二级二段膜提取大豆黄浆水中大豆蛋白、低聚糖和异黄酮的方法

摘要

本发明涉及二级二段膜提取大豆黄浆水中大豆蛋白、低聚糖和异黄酮的方法，解决了大豆黄浆水中大豆蛋白、低聚糖和异黄酮的综合提取利用问题。本发明包括四个操作步骤：预处理：将大豆黄浆水经离心处理，以去除其中的豆渣、悬浮物等，得到上清液A；超滤：将上清液A通过二级二段超滤膜系统，实现大豆蛋白与大豆异黄酮、大豆低聚糖的分离，可得到含量90％以上的大豆蛋白成品；吸附与反渗透：将透过液B经过大孔吸附树脂柱和反渗透膜系统，再经浓缩和喷雾干燥，可得到含量80％以上的大豆低聚糖成品；洗脱：用80％的甲醇或乙醇溶离洗脱被大孔吸附树脂吸附的大豆异黄酮，再经浓缩和喷雾干燥，可得到含量50％以上的大豆异黄酮成品。本发明工艺简单、操作方便。

说明书

技术领域

本发明涉及利用膜分离技术从大豆黄浆水中提取大豆蛋白、大豆低聚糖和大豆异黄酮功能因子产品，属于大豆深加工和废水资源化技术领域。

背景技术

在传统豆腐、豆腐干、豆腐皮以及大豆蛋白等豆制品的生产过程中产生的大量废水称为豆腐乳清废水，俗称黄浆水。据统计，每加工1吨(t)大豆将排放2-5吨(t)黄浆水。黄浆水中富含已被广泛认识的功能因子如大豆蛋白质、大豆低聚糖、大豆异黄酮等。经检测发现，黄浆水中含有的大豆异黄酮占大豆原料中所含大豆异黄酮的50％、水苏糖的83％、棉籽糖的94％、蛋白质的17％，具有选择性分离回收价值。早在70年代，Goldsmith就开展了利用膜技术回收大豆乳清废水中的乳清蛋白质和低聚糖的研究，但由于一般豆制品厂的规模较小又较分散，资金和技术力量不足，且对功能因子的回收利用和环境污染问题也不够重视，因此，大豆黄浆水至今仍作为废液被排放，没有得到充分利用。因此，寻找一种技术可行、工业经济、环保达标的黄浆水处理工艺，对促进资源合理利用，解决资源危机和环境污染有着直接的现实意义。

目前对大豆加工废水的处理方法有厌氧—好氧生物处理法、蒸发浓缩法、发酵法与超滤—反渗透—电渗析法。其中厌氧—好氧生物处理法处理效果不稳定；蒸发浓缩法能耗大，设备投资与运行费用高，在工业上难以推广；发酵法所得产品质量较差，多为小分子蛋白糖，而且产量低；超滤—反渗透—电渗析法存在设备操作复杂的缺点。膜分离是利用一张特殊制造的、具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对液相或气相混合物内的不同成分进行分离、提纯、浓缩的先进加工技术。膜分离技术以其操作简便、分离效率高以及耗能低等优点成为生物产物分离纯化过程必不可少的技术。采用膜分离技术处理大豆加工废水已有公开号分别为CN4560047A和CN01336333A的中国专利。公开号为CN4560047A的发明专利提供了一种利用豆制品厂废水生产大豆异黄酮的方法，但该技术未涉及如何从大豆黄浆水中提取大豆蛋白和大豆低聚糖。公开号为CN01336333A的发明专利提供了一种利用大豆加工废水生产大豆乳清蛋白和大豆低聚糖的方法，该发明专利未涉及如何从大豆黄浆水中提取异黄酮；而且该提取技术中加入了含Ca²⁺的絮凝剂，极易发生浓差极化和膜污染，导致膜通量下降。

发明内容

为了解决大豆黄浆水中大豆蛋白、低聚糖和异黄酮的综合提取利用问题，本发明提供一种工艺简单、操作方便、附加值高的采用二级二段膜提取大豆黄浆水中大豆蛋白、低聚糖和异黄酮的方法。

