專利名稱：利用反膠束萃取技術(shù)同時(shí)分離大豆蛋白和油脂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大豆蛋白和油脂的分離技術(shù)，特別是一種新型大豆蛋白和 油脂的高效分離技術(shù) 一 一 利用反膠束萃取技術(shù)同時(shí)分離大豆蛋白和油脂的方 法。
背景技術(shù)：
大豆是世界上栽培最為廣泛的作物之一，世界各地都有大面積的種植。據(jù)
統(tǒng)計(jì)，2007年，世界大豆產(chǎn)量為22159萬噸；我國大豆產(chǎn)量約為1440萬噸， 進(jìn)口量預(yù)計(jì)為3300萬噸，總消費(fèi)量預(yù)計(jì)為4706萬噸；隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的迅速發(fā) 展，大豆的產(chǎn)量還在逐年增力。，預(yù)計(jì)2008年世界大豆產(chǎn)量為22162萬噸。這為 大豆蛋白和油脂的研究與應(yīng)用提供了豐富的原料；由此也有力地推動(dòng)了大豆蛋 白和油脂工業(yè)的迅速發(fā)展，這就要求大豆蛋白和油脂不能只局限于目前用于食 品工業(yè)、飼料工業(yè)，甚至將生產(chǎn)大豆蛋白的原料豆粕(餅)用作肥料被浪費(fèi)掉， 因此，迫切需要新的高效分離技術(shù)提取大豆蛋白，保持其活性和功能性，拓展 新的應(yīng)用領(lǐng)域，拉長農(nóng)產(chǎn)品深加工的鏈條，提高農(nóng)產(chǎn)品的附加值和農(nóng)民收入， 同時(shí)也符合國家的產(chǎn)業(yè)政策。
大豆的主要成分有蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等，其中蛋白質(zhì)含量約為40%, 脂肪含量約為18%，碳水化合物含量約為25%。蛋白質(zhì)是構(gòu)成人體組織的物質(zhì)基 礎(chǔ)，是人類的必需營養(yǎng)成分之一；大豆蛋白不僅所含氨基酸種類比較齊全，而 且所含人體必需氨基酸的比例較高，是一種為數(shù)不多能取代動(dòng)物蛋白的理想營 養(yǎng)佳品；同時(shí)由于大豆蛋白具有經(jīng)濟(jì)性，尤其是具有乳化性、粘著性、凝膠形 成性、發(fā)泡性等功能特性，近年來，它已經(jīng)成為食品工業(yè)不可缺少的原料。大 豆中富含的油脂是食品中不可缺少的重要營養(yǎng)成分之一，首先其主要功能就是 提供人體所需的熱量；其次油脂還提供亞油酸和亞麻酸等人體必需的脂肪酸以
及許多食品風(fēng)味和制作功能；另外，油脂在輕工、化工等工業(yè)還具有很重要的 用途。因此，深入研究和充分利用大豆蛋白和油脂資源具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì) 意義。
目前，國內(nèi)外大豆加工普遍基于油脂為中心，即在盡量滿足油脂工業(yè)要 求的條件下，才考慮蛋白資源的利用，原料中的油脂99%以上被萃取，極少浪 費(fèi)；但是我國目前食品加工利用的大豆蛋白不足其蛋白總量的20%,而蛋白資 源的主要利用途徑是被用作銅料，甚至用作肥料； 一方面，食用蛋白供給嚴(yán)重 不足，另一方面，造成蛋白資源的巨大浪費(fèi)。根本原因就是缺少先進(jìn)的大豆蛋 白分離新技術(shù)。目前，國內(nèi)外分離大豆中蛋白和油脂等是采用分步進(jìn)行的(如 圖l所示)，即首先采用一次浸出等工藝先將大豆中的油脂萃取出來，然后以 脫脂豆粕為原料進(jìn)行蛋白的分離，除去纖維等。