技術領域:
本發明涉及一種以花生粕為原料生產低聚肽、多糖和膳食纖維的方法,屬于生物技術領域。
背景技術:
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中國是世界最大的花生產地,產量占全球的40%以上,據統計,2012年我國花生的年產量為1611萬噸,占油料作物的50%左右,而其中50%-60%用于榨油,90%榨油企業采用熱榨工藝,因此每年產生大約500萬噸花生粕(馬浩良等,2014)花生粕中含有豐富的活性成分,如蛋白質含量高達48%以上,糖類含量高達30%左右,還有黃酮類、鞣質、三萜或甾體類化合物;mg、k、ca、fe、na和zn含量也較高,是很好的礦物營養源(謝秋濤等,2102)
劉大川等(2009)研究將花餅粕粉碎,過20目篩,在50℃下,用60%乙醇溶液浸取,固液比1:8的條件下,對低溫花生粕浸取5次(30min/次)。然后將浸提物分離,固相干燥即得花生濃縮蛋白,其粗蛋白含量為68.15%。
劉玉蘭等(2009)研究采用混合溶劑浸洗工藝提取花生濃縮蛋白,溶劑比(正己烷:75%乙醇)3.5:6.5,時間60min,溫度50℃,料液比1:11,萃取4次,在此條件下所得的產品粗蛋白含量70.50%。
王存章等(2009)研究以低溫頂榨花生餅粕為原料,經viscozyme酶解處理后再用堿溶酸沉法提取蛋白。底物濃度為15%,溫度為45℃,酶用量1.26%,ph4.3,反應時間134min,蛋白提取率為79.38%。
熊振海等(2009)研究采用堿提取法在溫度60℃,ph9.0,料液比1:8,浸提時間為60min條件下,提取產物中花生蛋白含量為89.94%。
yujiam-mei等(2007)研究通過等電沉淀法制備了花生濃縮蛋白,蛋白含量達85%。
張偉等(2006)研究對花生餅粕中蛋白質的提取進行了優化,并在相同提取條件下進行二次浸提,得花生蛋白含量達90.43%的產品。
李明姝等(2004)研究采用堿提酸沉法,料液比1:8,ph8.2,浸提溫度60℃,重復提取2次,每次2h,酸沉ph4.5的條件下制得的花生蛋白純度達90.21%。
楊偉強等(2009)研究采用堿提酸沉法從脫脂花生蛋白粉中提取花生分離蛋白,通過單因素實驗和正交實驗優化了提取工藝條件,得到了蛋白含量達95.65%的分離蛋白。
高云中等(2009)研究對花生餅進行超微粉碎,通過鹽溶堿提酸沉工藝,花生分離蛋白的純度最高達91.63%。
劉大川等(1998)研究采用超濾膜法制備花生分離蛋白,產品蛋白得率高達95.8%。
馬濤等(2011)研究通過對堿性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、風味蛋白酶水解花生餅粕中的蛋白質,確定了堿性蛋白酶來制備花生抗氧化肽,通過響應面法優化,最終得到了羥自由基清除率為62.15%的花生肽。
王英瑤等(2005)研究采用水酶法,利用alcacase蛋白酶制得花生肽,其相對分子量189-2000da范圍內,具有抑制血管ace(血管緊張素轉化酶)活性。
陳貴堂等(2008)研究用alcacase蛋白酶水解花生分離蛋白的條件進行了優化,得到的花生肽分子量主要集中在5000以下,對亞油酸的氧化具有很好的抑制。
