从豆渣中提取大豆膳食纤维和大豆蛋白的方法

摘要

本发明涉及从豆渣中提取大豆膳食纤维和大豆蛋白的方法，解决了豆腐等豆制品加工副产物豆渣的综合利用问题。本发明将新鲜豆渣干燥、粉碎、过筛得豆渣粉，向豆渣粉中加入含有纤维素酶的提取液并同步超声提取得提取液；提取液离心后得上清液A和沉淀物B；上清液A经醇沉、干燥、粉碎后得可溶性膳食纤维：沉淀物B经弱碱溶解得上清液C和沉淀物D；上清液C经食品酸味剂沉淀、干燥、粉碎后得大豆蛋白；沉淀物D经水洗、脱色、干燥、粉碎后得不溶性膳食纤维。本发明利用超声波辅助酶解协同食品酸味剂提取大豆可溶性膳食纤维、大豆不溶性膳食纤维和大豆蛋白，提取时间短，产品出率高，工艺过程简单，操作控制容易，便于大规模工业化生产。

说明书

技术领域

本发明属于大豆深加工及副产物资源化利用、功能性食品添加剂技术领域，具体涉及从豆渣中提取大豆膳食纤维和大豆蛋白的方法。

背景技术

膳食纤维(DF)是指不为人体消化的多糖类碳水化合物及木质素的总称，主要包括纤维素、半纤维素、木质素等。膳食纤维虽然难以在人体消化道内被分解吸收，却是维系人体健康不可缺少的继碳水化合物、脂肪、蛋白质、维生素、水、矿物质六大营养素之外的人体第七营养素。按其溶解性质的不同，膳食纤维可分为水溶性膳食纤维(SDF)和水不溶性膳食纤维(IDF)。SDF具良好的吸水和保湿作用，可以包裹碳水化合物、胆固醇等形成胶状物质，降低其在肠液中的有效浓度，同时在小肠表面形成屏障，延缓细胞对这些物质的吸收，因此具有降血脂、降血糖、降胆固醇的作用。IDF的结构较紧密，可以增加肠蠕动、加强胃肠排空、防止便秘，保持大肠健康，从而预防一些肠道恶性肿瘤的发生。研究结果表明，DF生理功能的显著性与DF中SDF和IDF的比例有很大关系。美国学者Richard E和Donald J建议平衡的DF组成要求SDF占DF数量的10％以上。而许多DF中SDF所占比例很小。因此，通过适当手段使DF中的IDF向SDF转化以提高SDF含量的改性工作尤为必要。

豆渣是豆腐等豆制品加工过程中产生的主要副产物之一，含有50％以上的膳食纤维、20％左右的大豆蛋白，因此，是膳食纤维等功能因子的重要来源。但是，长期以来豆渣主要作为饲料或厌氧堆肥处理，且利用率不高，对环境造成了二次污染。因此，对豆渣中的有效成分膳食纤维和大豆蛋白进行回收利用，对延长大豆加工产业链、降低生产成品、提高产品附加值、解决因豆渣排放造成的环境污染具有重要意义。

膳食纤维的提取方法有酸碱法、抗压法、酶法等，其中酸碱法制备成本较低，但当前使用的盐酸和氢氧化钠等强酸强碱对设备有很强的腐蚀作用；挤压法工艺流程简单，而获得的产品是SDF与IDF的混合物，在应用上受到限制；酶法具有快速、高效、无污染的特点，对于改进工艺具有积极意义。从传统食用资源看，豆渣中膳食纤维含量不但高。而且是全大豆食品摄入时的天然组分之一，其可食性和安全性已为人们认可。现在报道的酶法制取膳食纤维工艺一般采用α-淀粉酶、蛋白酶等对豆渣中残留的淀粉和蛋白质进行降解，以提高产品的纯度和降低制备的难度。从营养学角度看，大豆残渣中的蛋白质成分无需去除。