由于粕中殘留有大量的溶劑， 需要經(jīng)過高溫脫溶，由此導(dǎo)致粕中的蛋白變性，使得脫溶后的粕主要用作飼料， 甚至作為肥料，造成蛋白很大的浪費(fèi)，從而P爭低蛋白的使用價(jià)值和利用率。即 使采用浸出與低溫脫溶工藝，粕中蛋白變性小，可進(jìn)一步用來生產(chǎn)濃縮蛋白或 分離蛋白，然而蛋白的分離是在制油之后再進(jìn)行，即大豆油脂、蛋白和纖維等 的分離是分步進(jìn)行。另一方面，目前國內(nèi)外分離大豆蛋白主要采用堿溶酸沉的 傳統(tǒng)工藝，不僅工藝、設(shè)備復(fù)雜、投資大，而且仍有部分蛋白變性，從而影響 蛋白的使用價(jià)值；同時(shí)堿溶酸沉工藝需使用大量酸和石成，并排出大量含糖等營 養(yǎng)物質(zhì)以及酸堿的廢水(如圖l所示)，從而嚴(yán)重污染環(huán)境。而且此法要求原料 豆粕質(zhì)量較均勻一致，以便工藝操作。我國大豆原料品種多、混雜收購，造成 生產(chǎn)中控制困難，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定且酸堿消耗量大，成本高，分離出的乳清液 隨廢水排放未回收，其中低分子蛋白質(zhì)被浪費(fèi)，可溶性成分除去也不徹底。因 此，隨著大豆蛋白和油脂工業(yè)的快速發(fā)展，研究易于工業(yè)化的高效分離新技術(shù) 已成為當(dāng)務(wù)之急。
國內(nèi)外研究工作者在不斷地探索新的大豆蛋白分離新技術(shù)。反膠束萃取就 是在這一背景下發(fā)展起來的一種新型高效分離技術(shù)K李#妖貪葛ir,《辰4萃承 奢^^戎^W新迷^/77.^^理戎^U^5.3/ 7-/2〗，為植物(大豆)蛋 白和油脂的同時(shí)分離開辟了 一條具有良好應(yīng)用前景的新途徑。
20世紀(jì)80年代，在國內(nèi)有文獻(xiàn)介紹反膠束技術(shù)，并開展研究工作，史紅 勤和雷夏K ^ir勤,#X，沈^舉^or-碌腐A辰^t謬,秀萃承齊^^的研宏/77.化工 夢泉"卯問,702-7朋3等人在利用反膠束萃取分離酶方面進(jìn)行了研究。陸強(qiáng)和
李寬宏〖錯(cuò)幾李寬宏，滋亞錄.炎承^為Sf f冷^的新拔^…^應(yīng)釆萃承/—j7.^A' 化工，7^3，(7".j7-W〗等人以CTAB/正己醇/正辛烷反膠束萃取分離體系，研究 從水溶液中萃取分離牛血清白蛋白的動(dòng)力學(xué)，測定了多種條件下的表觀傳質(zhì)系 數(shù)，從而判定萃取和后萃取過程各自的控制步驟。此后，國內(nèi)開始有反膠束萃 取分離氨基酸等的報(bào)道，但所報(bào)道的多為一些小分子的蛋白或酶，集中在細(xì)胞 色素-C、牛血紅蛋白、血清白蛋白、a-淀粉酶和胰蛋白酶等。龔福忠等介紹反 膠束萃取的兩種界面?zhèn)髻|(zhì)，即與溶解有關(guān)的傳質(zhì)和基于液膜的傳質(zhì)。
這些研究都充分表明，反膠束萃取技術(shù)作為一項(xiàng)新型的分離技術(shù)，在分離 提純生物活性物質(zhì)方面有4艮大的優(yōu)越性，隨著研究的深入，反膠束萃取技術(shù)極 有可能成為生物活性物質(zhì)分離、提純的重要方法而應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。同時(shí)，反 膠束萃取技術(shù)分離、提純蛋白質(zhì)研究所取得的成果和進(jìn)展，也預(yù)示著反膠束萃 取技術(shù)應(yīng)用于大豆蛋白和油脂的工業(yè)生產(chǎn)前景十分廣闊，迫切需要我們繼續(xù)深 入地研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是基于上述現(xiàn)有技術(shù)而專門提供的一種利用反膠束萃取技 術(shù)同時(shí)分離大豆蛋白和油脂的方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的利用反膠束萃取技 術(shù)同時(shí)分離大豆蛋白和油脂的方法包括以下步驟 (1)配置刻交束溶液；
