从大豆乳清水中提取大豆低聚糖的方法

摘要

本发明的从大豆乳清水中提取大豆低聚糖的方法包括前处理、超滤和纳滤。前处理是对大豆乳清水进行沉淀、过滤和杀菌处理;超滤是用超滤膜去除大豆乳清水中的乳清蛋白;纳滤是用纳滤膜脱盐和浓缩,得到大豆低聚糖液。经浓缩可得到大豆低聚糖浆,再经喷雾干燥可得到大豆低聚糖粉。对所述糖液或/和糖浆进行脱色处理,则可得到色泽洁白的大豆低聚糖液、糖浆和糖粉。本方法可有效解决膜污染和环境污染问题,且工艺简捷,费用低廉。

说明书

本发明涉及一种低取糖的提取方法，具体地说，涉及一种从大豆乳清水中提取大豆低聚糖的方法。

大豆乳清水是在对大豆加工分离蛋白的过程中产生的，在生产大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白以及生产豆腐等工艺中都可以产生，也可以由热水浸提脱脂大豆豆粕得到。以前，大豆乳清水一直被视为废水，通常是直接排放或用传统生化法处理。近年来，随着对乳清蛋白、低聚糖的功能性和保键作用的认识不断深入，人们越来越重视对大豆乳清水的开发利用。

大豆乳清水中的固形物总量约为浮清水的0.8-2.5％，主要由大豆乳清蛋白、盐类及碳水化合物三类物质组成，其组成情况见表1。

                表1  大豆乳清水的组成(W/V)

  大豆乳清蛋白    糖类    盐类    总固形物    0.1-0.5％   0.5-1％   0.2-1％    0.8-2.5％

大豆乳清水中所含糖类的含量约为0.5-1％，包括双糖(蔗糖)、三糖(棉子糖)和四糖(水苏糖)，单糖含量甚微。蔗糖、水苏糖和棉子糖统称为大豆低聚糖。其中，水苏糖和绵子糖具有独特的生理活性，能大量增殖人体肠道内的双歧杆菌，显著改善肠道消化功能。在国外大豆低聚糖是非常热销的产品。我国大豆低聚糖的发展还处于初级阶段，消费需求增长很快。

大豆乳清蛋白为非酸沉蛋白，在大豆乳清水中约占0.1-0.5％，为总固形物的6-20％。大豆乳清水中的另一部分物质为有机酸和无机酸的盐类。有机酸盐类如柠檬酸盐、苹果酸盐、琥珀酸盐、醋酸盐及焦性麸氨酸盐，无机酸盐包括在浸提过程中因加入酸类或碱类物质形成的氯化钠、氯化钙等。通常在碱溶酸沉工艺所得的大豆乳清水，其有机酸及无机酸盐类总量占0.2-1％。

膜技术提取大豆乳清水中的大豆低聚糖，在国内的研究始于九十年代后期。现在与膜技术有关的分离低聚糖的工艺，一般是采用反渗透浓缩，然后用树脂或电渗析脱盐。工艺复杂，运行稳定性差，运行消耗大。膜技术的优势没得到充分利用。而且，采用树脂脱盐，树脂需要频繁再生，消耗大量化学药剂，再生液污染环境，电渗析脱盐，耗能大，并也存在含有高浓度有机物的浓盐水的处理问题。

本发明的目的在于克服上述技术难点而提供一种能充分发挥膜技术优势，膜污染和环境污染小的从大豆乳清水中提取大豆低聚糖的方法。

本发明的上述目的是通过采用膜技术来达到的，其具体技术方案如下。

本发明的从大豆乳清水中提取大豆低聚糖的方法包括如下步骤：

前处理，是对大豆乳清水进行沉淀，过滤和杀菌处理，以去除大豆乳清水中的不溶悬浮物和微生物，保证后续超滤膜的正常运行；

超滤，是将上述经前处理的大豆乳清水通过截留分子量为10000-30000的膜，得到含可溶性固形物浓度为0.7-2.1％，其中灰分为10-25％的透过液，其所述膜的材质为聚醚砜、聚砜或聚偏氟乙烯，其形式为卷式膜、中空纤维膜或管式膜；其运行工艺条件中的PH值为2-4，且在运行2天内至少清洗1次。