李瑞等(2010)研究采用復合蛋白酶對花生餅粕中的蛋白質進行水解,得到的花生肽的分子量集中在800-1200u之間。
柳杰等(2011)研究以枯草芽孢桿菌20029作為花生餅粕的發酵菌種,在發酵溫度30℃,ph8.0,發酵時間49.5h的條件下,得到對dpph。清除率達63.28%花生抗氧肽。
hwangjean-yu等(2001)研究采用esperase蛋白酶水解花生蛋白,得到抗氧化活性為27.5的活性多肽(相當于vc9.5的抗氧化活性)
馬治良等(2016)研究通過排雜法將花生粕中的淀粉酶解水溶,建立了熱榨花生粕蛋白生物酶法的制備工藝,最佳條件為:料液比1:8,淀粉酶加量0.55%,ph6.0,溫度60℃,酶解時間1h,制備的花生蛋白純度為81.38%。
王瑩等(2014)研究以低溫花生粕為原料利用堿溶酸沉法提取花生分離蛋白,最佳條件為:ph9.5,堿提溫度55℃,料液比1:11,提取時間2.5h,此條件下,花生分離蛋白的得率可達90.25%。
劉紅梅等(2014)研究復合酶法水解花生粕制備抗氧化肽的工藝優化:堿性蛋白酶和中性蛋白酶對花生粕具有較強的水解能力,二者以2:1比例對花生粕水解時,較優的條件為溫度50℃,ph8.54,底物質量分數8.34%,在此條件下,酶解16h,花生肽的收率為65.80%,濃度0.55mg/ml時對dpph自由基的清除率為25.77%。
梁蓉等(2008)研究以高溫花生粕為原料,研究內肽酶和端解酶復合處理制備低苦味花生混合肽的工藝,最佳條件為:ph7.0,溫度50℃,料液比1:25,as1398加量為4500u/g、flavourzyme500mg酶加入量為3%,反應時間1.5h,在此條件下回收率為82.33%,水解肽液苦味值為2,干燥所得的花生肽nsi高。
劉大川等(2010)研究以脫脂花生粕為原料,采用alcalase堿性蛋白酶水解制備花生蛋白水解產品,最佳條件為:底物濃度30g/l,ph9.5,溫度60℃,酶加量7%,時間4h,脫色活性炭用量3%,溫度60℃,時間40min,在此條件下水解度達27.81%,氮回收率70.01%。
沈瑞敏等(2011)研究利用木瓜蛋白酶和中性蛋白酶水解花生粕提取花生蛋白。確定最佳工藝條件為:料液比1:25,加酶量為3%,水解時間為2h,在此條件下蛋白轉化率為80%。
寧慶鵬等(2016)研究酶解制備花生粕醒酒肽,最佳工藝條件為料液比1:30,alcalaseaf2.4l加量5000u/g,ph9.5,溫度35℃,酶解3h,該條件花生肽分子量在1000u-3000u,體外動物乙醇脫氫酶(alcoholdehydrogenase,adh)激活率為30.47%,對小鼠有顯著防醉醒酒作用。
劉英麗等(2014)研究采用堿性蛋白酶、復合蛋白酶、復合風味酶、中性蛋白酶和木瓜蛋白酶酶解花生粕制備抗氧化肽,經篩選確定最佳為堿性蛋白酶,最佳工藝參數為:底物濃度7%,酶添加量為2%,ph8.0,溫度為65℃,酶解時間為4h,在此條件下得到的多肽水解度為14.86%,dpph清除率為55.31%。
白水連等(2009)研究,用木瓜蛋白酶水解花生粕蛋白得到多肽的最佳工藝條件為:底物濃度10%,溫度45℃,ph7.5,加酶量6300u/g,酶解時間5h。
閻欲曉等(2013)研究超聲波協同復合酶提取花生粕多糖的最佳工藝為:中性蛋白酶1.5%、纖維素酶1.5%、果膠酶1.5%,ph6.0.料液比1:25,時間2h后進行超聲處理,功率104w,時間20min,在此條件下多糖提取率為9.59%。
