一种从豆粕直接生产改性大豆蛋白的集成化方法
【专利摘要】本发明公开了一种从豆粕直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，包括以下步骤:豆粕粉碎、发酵、均质、酶改性、分离、喷雾干燥。本发明旨在降低生产成本，提高改性蛋白产品质量的稳定性，从豆油副产品豆粕中直接得到接近明胶功能性质的系列改性大豆蛋白产品（和碳水化合物副产品），应用于胶囊及食品领域中。从根本上扭转食品、医药及其它工业对明胶的依赖，从源头上杜绝动物蛋白产品的安全问题。该方法具有广泛的应用价值。
【专利说明】一种从豆粕直接生产改性大豆蛋白的集成化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及蛋白质改性领域，具体地说是一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法。
【背景技术】
[0002]与蛋白质复性(变性蛋白质恢复其天然构象和生物活性)不同，“蛋白改性”是指基于结构决定功能的原理，利用化学、物理、或生物学手段使其氨基酸残基和多肽链结构发生变化，引起蛋白质大分子空间结构和理化性质发生改变，在不影响其营养价值和安全性的基础上控制其功能特性的过程。
[0003]胶囊是指将药物或加有辅料充填于空心硬质胶囊或弹性软质囊材中而制成的制齐U。空心胶囊常指用明胶制成的质硬且有弹性的囊状物。胶囊生产中，由于动物明胶本身的理化性质和来源的复杂性、难控性决定了产品存在诸多难以克服的性能和安全方面的缺陷，已为业界的共识。同时，动物性胶囊存在:(1)保存时间短，(2)成本高，(3)原料易被污染以及(4)伊斯兰国家抵制等问题，使得明胶胶囊的应用受到影响。特别是:不法厂商利用工业明胶生产的“问题胶囊”(蓝矾皮)事件发生以后。中国医药包装协会副会长冯国平就明确表示:“逐步用植物胶囊替代动物胶囊是解决胶囊污染顽疾的根本途径”。近年来，发达国家植物胶囊以每年20-30%的速度增长。据报道:美国要求今后几年内使植物胶囊的市场占有率达到80%以上。
[0004]植物胶囊是用改性植物纤维素或水溶性多糖为原料制成的空心胶囊，常由主材羟丙基甲基纤维素(HPMC)加辅料形成的共聚物经胶囊生产工艺制成。HPMC为改性植物纤维素，因成本高且无营养，限制了植物胶囊的发展。故:为解决明胶胶囊存在的上述问题，降低植物胶囊成本，已成为药用胶囊发展的迫切需求。然而，植物蛋白与明胶的性质差异使得植物蛋白无法直接应用于成熟的明胶胶囊 生产工艺中，故植物蛋白的改性就成为植物胶囊生产的瓶颈。
[0005]大豆蛋白是世界上公认的高营养蛋白，与鸡蛋、牛奶、牛肉等中的蛋白营养等价，不具有肉类蛋白中的高胆固醇、高脂肪和高热量。目前大豆蛋白产品主要分为大豆浓缩蛋白(含量≥65%)和大豆分离蛋白(含量≥90%)，主要应用于乳制品、肉制品、婴儿食品及相关蛋白饮料中。大豆蛋白不仅营养价值高，原料广泛，而且具有多种功能特性，除能补充人体必需能量外，还能预防一定的疾病，因此大豆蛋白已经成为植物改性蛋白应用的首选。大豆蛋白改性应用于植物胶囊生产未见报道。
【发明内容】
[0006]本发明旨在降低生产成本，提高改性蛋白产品质量的稳定性，从豆油副产品豆柏中直接得到接近明胶功能性质的系列改性大豆蛋白产品(和碳水化合物副产品)，应用于胶囊及食品领域中。从根本上扭转食品、医药及其它工业对明胶的依赖，从源头上杜绝动物蛋白产品的安全问题。显然:该改性大豆蛋白的集成化生产方法具有广泛的应用价值。[0007]—种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，其特征在于:包括以下步骤:豆柏粉碎、发酵、均质、酶改性、分离、喷雾干燥过程。
[0008]所述的从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法为:将豆柏粉碎过筛(100目)后，置于发酵池或其它发酵容器中，按10:1的比例加入铵盐水(10-20%硫酸铵)与枯草芽孢杆菌的混合液(108_9个细胞/毫升)，35°C -40°C发酵12-24小时。发酵过后的豆柏高压均质(40-400MPa)。均质后的溶液加入浓度为1%的蛋白酶或其它酶在适当的pH或适当的温度下反应适当的时间。反应后的溶液在中性或酸性条件下膜过滤(5000-10000Da)，透滤液浓缩可得到寡糖等碳水化合物，滞留液经喷雾干燥得到改性大豆蛋白；所述的其它酶包括各种蛋白酶、糖基化酶、甲基化酶、羟化酶、酯化酶等。
