復(fù)合酶水酶法提取大豆蛋白工藝研究

復(fù)合酶水酶法提取大豆蛋白工藝研究

豆蛋白是食草動物的原料。近年來，由于科學(xué)大豆蛋白對人類健康的影響，許多食品公司開始開發(fā)大豆蛋白和新食品。全球植物油料每年的產(chǎn)量巨大,特別是花生、大豆和菜籽等油料作物,但由于提取油脂后蛋白變性嚴(yán)重,難以開發(fā)為食用蛋白,是巨大的資源浪費(fèi)。水酶法提油條件溫和,油料蛋白的性能幾乎不發(fā)生變化,無論是水相中直接加工利用,還是回收分離蛋白再利用,效果都十分理想,因此成為國內(nèi)外從事相關(guān)方向?qū)W者的研究熱點(diǎn)。王璋等率先開展水酶法提取油脂的研究,并率先報(bào)道了水酶法從大豆中提取油和蛋白的工藝,在水酶法提油過程中將蛋白酶應(yīng)用于破乳和同時(shí)制備等電點(diǎn)可溶蛋白。1956年,Sugarman首創(chuàng)了以水作溶劑沿用濃縮蛋白的生產(chǎn)工藝從花生中同時(shí)分離油和蛋白質(zhì)。此后的五十年左右,水提油工藝逐步在芝麻、菜籽等高含油量油料中得以應(yīng)用。自1972年Rhee等在Sugarman工作基礎(chǔ)上,沿用分離蛋白的生產(chǎn)工藝,成功地將花生中油和蛋白質(zhì)分離。1983年美國Fullbook用酶從西瓜籽中制取營養(yǎng)性的可溶性水解蛋白時(shí),發(fā)現(xiàn)隨著水解的進(jìn)行,部分油被釋放出來。隨后諸多專家用酶從菜籽與大豆中提取油與蛋白質(zhì),取得了預(yù)期的效果[9,10,11,12,13,14,15,16,17]。本實(shí)驗(yàn)采用復(fù)合酶水解提取大豆蛋白,以蛋白提取率為目標(biāo)值對復(fù)合酶水解水酶法工藝進(jìn)行研究,最終確定最適水酶法提取水解蛋白的工藝流程,為今后的中試及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供一定參考。1材料和方法1.1切蛋白酶nf大豆(墾農(nóng)42)黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)院;Alcalase堿性內(nèi)切蛋白酶(1.2×105U/mL)德國Novo公司;纖維素酶(1.5×104U/g)、半纖維素酶(5×104U/g)、果膠酶(1.5×103U/g)美國Sigma公司。1.2儀器、檢測方法F2102型植物試樣粉碎機(jī)天津泰斯特儀器有限公司;LDZ5-2型臺式低速離心機(jī)上海安亭科學(xué)儀器廠;KDN-04Ⅲ型蛋白質(zhì)測定儀上海纖檢儀器有限公司;精密電動攪拌機(jī)江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;電熱恒溫水浴鍋余姚市東方電工儀器廠;PHS-3C酸度計(jì)上海鵬順科學(xué)儀器有限公司。1.3方法1.3.1粗蛋白及粗糧食的測定水分測定:參照GB304—1987《水分測定》方法進(jìn)行;粗脂肪的測定:參照GB5512—1985《糧食、油料檢驗(yàn):粗脂肪測定法》方法進(jìn)行;粗蛋白的測定:參照GB6432—1994《飼料粗蛋白測定方法》方法進(jìn)行;灰分測定:參照GB5009.4—1985《食品中灰分的測定方法》進(jìn)行。1.3.2工藝1.3.3計(jì)算公共格式1.3.4因素水平編碼以纖維素酶添加量、半纖維素酶添加量、果膠酶添加量、復(fù)合酶水解時(shí)間分別代表的因素為自變量,以總蛋白提取率為因變量,其因素水平編碼見表1。2結(jié)果與分析2.1原料的基本組成原料大豆基本成分見表2。2.2混料設(shè)計(jì)結(jié)果與分析混料設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案及結(jié)果見表3。通過統(tǒng)計(jì)分析軟件DesignExpert進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,建立回歸模型如下:回歸與方差分析結(jié)果見表4,交互作用的等高線分析圖見圖1,混料設(shè)計(jì)優(yōu)化結(jié)果見圖2。