(2 )將預(yù)處理過的大豆原料添加到反膠束溶液中，實(shí)現(xiàn)同時(shí)萃取其中的蛋 白和油脂；
(3 )加入電解質(zhì)溶液,使蛋白質(zhì)從反膠束轉(zhuǎn)移到水相中從而分離出蛋白質(zhì)， 實(shí)現(xiàn)蛋白的反萃取，得到蛋白水溶液和混合油；
(4 )將分離得到的蛋白水溶液和混合油進(jìn)行處理得到蛋白產(chǎn)品和油脂產(chǎn)
在本發(fā)明中，反膠束溶液是由丁二酸二異辛酯磺酸鈉(A0T ) /異辛烷/緩沖 液組成的，其中A0T添加量為60g/L~140g/L,緩沖液添加量為0. 01 L/L ~ 0.10 L/L (控制反膠束體系水與表面活性劑的摩爾比W。4~21),調(diào)節(jié)pH6. 0~ 9.0;所述反膠束溶液中的緩沖液可以是鉀鹽、鈉鹽以及GaCh 、 MgCh等的磷 酸鹽緩沖液。
電解質(zhì)溶液可以是KC1-磷酸鹽緩沖液、MgCh-磷酸鹽緩沖液、NaCl-磷酸鹽 緩沖液、GaCl廠磷酸鹽緩沖液、NaNO廣磷酸鹽緩沖液、KNO廣磷酸鹽緩沖液、Na2S04-磷酸鹽緩沖液中的任意一種，如KC1-磷酸鹽緩沖液、MgCl2-磷酸鹽緩沖液、 NaC1-磷酸鹽緩沖液、GaCl廣磷酸鹽緩沖液、NaN03-磷酸鹽緩沖液、KN0「磷酸鹽 緩沖液、Na2SO廣磷酸鹽緩沖液等。
在反萃取步驟中，加入的電解質(zhì)溶液量與反膠束溶液等體積，所述電解質(zhì) 溶液可進(jìn)一步選擇為KCl-磷酸鹽緩沖溶液或NaC1-磷酸鹽緩沖溶液，其中緩沖 液中的KCl或NaCl濃度為0. 5mol/L~1.5mol/L, pH6. 0~9. 0，溫度20 °C ~ 35 °C,時(shí)間1 h~l. 5 h。
本發(fā)明所述的預(yù)處理過的大豆原料指的是全脂大豆粉；大豆原料添加到反 膠束溶液中的比例為每升反膠束溶液中加入10-60克大豆原料。
本發(fā)明步驟(2)中的萃取溫度25 °C~60 。C，萃取時(shí)間1 h~2 h。
在反膠束萃取過程中還可添加Alcalase堿性蛋白酶，添加比例為大豆原料 質(zhì)量的2. 0%，其目的是利用酶在反膠束體系具有"超活性"的特性，萃取過程 可以同時(shí)進(jìn)行蛋白的酶法改性。
本發(fā)明采用反膠束分離技術(shù)作為大豆蛋白和油脂同時(shí)分離的技術(shù)，其主要 優(yōu)點(diǎn)
(1 )在反膠束萃取體系中實(shí)現(xiàn)油脂和蛋白質(zhì)的同時(shí)分離，大大地簡化了大 豆蛋白和油脂生產(chǎn)工藝過程，減少生產(chǎn)成本和固定資產(chǎn)投資；
(2) 具有溶劑萃取的優(yōu)點(diǎn)；
(3) 在萃取過程中，蛋白被反膠束內(nèi)水環(huán)境包圍，環(huán)境接近于細(xì)胞內(nèi)的環(huán) 境，條件溫和，蛋白不易變性，因而保持其生物活性，產(chǎn)品純度高；(4) 萃取過程不需要加入酸或堿，所用表面活性劑和溶劑可以循環(huán)使用， 解決傳統(tǒng)生產(chǎn)方法中排放大量酸堿廢水污染環(huán)境的難題；