[0009]一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，其特征在于:所述的粉碎过筛后的豆柏颗粒越小(大于100目)，越有利于蛋白质与碳水化合物的溶解，促进与微生物和(或)酶作用。
[0010]一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，其特征在于:所述的发酵在于降解组织蛋白质与多糖和产生新的蛋白质，提高蛋白质产量，同时，进行大豆蛋白质的第一次生物改性；其发酵方式包括固体发酵与液体发酵，纯培养与混合培养，发酵菌株包括各种微生物或细胞组织。固态发酵法具有操作简单、投资少、环境污染较少、发酵过程粗放等优点。
[0011]一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，其特征在于:所述的均质压力取决于不同的改性蛋白功能要求，低压均质常可改善大豆蛋白的溶解性和乳化性；中压均质可改善大豆蛋白的凝胶性；高压均质提高大豆蛋白的持水性和持油性。
[0012]一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，其特征在于:所述的酶改性是第二次生物改性。根据不同的酶反应类型与反应条件，植物蛋白的水溶性、凝冻温度与强度、粘度、透光度、乳化性、起泡性等功能均可实现可控可调；其不同的酶反应类型包括酯化、羟化、羧化、糖基化、硫化、烷基化、酰基化、卤化及脱氢等。
[0013]一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，其特征在于:所述的分离在于除去豆柏中的碳水化合物、脂肪及其它水溶性的小分子化合物，以提高大分子蛋白质的含量；其分离方法包括过滤、电渗析、透析、层析、离心、溶剂萃取等。
[0014]一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，其特征在于:所述的喷雾干燥在于对改性的大豆蛋白产品进行成型，便于长期贮存与运输。
[0015]本发明的有益效果:
本发明提供一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法。通过微生物发酵、均质与酶改性促进大豆蛋白质溶解、提高蛋白质产量、得到可控可调的不同功能要求的改性蛋白质，随后通过分离除去碳水化合物等副产物，进而得到高品质功能要求的低成本的改性大豆蛋白应用于植物胶囊生产。该集成化生产方法的优势主要在于:(1)充分利用了豆油生产中副产物一豆柏；(2)通过多次改变蛋白质结`构实现蛋白质功能的可控可调；(3)生产方法为绿色的生物法，安全性高、环境污染少；及(4)具有收率高O 80%)、成本低的特点。
【具体实施方式】[0016]本发明所说的一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，包括以下步骤:豆柏粉碎、发酵、均质、酶改性、分离、喷雾干燥过程。
[0017](I)豆柏粉碎:称低温脱脂大豆豆柏1kg，粉碎机粉碎过筛(100目)后，置于发酵池或其它发酵容器中。
[0018](2)发酵:将保藏的枯草芽孢杆菌平板在37°C，200rpm条件下在种子培养基中培养18小时，制备0.1-0.2%硫酸铵与枯草芽孢杆菌(108_9个细胞/毫升)的混合液，按10:1的比例(液固比)加入到装有豆柏粉的发酵容器中，35°C _40°C、缓慢搅拌发酵12-24小时。
[0019](3)均质:将发酵后的混合液用均质机在80 MPa条件下均质10-30 min,均质液转移到酶反应器中。
[0020](4)酶改性:按0.4-1.0%的木瓜蛋白酶加入到含有均质液的酶反应器中，在pH5-7，60°C条件下限制性酶解60min。
[0021](5)分离:将酶解液通过在常温下用截留分子量为5000Da的膜过滤(透漏液浓缩可得到寡糖等碳水化合物)。
[0022](6)喷雾干燥:滞留液经喷雾干燥得到改性大豆蛋白粉350g，随后真空包装。
