大豆餅粕分離蛋白的制取工藝研究

黃來珍，謝偉彬，邵海艷

（廣東海洋大學 食品科技學院，廣東 湛江 524025）

大豆分離蛋白是從大豆脫脂后的低變性脫脂豆粕中提取的蛋白質質量90%以上（以干基計）的蛋白質類食品添加劑[1]，其中有人體必需的8種氨基酸，而且這些氮基酸的組合比較均衡，與動物蛋白近似，易于被人體吸收利用，屬于全價蛋白。作為一種理想優質的植物蛋白來源，大豆蛋白近年來以其應用范圍廣泛而越來越多受到人們關注。如在面制品[2]、肉制品[3]、乳制品[4]和飲料制品[5]等多個食品加工領域均受到研究者重視并顯示出優越的理化特性。

本文采用堿提酸沉法進行豆粕中大豆分離蛋白的提取，通過實驗確定提取分離蛋白的最佳工藝參數并對提取蛋白的理化特性進行分析，以期為脫脂豆粕的進一步開發和應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

豆粕：湛江富虹油品有限公司提供。

1.2 主要儀器

PHS-25C pH計：上海康儀儀器有限公司；DK-98-I型電熱恒溫水浴鍋：天津市泰斯特儀器有限公司；JD-2型磁力攪拌器：常州國華電器有限公司；Uv-2102pc型紫外可見分光光度計：尤尼柯（上海）儀器有限公司；GL-10LMD高速冷凍離心機：湖南星科科學儀器有限公司；101A-2數顯電熱恒溫鼓風干燥箱：上海浦東躍欣科學儀器廠。

1.3 主要試劑

牛血清白蛋白：國藥集團化學試劑有限公司；硫酸銅、硫酸鉀、氫氧化鈉、鹽酸等試劑均為分析純。

1.4 方法

1.4.1 豆粕分離蛋白的制取及得率計算

將一定量的大豆餅粕與水按一定比例（料液比）混合，用NaOH調所需pH，在一定溫度下水浴加熱一定時間后離心，將離心后的上清液水浴加熱到一定溫度，用鹽酸調至所需pH，沉淀，離心分離，收集沉淀物，冷凍干燥，得到成品豆粕分離蛋白粉，并計算蛋白質得率。

1.4.2 溫度對蛋白質得率的影響

料液比為1∶10，浸提時間為60 min，pH為8.5，分別在40、50、60、70、80℃溫度下，按1.4.1的制取方法，提取豆粕分離蛋白，并計算蛋白質得率。

1.4.3 料液比對蛋白質得率的影響

浸提溫度為50℃，浸提時間為60 min，pH為8.5，在料液比分別為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25的條件下，按1.4.1的制取方法，提取豆粕分離蛋白，并計算蛋白質得率。

1.4.4 提取時間對蛋白質得率的影響

料液比為1∶10，浸提溫度為50 ℃，pH為8.5，提取時間分別為30、60、90、120、150 min的條件下，按1.4.1的制取方法，提取豆粕分離蛋白，并計算蛋白質得率。

1.4.5 提取pH對蛋白質得率的影響

料液比為1∶10，浸提溫度為50℃，時間為60 min，在pH分別為7.5、8.0、8.5、9.0、9.5的條件下，按1.4.1的制取方法，提取豆粕分離蛋白，并計算蛋白質得率。

1.4.6 豆粕分離蛋白的功能分析

1.4.6.1 溶解度測定[6]

0.5 g樣品溶于30 mL去離子水中，0.5 mol/L HCl或0.5 mol/L NaOH調pH7.0，定容至50 mL，攪拌30 min，在轉速3000 r/min下離心20 min，溶解度S用半微量凱氏定氮法測定。

1.4.6.2 乳化性及乳化穩定性的測定[7]

用pH為7.0，濃度為0.01 mol/L的磷酸鹽緩沖液,配制成質量分數為0.5%的蛋白溶液,取10 mL色拉油與20 mL蛋白液混合,均質或電動攪拌器攪拌1 min,用移液槍取10 μL,稀釋于10 mL質量分數為0.1%的SDS緩沖溶液（十二烷基磺酸鈉）中,立即測定500 nm下的吸光值（分光光度計）。

式中：ESI為乳化活力指數，每克蛋白質的乳化面積，m2／g蛋白；ε為在500 nm 波長下測得吸光值；Φ為油相所占的分數，1/3；c為蛋白質的質量分數，0.5%；L為比色池的厚度，10 mm。

上述乳液在溫度80℃中水浴加熱30 min，冷卻。

按上述方法再測定乳化活力指數ESI80，按下式計算乳化穩定性。

式中：EA為乳化穩定性；ESI為乳化活力指數；ESI80為80℃下的乳化活力指數。

1.4.6.3 起泡性的測定[8]