高思思等(2015)研究比較了熱水提取法和微波提取法從花生粕中提取多糖,結果表明:熱水浸提法的提取條件料液比1:40,提取溫度100℃,提取時間120min,提取率為10.35%;微波提取的適宜條件為料液比1:25,微波功率300w。提取時間2min,提取率為9.93%。
任初杰等(2008)研究堿提花生粕中水溶性多糖的工藝,最佳工藝條件為:料液比1:34,堿濃度0.68mol/l,提取溫度88℃,提取時間2.4h,對應預測得率為9.78%,實際得率為9.79%。
任初杰等(2007)研究酸提花生多糖的工藝,最佳工藝條件為:酸濃度0.17mol/l,提取溫度87℃,提取時間74min,料液比1:25,對應預測得率為9.41%,實際得率9.39%。
劉潔等(2011)研究纖維素酶法提取花生粕多糖的工藝,結果表明:提取時間253min,提取溫度43℃,ph5.9,酶添加量0.3%,花生多糖的提取率達6.77%。
苗敬芝(2012)研究用超聲結合酶法提取花生粕中總膳食纖維的研究。結果:超聲水提法最佳工藝條件為:料液比1:15,功率150w,時間15min,提取率為80.51;超聲結合酶法提取的最佳工藝條件為加酶量4%,料液比1:15,超聲波150w,時間15min,提取率為83.83%。
陳輝等(2011)研究酶法提取花生粕中不溶性膳食纖維的工藝,結果表明:α-淀粉酶加量2%,ph4.0,溫度60℃,時間30min;調ph7.0,溫度80℃,加木瓜蛋白酶11%,時間2h,花生粕不溶性膳食纖維提取率達37.72%。
秦潔等(2011)研究雙酶法提取花生粕中總膳食纖維的工藝。結果表明:木瓜蛋白酶最佳提取工藝:加酶量8%,時間4h,溫度50℃;糖化酶的最佳提取工藝條件為:加酶量1.2%,時間1h,溫度60℃,在此條件下花生粕中總膳食纖維提取率為40.45%。
薛芳等(2008)研究用超聲波輔助減法提取花生粕中多糖,最佳工藝條件為:超聲功率70w,溫度73℃,堿濃度2.12mol/l,超聲處理時間18.65min,固液比1:20,多糖提取率13.78%。
韓冰等(2010)研究用響應面法優化水提花生餅粕中多糖,最佳參數:料液比1:41,溫度96℃,時間1.93h,在此條件下多糖得率為10.24%。
劉潔(2012)研究通過響應面分析從花生粕中用纖維素酶法提取花生多糖的研究。結果表明:在提取時間253min,提取溫度43℃,ph5.9,纖維素酶濃度0.3%條件下,花生多糖提取得率達到6.77%。
通過對不同提取方式得到的花生多糖理化性質和結構組成的比較可以看出,酶提花生多糖中糖醛酸含量和硫酸根含量是四種提取方法中最高的。酶提花生多糖由葡萄糖和半乳糖構成,酸提花生多糖由鼠李糖、木糖、葡萄糖和半乳糖構成;堿提及水提花生多糖由鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖和半乳糖構成。從分子量上看,酶提多糖分子量分布從1.08*103到2.39*103da,酸提多糖從3.39*103da到1.07*105da,堿提多糖從2.82*103da到1.32*105da,水提多糖從2.29*103da到1.32*105da.