超声波是频率高于20kHz，并且不引起听觉的弹性波。超声波的空化效应、热效应和机械作用是超声技术在植物有效成分提取中的三大理论依据。超声作用可以使常温常压不能发生的化学反应在空化作用下发生，甚至使非常坚硬的固体被粉碎。控制一定的超声频率和强度，空化作用产生的极大压力造成生物细胞壁及整个生物体破裂，而且整个破碎过程在瞬间完成，同时超声波产生的振动作用加强了细胞内物质的释放、扩散及溶解。被浸提的物质在被破碎瞬间生物活性保持不变，同时提高破碎速度和提取率。超声波协助提取方法具有方便、快速、简单、安全等优点。公开号为CN 101156684A的发明专利提供了采用超声波辅助酶解提取麦麸中的膳食纤维，其特征之一是先超声提取再酶解即超声提取与酶解单元分开进行。

发明内容

为了解决豆腐等豆制品加工副产物豆渣中水溶性膳食纤维(SDF)、水不溶性膳食纤维(IDF)和大豆蛋白的综合提取利用问题，本发明提供一种工艺简单、操作方便、附加值高的利用超声波辅助酶解协同食品酸味剂，从豆渣中提取大豆膳食纤维和大豆蛋白的方法。

实现上述目的的技术解决方案如下：

从豆渣中提取大豆膳食纤维和大豆蛋白的方法，包括以下工艺步骤：

(1)将新鲜豆渣在50-60℃下烘干至恒重后，粉碎，过80-100目筛，得到豆渣粉；

(2)在豆渣粉中加入水提液，豆渣粉与水提液的重量比为1∶15-1∶55，充分搅拌混匀后放入超声波提取器中超声提取，超声波提取条件为：超声功率200-700W，温度30-70℃，占空比1∶0.5-1∶1.0，时间20-30分钟；得到提取液；

(3)将提取液在5000-10000r/min条件下离心10-15min，得富含可溶性膳食纤维的上清液A和沉淀物B；向沉淀物B中按沉淀物B∶水＝1∶2-1∶4的比例加入0.5％-1％碳酸氢钠溶液，于60℃保温1小时，得反应液，反应液在5000-10000r/min下离心10-15min，得上清液C和沉淀物D；沉淀物D用水洗涤至中性，加入0.5％-3％过氧化氢溶液漂洗至洗出液无色，干燥、粉碎，得不溶性膳食纤维成品；

(4)将上清液C用食品酸味剂调节其pH值为4.5，静置4-5小时，在5000-10000r/min条件下离心10-15min，得到上清液E和沉淀物F；沉淀物F经干燥、粉碎，得大豆蛋白成品；

(5)将上清液A与上清液E合并，浓缩得到固形物含量达25-30％的浓缩液；向浓缩液中加入4倍浓缩液体积的95％乙醇，室温下静置24小时，于5000-10000r/min条件下离心10-15min，得到上清液G和沉淀物H；沉淀物H经干燥、粉碎，得可溶性膳食纤维。

步骤(2)所述的水提液中含有酶活为0.22-3.14U/mL的纤维素酶，纤维素酶的酶活定义为37℃、pH 7.0条件下，1分钟内水解羧甲基纤维素钠底物生成1umol葡萄糖的酶量，为一个酶活单位(U)。

步骤(4)所述的食品酸味剂为乳酸或柠檬酸或苹果酸。

步骤(5)所述的离心所得上清液G中的乙醇溶剂可经减压蒸馏，重复使用。

水溶性膳食纤维(SDF)含量测定采用GB/T 22224-2008测定，水不溶性膳食纤维(IDF)含量测定采用GB/T 22224-2008测定，大豆蛋白含量测定采用GB/T5009.5-2003测定。提取率％＝提取获得的目标产物质量(g)/原料质量(g)×100％。纯度％＝提取获得的目标产物质量(g)/原料质量含有的目标产物(g)×100％。

