一种酸溶性大豆蛋白及其制备方法和在酸性饮料中的应用

摘要

本发明属于大豆蛋白深加工及功能饮料领域，公开了一种酸溶性大豆蛋白及其制备方法和在酸性饮料中的应用，首先将提取液与豆粕混合，离心分离除去不溶性残渣，取上层清液；然后在上层清液中加植酸酶酶解，调节pH值；最后在水浴条件下进行循环超滤渗滤浓缩，重复多次稀释和浓缩蛋白，将浓缩蛋白液经巴氏杀菌、喷雾干燥后，即得酸溶性大豆蛋白产品。所得蛋白纯度高达90～99％，植酸含量仅为0.665～0.694％；在pH3.0～4.0内氮溶指数高达45～90％；酶解液起泡性较好，泡沫稳定性较优；将其溶解于运动饮料、碳酸饮料、果汁等酸性溶液中可制备各种功能饮料。

说明书

技术领域

本发明涉及大豆蛋白深加工及其应用，特别是涉及一种超滤-渗滤膜分离 技术制备的大豆蛋白及其在功能性饮料中的应用，属于功能性食品领域。

背景技术

膜分离技术的成熟为SPI的制备开辟了一条新的途径。用膜分离代替传统 生产工艺中的酸沉操作，生产浓缩蛋白或分离蛋白，可以提高蛋白质的功能性， 降低蛋白质中的植酸和酚类化合物的含量，提高生物学效价；降低蛋白质中植 酸、酚类化合物和铝的含量，提高蛋白质的生物学效价：豆粕中含有胰蛋白酶 抑制剂(分子量800～24000)通常被认为是有毒性或抗营养的成分，它较耐高 温，不易失活，通过超滤法能够有效除去；分离过程中溶液的pH值不存在大 的波动、不存在相转变，这样蛋白质的变性程度很小，能最大限度的保持蛋白 质的天然特性；超滤膜能够截留大豆乳清蛋白，从而提高蛋白质回收率，避免 环境污染。但是，传统的分离膜是由高分子聚合物材料制成的，其结构型式有 螺旋卷式、平板式和多通道式，并已被许多分离过程所采用。但由于材料和结 构上的局限性，在使用温度、压力、pH范围、防震动以及使用寿命方面均受 到一定的限制。不锈钢膜的出现则在一定程度上解决了这些问题，主要利用透 过液的流向和物料流向成垂直，高速流动的液流不断冲刷膜表面，从而不会在 过滤膜的表面形成滤饼而保持高的过滤速率。它使膜分离的应用范围有了较大 拓宽，可以在更苛刻的条件下获得应用。

美国专利饮料US 20120295008A1和US 20130078355A1均公开了以CaCl₂为提取液，采用膜分离法制备了酸性饮料的大豆蛋白及其在运动饮料中的应 用，但是制备过程中不涉及植酸酶的处理，所得产品植酸酶含量仍然较高，产 品在水中溶解度有限；另外所用膜分离器无法实现工业化大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于采用不锈钢膜超滤-渗滤技术制备一种酸溶性的大豆蛋 白。本发明所用的循环超滤渗滤浓缩系统设备简单，成本低廉，可实现大规模 操作，产率较高。

本发明另一目的是提供酸溶性大豆蛋白在酸性饮料如运动饮料、碳酸饮 料、果汁饮料中的应用。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种酸溶性大豆蛋白的制备方法，包括如下步骤：

(1)将豆粕与大豆蛋白提取液按1：10～1：15(w/v，g/mL)的比例混合，搅 拌30～60min后离心15～20min，过滤弃去沉淀，取上清液，加入NaHSO₃， 使其在上清液中的浓度为0.8～1.5g/L，静置10～20min，加酸调pH至4.0～5.0； 所述提取液为CaCl₂或MgCl₂溶液，豆粕为低温脱脂豆粕或富含7S脱脂豆粕；

