专利名称：利用反胶束萃取技术同时分离大豆蛋白和油脂的方法
技术领域：
本发明涉及一种大豆蛋白和油脂的分离技术，特别是一种新型大豆蛋白和 油脂的高效分离技术 一 一 利用反胶束萃取技术同时分离大豆蛋白和油脂的方 法。
背景技术：
大豆是世界上栽培最为广泛的作物之一，世界各地都有大面积的种植。据
统计，2007年，世界大豆产量为22159万吨；我国大豆产量约为1440万吨， 进口量预计为3300万吨，总消费量预计为4706万吨；随着现代农业的迅速发 展，大豆的产量还在逐年增力。，预计2008年世界大豆产量为22162万吨。这为 大豆蛋白和油脂的研究与应用提供了丰富的原料；由此也有力地推动了大豆蛋 白和油脂工业的迅速发展，这就要求大豆蛋白和油脂不能只局限于目前用于食 品工业、饲料工业，甚至将生产大豆蛋白的原料豆粕(饼)用作肥料被浪费掉， 因此，迫切需要新的高效分离技术提取大豆蛋白，保持其活性和功能性，拓展 新的应用领域，拉长农产品深加工的链条，提高农产品的附加值和农民收入， 同时也符合国家的产业政策。
大豆的主要成分有蛋白质、脂肪、碳水化合物等，其中蛋白质含量约为40%, 脂肪含量约为18%，碳水化合物含量约为25%。蛋白质是构成人体组织的物质基 础，是人类的必需营养成分之一；大豆蛋白不仅所含氨基酸种类比较齐全，而 且所含人体必需氨基酸的比例较高，是一种为数不多能取代动物蛋白的理想营 养佳品；同时由于大豆蛋白具有经济性，尤其是具有乳化性、粘着性、凝胶形 成性、发泡性等功能特性，近年来，它已经成为食品工业不可缺少的原料。大 豆中富含的油脂是食品中不可缺少的重要营养成分之一，首先其主要功能就是 提供人体所需的热量；其次油脂还提供亚油酸和亚麻酸等人体必需的脂肪酸以
及许多食品风味和制作功能；另外，油脂在轻工、化工等工业还具有很重要的 用途。因此，深入研究和充分利用大豆蛋白和油脂资源具有重要的经济和社会 意义。
目前，国内外大豆加工普遍基于油脂为中心，即在尽量满足油脂工业要 求的条件下，才考虑蛋白资源的利用，原料中的油脂99%以上被萃取，极少浪 费；但是我国目前食品加工利用的大豆蛋白不足其蛋白总量的20%,而蛋白资 源的主要利用途径是被用作铜料，甚至用作肥料； 一方面，食用蛋白供给严重 不足，另一方面，造成蛋白资源的巨大浪费。根本原因就是缺少先进的大豆蛋 白分离新技术。目前，国内外分离大豆中蛋白和油脂等是采用分步进行的(如 图l所示)，即首先采用一次浸出等工艺先将大豆中的油脂萃取出来，然后以 脱脂豆粕为原料进行蛋白的分离，除去纤维等。由于粕中残留有大量的溶剂， 需要经过高温脱溶，由此导致粕中的蛋白变性，使得脱溶后的粕主要用作饲料， 甚至作为肥料，造成蛋白很大的浪费，从而P争低蛋白的使用价值和利用率。即 使采用浸出与低温脱溶工艺，粕中蛋白变性小，可进一步用来生产浓缩蛋白或 分离蛋白，然而蛋白的分离是在制油之后再进行，即大豆油脂、蛋白和纤维等 的分离是分步进行。另一方面，目前国内外分离大豆蛋白主要采用碱溶酸沉的 传统工艺，不仅工艺、设备复杂、投资大，而且仍有部分蛋白变性，从而影响 蛋白的使用价值；同时碱溶酸沉工艺需使用大量酸和石成，并排出大量含糖等营 养物质以及酸碱的废水(如图l所示)，从而严重污染环境。而且此法要求原料 豆粕质量较均匀一致，以便工艺操作。我国大豆原料品种多、混杂收购，造成 生产中控制困难，产品质量不稳定且酸碱消耗量大，成本高，分离出的乳清液 随废水排放未回收，其中低分子蛋白质被浪费，可溶性成分除去也不彻底。因 此，随着大豆蛋白和油脂工业的快速发展，研究易于工业化的高效分离新技术 已成为当务之急。