由表4可知,方程因變量與自變量之間的線性關(guān)系明顯,該模型回歸顯著(P<0.001),失擬項(xiàng)不顯著,并且該模型R2=92.18%,R2Adj=82.02%,說明該模型與實(shí)驗(yàn)擬合良好,自變量與響應(yīng)值之間線性關(guān)系顯著,可以用于該反應(yīng)的理論推測。由F檢驗(yàn)可以得到因素貢獻(xiàn)率為AB>BC>AC,即纖維素酶與半纖維素酶混合作用水解>半纖維素酶與果膠酶混合作用水解>纖維素酶與果膠酶混合作用水解。由圖1分析結(jié)果可看出:A(纖維素酶添加量)、B(半纖維素酶添加量)、C(果膠酶添加量)、D(復(fù)合酶水解時(shí)間)的交互作用對總蛋白提取率的影響。由圖1a、1b可以看出當(dāng)纖維素酶和半纖維素酶添加按照1:1配比添加附近有較大值出現(xiàn),說明在試驗(yàn)中添加果膠酶對總蛋白提取率影響不大。由圖1b、1c和1d可以看出,當(dāng)酶解時(shí)間過長總蛋白提取率反而下降,分析原因是水解pH值在酸性條件下,水解時(shí)間延長導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性不利于后期蛋白酶水解蛋白質(zhì),并且可以看出最佳酶解時(shí)間出現(xiàn)在0.3~0.75附近。由圖2可知,纖維酶素與果膠酶共同水解作用對總蛋白提取率的提高較明顯,但未達(dá)到極值。半纖維素酶與果膠酶的共同水解作用對總蛋白提取率的提高不明顯。通過混料設(shè)計(jì)結(jié)果優(yōu)化可知,當(dāng)復(fù)合酶酶解時(shí)間大于0.33水平即45min時(shí),無需添加果膠酶,纖維素酶添加量與半纖維素酶添加量水平值配比為31.8:37.1時(shí),總蛋白提取率有較大值在86.4%左右。其最優(yōu)復(fù)合酶水解工藝為纖維素酶添加量0.64%、半纖維素酶添加量0.56%、兩種酶在pH5條件下復(fù)合水解45min后,再利用堿性蛋白酶在最優(yōu)條件下水解3.6h,可使總蛋白提取率達(dá)到86.4%左右。2.4最佳配方的確定通過對復(fù)合酶(纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶)不同配比水解工藝參數(shù)對各考察指標(biāo)影響的混料試驗(yàn),得到了總蛋白提取率的優(yōu)化值。在兩個(gè)考察指標(biāo)最優(yōu)的復(fù)合酶水解工藝條件下,進(jìn)行5次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)取平均值,在最優(yōu)復(fù)合酶水解條件下各考察指標(biāo)的驗(yàn)證值與預(yù)測值之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差均在合理范圍內(nèi),說明響應(yīng)值的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)值與回歸方程預(yù)測值吻合良好。兩個(gè)考察指標(biāo)均可在混料設(shè)計(jì)優(yōu)化的復(fù)合酶配比水解工藝條件下,得到較大的提取率。由此結(jié)果可以看出,在纖維素酶添加量為0.64%和半纖維素酶添加量為0.56%時(shí),總蛋白提取率分別達(dá)到極大值即85.78%。3最優(yōu)復(fù)合酶水解水酶法提取大豆油脂和蛋白工本實(shí)驗(yàn)研究復(fù)合酶配比對水酶法提取大豆蛋白得率的影響規(guī)律,并且利用混料優(yōu)化設(shè)計(jì)對最適合水酶法提取大豆蛋白的復(fù)合酶配比和水解條件進(jìn)行優(yōu)化,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,為中試以及工業(yè)化生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ),所得結(jié)果如下:確定最優(yōu)復(fù)合酶水解水酶法提取大豆油脂和蛋白工藝條件為料水比1:6(g/mL)、纖維素酶添加量0.64%、半纖維素酶添加量0.56%、酶解pH5、酶解溫度37℃條件下水解0.75h后,再利用Alcalase堿性內(nèi)切蛋白酶,加酶量1.85%、酶解溫度50℃、酶解pH9.2