(2)向步骤(1)所得清液中加入植酸酶，在30～50℃下进行酶解25～40min， 酶解完成后向溶液中加入1～2倍体积的蒸馏水，并加酸调pH至3.0～4.0；

(3)将步骤(2)中得到的溶液在30～50℃水浴条件下进行循环超滤渗滤浓 缩，待体积浓缩为原来的1/8～1/12后，加入蒸馏水使其恢复至初始体积，重 复超滤渗滤3～5次，最后一次超滤渗滤后无需加入蒸馏水，将浓缩蛋白液直 接经巴氏杀菌、喷雾干燥后，即得酸溶性大豆蛋白。

所述提取液浓度为0.1～0.5mol/L的水溶液；所述调节pH的酸为醋酸、 盐酸、硫酸、硝酸中的一种。

所述离心的速率为3000～8000rmp。

所述过滤采用纱布，所述纱布孔径为200～400目。

所述巴氏杀菌条件为85～95℃，5～20min。

所述喷雾干燥条件为进口温度设为150～200℃，出口温度设为50至100 ℃。

所述循环超滤渗滤的膜材料选用不锈钢膜；超滤渗滤设备参数为中空不锈 钢膜的内径为1.2～1.6mm，外径为2.1～2.5mm，其截留相对分子质量为70～ 90kD；蠕动泵流量范围200～2300mL/min，转速100～600r/min，转速分辨率 0.1r/min，功率40～60w，工作环境0～40℃。

该大豆蛋白的蛋白纯度高达90～99％，植酸含量仅为0.665～0.694％；在 pH3.0～4.0内氮溶指数高达45～90％；在酸性范围内，电位可达到30mV稳定 值，粒度集中在10～50μm范围内。

采用酸性饮料溶解所得大豆蛋白制得0.5～1％浓度的蛋白复合液。

所述酸性饮料为运动饮料、碳酸饮料、果汁饮料。

本发明的酸溶性大豆蛋白是采用超滤-渗滤膜分离技术制备，所制备的大 豆蛋白的蛋白纯度高达90～99％，植酸含量仅为0.665～0.694％；在pH3.0～ 4.0内氮溶指数高达45～90％；酶解液起泡性较好，泡沫稳定性较优，泡沫细 密呈乳白色；对Ca²⁺的耐受性较好，对K⁺的耐受性较差；在酸性范围内，电 位可达到30mV稳定值，粒度集中在10～50μm范围内。

本发明还提供所述的酸溶性大豆蛋白在酸性饮料的应用；如可用于佳得 乐、脉动、雪碧、芬达、可口可乐、鲜榨果汁等溶解所得大豆蛋白制备功能性 饮料。本发明的酸溶性大豆蛋白采用运动饮料、碳酸饮料、果汁分别溶解制得 0.5～1％浓度的蛋白复合液，此复合液具有低酸涩味，口感良好，澄清度较高 等优点；电子舌仿生学检测结果推测此大豆蛋白的添加对饮料原有风味影响较 小；通过体外模拟蛋白液与口腔唾液相互作用实验，显微镜观察结果也证明两 者混合后，大豆蛋白聚集程度较低。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1)本发明所制备的酸溶性大豆蛋白采用超滤-渗滤膜分离技术制备，提高 了蛋白质的功能性，降低蛋白质中的酚类化合物、胰蛋白酶抑制剂等有毒有害 物质的含量。

2)同时采用不锈钢膜，高速流动的液流不断冲刷膜表面，从而不会在过 滤膜的表面形成滤饼而保持高的过滤速率，相比于现有技术仅能达到90％以 下的蛋白产率，本发明的蛋白产率高达90～99％，是一种真正的高效率高产 率技术。

3)本发明所制备的酸溶性大豆蛋白制备阶段加入了植酸酶进行处理，有 效降低了植酸的含量，从而增大了大豆蛋白在水中的溶解度。

4)本发明所制备的酸溶性大豆蛋白分离过程中溶液的pH值不存在大的 波动、不存在相转变，蛋白质的变性程度很小，能最大限度的保持蛋白质的天 然特性；超滤膜能够截留大豆乳清蛋白，从而提高蛋白质回收率，避免环境污 染。