[0023]该蛋白粉的溶解度≥40%,蛋白质含量≥70%,凝冻强度(6.67%) / (Bloomg)≥100，勃氏粘度(6.67%) / (mPa ? s≥)1.8，透射比450 nm≥45，无异味。
[0024]下面结合实施例对本发明作进一步阐述，其目的是更好理解本
【发明内容】
。因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。此外，在所列实施例中如无特别说明匀采用如下材料
1)菌种?.宿Bacillussubtil us 168
2)培养基:1.5%蛋白胨，1.5%氯化钠，0.5%酵母提取粉，1%蔗糖，IL自来水(固体培养基加1.5%琼脂)，初始pH7.0，所用试剂均为市售品。
[0025]实施例1
一种大肠杆菌渗漏发酵重组蛋白的方法，包括以下步骤:
(I)豆柏粉碎:称低温脱脂大豆豆柏1kg，粉碎机粉碎过筛(100目)后，置于发酵池或其它发酵容器中。
[0026](2)发酵:将保藏的枯草芽孢杆菌平板在37°C，200rpm条件下在种子培养基中培养18小时，制备0.1-0.2%硫酸铵与枯草芽孢杆菌(108_9个细胞/毫升)的混合液，按1:1的比例(液固比)加入到装有豆柏粉的发酵容器中，采用固态发酵法，370C、缓慢搅拌发酵12-24小时。
[0027](3)均质:将自来水按4:1的比例(液固比)加入到发酵后的豆柏中，混合后用均质机在80 MPa条件下均质10-30 min，均质液转移到酶反应器中。
[0028](4)酶改性:将0.5-1.0%的木瓜蛋白酶加入到含有均质液的酶反应器中，在pH5-7，60°C条件下限制性酶解60 min。
[0029](5)分离:将酶解液通过在常温下用截留分子量为5000Da的膜过滤(透漏液浓缩可得到寡糖等碳水化合物)。
[0030](6)喷雾干燥:滞留液经喷雾干燥得到改性大豆蛋白粉350g。
[0031 ] 该蛋白粉的溶解度≥36%，蛋白质含量≥65%，凝冻强度(6.67%) / (Bloomg)≥100，勃氏粘度(6.67%) / (mPa ? s≥)1.8，透射比450 nm≥45，无异味。
[0032] 实施例2一种大肠杆菌渗漏发酵重组蛋白的方法，包括以下步骤:
(I)豆柏粉碎:称低温脱脂大豆豆柏1kg，粉碎机粉碎过筛(100目)后，置于发酵池或其它发酵容器中。
[0033](2)发酵:将保藏的枯草芽孢杆菌平板在37°C，200rpm条件下在种子培养基中培养18小时，制备0.1-0.2%硫酸铵与枯草芽孢杆菌(108-9个细胞/毫升)的混合液，按10%的接种量加入到装有豆柏粉的发酵容器中，采用固体发酵法，37°C、缓慢搅拌发酵12-24小时。
[0034](3)均质:将自来水按4:1的比例(液固比)加入到发酵后的豆柏中，混合后用均质机在80 MPa条件下均质10-30 min，均质液转移到酶反应器中。
[0035](4)酶改性:按10:1的比例(液固比)将4-5%碱性蛋白酶(Alcalase)加入到含有均质液的酶反应器中，在pH 8.0，60°C条件下限制性酶解120min。
(5)分离:将酶解液通过在常温下用截留分子量为5000Da的膜过滤(透漏液浓缩可得到寡糖等碳水化合物)。
[0036](6)喷雾干燥:滞留液经喷雾干燥得到改性大豆蛋白粉355g。
[0037]该蛋白粉的溶解度≥35%，蛋白质含量≥70%,凝冻强度(6.67%) / (Bloomg)≥100，勃氏粘度(6.67%) / (mPa ? s≥)1.8，透射比450 nm≥45，无异味。
[0038]实施例3
一种大肠杆菌渗漏发酵重组蛋白的方法，包括以下步骤:
(I)豆柏粉碎:称低温脱脂大豆豆柏1kg，粉碎机粉碎过筛(100目)后，置于发酵池或其它发酵容器中。
[0039](2)发酵:将保藏的枯草芽孢杆菌平板在37°C，200rpm条件下在种子培养基中培养18小时，制备0.1-0.2%硫酸铵与枯草芽孢杆菌(108_9个细胞/毫升)的混合液，按10%的接种量加入到装有豆柏粉的发酵容器中，采用固体发酵法，37°C、缓慢搅拌发酵12-24小时。
[0040](3)均质:将自来水按4:1的比例(液固比)加入到发酵后的豆柏中，混合后用均质机在80 MPa条件下均质10-30 min,再在120Mpa条件下均质10-30 min,均质液转移到酶反应器中。