国内外研究工作者在不断地探索新的大豆蛋白分离新技术。反胶束萃取就 是在这一背景下发展起来的一种新型高效分离技术K李#妖貪葛ir,《辰4萃承 奢^^戎^W新迷^/77.^^理戎^U^5.3/ 7-/2〗，为植物(大豆)蛋 白和油脂的同时分离开辟了 一条具有良好应用前景的新途径。
20世纪80年代，在国内有文献介绍反胶束技术，并开展研究工作，史红 勤和雷夏K ^ir勤,#X，沈^舉^or-碌腐A辰^t谬,秀萃承齊^^的研宏/77.化工 夢泉"卯问,702-7朋3等人在利用反胶束萃取分离酶方面进行了研究。陆强和
李宽宏〖错幾李宽宏，滋亚錄.炎承^为Sf f冷^的新拔^…^應釆萃承/—j7.^A' 化工，7^3，(7".j7-W〗等人以CTAB/正己醇/正辛烷反胶束萃取分离体系，研究 从水溶液中萃取分离牛血清白蛋白的动力学，测定了多种条件下的表观传质系 数，从而判定萃取和后萃取过程各自的控制步骤。此后，国内开始有反胶束萃 取分离氨基酸等的报道，但所报道的多为一些小分子的蛋白或酶，集中在细胞 色素-C、牛血红蛋白、血清白蛋白、a-淀粉酶和胰蛋白酶等。龚福忠等介绍反 胶束萃取的两种界面传质，即与溶解有关的传质和基于液膜的传质。
这些研究都充分表明，反胶束萃取技术作为一项新型的分离技术，在分离 提纯生物活性物质方面有4艮大的优越性，随着研究的深入，反胶束萃取技术极 有可能成为生物活性物质分离、提纯的重要方法而应用于工业生产。同时，反 胶束萃取技术分离、提纯蛋白质研究所取得的成果和进展，也预示着反胶束萃 取技术应用于大豆蛋白和油脂的工业生产前景十分广阔，迫切需要我们继续深 入地研究。
发明内容
本发明的目的正是基于上述现有技术而专门提供的一种利用反胶束萃取技 术同时分离大豆蛋白和油脂的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的本发明的利用反胶束萃取技 术同时分离大豆蛋白和油脂的方法包括以下步骤 (1)配置刻交束溶液；
(2 )将预处理过的大豆原料添加到反胶束溶液中，实现同时萃取其中的蛋 白和油脂；
(3 )加入电解质溶液,使蛋白质从反胶束转移到水相中从而分离出蛋白质， 实现蛋白的反萃取，得到蛋白水溶液和混合油；
(4 )将分离得到的蛋白水溶液和混合油进行处理得到蛋白产品和油脂产
在本发明中，反胶束溶液是由丁二酸二异辛酯磺酸钠(A0T ) /异辛烷/緩沖 液组成的，其中A0T添加量为60g/L~140g/L,緩沖液添加量为0. 01 L/L ~ 0.10 L/L (控制反胶束体系水与表面活性剂的摩尔比W。4~21),调节pH6. 0~ 9.0;所述反胶束溶液中的緩沖液可以是钾盐、钠盐以及GaCh 、 MgCh等的磷 酸盐緩冲液。
电解质溶液可以是KC1-磷酸盐緩冲液、MgCh-磷酸盐緩冲液、NaCl-磷酸盐 緩冲液、GaCl厂磷酸盐緩沖液、NaNO广磷酸盐緩冲液、KNO广磷酸盐緩冲液、Na2S04-磷酸盐緩冲液中的任意一种，如KC1-磷酸盐緩冲液、MgCl2-磷酸盐緩沖液、 NaC1-磷酸盐緩沖液、GaCl广磷酸盐緩冲液、NaN03-磷酸盐緩冲液、KN0「磷酸盐 缓冲液、Na2SO广磷酸盐緩冲液等。