5)由于膜分离具有分离和浓缩功能，可以简化传统食品生产的生产流程 (取代两个或者更多的操作单元)，进行分级膜分离可提高处理效果；膜分离过 程没有相变，不破坏天然大分子的天然结构：与冷冻干燥、蒸发相比，膜分离 的能耗较少；根据实际应用的需要膜分离可以在低温、常温和较高的温度下进 行，能够保证热敏性物质不被破坏。

6)本发明所采用的原料为富含7S组分的大豆脱脂豆粕，提取出的酸溶性 大豆蛋白中含有较多7S，具备降血脂、荷载钙离子等功能性质。

附图说明

图1为不同方法所制备大豆蛋白在不同pH的水中溶解效果示意图。其中 SPI、7S样品为传统碱溶酸沉法制备，DUD-7S为实施例6所制备，DUD-SPI 为实施例5所制备。

图2为实施例1、2、5、6所制备的大豆蛋白所制备的各种功能饮料的效 果图。

图3为本发明方法的流程图。

图4为本发明制得大豆蛋白分别与佳得乐饮料和唾液混合后的显微镜照 片。样品1、2、5、6分别为实施例1、2、5、6制备的蛋白与佳得乐混合溶液； 样品1’、2’、5’、6’为实施例1、2、5、6制备的蛋白与唾液混合后显微镜结 果。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发 明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)将1000mL的0.1mol/L的NaCl提取液与100g富含7S脱脂豆粕混合， 室温搅拌30min后在25℃下以3000rpm的转速离心15min，以400目纱布常 温常压过滤后弃去沉淀，取上清液并测量其体积，加入NaHSO₃，使其在上层 清液中的浓度为1.5g/L，静置20min，调pH至5.0；

(2)在上述清液中加入植酸酶，在50℃下进行酶解25min，酶解完成后向 溶液加入1倍体积的蒸馏水，并调pH至4.0；

(3)将步骤(2)中得到的溶液在30℃水浴条件下进行循环超滤渗滤浓缩，待 体积浓缩为原来的1/8后加入蒸馏水使其恢复至初始体积，重复超滤渗滤5次， 最后一次超滤渗滤后无需加入蒸馏水，将浓缩蛋白液直接经巴氏杀菌、喷雾干 燥后，即得酸溶性大豆蛋白产品。

上述循环超滤渗滤浓缩的膜材料选用不锈钢膜，超滤设备参数为中空纤维 膜的内径为1.2mm，外径为2.5mm，其截留相对分子质量为80kD；蠕动泵流 量范围200～2300mL/min(随着膜污染严重，流量会逐渐降低)，转速600r/min， 转速分辨率0.1r/min，功率60w，工作环境室温。

植酸分析表明富含7S脱脂豆粕的植酸含量达到1.877％。蛋白经植酸酶酶 解再超滤渗滤处理，植酸含量降至0.67％；若不经植酸酶处理直接超滤渗滤， 所得样品植酸含量为1.33％，表明植酸酶可有效降低植酸含量。溶解度分析显 示pH4.0时，氮溶指数高达10％以上；酶解液起泡性较好，泡沫稳定性较优， 泡沫细密呈乳白色；对Ca²⁺的耐受性较好，对K⁺的耐受性较差；在酸性范围 内，粒度集中在10～50μm范围内。

(4)将步骤(3)所得酸溶性大豆蛋白按质量比1％溶解于市售佳得乐、橙汁、 雪碧饮料中，搅拌均匀即得功能型运动饮料，所得饮料效果图如附图2(1)(5)(9) 所示。电子舌仿生学检测结果推测此大豆蛋白的添加对饮料原有风味影响较 小；通过体外模拟蛋白液与口腔唾液相互作用实验，显微镜观察结果也证明两 者混合后，大豆蛋白聚集程度较低，如图4所示。

