CN1563405A - 大豆蛋白连续酶膜反应制备大豆肽的方法 - Google Patents

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Abstract

一种大豆蛋白连续酶膜反应制备大豆肽的方法，在超滤分离过程中进行大豆蛋白酶膜反应，在纳滤分离过程中进行活性炭吸附及大豆肽浓缩。本发明可以同时实现对酶制剂和母液的循环使用及对大豆肽的脱色脱苦和浓缩处理。既能提高反应转化率和产物质量，又能避免因母液的大量耗用而导致的废液处理问题，并能实现连续化反应、封闭式运行。

Description

大豆蛋白连续酶膜反应制备大豆肽的方法
                              技术领域
本发明属将大豆蛋白进行连续酶膜反应制备大豆肽的方法领域。
                              背景技术
大豆肽是由大豆蛋白或脱脂豆粕经蛋白酶酶解所得的具有广泛分子量分布的低肽混合物。大豆肽可以促进乳酸菌，双歧杆菌的增殖及有益代谢物的分泌，且溶解性不受pH和加热的影响，可广泛应用于保健食品和功能食品的开发。但大豆蛋白经酶解后往往产生一种令人难以接受的苦味，需进行适当的处理。分子量不同的大豆肽具有不同的生理活性，分子量过大或过小的大豆肽活性均不高，一般认为具有生理活性的大豆肽的分子量大多在300～5000的范围内；因此，分子量的控制直接影响到大豆肽产品的性能。制备大豆肽的传统方法一般包括多个步骤：大豆蛋白→酶解反应→灭菌→离心分离→上清液脱色脱苦→凝胶柱层析或分级膜分离→真空浓缩和干燥，所得大豆肽的分子量分布范围较大，分子量大于5000的大豆肽所占比例达20％以上。
酶膜反应(EMR)是典型的生物催化膜反应过程，生物降解是应用酶膜反应最为广泛的领域。酶膜反应过程将酶的催化作用、酶的重复使用和产物的分离等三种功能一体化，从而简化生物降解的工艺流程和操作步骤。已有采用酶膜反应制备大豆肽的方法可以有效地控制产品的分子量分布范围，提高产品的活性。然而，酶膜反应过程中，在脱除较低分子量的酶解产物的同时，也会将反应体系中母液(由水和小分子酸或碱等配制)除去，因此，随着酶膜反应的进行，截留液(生物降解反应底物)的固形物含量和粘度明显增大，pH值产生波动，制约了酶的活性，从而使酶解难以实现连续，直接影响了大豆蛋白制备大豆肽的转化率和产品质量的提高，同时生产率无法提高，生产成本也降不下来。
                              发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大豆蛋白连续酶膜反应制备大豆肽的方法。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：在超滤分离过程中进行大豆蛋白酶膜反应；在纳滤分离过程中进行活性炭吸附及大豆肽浓缩。
本发明大豆蛋白连续酶膜反应制备大豆肽的方法，将超滤技术与酶解反应耦合，纳滤技术与活性炭吸附耦合，通过纳滤系统回收母液并泵入发酵罐循环利用，以维持反应体系浓度、粘度和pH值的稳定，可以在连续酶膜反应中使大豆蛋白酶解更充分，获得更高的转化率，产品中分子量小于5000的比例更高。本发明可以同时实现对酶制剂和母液的循环使用和回收、以及对大豆肽的脱色脱苦和浓缩处理。既能提高反应转化率和产物质量，又能避免产生因大量耗用母液而导致产生大量废液的问题，实现了连续化反应、封闭式运行。
                              附图说明
图1是本发明大豆蛋白连续酶膜反应制备大豆肽的方法工艺流程方框图。
                            具体实施方式
本发明的大豆蛋白连续酶膜反应制备大豆肽的方法主要工艺步骤为：
(1)进行基于超滤分离的大豆蛋白酶膜反应；
(2)进行基于纳滤分离的活性炭吸附及大豆肽浓缩；
(3)大豆肽的干燥。
本发明的方法主要是通过超滤膜的选择性截留，使大豆蛋白和分子量较大的大豆肽继续停留在截留液中进行二次酶解，而符合分子量分布要求的大豆肽作为透过液在纳滤系统中进行活性炭脱色脱苦和浓缩，纳滤过程的透过液(母液)重新送入酶解反应体系重复利用。在重复利用酶制剂的同时，对母液进行回收和循环使用，解决由于母液的流失而导致酶受损失、反应转化率低、连续化程度低、产物浓度和纯度不高等技术问题，提高了反应转化率和酶解产物质量，并减少废液的排放和干燥处理的能耗。
本发明大豆蛋白连续酶膜反应制备大豆肽的方法，可来用以下步骤和工艺条件进行：
第一步  基于超滤分离的酶膜反应：
将大豆蛋白溶解于一定量的去离子水或蒸馏水中，并以大豆蛋白的数量为基准按一定比例添加酶制剂，机械搅拌，混合成反应原料液，并用一定浓度的酸液或碱液调节反应体系的pH值，进行酶膜反应。超滤过程的截留液送回反应罐中继续用作反应底物，而透过液用于进行纳滤浓缩和活性炭吸附处理。当浓缩比(即反应前后反应原料液的体积比)达到一定值时开始进行纳滤浓缩和活性炭吸附处理。
大豆蛋白添加量为去离子水或蒸馏水量的3％～10％(W/V)，酶添加量以酶活力对大豆蛋白质量1.0×10-2AU/g～3.0×10-2AU/g为标准，酶制剂可选用碱性蛋白酶，中性蛋白酶或酸性蛋白酶等，调反应体系pH值为3.0～10.0，反应温度50℃～85℃；搅拌时转速可选为10r/min～100r/min，搅拌后开启超滤系统进行。超滤膜的截留分子量3000～5000；膜滤压力0.08mPa～0.30mPa；反应时间4h～8h；当浓缩比达到1.1～2.0时开始进行纳滤处理。
第二步  基于纳滤分离的活性炭吸附及产物浓缩