從上述研究資料中仔細分析發現如下不足:
1.所有研究只是從花生粕中提取1種活性成分,其余活性成分沒有被提取,既造成花生粕資源的浪費,又增加了提取活性成分的原料成本。
2.采用堿提酸沉法提取花生分離蛋白的工藝中未見對提取花生分離后的乳清水進行利用。發明者對乳清水(料液比1:5提取分離蛋白)中的主要成分進行了測定。含蛋白0.3%-0.4%,多糖含量0.6%-0.7%。按日處理20噸花生企業,每天從乳清水中排掉蛋白質600kg,多糖1400kg。不僅浪費了寶貴的資源,而且污染了環境。
3.沒有對花生蛋白酶解用酶進行系統篩選,也沒有對產品口感進行了評價,更沒有對產品分子量進行測試。
4.發明者對上述文獻提到的常用蛋白酶包括2709堿性蛋白酶。as1.398中性蛋白酶,胰酶,木瓜蛋白酶等酶解花生粕后的酶解液用常規方法處理如過濾、離心、加助濾劑等均得不到澄清液體。因此也無法得到復溶后澄清溶液的花生肽產品。
5.文獻中有錯誤,可能是印刷錯誤或校對疏漏,也可能沒有認真做實驗。誤報相關數據。如陳輝等研究酶法提取花生粕中不溶性膳食纖維,木瓜蛋白酶的用量11%,酶解溫度80℃不符合常理:一是木瓜蛋白酶常用量1%-3%;二是酶解溫度55℃左右。加熱至80℃時,酶全部失活。苗敬芝研究用超聲結合酶法提取花生粕中總膳食纖維,提取率高達83.83%。花生粕中蛋白質50%左右,含多糖30%左右,不可能會提取83.83%總膳食纖維。
技術實現要素:
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針對上述問題,本發明要解決的技術問題是提供一種以花生粕為原料生產低聚肽、多糖和膳食纖維的方法。
本發明的以花生粕為原料生產低聚肽、多糖和膳食纖維的方法:步驟一、取花生粕,粉碎過20目-80目篩,得花生粕粉,按料液比1:5-1:20加純凈水,調配成混懸液,混懸液用10%-30%的naoh液調ph8.5-11.0,將料液加熱至50℃-90℃,攪拌提取1h-4h,用臥螺分離機進行固液分離,得到液相i和固相i,所述的液相i中含蛋白液,所述的固相i中包含濾渣,主要含纖維,濾渣用適量純水攪拌洗滌,采用臥螺分離機進行第二次固液分離,得到液相ii和固相ii;
步驟二、液相ii和液i合并,在攪拌下加入1.1-1:4鹽酸液至料液ph4.0-5,0,攪拌均勻后靜置5min-20min得凝乳,用臥螺分離機將凝乳分離得乳清液和分離蛋白;乳清液通過截留分子量2萬da-10萬da的有機膜分離,得到截留液i和透過液i,所述的截留液i中含蛋白質,所述的透過液i中含多糖,將截留液i和步驟一中的固相i合并,攪拌分散,加純水調整底物濃度為5%-15%為料液;
步驟三、將料液加入naoh液調ph為9.0,加熱至70℃-90℃熱處理10min-60min,料液降溫至40℃-60℃,ph7.5-9.0,加復合蛋白酶,其中蛋白酶中蛋白總量為1%-5%,攪拌酶解3.5h-7.0h酶解液調ph至5.0-7.0,升溫至70℃-90℃在10min-25min滅酶,為滅酶液;
步驟四、將步驟三制備的滅酶液在攪拌下加濃度1-5%hacc,加量為2-10%,加濃度為1%-5%cts1-10%,充分攪勻后靜置5min-10min由臥螺離心機或板框壓濾機分離,得到液相iii(含肽澄清液)和固相iii(含絮凝物,棄);
步驟五、將液相iii過顆粒活性碳柱進行脫色精制,得過柱液,過柱液用孔徑50nm-100nm陶瓷膜進行脫炭粒精濾,得澄清透明精濾液;精濾液用孔徑50da-200da有機膜進行一級濃縮,得一級濃縮液至固含量為15%-25%;
步驟六、將步驟五中的一級濃縮液經減壓蒸發濃縮機進行再濃縮,得到固含量35%-55%的濃縮液,濃縮液經壓力式噴霧干燥塔噴干,即花生蛋白低聚肽;
步驟七、將步驟二制備的透過液i用截留分子量500da-1000da的有機膜進行濃縮至固含量25%-50%的濃縮液進行冷凍干燥,得花生多糖,或加3倍95%乙醇攪拌沉淀,靜置,分離沉淀,分別用95%乙醇、無水乙醇洗滌,干燥,得花生多糖;將步驟一制備的固相ii用純水洗滌1次,采用臥螺離心機分離,固相用管束干燥機干燥,粉碎過100-200目即得膳食纖維。