参照上述方法，采用不同的原料和提取液制备酸溶性大豆蛋白产品。同时 将采用碱溶酸沉法制得产品作为对照，数据见表1。

表1 不同方法制备的蛋白回收率和得率

实施例2

(1)将1500mL的0.1mol/L的KCl提取液与100g富含7S脱脂豆粕混合， 室温搅拌60min后在25℃下以8000rpm的转速离心20min，以200目纱布常 温常压过滤后弃去沉淀，取上清液并测量其体积，加入NaHSO₃，使其在上层 清液中的浓度为0.8g/L，静置10min，调pH至4.0；

(2)在上述清液中加入植酸酶，在30℃下进行酶解40min，酶解完成后向 溶液加入2倍体积的蒸馏水，并调pH至3.0；

(3)将步骤(2)中得到的溶液在50℃水浴条件下进行循环超滤渗滤浓缩，待 体积浓缩为原来的1/12后加入蒸馏水使其恢复至初始体积，重复超滤渗滤3 次，最后一次超滤渗滤后无需加入蒸馏水，将浓缩蛋白液直接经巴氏杀菌、喷 雾干燥后，即得酸溶性大豆蛋白产品。

上述循环超滤渗滤浓缩的膜材料选用不锈钢膜，超滤设备参数为中空纤维 膜的内径为1.4mm，外径为2.6mm，其截留相对分子质量为60kD；蠕动泵流 量2300mL/min，转速600r/min，转速分辨率0.1r/min，功率60w，工作环境室 温。

植酸分析表明富含7S脱脂豆粕的植酸含量达到1.877％。蛋白经植酸酶酶 解再超滤渗滤处理，植酸含量降至0.67％；若不经植酸酶处理直接超滤渗滤， 所得样品植酸含量为1.33％，表明植酸酶可有效降低植酸含量。溶解度分析显 示pH4.0时，氮溶指数高达20％以上；酶解液起泡性较好，泡沫稳定性较优， 泡沫细密呈乳白色；对Ca²⁺的耐受性较好，对K⁺的耐受性较差；在酸性范围 内，粒度集中在10～50μm范围内。

(4)将步骤(3)所得酸溶性大豆蛋白按质量比1％溶解于市售佳得乐、橙汁、 雪碧饮料中，搅拌均匀即得功能型运动饮料，所得饮料效果图如附图2(2)(6) (10)所示。电子舌仿生学检测结果推测此大豆蛋白的添加对饮料原有风味影响 较小；通过体外模拟蛋白液与口腔唾液相互作用实验，显微镜观察结果也证明 两者混合后，大豆蛋白聚集程度较低。

实施例3

(1)将1500mL的0.1mol/L的MgCl₂提取液与100g富含7S脱脂豆粕混合， 室温搅拌35min后在25℃下以3000rpm的转速离心20min，以200目纱布常 温常压过滤后弃去沉淀，取上清液并测量其体积，加入NaHSO₃，使其在上层 清液中的浓度为1g/L，静置30min，调pH至4.0；

(2)在上述清液中加入植酸酶，在30℃下进行酶解30min，酶解完成后向 溶液加入2倍体积的蒸馏水，并调pH至3.0；

(3)将步骤(2)中得到的溶液在40℃水浴条件下进行循环超滤渗滤浓缩，待 体积浓缩为原来的1/12后加入蒸馏水使其恢复至初始体积，重复超滤渗滤3 次，最后一次超滤渗滤后无需加入蒸馏水，将浓缩蛋白液直接经巴氏杀菌、喷 雾干燥后，即得酸溶性大豆蛋白产品。

上述循环超滤渗滤浓缩的膜材料选用不锈钢膜，超滤设备参数为中空纤维 膜的内径为1.4mm，外径为2.6mm，其截留相对分子质量为60kD；蠕动泵流 量2300mL/min，转速600r/min，转速分辨率0.1r/min，功率60w，工作环境室 温。

植酸分析表明富含7S脱脂豆粕的植酸含量达到1.877％。蛋白经植酸酶酶 解再超滤渗滤处理，植酸含量降至0.67％；若不经植酸酶处理直接超滤渗滤， 所得样品植酸含量为1.33％，表明植酸酶可有效降低植酸含量。溶解度分析显 示pH4.0时，氮溶指数高达70％以上；酶解液起泡性较好，泡沫稳定性较优， 泡沫细密呈乳白色；对Ca²⁺的耐受性较好，对K⁺的耐受性较差；在酸性范围 内，电位可达到30mV稳定值，粒度集中在10～50μm范围内。