在室溫下，將大豆分離蛋白溶于pH為7.0的磷酸鹽緩沖液配成體積分數為3%的溶液100 mL，在轉速10000 r/min下均質1 min，測定泡沫體積。

起泡度=（V-100）/100×100%

式中：V為攪拌停止時泡沫的總體積，mL。

2 結果與分析

2.1 大豆餅粕提取分離蛋白單因素試驗

2.1.1 溫度對蛋白質得率的影響

不同溫度對蛋白質得率的影響見圖1。

圖1 溫度對蛋白質得率的影響Fig.1 The effect of temperature on the extraction rate of protein

由圖1可知，溫度的高低對大豆蛋白的溶解度有較大的影響。隨著溫度的升高，蛋白質得率增大,但溫度過高會引起蛋白質變性[9]。因此本試驗溫度為50℃最佳。

2.1.2 料液比對蛋白質得率影響

不同料液比對蛋白質得率的影響見圖2。

由圖2可知，在選定的范圍內，隨著料液比的增大，蛋白質得率相應增高，這是因為料液比的增加能提高蛋白的溶解，減少殘渣帶走的蛋白損失。但是，料液比的增加給后續分離工藝造成負擔，且污水量也隨著料液比的增加而增多，所以控制料液比非常重要，在此初步選擇料液比為1∶20。

2.1.3 提取時間對蛋白質提取率影響

不同提取時間對蛋白質得率的影響見圖3。

圖3 時間對蛋白質得率影響Fig.3 The effect of time on the extraction rate of protein

由圖3可知，在30 min～150 min之間隨著時間的升高，蛋白質提取率也相應不斷增高，在60 min后隨時間的升高蛋白質的提取率升高緩慢。另外，在較高的pH或較高溫度下提取蛋白質，延長浸提時間會使大豆蛋白的水解程度加深。從實驗情況來看，浸提時間以60 min左右為宜，因此選60 min為最佳浸提時間。

2.1.4 pH對蛋白質提取率影響

不同溫度對蛋白質得率的影響見圖4。

圖4 pH對蛋白質得率影響Fig.4 The effect of pH on the extraction rate of protein

由圖4中可知，在溫度50℃，料液比1∶20，提取時間60 min的條件下，在pH小于8.5時，蛋白得率隨pH的增大而增加，且增加幅度明顯。當pH超過8.5時，蛋白質溶出量的增加趨于緩慢，pH超過9.0時，蛋白質得率有下降趨勢。另外，在強堿條件下大豆蛋白易發生朧賴反應，氨基酸轉化成了有毒化合物[9]，因此，如果在提取液的pH為8.5的條件下提升浸提溫度，不僅可以避免出現因溫度升高而造成的蛋白質酸敗現象，而且可以進一步提高蛋白質的得率。

2.2 提取工藝優化

根據大豆餅粕提取工藝單因素試驗結果，以溫度（40、50、60 ℃）、時間（30、60、90 min）、料液比（1∶15、1∶20、1∶25）、（pH8.0、8.5、9.0）為參考因素和水平，按L9（34）正交表設計試驗對提取工藝參數進行優化。正交試驗因素水平設計與試驗結果與分析分別如表1、表2所示。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Orthogonal table of factors and levels

表2 正交試驗設計與結果Table 2 Design and results of the orthogonal experiment

由表2可知，影響分離蛋白提取率的主次因素為A>B>D>C，即：溫度>時間>pH>料液比，得出最優水平組合為A3B2D2C2，即溫度為50℃，提取時間為60 min，提取料液比為1∶20，提取pH為8.5。進一步驗證試驗結果表明該種組合的蛋白質得率最高，達到84.2%。

2.3 產品功能特性

在最佳工藝條件下制得的大豆分離蛋白，在pH7.0下對其功能特性進行測定，結果見表3。

表3 大豆分離蛋白功能特性Table 3 The functional properties of soybean protein isolates

3 結論

1）利用“堿提酸沉”法提取大豆餅粕分離蛋白時，豆粕的浸取溫度、浸提時間、料液比和pH等都會影響到分離蛋白的提取效果。當浸提溫度為60℃、浸提時間達到60 min、料液比為1∶20、pH為8.5時，蛋白質的得率最高，達84.2%。

2）所得大豆餅粕分離蛋白（pH7.0）的溶解性為25.2%，乳化性為每克蛋白3.23m2，乳化穩定性為27.0%，起泡性為55.2%。

[1]彥國.國內大豆分離蛋白產業現狀與發展建議[J].食品與機械，2000(3):25

[2]吳立根，王岸娜.大豆蛋白在面制食品中的應用[J].食品與藥品,2006(6):67-70

[3]李里特.大豆的加工與利用[M].北京：化學工業出版社,2003:164-l65

[4]宋國安，付玉玲，呂近航.大豆蛋白在食品及乳品工業中的應用[J].食品科技,1996(1):2

[5]劉躍泉.高功能型大豆分離蛋白研究及應用[J].糧食與油脂,2003(9):25-27

[6]清云，王常青.小黑豆分離蛋白的制取與分析[J].農產品加工·學刊,2007(2):65-67

[7]Pearce K N,Kinsella J E.Emulsifying properties of proteins:evaluation of a turbidimetric technique.Jour-nal of Agricultural and Food Chemistry,1978,26(3):716-723

[8]Offmann C W,Garcia V V.Functional properties and amino acid content of a protein isolate from mung bean flour[J].Journal of food technology,(U K)，1977,12:473

[9]佩蘭，徐明.提取大豆分離蛋白的工藝研究[J].糧油加工與食品機械,2005(9):47-51