残留的盐、低聚糖类等物质，得透析液8.1kg；
步骤五：杀菌，干燥：将步骤四中的透析液125-135℃杀菌2-10秒，将杀菌后的透析液喷雾干燥，获得大豆蛋白粉。
性能检测
1.起泡性和泡沫稳定性的测定方法
精确称量1.5g蛋白放置于500mL的烧杯中，添加50mL的蒸馏水，用1mol/L的NaOH调节pH值到7，使用搅拌器搅拌10min，再补加蒸馏水至100ml，1000rpm继续搅拌3min，搅拌停止后立即测量上部出现的泡沫体积V1(mL)，由此来表示泡沫的起泡性，放置30min后，测量泡沫的体积v(mL)，由此表示泡沫的稳定性。
其计算公式为：
起泡性＝V1/100×100％；
泡沫稳定性＝V/V1×100％。
2.吸油性的测定方法
准确称量蛋白0.5g分别于50mL干燥洁净的离心管中，将5.0mL的金龙鱼大豆油移取到两支试管中，振摇1min，在试管架上静置30min，把离心机的转速设置为4000rpm，离心15min，将试管上端游离油倒入量筒中测量其体积V，样品吸油量为：吸油性(mL/g)＝(5-V)/0.5。
3.乳化性和乳化稳定性的测定方法
(1)使用pH7.0的磷酸盐缓冲液配置75ml浓度(c)为5g/L的蛋白液，使用搅拌器800rpm，10min使上述蛋白液均匀分散后，加入25ml一级大豆油，使油相体积分数(p)为0.25。
(2)使用高速剪切机10000rpm，均质1min后，迅速从底部吸取50μl溶液加入到100ml配置好的1％SDS(w/v)溶液中，则稀释倍数为200。
(3)待测液轻微摇匀后转移至光径(L)为1cm的比色皿中，在500nm处测定吸光值，记为A0。
(4)乳化液室温静置10min(t)后，再次从底部吸取50μl溶液加入到100ml配置好的1％SDS(w/v)溶液中，轻微摇匀后转移至上述同一比色皿中，在500nm处测定吸光值，记为A10。
其计算公式为：
乳化性＝(2*2.303*200*A0)/c*p*L*10000；
乳化稳定性＝A0*t/(A0-A10)。
选择市售大豆分离蛋白作为对照例，并按照上述方法进行产品性能检测，其检测结果如表一所示。
性能 起泡性 泡沫稳定性 吸油性 乳化性 乳化稳定性
实施例1 329 60 6 33 18
实施例2 250 80 6 33 15
实施例3 265 91 5 33 20
对照例 115 87 3.7 24 12
表一
由表一数据可知，本发明实施例1-3制备的大豆蛋白其起泡性、泡沫稳定性、吸油性、乳化性、乳化稳定性均优于对比例，且本发明的制备方法简单，流程便捷，避免了大豆乳清废水放置过长时间导致其出现大量腐败的问题，而且通过图9-11可知本发明通过5000Da超滤有机膜透析得到的浓缩液中能大大降低水苏糖和蔗糖的含量，有效的提高了本发明制备的大豆蛋白的含量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种大豆乳清废水提取高起泡性、吸油性大豆蛋白的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：调节大豆乳清废水的pH值至7-8.5，得调节pH值后的大豆乳清废水；
步骤二：将步骤一所得调节pH值后的大豆乳清废水加热至70-85℃；
步骤三：将步骤二所得加热后的中性大豆乳清废水经0.1μm陶瓷膜分离系统进行分离过滤；
步骤四：将步骤三所得陶瓷膜滤过液经5000Da分子量耐高温超滤有机膜进行分离浓缩，得截留浓缩液；
步骤五：将步骤四所得截留浓缩液加入70-85℃纯净水进行透析浓缩，脱除浓缩液中残留的盐、钙镁离子、低聚糖类等物质，得透析浓缩液；
步骤六：将步骤五所得透析浓缩液经杀菌、干燥，获得高起泡性、吸油性大豆蛋白粉。
2.根据权利要求1所述的一种大豆乳清废水提取高起泡性、吸油性大豆蛋白的方法，其特征在于：所述的步骤四中的纳滤膜分离系统采用耐高温型5000Da超滤有机膜，可有效截留大豆蛋白，透过盐、钙镁离子、低聚糖类物质，使蛋白纯度≥80％，水苏糖含量≤2.6％。
3.根据权利要求1所述的一种大豆乳清废水提取高起泡性、吸油性大豆蛋白的方法，其特征在于：所述的步骤四中的5000Da耐高温超滤有机膜在70-85℃温度下进行膜过滤，单只超滤有机膜管可保持在不低于30L/(m2*h)的高通量下长时间持续过滤降低物料腐败概率，使产业化生产成为现实。
4.根据权利要求1所述的一种大豆乳清废水提取高起泡性、吸油性大豆蛋白的方法，其特征在于：所述的步骤五中的加入70-85℃纯净水进行透析，脱除浓缩液中残留的盐、钙镁离子、低聚糖类物质，提高大豆蛋白含量。
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