在反萃取步骤中，加入的电解质溶液量与反胶束溶液等体积，所述电解质 溶液可进一步选择为KCl-磷酸盐緩冲溶液或NaC1-磷酸盐緩沖溶液，其中緩冲 液中的KCl或NaCl浓度为0. 5mol/L~1.5mol/L, pH6. 0~9. 0，温度20 °C ~ 35 °C,时间1 h~l. 5 h。
本发明所述的预处理过的大豆原料指的是全脂大豆粉；大豆原料添加到反 胶束溶液中的比例为每升反胶束溶液中加入10-60克大豆原料。
本发明步骤(2)中的萃取温度25 °C~60 。C，萃取时间1 h~2 h。
在反胶束萃取过程中还可添加Alcalase碱性蛋白酶，添加比例为大豆原料 质量的2. 0%，其目的是利用酶在反胶束体系具有"超活性"的特性，萃取过程 可以同时进行蛋白的酶法改性。
本发明采用反胶束分离技术作为大豆蛋白和油脂同时分离的技术，其主要 优点
(1 )在反胶束萃取体系中实现油脂和蛋白质的同时分离，大大地简化了大 豆蛋白和油脂生产工艺过程，减少生产成本和固定资产投资；
(2) 具有溶剂萃取的优点；
(3) 在萃取过程中，蛋白被反胶束内水环境包围，环境接近于细胞内的环 境，条件温和，蛋白不易变性，因而保持其生物活性，产品纯度高；(4) 萃取过程不需要加入酸或碱，所用表面活性剂和溶剂可以循环使用， 解决传统生产方法中排放大量酸碱废水污染环境的难题；
(5) 利用酶在反胶束体系具有"超活性"的特性，萃取过程可以同时进行 蛋白的酶法改性等优点。
图1为传统大豆油脂和蛋白质生产工艺流程。
图2为本发明反胶束萃取大豆油脂和蛋白质工艺流程。
具体实施例方式
本发明以下结合实施例(附图)作进一步描述，本并不是限制本发明 本发明的方案是使用反胶束体系对大豆中油脂和蛋白同时分离。 首先配制反胶束溶液反胶束体系是表面活性剂在非极性有机溶剂中，浓 度超过临界浓度时形成的具有热力学稳定的聚集体体系。所用a束体系是丁 二酸二异辛酯磺酸钠(A0T) /异辛烷/KCl-磷酸盐反胶束体系。称取一定量的 A0T，按照浓度要求加入相应体积的异辛烷。磁力搅拌使AOT完全溶解，待溶液 透明后，加入适量的KC1-磷酸盐緩沖溶液，摇床振摇，室温下静置12h或离心 机上以3000r/min分离20min，溶液若透明则为反胶束，反之则不是(底层少 量水对体系影响不大)。
AOT添加量为60 g/L ~ 140 g/L， KC1-磷酸盐缓冲溶液添加量为0. 01 L/L ~ 0.10 L/L (控制反胶束体系水与表面活性剂的摩尔比W。4 21),调节pH6. 0~ 9. 0， KC1浓度为0. 00 mol/L ~ 0. 35 mol/L。
配制反胶束溶液时，反胶束体系中的KCl-磷酸盐緩冲液可以由MgCl厂磷酸 盐緩冲液、NaC1-磷酸盐緩沖液等替代，只是配制时与后萃时加入的MgCl厂磷酸 盐緩冲液、NaCl-磷酸盐緩沖液的pH、 MgCl2或NaCl浓度等不同。
分离步骤参照图2所示，关键步骤工艺参数如下
反胶束萃取步骤原料加入量为10g/L~60g/L，萃取温度25 °C~60 °C, 萃取时间1 h~ 2 h。反萃取步骤加入等体积的电解质溶液KC1-磷酸盐緩冲溶液或NaCl-磷酸 盐緩冲溶液，緩冲液中的KC1或NaCl浓度为0. 5 mol/L~l. 5 mol/L, pH6. 0 ~ 9.0,温度20 °C~35 。C，时间1 h~l. 5 h。