纳滤，是将上述超滤的透过液通过纳滤膜，得到含可溶性固形物浓度为3-9％，其中灰分低于8％的糖液。

本发明的从大豆乳清水中提取大豆低聚糖的方法，其中所述超滤的其它运行工艺条件为：运行压力0.1-0.7MPa；运行温度35-45℃；循环流量使膜表面横向流速达到1-3m/s；所述纳滤膜的截留分子量为300-1000，其所述膜的材质为聚醚砜、聚砜或聚偏氟乙烯，其形式为卷式膜、中空纤维膜或管式膜；运行工艺条件为：运行压力1.0-1.8MPa；运行温度35-45℃；循环流量使膜表面横向流速达到1-3m/s；PH值5-8，且在运行3天内至少清洗1次。

本发明的从大豆乳清水中提取大豆低聚糖的方法，还包括用常规减压浓缩法，将所述糖液浓缩至其可溶性固形物浓度为15-30％的糖浆的步骤。

本发明的从大豆乳清水中提取大豆低聚糖的方法，还包括用常规喷雾干燥法，将上述糖浆干燥成水分低于3％的大豆低聚糖粉的步骤。

本发明的从大豆乳清水中提取大豆低聚糖的方法，还包括对所述糖液或/和糖浆进行脱色的步骤。

本发明从大豆乳清水中提取大豆低聚糖的方法，其中所述脱色是采用粉末活性炭脱色。

本发明的从大豆乳清水中提取大豆低聚糖的方法的有益效果在于：

1、有效解决膜污染问题

由于大豆蛋白的高粘滞性，使之极易吸附在膜上，造成膜通量的迅速降低。而膜清洗的不彻底，往往使膜设备很快趋于瘫痪。本方法选择了合适的膜，采用了合适的运行条件，如正确的运行压力、温度、PH值和清洗方法等，可有效地解决膜污染的问题，确保膜设备的稳定运行，进而保证了生产的长期稳定运行。

2、工艺简捷，费用低廉

现有技术采用反渗透浓缩，然后用树脂或电渗析脱盐，其工艺复杂，运行稳定性差，运行能耗大，且采用树脂脱盐，树脂需要频繁再生，消耗大量化学药剂，再生液会污染环境。采用电渗析脱盐，耗能大，还存在含有高浓度有机物的浓盐水的处理问题。本方法用超滤分离蛋白，用纳滤浓缩和脱盐，可减小环境污染，且简化了工艺，降低了运行费用。

3、产品质量稳定，品质有较大提高

产品品质的提高，一方面在于本方法用膜法分离出低聚糖和蛋白，使产品的风味得到保持和改善；另一方面，利用本方法生产出来的低聚糖以水苏糖和棉子糖为主，且它们的含量达到40％以上，大于国内外同类产品的标准。

实施例

以用本发明的方法从大豆乳清水中提取大豆低聚糖粉为例详细说明如下。

某大豆分离蛋白生产厂家，所产生的大豆乳清水为340吨/天。首先用板式灭菌器对大豆乳清水进行灭菌处理，灭菌温度为100℃，灭菌时间为3秒钟；再经过3小时沉淀；然后用袋式过滤器进行过滤；随后进入超滤设备，其中使用截留分子量为10000的聚醚砜卷式超滤膜，运行工艺条件为：压力在0.15-0.3MPa之间变动，温度38℃，循环流量使膜表面横向流速达2m/s，PH值3.0，得固形物浓度为1.39％的透过液306吨；使该透过液进入纳滤设备脱盐和浓缩，其中使用截留分子量为300的聚醚砜卷式膜，运行工艺条件为：压力1.5MPa，温度40℃。循环流量使膜表面横向流速达2m/s，PH值6.0，得到固形物浓度为6.36％的浓缩大豆低聚糖液38吨；对该浓缩大豆低聚糖液进行粉末活性炭脱色，使其色泽洁白，其中粉末活性炭用量为该糖液重量的1％，脱色温度为80℃，脱色时间为30分钟；然后用双效浓缩蒸发器浓缩所述脱色的糖液，得到浓度达20％的大豆低聚糖浆，其中浓缩温度为88℃，真空度为-0.06MPa；最后对所述糖浆进行喷雾干燥，得到水苏糖和棉子糖含量为44％的大豆低聚糖粉1.2吨/天，其水分低于3％。所用喷雾干燥塔的进风温度为170℃，出风温度为80℃，塔压为-100Pa。在连续提取过程中，超滤和纳滤每运行20小时，要对超滤膜和纳滤膜分别清洗1次，包括先用45℃的热水冲洗15分钟，再用PH＝11.5的NaOH溶液化学清洗两遍，每遍各45分钟，以便完全恢复所述膜的膜通量。

使用本发明的方法可分别得到未经脱色的大豆低聚糖液、糖浆和糖粉及脱色后色泽洁白的糖液、糖浆和糖粉，以供不同的使用。