(4)将步骤(3)所得酸溶性大豆蛋白按质量比1％溶解于市售佳得乐、橙汁、 雪碧饮料中，搅拌均匀即得功能型运动饮料。电子舌仿生学检测结果推测此大 豆蛋白的添加对饮料原有风味影响较小；通过体外模拟蛋白液与口腔唾液相互 作用实验，显微镜观察结果也证明两者混合后，大豆蛋白聚集程度较低。

实施例4

(1)将1000mL的0.5mol/L的MgCl₂提取液与100g低温脱脂豆粕混合，室 温搅拌35min后在25℃下以3000rpm的转速离心20min，以200目纱布常温 常压过滤后弃去沉淀，取上清液并测量其体积，加入NaHSO₃，使其在上层清 液中的浓度为1g/L，静置30min，调pH至4.0；

(2)在上述清液中加入植酸酶，在30℃下进行酶解30min，酶解完成后向 溶液加入2倍体积的蒸馏水，并调pH至3.0；

(3)将步骤(2)中得到的溶液在40℃水浴条件下进行循环超滤渗滤浓缩，待 体积浓缩为原来的1/12后加入蒸馏水使其恢复至初始体积，重复超滤渗滤3 次，最后一次超滤渗滤后无需加入蒸馏水，将浓缩蛋白液直接经巴氏杀菌、喷 雾干燥后，即得酸溶性大豆蛋白产品。

上述循环超滤渗滤浓缩的膜材料选用不锈钢膜，超滤设备参数为中空纤维 膜的内径为1.4mm，外径为2.6mm，其截留相对分子质量为60kD；蠕动泵流 量2300mL/min，转速600r/min，转速分辨率0.1r/min，功率60w，工作环境室 温。

植酸分析表明低温脱脂豆粕的植酸含量达到1.838％。蛋白经植酸酶酶解 再超滤渗滤处理，植酸含量降至0.69％；若不经植酸酶处理直接超滤渗滤，所 得样品植酸含量为1.29％，表明植酸酶可有效降低植酸含量。溶解度分析显示 pH4.0时，氮溶指数高达40％以上；酶解液起泡性较好，泡沫稳定性较优，泡 沫细密呈乳白色；对Ca²⁺的耐受性较好，对K⁺的耐受性较差；在酸性范围内， 电位可达到30mV稳定值，粒度集中在10～50μm范围内。

(4)将步骤(3)所得酸溶性大豆蛋白按质量比1％溶解于市售佳得乐、橙汁、 雪碧饮料中，搅拌均匀即得功能型运动饮料。电子舌仿生学检测结果推测此大 豆蛋白的添加对饮料原有风味影响较小；通过体外模拟蛋白液与口腔唾液相互 作用实验，显微镜观察结果也证明两者混合后，大豆蛋白聚集程度较低。

实施例5

(1)将1000mL的0.5mol/L的CaCl₂提取液与100g低温脱脂豆粕混合，室 温搅拌35min后在25℃下以8000rpm的转速离心20min，以200目纱布常温 常压过滤后弃去沉淀，取上清液并测量其体积，加入NaHSO₃，使其在上层清 液中的浓度为1g/L，静置30min，调pH至4.0；

(2)在上述清液中加入植酸酶，在30℃下进行酶解30min，酶解完成后向 溶液加入2倍体积的蒸馏水，并调pH至3.0；

(3)将步骤(2)中得到的溶液在40℃水浴条件下进行循环超滤渗滤浓缩，待 体积浓缩为原来的1/12后加入蒸馏水使其恢复至初始体积，重复超滤渗滤3 次，最后一次超滤渗滤后无需加入蒸馏水，将浓缩蛋白液直接经巴氏杀菌、喷 雾干燥后，即得酸溶性大豆蛋白产品，其水溶液见附图1DUD-SPI所示。