[0041](4)酶改性:按4%_5%的Alcalase碱性蛋白酶加入到含有均质液的酶反应器中，在pH 8.0, 60°C条件下限制性酶解120min。
[0042](5)分离:将酶解液通过在常温下用截留分子量为5000Da的膜过滤(透漏液浓缩可得到寡糖等碳水化合物)。
[0043](6)喷雾干燥:滞留液经喷雾干燥得到改性大豆蛋白粉360g。
[0044]该蛋白粉的溶解度≥45%，蛋白质含量≥70%,凝冻强度(6.67%) / (Bloomg)≥110,勃氏粘度(6.67%) / (mPa ? s≥)1.8，透射比450 nm≥45，无异味。
[0045]实施例4
一种大肠杆菌渗漏发酵重组蛋白的方法，包括以下步骤:
(I)豆柏粉碎:称低温脱脂大豆豆柏1kg，粉碎机粉碎过筛(100目)后，置于发酵池或其它发酵容器中。
[0046](2)发酵:将保藏的枯草芽孢杆菌及乳酸杆菌平板在37°C，200rpm条件下在种子培养基中培养18小时，制备0.1-0.2%硫酸铵与枯草芽孢杆菌及乳酸杆菌(108—9个细胞/毫升，两种菌1:1的比例)的混合液，按10%的接种量加入到装有豆柏粉的发酵容器中，混合菌株发酵培养于37°C、缓慢搅拌发酵12-24小时。
[0047](3)均质:将自来水按4:1的比例(液固比)加入到发酵后的豆柏中，混合后用均质机在80 MPa条件下均质10-30 min,再在120Mpa条件下均质10-30 min,均质液转移到酶
反应器中。
[0048](4)酶改性:按4%_5%的Alcalase碱性蛋白酶加入到含有均质液的酶反应器中，在pH 8.0, 60°C条件下限制性酶解120min。
[0049](5)分离:将酶解液通过在常温下用截留分子量为5000Da的膜过滤(透漏液浓缩可得到寡糖等碳水化合物)。
[0050](6)喷雾干燥:滞留液经喷雾干燥得到改性大豆蛋白粉370g。
[0051 ] 该蛋白粉的溶解度≥45%，蛋白质含量≥65%，凝冻强度(6.67%) / (Bloomg)≥110,勃氏粘度(6.67%) / (mPa ? s≥)1.8，透射比450 nm≥45，无异味。
[0052]实施例5
一种大肠杆菌渗漏发酵重组蛋白的方法，包括以下步骤:
(I)豆柏粉碎:称低温脱脂大豆豆柏1kg，粉碎机粉碎过筛(100目)后，置于发酵池或其它发酵容器中。
[0053](2)发酵:将保藏的枯草芽孢杆菌平板在38°C，200rpm条件下在种子培养基中培养18小时，制备0.1-0.2%硫酸铵与枯草芽孢杆菌(108_9个细胞/毫升)的混合液，按10:1的比例加入到装有豆柏粉的发酵容器中，35°C _40°C、缓慢搅拌发酵12-24小时。
[0054](3)均质:将自来水按4:1的比例(液固比)加入到发酵后的豆柏中，混合后用均质机在80 MPa条件下均质10-30 min,再在120Mpa条件下均质10-30 min,均质液转移到酶反应器中。
[0055](4)酶改性:按4%_5%的Alcalase碱性蛋白酶加入到含有均质液的酶反应器中，在pH 8.0, 60°C条件下限制性酶解120min。
[0056](5)分离:将酶解液用凝胶层析法，层析柱长15-20cm，调节流速0.5ml/min,根据凝胶分子筛孔径的分布特点，按物质大小分离，大分子的蛋白呈正态分布先流出，寡糖等碳水化合物后流出，可以分段收集分离产品。
[0057](6)喷雾干燥:滞留液经喷雾干燥得到改性大豆蛋白粉376g。
[0058]该蛋白粉的溶解度≥45%，蛋白质含量≥75%，凝冻强度(6.67%) / (Bloomg)≥110,勃氏粘度(6.67%) / (mPa ? s≥)1.8，透射比450 nm≥45，无异味。
[0059]实施例6
一种大肠杆菌渗漏发酵重组蛋白的方法，包括以下步骤:
(I)豆柏粉碎:称低温脱脂大豆豆柏1kg，粉碎机粉碎过筛(100目)后，置于发酵池或其它发酵容器中。
[0060](2)发酵:将保藏的枯草芽孢杆菌平板在38°C，200rpm条件下在种子培养基中培养18小时，制备0.1-0.2%硫酸铵与枯草芽孢杆菌(108_9个细胞/毫升)的混合液，按10:1的比例加入到装有豆柏粉的发酵容器中，35°C _40°C、缓慢搅拌发酵12-24小时。