实施例l
将80 g经过预处理的全脂大豆粉加入到4 L 80 g/L的A0T反胶束溶液中， 控制条件，反胶束溶液中的緩冲液为NaNO厂磷酸盐緩冲液，控制条件W。9, NaN03 浓度0. 05 mol/L,调节pH 8. 0，萃取温度45°C，以180r/min的速度机械搅拌 2 h。蛋白前萃率60. 0%。
加入等体积1. 0mol/LNaC1-磷酸盐緩冲液，调节pH值7.7,以300 r/min 的速度振荡1. 5 h后离心0. 5 h，静止分层得到上层混合油，下层蛋白水溶液。 蛋白后萃率87. 1%。油脂萃取率90. 0%。
总体上，蛋白萃取率为52. 3%,油脂萃取率为90. 0%。大豆蛋白的发泡性、 乳化性及乳化稳定性比碱溶酸沉法生产的大豆蛋白好。
实施例2
将0. 3g经过预处理的全脂大豆粉加入到20mL AOT浓度为120 g/L的反胶 束溶液中，反胶束溶液中的緩冲液为KCl-磷酸盐緩冲液，控制条件W。18， KC1 浓度O. 05 mol/L，调节pH7. 5，萃取温度40。C，以180r/min的速度振荡1 h。 蛋白前萃率64. 6%。
加入等体积1. 0mol/LKC1-磷酸盐緩冲液，调节pH值7. 0,在振荡器中以 250r/min以上的速度振荡2 h后离心15 min,静止分层得到上层混合油，下层 蛋白水溶液。蛋白后萃率89. 0%。油脂萃取率86. 0%。总体上，蛋白萃取率为 57. 5%,油脂萃取率为86. 0%。
实施例3
将15 g经过预处理的全脂大豆粉加入到1 L AOT浓度为80 g/L的反胶束 溶液中，同时加入2. 0% Alcalase碱性蛋白酶，控制条件W。20， KC1浓度0.10
mol/L,调节pH 7.0,萃取温度45。C,萃取2 h。蛋白前萃率为73.8%。
加入等体积O. 8mol/LKC1-磷酸盐緩沖液，调节pH值8. 0，在振荡器中以
250r/min以上的速度振荡1. 5h后离心20min,静止分层得到上层混合油，下
层蛋白水溶液。蛋白后萃率82. 8%。油脂萃取率87. 5%。
总体上，蛋白萃取率为61.1%,油脂萃取率为86. 0%。加入Alcalase碱性
蛋白酶萃取，蛋白水解度在4%左右，提取率有所提高。
实施例4
将lg经过预处理的全脂大豆粉加入到100mL A0T浓度为60 g/L的反胶束 溶液中，反胶束溶液中的緩冲液为MgCh-磷酸盐緩冲液，控制条件W0 12, MgCl2 浓度O. 15mol/L，调节pH6. 5，萃取温度40。C，以180r/min的速度振荡1. 5h。 蛋白前萃率61.4%。
加入等体积l. 5mol/LKCl-磷酸盐緩冲液，调节pH值8， 0,在振荡器中以 250r/min以上的速度振荡3h后离心15min,静止分层得到上层混合油，下层 蛋白水溶液。蛋白后萃率83. 1%。油脂萃取率79. 8%。
总体上，蛋白萃取率为51. 0%,油脂萃取率为79. 8%。
权利要求
1、一种利用反胶束萃取技术同时分离大豆蛋白和油脂的方法，其特征在于包括以下步骤(1)配置反胶束溶液；(2)将预处理过的大豆原料添加到反胶束溶液中，实现同时萃取其中的蛋白和油脂；(3)加入电解质溶液，使蛋白质从反胶束转移到水相中从而分离出蛋白质，实现蛋白的反萃取，得到蛋白水溶液和混合油；(4)将分离得到的蛋白水溶液和混合油进行处理得到蛋白产品和油脂产品。