实现上述目的的技术解决方案如下：

二级二段膜提取大豆黄浆水中大豆蛋白、低聚糖和异黄酮的方法包括下列操作步骤：

(1)、预处理：

将豆制品生产过程中产生的大豆黄浆水直接经离心机离心预处理，以去除其中的豆渣、悬浮物，得到上清液A；

(2)、超滤：

将上清液A在温度20-50℃、压力0.5-1.5Mpa下通过截留分子量为50000-100000道尔顿的一级一段超滤膜超滤，得到大豆蛋白浓缩液P1A，并得到超滤透过液B₀；再将超滤透过液B₀通过截留分子量为3000道尔顿的一级二段超滤膜超滤，得到大豆蛋白浓缩液P1_B，并得到超滤透过液B；合并大豆蛋白浓缩液P1_A和大豆蛋白浓缩液P1_B即得到大豆蛋白浓缩液P1，将大豆蛋白浓缩液P1经薄膜蒸发器浓缩至固形物含量达25％-30％，再进入喷雾干燥塔进行喷雾干燥，得到含量90％以上的大豆蛋白成品；

(3)、吸附与反渗透：

将超滤透过液B经过大孔吸附树脂的吸附柱；大豆异黄酮被大孔吸附树脂的吸附柱吸附，大豆低聚糖从大孔吸附树脂的吸附柱流出，收集流出液C；将流出液C通过反渗透膜系统，得到大豆低聚糖浓缩液P2；将大豆低聚糖浓缩液P2经薄膜蒸发器浓缩至固形物含量达25％-30％，再进入喷雾干燥塔进行喷雾干燥，得到含量80％以上的大豆低聚糖成品；

(4)、洗脱：

先用去离子水洗脱吸附柱至流出液固形物的水洗脱液，后用80％以上的甲醇或乙醇在1-3BV/h的流速下洗脱吸附柱至流出含异黄酮的醇洗脱液；将醇洗脱液用薄膜蒸发器浓缩浓缩至固形物含量达25％-30％，再进入喷雾干燥塔进行喷雾干燥，得到含量50％以上的大豆异黄酮成品。

步骤(1)中的离心机为碟式离心机，离心温度为10-60℃，工作流量为1-2L/min。

步骤(2)中一级一段超滤膜超滤或一级二段超滤膜超滤的工艺条件是：温度20-50℃、压力0.5-1.5Mpa。

步骤(3)中所述的反渗透压力为0.2-2.0Mpa。

步骤(3)中所述吸附柱的填充树脂为D101或AB-8非极性大孔吸附树脂。

所述喷雾干燥塔的进风温度125-130℃，出风温度80-85℃。

所述薄膜蒸发器的工作条件：真空度0.08-0.09MPa，温度50-60℃。所述步骤(4)中薄膜蒸发回收得到的甲醇或乙醇可作为洗脱剂重复利用。

本发明的有益技术效果体现在以下几个方面：

1、本工艺克服了现有技术中存在的问题和不足，具有工艺简单、流程短、成本低的特点，适合大中小不同规模豆制品加工企业。

2、本发明实现了大豆黄浆水的资源化利用，不仅获得了对人体健康有益的三种生物活性物质，而且减少了环境污染，具有重要的经济效益、社会效益和环境效益。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。

实施例1：

参见图1，二级二段膜提取大豆黄浆水中大豆蛋白、低聚糖和异黄酮的方法包括下列操作步骤：

步骤1：预处理

将豆制品生产过程中产生的大豆黄浆水收集至废水槽，经过废水加压泵进入转速为10000r/min以上、流量为2L/min的碟式离心机进行离心预处理，离心温度为10-60℃，以去除其中的豆渣、颗粒、悬浮物等，得到上清液A；

步骤2：超滤

将预处理后得到的上清液A在温度20-50℃、压力0.5-1.5Mpa条件下依次通过截留分子量为50000-100000道尔顿的一级一段超滤膜系统，得到大豆蛋白浓缩液P1_A，并得到超滤膜透过液B₀；再将超滤膜透过液B₀通过截留分子量为3000道尔顿的一级二段超滤膜系统，实现大豆蛋白与大豆异黄酮、大豆低聚糖的分离，得到大豆蛋白浓缩液P1_B，并得到超滤透过液B；合并大豆蛋白浓缩液P1_A和大豆蛋白浓缩液P1_B即得到大豆蛋白浓缩液P1，将大豆蛋白浓缩液P1经降膜蒸发器浓缩至固形物含量达25％-30％，薄膜蒸发器的工作条件：真空度0.08-0.09MPa，温度50-60℃；再进入喷雾干燥塔，进风温度125-130℃，出风温度80-85℃，以得到含量90％以上的大豆蛋白份成品。