[0061](3)均质:将自来水按4:1的比例(液固比)加入到发酵后的豆柏中，混合后用均质机在80 MPa条件下均质10-30 min,再在120 Mpa条件下均质10-30 min,均质液转移到酶反应器中。[0062](4)酶改性:按4%_5%的Alcalase碱性蛋白酶加入到含有均质液的酶反应器中，在pH 8.0, 60°C条件下限制性酶解120 min。
[0063](5)分离:采用膜分离技术之一的电渗析，带电蛋白浓缩液从正负两极收取，非带电性稀溶液收集碳水化合物，进一步可提纯糖，操作时间90-100 min。
[0064](6)喷雾干燥:滞留液经喷雾干燥得到改性大豆蛋白粉390g。
[0065]该蛋白粉的溶解度≥50%,蛋白质含量≥80%,凝冻强度(6.67%) / (Bloomg)≥110，勃氏粘度(6.67%) / (mPa ? s≥)1.8，透射比450 nm≥50，无异味。
【权利要求】
1.一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，其特征在于:包括以下步骤:豆柏粉碎、发酵、均质、酶改性、分离、喷雾干燥过程； 所述的从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法为:将豆柏粉碎过筛(100目)后，置于发酵池或其它发酵容器中，按10:1的比例加入铵盐水(1-2%硫酸铵)与枯草芽孢杆菌的混合液(108_9个细胞/毫升)，35°C -40°C发酵12-24小时；发酵过后的豆柏高压均质(40-400MPa);均质后的溶液加入浓度为1%的蛋白酶或其它酶在适当的pH或适当的温度下反应适当的时间；反应后的溶液在中性或酸性条件下膜过滤(5000-10000Da)，透滤液浓缩可得到寡糖等碳水化合物，滞留液经喷雾干燥得到改性大豆蛋白；所述的其它酶包括各种蛋白酶、糖基化酶、甲基化酶、羟化酶、酯化酶等。
2.根据权利要求1所述的一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，其特征在于:所述的粉碎过筛后的豆柏颗粒越小(大于100目)，越有利于蛋白质与碳水化合物的溶解，促进与微生物和(或)酶作用。
3.根据权利要求1所述的一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，其特征在于:所述的发酵在于降解组织蛋白质与多糖和产生新的蛋白质，提高蛋白质产量，同时，进行大豆蛋白质的第一次生物改性；其发酵方式包括固体发酵与液体发酵，纯培养与混合培养，发酵菌株包括各种微生物或细胞组织；固态发酵法具有操作简单、投资少、环境污染较少、发酵过程粗放等优点。
4.根据权利要求1所述的一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，其特征在于:所述的均质压力取决于不同的改性蛋白功能要求，低压均质常可改善大豆蛋白的溶解性和乳化性；中压均质可改善大豆蛋白的凝胶性；高压均质提高大豆蛋白的持水性和持油性。
5.根据权利要求1所述的一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，其特征在于:所述的酶改性是第二次生物改性；根据不同的酶反应类型与反应条件，植物蛋白的水溶性、凝冻温度与强度、粘度、透光度、乳化性、起泡性等功能均可实现可控可调；其不同的酶反应类型包括酯化、羟化、羧化、糖 基化、硫化、烷基化、酰基化、齒化及脱氢等。
6.根据权利要求1所述的一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，其特征在于:所述的分离在于除去豆柏中的碳水化合物、脂肪及其它水溶性的小分子化合物，以提高大分子蛋白质的含量；其分离方法包括过滤、电渗析、透析、层析、离心、溶剂萃取等。
7.根据权利要求1所述的一种从豆柏直接生产改性大豆蛋白的集成化方法，其特征在于:所述的喷雾干燥在于对改性的大豆蛋白产品进行成型，便于长期贮存与运输。
【文档编号】C12R1/225GK103436577SQ201310080062
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年3月14日 优先权日:2013年3月14日
【发明者】童望宇, 吕兴富, 李晓飞, 孙建刚, 张雁 申请人:泰安瑞泰纤维素有限公司