(5) 利用酶在反膠束體系具有"超活性"的特性，萃取過程可以同時(shí)進(jìn)行 蛋白的酶法改性等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為傳統(tǒng)大豆油脂和蛋白質(zhì)生產(chǎn)工藝流程。
圖2為本發(fā)明反膠束萃取大豆油脂和蛋白質(zhì)工藝流程。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明以下結(jié)合實(shí)施例(附圖)作進(jìn)一步描述，本并不是限制本發(fā)明 本發(fā)明的方案是使用反膠束體系對(duì)大豆中油脂和蛋白同時(shí)分離。 首先配制反膠束溶液反膠束體系是表面活性劑在非極性有機(jī)溶劑中，濃 度超過臨界濃度時(shí)形成的具有熱力學(xué)穩(wěn)定的聚集體體系。所用a束體系是丁 二酸二異辛酯磺酸鈉(A0T) /異辛烷/KCl-磷酸鹽反膠束體系。稱取一定量的 A0T，按照濃度要求加入相應(yīng)體積的異辛烷。磁力攪拌使AOT完全溶解，待溶液 透明后，加入適量的KC1-磷酸鹽緩沖溶液，搖床振搖，室溫下靜置12h或離心 機(jī)上以3000r/min分離20min，溶液若透明則為反膠束，反之則不是(底層少 量水對(duì)體系影響不大)。
AOT添加量為60 g/L ~ 140 g/L， KC1-磷酸鹽緩沖溶液添加量為0. 01 L/L ~ 0.10 L/L (控制反膠束體系水與表面活性劑的摩爾比W。4 21),調(diào)節(jié)pH6. 0~ 9. 0， KC1濃度為0. 00 mol/L ~ 0. 35 mol/L。
配制反膠束溶液時(shí)，反膠束體系中的KCl-磷酸鹽緩沖液可以由MgCl廠磷酸 鹽緩沖液、NaC1-磷酸鹽緩沖液等替代，只是配制時(shí)與后萃時(shí)加入的MgCl廠磷酸 鹽緩沖液、NaCl-磷酸鹽緩沖液的pH、 MgCl2或NaCl濃度等不同。
分離步驟參照圖2所示，關(guān)鍵步驟工藝參數(shù)如下
反膠束萃取步驟原料加入量為10g/L~60g/L，萃取溫度25 °C~60 °C, 萃取時(shí)間1 h~ 2 h。反萃取步驟加入等體積的電解質(zhì)溶液KC1-磷酸鹽緩沖溶液或NaCl-磷酸 鹽緩沖溶液，緩沖液中的KC1或NaCl濃度為0. 5 mol/L~l. 5 mol/L, pH6. 0 ~ 9.0,溫度20 °C~35 。C，時(shí)間1 h~l. 5 h。
實(shí)施例l
將80 g經(jīng)過預(yù)處理的全脂大豆粉加入到4 L 80 g/L的A0T反膠束溶液中， 控制條件，反膠束溶液中的緩沖液為NaNO廠磷酸鹽緩沖液，控制條件W。9, NaN03 濃度0. 05 mol/L,調(diào)節(jié)pH 8. 0，萃取溫度45°C，以180r/min的速度機(jī)械攪拌 2 h。蛋白前萃率60. 0%。
加入等體積1. 0mol/LNaC1-磷酸鹽緩沖液，調(diào)節(jié)pH值7.7,以300 r/min 的速度振蕩1. 5 h后離心0. 5 h，靜止分層得到上層混合油，下層蛋白水溶液。 蛋白后萃率87. 1%。油脂萃取率90. 0%。
總體上，蛋白萃取率為52. 3%,油脂萃取率為90. 0%。大豆蛋白的發(fā)泡性、 乳化性及乳化穩(wěn)定性比堿溶酸沉法生產(chǎn)的大豆蛋白好。
實(shí)施例2
將0. 3g經(jīng)過預(yù)處理的全脂大豆粉加入到20mL AOT濃度為120 g/L的反膠 束溶液中，反膠束溶液中的緩沖液為KCl-磷酸鹽緩沖液，控制條件W。18， KC1 濃度O. 05 mol/L，調(diào)節(jié)pH7. 5，萃取溫度40。C，以180r/min的速度振蕩1 h。 蛋白前萃率64. 6%。