本发明方法与现有技术相比，利用超声波辅助酶解协同食品酸味剂提取大豆水溶性膳食纤维(SDF)、大豆水不溶性膳食纤维(IDF)和大豆蛋白，具有提取周期短，产品出率高，工艺过程简单，操作控制容易，经济效益和社会效益好，便于大规模工业化生产的优点，具体体现在：(1)在超声提取液中添加纤维素酶，将超声提取与酶解同步进行，缩短了提取时间，提高了大豆水溶性膳食纤维(SDF)提取率；(2)采用碳酸氢钠弱碱溶解大豆蛋白以将大豆蛋白与大豆水不溶性膳食纤维(IDF)分离，并采用常用食品酸味剂作为大豆蛋白沉淀剂，保障了产品的安全性，克服了使用强酸盐酸和强碱氢氧化钠易造成设备腐蚀的缺陷；(3)本发明工艺简单、流程短、成本低，适合大中小不同规模豆制品加工企业。

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：

从豆渣中提取大豆膳食纤维和大豆蛋白的方法包括以下操作步骤：

步骤1

将新鲜豆渣在50-60℃下烘干至恒重，粉碎，过80目筛，得到豆渣粉；

步骤2

称取豆渣粉10g，加入495mL水提液和7.4mL纤维素酶液(酶活为0.22U/mL)，充分搅拌混匀后放入超声波提取器中，在超声功率700W，温度50℃，占空比1∶0.5条件下超声提取20分钟，得到超声提取液；

上述水提液中含有酶活为0.22-3.14U/mL的纤维素酶，纤维素酶的酶活定义为37℃、pH 7.0条件下，1分钟内水解羧甲基纤维素钠底物生成1umol葡萄糖的酶量，为一个酶活单位(U)。

步骤3

将超声提取液在5000r/min条件下离心10min，得富含可溶性膳食纤维的上清液A和沉淀物B；向沉淀物B中加入体积分数为1％的碳酸氢钠(NaHCO₃)溶液4.5mL后于60℃下保温1小时，得反应液；反应液在5000r/min下离心10分钟，得上清液C和沉淀物D；沉淀物D用水洗涤至中性，再用3％过氧化氢(H₂O₂)溶液洗涤至洗出液无色，于50-60℃下真空干燥(或冷冻干燥)，粉碎后得不溶性膳食纤维(IDF)成品7.08g；

步骤4

向上清液C中加入乳酸，调节其pH值至4.5，静置4小时，于5000r/min下离心10分钟，得上清液E和沉淀物F；沉淀物F于50℃-60℃下真空干燥(或冷冻干燥)，粉碎后得大豆蛋白(SBP)成品0.61g；

步骤5

合并上清液A与上清液E，经薄膜蒸发器浓缩至固形物含量达25-30％的浓缩液，加入浓缩液4倍体积的95％乙醇，室温下静置24小时，得醇沉液；将醇沉液于5000-10000r/min条件下离心10-15min，得到上清液G和沉淀物H；沉淀物H于50℃-60℃下真空干燥(或冷冻干燥)，粉碎后得纯度为88.5％、水结合力为6.7g/g的可溶性膳食纤维(SDF)成品0.52g。

上清液G中的乙醇溶剂可经减压蒸馏，重复使用。

实施例2：

在步骤4中，向上清液C中加入柠檬酸，调节其pH值至4.5。

其它步骤同实施例1。

实施例3：

在步骤4中，向上清液C中加入苹果酸，调节其pH值至4.5。

其它步骤同实施例1。

实施例4：

步骤1

将新鲜豆渣在60℃下烘干至恒重，粉碎，过100目筛，得到豆渣粉；

步骤2

称取豆渣粉15g，加入450mL水提液和15mL纤维素酶液(酶活为3.0U/mL)，充分搅拌混匀后放入超声波提取器中，在超声功率500W，温度60℃，占空比1∶1条件下超声提取30分钟，得到超声提取液；

步骤3

向沉淀物B中加入体积分数为1％的碳酸氢钠(NaHCO₃)溶液10mL后于60℃下保温1小时，得反应液；得不溶性膳食纤维(IDF)成品9.34g；

其它步骤同实施例1。

步骤4

同实施例1；得大豆蛋白(SBP)成品1.12g；

步骤5

合并上清液A与上清液E，经减压浓缩至固形物含量达25-30％的浓缩液；得纯度为87.6％、水结合力为6.9g/g的可溶性膳食纤维(SDF)成品2.07g。

其它步骤同实施例1。