2、 根据权利要求1所述的同对分离大豆蛋白和油脂的方法，其特征在于 反胶束溶液是由丁二酸二异辛酯磺酸钠(A0T) /异辛烷/緩沖液组成的，其中 A0T添加量为60 g/L~140 g/L，緩冲液添加量为0.01 L/L-0.10 L/L (控制 反胶束体系水与表面活性剂的摩尔比W。 4 ~ 21 )，调节pH6. 0 ~ 9. 0。
3、 根据权利要求2所述的同时分离大豆蛋白和油脂的方法，其特征在于 所述反胶束溶液中的緩沖液可以是钾盐、钠盐以及GaCh 、 MgCl2等的磷酸盐緩 冲液。
4、 根据权利要求l所述的同时分离大豆蛋白和油脂的方法，其特征在于 在步骤(3)中所加入的电解质溶液可以是KCl-磷酸盐緩冲液、MgCl广磷酸盐緩 冲液、NaCl-磷酸盐緩冲液、GaCh-磷酸盐緩冲液、NaNO厂磷酸盐緩冲液、KNO厂 磷酸盐緩冲液、Na2S04-磷酸盐緩冲液中的任意一种。
5、 根据权利要求1或4所述的同时分离大豆蛋白和油脂的方法，其特征在 于在步骤(3 )中的反萃取过程中，加入的电解质溶液量与反胶束溶液等体积。
6、 根据权利要求1或4所述的同时分离大豆蛋白和油脂的方法，其特征在 于在步骤(3 )中所述电解质溶液为KCl-磷酸盐缓冲溶液或NaC1-磷酸盐緩冲 溶液，其中緩沖液中的KC1或NaCl浓度为0. 5mol/L~ 1, 5 mol/L， pH6. 0~9. 0， 温度20 °C ~ 35 。C ，时间1 h ~ 1. 5 h。
7、 根据权利要求1或2所述的同时分离大豆蛋白和油脂的方法，其特征在 于大豆原料添加到反胶束溶液中的比例为每升反胶束溶液中加入10-60克大 豆原料。
8、 根据权利要求l所述的同时分离大豆蛋白和油脂的方法，其特征在于 萃取温度25 °C~60 。C，萃取时间1 h~2 h。
9、 根据权利要求1所述的同时分离大豆蛋白和油脂的方法，其特征在于 在反胶束萃取过程中添加有Alcalase碱性蛋白酶，添加比例为大豆原料质量的 2. 0%。
10、 根据权利要求1所述的同时分离大豆蛋白和油脂的方法，其特征在于 预处理过的大豆原料指的是全脂大豆粉。
全文摘要
一种利用反胶束萃取技术同时分离大豆蛋白和油脂的方法，包括以下步骤(1)配置反胶束溶液；(2)将预处理过的大豆原料添加到反胶束溶液中，实现同时萃取其中的蛋白和油脂；(3)加入电解质溶液，使蛋白质从反胶束转移到水相中从而分离出蛋白质，实现蛋白的反萃取，得到蛋白水溶液和混合油；(4)然后再进行处理得到蛋白产品和油脂产品。本发明的主要优点在反胶束萃取体系中实现油脂和蛋白质的同时分离，大大简化了生产工艺，减少了生产成本和固定资产投资；并具有溶剂萃取的优点；在萃取过程中，蛋白被反胶束内水环境包围，环境接近于细胞内的环境，条件温和，蛋白不易变性，可保持其生物活性，产品纯度高；无酸碱废水排放，无污染。
文档编号C12P21/06GK101343309SQ20081014111
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月25日 优先权日2008年8月25日
发明者丁长河, 史双枝, 姚永志, 姜崇斌, 洁 张, 张淑霞, 李润霞, 杨宏顺, 磨礼现, 程小丽, 赵俊廷, 赵晓燕, 颖 辛, 陈复生, 高亚辉 申请人:河南工业大学