加入等體積1. 0mol/LKC1-磷酸鹽緩沖液，調(diào)節(jié)pH值7. 0,在振蕩器中以 250r/min以上的速度振蕩2 h后離心15 min,靜止分層得到上層混合油，下層 蛋白水溶液。蛋白后萃率89. 0%。油脂萃取率86. 0%?？傮w上，蛋白萃取率為 57. 5%,油脂萃取率為86. 0%。
實(shí)施例3
將15 g經(jīng)過預(yù)處理的全脂大豆粉加入到1 L AOT濃度為80 g/L的反膠束 溶液中，同時(shí)加入2. 0% Alcalase堿性蛋白酶，控制條件W。20， KC1濃度0.10
mol/L,調(diào)節(jié)pH 7.0,萃取溫度45。C,萃取2 h。蛋白前萃率為73.8%。
加入等體積O. 8mol/LKC1-磷酸鹽緩沖液，調(diào)節(jié)pH值8. 0，在振蕩器中以
250r/min以上的速度振蕩1. 5h后離心20min,靜止分層得到上層混合油，下
層蛋白水溶液。蛋白后萃率82. 8%。油脂萃取率87. 5%。
總體上，蛋白萃取率為61.1%,油脂萃取率為86. 0%。加入Alcalase堿性
蛋白酶萃取，蛋白水解度在4%左右，提取率有所提高。
實(shí)施例4
將lg經(jīng)過預(yù)處理的全脂大豆粉加入到100mL A0T濃度為60 g/L的反膠束 溶液中，反膠束溶液中的緩沖液為MgCh-磷酸鹽緩沖液，控制條件W0 12, MgCl2 濃度O. 15mol/L，調(diào)節(jié)pH6. 5，萃取溫度40。C，以180r/min的速度振蕩1. 5h。 蛋白前萃率61.4%。
加入等體積l. 5mol/LKCl-磷酸鹽緩沖液，調(diào)節(jié)pH值8， 0,在振蕩器中以 250r/min以上的速度振蕩3h后離心15min,靜止分層得到上層混合油，下層 蛋白水溶液。蛋白后萃率83. 1%。油脂萃取率79. 8%。
總體上，蛋白萃取率為51. 0%,油脂萃取率為79. 8%。
權(quán)利要求
1、一種利用反膠束萃取技術(shù)同時(shí)分離大豆蛋白和油脂的方法，其特征在于包括以下步驟(1)配置反膠束溶液；(2)將預(yù)處理過的大豆原料添加到反膠束溶液中，實(shí)現(xiàn)同時(shí)萃取其中的蛋白和油脂；(3)加入電解質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)從反膠束轉(zhuǎn)移到水相中從而分離出蛋白質(zhì)，實(shí)現(xiàn)蛋白的反萃取，得到蛋白水溶液和混合油；(4)將分離得到的蛋白水溶液和混合油進(jìn)行處理得到蛋白產(chǎn)品和油脂產(chǎn)品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同對(duì)分離大豆蛋白和油脂的方法，其特征在于 反膠束溶液是由丁二酸二異辛酯磺酸鈉(A0T) /異辛烷/緩沖液組成的，其中 A0T添加量為60 g/L~140 g/L，緩沖液添加量為0.01 L/L-0.10 L/L (控制 反膠束體系水與表面活性劑的摩爾比W。 4 ~ 21 )，調(diào)節(jié)pH6. 0 ~ 9. 0。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的同時(shí)分離大豆蛋白和油脂的方法，其特征在于 所述反膠束溶液中的緩沖液可以是鉀鹽、鈉鹽以及GaCh 、 MgCl2等的磷酸鹽緩 沖液。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的同時(shí)分離大豆蛋白和油脂的方法，其特征在于 在步驟(3)中所加入的電解質(zhì)溶液可以是KCl-磷酸鹽緩沖液、MgCl廣磷酸鹽緩 沖液、NaCl-磷酸鹽緩沖液、GaCh-磷酸鹽緩沖液、NaNO廠磷酸鹽緩沖液、KNO廠 磷酸鹽緩沖液、Na2S04-磷酸鹽緩沖液中的任意一種。