作為優選,所述的步驟三中的復合蛋白酶包含as1.398中性蛋白酶10萬/g50%-70%,木瓜蛋白酶60萬/g20%-50%和風味蛋白酶5%-25%。
本發明的有益效果:1.以花生粕為原料同時提取花生低聚肽、花生多糖和膳食纖維,使花生粕資源得到綜合利用,降低了產品的原料成本,大大提高了企業的經濟效益,又避免了大量乳清水的排放給環境造成的污染。
2.對酶解花生蛋白的蛋白酶進行了系統篩選,在單酶篩選的基礎上,組成了對花生蛋白酶解率最高、產物分子量最小,口感最好的復合蛋白酶,使花生蛋白的酶解收率高達90%左右,花生低聚肽的分子量<1000da達95%左右,產品口感好,無苦味。
3.篩選了食品級絮凝劑hacc和cts作為花生蛋白酶解液絮凝澄清,并對使用濃度和絮凝工藝進行了系統研究,使絮凝吸附花生低聚肽的量降到最低,保證了較高的花生低聚肽收率。
4.使用了膜分離和膜濃縮新設備。新工藝,使乳清水中未被等電點沉淀下的可溶性蛋白和多糖進行有效分離,使低濃度的低聚肽溶液和多糖溶液得到濃縮。節省了能源,又提高了產品質量。
附圖說明
圖1為本發明的制備結構示意圖。
具體實施方式:
本具體實施方式采用以下實施例對發明進行進一步的詳細說明。
實施例:步驟一、取花生粕,粉碎,過60目得花生粕粉;稱取花生粕粉100kg,在攪拌下加入600l純水中,料液比1:6,充分攪勻呈混懸液;用20%naoh液調液ph9.0;加熱升溫至料液溫度60℃;攪拌提取2h;用臥螺分離機分離得液相i(蛋白液)和固相i;固相i入反應釜,按料(花生粕粉):液=1:4加純水第二次提取,條件同上臥螺分離機離心分離,得液ii和固相ii(為膳食纖維);
步驟二、液相ii和液i合并;得合并料液用1:3稀釋的鹽酸液調合并料液ph4.5-4.6,充分攪勻,靜置5min-10min得凝乳;用臥螺分離機將凝乳分離得乳清液和分離蛋白;乳清液通過截留分子量2萬da-10萬da的有機膜分離,透過液為花生多糖,截留液為蛋白,截留液多次用純水稀釋,將其中多糖洗出,洗液合并入透過液中;將透過液濃縮至固含量30%左右,用冷凍干燥或加3倍酒精攪拌沉淀,分別用95%乙醇、無水乙醇洗滌,干燥得花生多糖;截留液合并入分離蛋白中;分離蛋白中加純水,攪拌均勻,得蛋白乳液,用純水調整底物濃度(蛋白含量)7.5%左右;
步驟三、用濃度20%naoh液調料液ph9.0,在攪拌下夾層加熱,將料液升溫至70℃,熱處理20min;將料液降溫至46℃±1℃;調整料液ph8.3±0.1;加復合蛋白酶3.5%(蛋白總量),攪拌酶解5h;調整料液ph6.0;料液升溫至75℃10min滅酶;
步驟四、攪拌下在滅酶料液中加濃度1%hacc,加量5%(v/v);濃度為2%cts,加量為1%(v/v),充分攪拌均勻,靜置5min,進行絮凝;絮凝液通過臥螺分離機分離得清液(含花生低聚肽)和固相(雜質,棄);
步驟五、將清液通過顆粒活性炭柱進行脫色脫味精制;過柱液通過100mm孔徑的陶瓷膜進行精濾,得精濾液;精濾液通過截留分子量50da的有機膜濃縮,得一級濃縮液,固含量16%左右;
步驟六、將一級濃縮液經機械減壓濃縮裝置濃縮得濃縮液,固含量45%左右;濃縮液經噴霧干燥塔噴干,得花生低聚肽。
步驟七、將步驟一中固相ii按料液比1:3加純水攪拌洗滌30min左右;臥螺分離機分離得固相iii;將固相iii通過管束干燥機但干燥至含水量12%以下,得干固形物;將干固形物超微粉碎通過200目,即膳食纖維成品
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解,本發明不受上述實施例的限制,上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理,在不脫離本發明精神和范圍的前提下,本發明還會有各種變化和改進,這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。