纳滤的透过液泵回到反应罐重复使用，而截留液流经活性炭被吸附后，再与浓缩罐中的料液混合。当酶解反应终结时，关闭超滤系统，纳滤系统继续运行，透过液继续泵回反应罐，与此同时，在反应罐中添加用于下一个循环反应的大豆蛋白以及与本循环中纳滤截留液数量相当的母液，并开始进行与上述“第一步”相同的操作。待纳滤截留液排放后，再进行与上述“第二步”相同的操作。
纳滤膜的截留分子量选择为150～300；活性炭用量为反应用水量的0.5％～1.5％；纳滤压力选择为0.35mPa～0.50mPa；浓缩和活性炭脱色脱苦的时间一般为1h～5h；当纳滤浓缩液体积减少至用水量的5％～15％时排放，供进行干燥。可以通过调节压力使纳滤膜通量达到与上级超滤膜通量的匹配，以维持酶膜反应和纳滤分离的同步运行。
第三步  大豆肽的干燥
对排放出的纳滤截留液进行常规真空干燥或喷雾干燥处理以获得干燥粉状的大豆肽产品。
实施例一  大豆蛋白碱性酶解制备分子量为300～5000的大豆肽
第一步  基于超滤分离的酶膜反应
将500g大豆蛋白溶解于5L的蒸馏水中配制成10％(W/V)大豆蛋白溶液，选用Alcalase碱性蛋白酶，加酶量1.0×10-2AU/g蛋白质，机械搅拌，转速50r/min，并用0.5mol/L的NaOH溶液调节母液pH＝10，通过换热器使原料体系温度达85℃，搅拌1h后开启超滤系统进行酶膜反应，酶膜反应时间4h；选用截留分子量为5000、有效面积为0.7M2的卷式超滤膜，超滤压力0.08mPa；当浓缩比达到1.5时开始进行纳滤处理。超滤过程的截留液送回反应罐中继续用作反应底物，而透过液送入浓缩罐用于进行纳滤浓缩和活性炭吸附处理。
第二步  基于纳滤分离的活性炭吸附及产物浓缩
选用截留分子量为300、有效面积为1.0M2的卷式纳滤膜，吊篮用100目筛网制成，吊篮内装填重量为75g(反应用水量的1.5％)石油炭，石油炭选用30和36目筛的筛间颗粒；纳滤压力0.35mPa；纳滤的透过液泵回到反应罐重复使用，而截留液流经装填有石油活性炭的吊篮进行活性炭吸附后，再与浓缩罐中的料液混合；当酶解反应终结(4h)时，关闭超滤系统，纳滤系统和活性炭吸附继续运作，透过液继续泵回反应罐；与此同时，在反应罐中添加用于下一个循环反应的500g大豆蛋白及500mL碱性母液，并进行与“第一步”相同的操作；当纳滤浓缩液体积减少至用水量的10％(500mL)时，排放，再进行“第二步”操作。
第三步  大豆肽的干燥
对经纳滤排放出的纳滤截留液(浓缩液)进行真空干燥，得62.3g干燥粉状的大豆肽产品。
实施例二  大豆蛋白中性酶解制备分子量为300～3000的大豆肽
第一步  基于超滤分离的酶膜反应
将300g大豆蛋白溶解于10L的去离子水中配制成3％(W/V)大豆蛋白溶液，选用Neutrase中性蛋白酶，加酶量3.0×10-2AU/g蛋白质，机械搅拌，转速10r/min，通过换热器使原料体系温度达50℃，搅拌1h后开启超滤系统进行酶膜反应，酶膜反应时间6h；选用截留分子量为3000、有效面积为0.7M2的卷式超滤膜，超滤压力0.20mPa；当浓缩比达到1.1时开始进行纳滤处理。超滤过程的截留液送回反应罐中继续用作反应底物，而透过液送入浓缩罐用于进行纳滤浓缩和活性炭吸附处理。
第二步  基于纳滤分离的活性炭吸附及产物浓缩
选用截留分子量为300、有效面积为1.0M2的卷式纳滤膜，吊篮用200目筛网制成，吊篮内装填50g(反应用水量的0.5％)石油炭，石油炭选用24和30目筛的筛间颗粒；纳滤压力0.40mPa；纳滤的透过液泵回到反应罐重复使用，而截留液流经装填有石油炭的吊篮进行活性炭吸附后，再与浓缩罐中的料液混合；当酶解反应终结(6h)时，关闭超滤系统，纳滤系统和活性炭吸附继续运作，透过液继续泵回反应罐；与此同时，在反应罐中添加用于下一个循环反应的300g大豆蛋白及500mL去离子水，调整pH＝7.0，并进行与“第一步”相同的操作；当纳滤浓缩液体积减少至用水量的5％(500mL)时，排放，再进行“第二步”操作。
第三步  大豆肽的干燥
对经纳滤排放出的纳滤截留液(浓缩液)进行喷雾干燥，得53.5g粉状的大豆肽产品。
实施例三  大豆蛋白酸性酶解制备分子量为300～3000的大豆肽
第一步  基于超滤分离的酶膜反应
将600g大豆蛋白溶解于10L的蒸馏水中配制成6％(W/V)大豆蛋白溶液，选用As3.350酸性蛋白酶，加酶量2.0×10-2AU/g蛋白质，机械搅拌，转速100r/min，并用1.0mol/L的HCl溶液调节母液pH＝3.0，通过换热器使原料体系温度达55℃，搅拌3h后开启超滤系统进行酶膜反应，酶膜反应时间8h；选用截留分子量为3000、有效面积为0.5M2的管状中空超滤膜，超滤压力0.12mPa；当浓缩比达到2.0时开始进行纳滤处理。超滤过程的截留液送回反应罐中继续用作反应底物，而透过液送入浓缩罐用于进行纳滤浓缩和活性炭吸附处理。
第二步  基于纳滤分离的活性炭吸附及产物浓缩
选用截留分子量为300、有效面积为0.7M2的管状中空纳滤膜，吊篮用300目筛网制成，吊篮内装填100g(反应用水量的1.0％)纤维活性炭，纤维活性炭选用50和100目筛的筛间颗粒；纳滤压力0.50mPa；纳滤的透过液泵回到反应罐重复使用，而截留液流经装填有纤维活性炭的吊篮进行活性炭吸附后，再与浓缩罐中的料液混合；当酶解反应终结(8h)时，关闭超滤系统，纳滤系统和活性炭吸附继续运作，透过液继续泵回反应罐，与此同时，在反应罐中添加用于下一个循环反应的600g大豆蛋白及1500mL蒸馏水，调整pH＝3.0，并进行与“第一步”相同的操作；当纳滤浓缩液体积减少至用水量的15％(1500mL)时，排放，再进行“第二步”操作。
第三步  大豆肽的干燥
对经纳滤排放出的纳滤截留液(浓缩液)进行喷雾干燥，得82.4g粉状的大豆肽产品。