步骤3：吸附与反渗透

将步骤2中所得到的超滤透过液B由下而上经过一组装有AB-8大孔吸附树脂的吸附柱；吸附柱组由三根吸附柱组成，超滤透过液B相继连续有序地通过三根吸附柱；每根三根吸附柱内装填有按照透过液重量10％计的AB-8大孔吸附树脂；大豆异黄酮被树脂吸附，大豆低聚糖从树脂柱流出，收集流出液C；将流出液C通过反渗透膜系统，反渗透压力为0.2-2.0Mpa，得到大豆低聚糖浓缩液P2；将大豆低聚糖浓缩液P2经降膜蒸发器浓缩至固形物含量达25％-30％，薄膜蒸发器的工作条件：真空度0.08-0.09MPa，温度50-60℃；再进入喷雾干燥塔，进风温度125-130℃，出风温度80-85℃，以得到含量80％以上的大豆低聚糖成品。

吸附柱填充树脂或采用D101非极性大孔吸附树脂。

步骤4：洗脱

吸附操作完成后，先用去离子水洗脱吸附柱至流出液固形物含量<0.5％(折光仪分析)，后用80％以上的甲醇在1-3BV/h的流速下洗脱吸附柱至流出液异黄酮含量<0.001％(分光光度法分析)，得到水洗脱液和醇洗脱液；醇洗脱液用薄膜蒸发器浓缩，薄膜蒸发器的工作条件：真空度0.08-0.09Mpa、温度50-60℃，并浓缩至固形物含量达25％-30％；再进入喷雾干燥塔，进风温度125-130℃，出风温度80-85℃，以得到含量50％以上的大豆异黄酮成品。

实施例2

步骤1：预处理

取1000L大豆黄浆水加入转速为20000r/min以上、流量为2L/min的碟式离心机进行离心预处理，离心温度为10-60℃，以去除其中的豆渣、颗粒、悬浮物等，得到974L上清液A；

步骤2：超滤

将预处理后得到的上清液A在20-50℃、0.5-1.5Mpa操作压力下依次通过截留分子量为50000-100000道尔顿的一级一段超滤膜系统，得到大豆蛋白浓缩液P1_A，并得到超滤膜透过液B₀；再将超滤膜透过液B₀通过截留分子量为3000道尔顿的一级二段超滤膜系统，实现大豆蛋白与大豆异黄酮、大豆低聚糖的分离，得到大豆蛋白浓缩液P1_B，并得到超滤透过液B；合并大豆蛋白浓缩液P1_A和大豆蛋白浓缩液P1_B即得到大豆蛋白浓缩液P1，将大豆蛋白浓缩液P1经降膜蒸发器浓缩至固形物含量达25％-30％，薄膜蒸发器的工作条件：真空度0.08-0.09MPa，温度50-60℃；再进入喷雾干燥塔，进风温度125-130℃，出风温度80-85℃，以得到含量91.2％的大豆蛋白份成品995g。

步骤3：吸附与反渗透

将步骤2中所得到的超滤透过液B由下而上经过一组装有AB-8大孔吸附树脂的吸附柱；吸附柱组由三根吸附柱组成，超滤透过液B相继连续有序地通过三根吸附柱；每根三根吸附柱内装填有按照透过液重量10％计的AB-8大孔吸附树脂；大豆异黄酮被树脂吸附，大豆低聚糖从树脂柱流出，收集流出液C；将流出液C通过反渗透膜系统，得到大豆低聚糖浓缩液P2；将大豆低聚糖浓缩液P2经降膜蒸发器浓缩至固形物含量达25％-30％，薄膜蒸发器的工作条件：真空度0.08-0.09MPa，温度50-60℃；再进入喷雾干燥塔，进风温度125-130℃，出风温度80-85℃，以得到含量80.6％的大豆低聚糖成品12450g。

步骤4：洗脱

吸附操作完成后，先用去离子水洗脱吸附柱至流出液固形物含量<0.5％(折光仪分析)，后用80％以上的乙醇在1-3BV/h的流速下洗脱吸附柱至流出液异黄酮含量<0.001％(分光光度法分析)，得到水洗脱液和醇洗脱液；醇洗脱液用薄膜蒸发器浓缩，薄膜蒸发器的工作条件：真空度0.08-0.09MPa，温度50-60℃；并浓缩至固形物含量达25％-30％，再进入喷雾干燥塔，进风温度125℃，出风温度80℃以得到含量52.1％的大豆异黄酮成品64g。