上述循环超滤渗滤浓缩的膜材料选用不锈钢膜，超滤设备参数为中空纤维 膜的内径为1.4mm，外径为2.6mm，其截留相对分子质量为60kD；蠕动泵流 量2300mL/min，转速600r/min，转速分辨率0.1r/min，功率60w，工作环境室 温。

植酸分析表明低温脱脂豆粕的植酸含量达到1.838％。蛋白经植酸酶酶解 再超滤渗滤处理，植酸含量降至0.69％；若不经植酸酶处理直接超滤渗滤，所 得样品植酸含量为1.29％，表明植酸酶可有效降低植酸含量。溶解度分析显示 pH4.0时，氮溶指数高达45％以上；酶解液起泡性较好，泡沫稳定性较优，泡 沫细密呈乳白色；对Ca²⁺的耐受性较好，对K⁺的耐受性较差；在酸性范围内， 电位可达到30mV稳定值，粒度集中在10～50μm范围内。

(4)将步骤(3)所得酸溶性大豆蛋白按质量比1％溶解于市售佳得乐、橙汁、 雪碧饮料中，搅拌均匀即得功能型运动饮料，所得饮料效果图如附图2(4)(8) (12)所示。电子舌仿生学检测结果推测此大豆蛋白的添加对饮料原有风味影响 较小；通过体外模拟蛋白液与口腔唾液相互作用实验，显微镜观察结果也证明 两者混合后，大豆蛋白聚集程度较低。

实施例6

(1)将1000mL的0.5mol/L的CaCl₂提取液与100g富含7S脱脂豆粕混合， 室温搅拌35min后在25℃下以8000rpm的转速离心20min，以200目纱布常 温常压过滤后弃去沉淀，取上清液并测量其体积，加入NaHSO₃，使其在上层 清液中的浓度为1g/L，静置30min，调pH至4.0；

(2)在上述清液中加入植酸酶，在30℃下进行酶解30min，酶解完成后向 溶液加入2倍体积的蒸馏水，并调pH至3.0；

(3)将步骤(2)中得到的溶液在40℃水浴条件下进行循环超滤渗滤浓缩，待 体积浓缩为原来的1/12后加入蒸馏水使其恢复至初始体积，重复超滤渗滤3 次，最后一次超滤渗滤后无需加入蒸馏水，将浓缩蛋白液直接经巴氏杀菌、喷 雾干燥后，即得酸溶性大豆蛋白产品，其水溶液见附图1DUD-7S所示。

上述循环超滤渗滤浓缩的膜材料选用不锈钢膜，超滤设备参数为中空纤维 膜的内径为1.4mm，外径为2.6mm，其截留相对分子质量为60kD；蠕动泵流 量2300mL/min，转速600r/min，转速分辨率0.1r/min，功率60w，工作环境室 温。

植酸分析表明富含7S脱脂豆粕的植酸含量达到1.877％。蛋白经植酸酶酶 解再超滤渗滤处理，植酸含量降至0.67％；若不经植酸酶处理直接超滤渗滤， 所得样品植酸含量为1.33％，表明植酸酶可有效降低植酸含量。溶解度分析显 示pH4.0时，氮溶指数高达90％以上；酶解液起泡性较好，泡沫稳定性较优， 泡沫细密呈乳白色；对Ca²⁺的耐受性较好，对K⁺的耐受性较差；在酸性范围 内，电位可达到30mV稳定值，粒度集中在10～50μm范围内。

(4)将步骤(3)所得酸溶性大豆蛋白按质量比1％溶解于市售佳得乐、橙汁、 雪碧饮料中，搅拌均匀即得功能型运动饮料，所得饮料效果图如附图2(3)(7) (11)所示。电子舌仿生学检测结果推测此大豆蛋白的添加对饮料原有风味影响 较小；通过体外模拟蛋白液与口腔唾液相互作用实验，显微镜观察结果也证明 两者混合后，大豆蛋白聚集程度较低。