Claims (5)

1.一种大豆蛋白连续酶膜反应制备大豆肽的方法，以大豆蛋白为原料，经酶膜反应制得大豆肽浓缩液，最后经干燥得粉状大豆肽，其特征是：在超滤分离过程中进行大豆蛋白酶膜反应；在纳滤分离过程中进行活性炭吸附及大豆肽浓缩。
2.如权利要求1所述的大豆蛋白连续酶膜反应制备大豆肽的方法，其特征是在大豆蛋白酶膜反应中，大豆蛋白添加量为去离子水或蒸馏水量的3％～10％(W/V)，酶制剂添加量以酶活力对大豆蛋白质量1.0×10-2AU/g～3.0×10-2AU/g为标准；pH3.0～10；反应温度50℃～85℃；搅拌后开启超滤系统进行酶膜反应。超滤膜的截留分子量3000～5000；膜滤压力0.08mPa～0.30mPa；反应时间4h～8h；当浓缩比达到1.1～2.0时开始进行纳滤处理。超滤过程的截留液送回反应罐中继续用作反应底物，而透过液用于进行纳滤浓缩和活性炭吸附处理。
3.如权利要求2所述的大豆蛋白连续酶膜反应制备大豆肽的方法，其特征是酶制剂可选用碱性蛋白酶、中性蛋白酶或酸性蛋白酶。
4.如权利要求2所述的大豆蛋白连续酶膜反应制备大豆肽的方法，其特征是搅拌所用转速可选为10r/min～100r/min。
5.如权利要求1或2所述的大豆蛋白连续酶膜反应制备大豆肽的方法，其特征是在纳滤分离中用活性炭吸附及大豆肽浓缩时，纳滤膜的截留分子量为150～300；活性炭的装填量为反应用水量的0.5％～1.5％；纳滤压力0.35mPa～0.50mPa；纳滤的透过液泵回到反应罐重复使用，截留液进行活性炭吸附后再与浓缩罐中的料液混合。
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