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的同時(shí)分離大豆蛋白和油脂的方法，其特征在 于在步驟(3 )中的反萃取過程中，加入的電解質(zhì)溶液量與反膠束溶液等體積。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的同時(shí)分離大豆蛋白和油脂的方法，其特征在 于在步驟(3 )中所述電解質(zhì)溶液為KCl-磷酸鹽緩沖溶液或NaC1-磷酸鹽緩沖 溶液，其中緩沖液中的KC1或NaCl濃度為0. 5mol/L~ 1, 5 mol/L， pH6. 0~9. 0， 溫度20 °C ~ 35 。C ，時(shí)間1 h ~ 1. 5 h。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的同時(shí)分離大豆蛋白和油脂的方法，其特征在 于大豆原料添加到反膠束溶液中的比例為每升反膠束溶液中加入10-60克大 豆原料。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的同時(shí)分離大豆蛋白和油脂的方法，其特征在于 萃取溫度25 °C~60 。C，萃取時(shí)間1 h~2 h。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)分離大豆蛋白和油脂的方法，其特征在于 在反膠束萃取過程中添加有Alcalase堿性蛋白酶，添加比例為大豆原料質(zhì)量的 2. 0%。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)分離大豆蛋白和油脂的方法，其特征在于 預(yù)處理過的大豆原料指的是全脂大豆粉。
全文摘要
一種利用反膠束萃取技術(shù)同時(shí)分離大豆蛋白和油脂的方法，包括以下步驟(1)配置反膠束溶液；(2)將預(yù)處理過的大豆原料添加到反膠束溶液中，實(shí)現(xiàn)同時(shí)萃取其中的蛋白和油脂；(3)加入電解質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)從反膠束轉(zhuǎn)移到水相中從而分離出蛋白質(zhì)，實(shí)現(xiàn)蛋白的反萃取，得到蛋白水溶液和混合油；(4)然后再進(jìn)行處理得到蛋白產(chǎn)品和油脂產(chǎn)品。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在反膠束萃取體系中實(shí)現(xiàn)油脂和蛋白質(zhì)的同時(shí)分離，大大簡化了生產(chǎn)工藝，減少了生產(chǎn)成本和固定資產(chǎn)投資；并具有溶劑萃取的優(yōu)點(diǎn)；在萃取過程中，蛋白被反膠束內(nèi)水環(huán)境包圍，環(huán)境接近于細(xì)胞內(nèi)的環(huán)境，條件溫和，蛋白不易變性，可保持其生物活性，產(chǎn)品純度高；無酸堿廢水排放，無污染。
文檔編號(hào)C12P21/06GK101343309SQ20081014111
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日
發(fā)明者丁長河, 史雙枝, 姚永志, 姜崇斌, 潔 張, 張淑霞, 李潤霞, 楊宏順, 磨禮現(xiàn), 程小麗, 趙俊廷, 趙曉燕, 穎 辛, 陳復(fù)生, 高亞輝 申請人:河南工業(yè)大學(xué)