蛋白酶和纖維素酶協同水解豆渣的工藝

李琳，李海梅，何勝華，馬鶯

（哈爾濱工業(yè)大學食品科學與工程學院，黑龍江哈爾濱150090）

蛋白酶和纖維素酶協同水解豆渣的工藝

李琳，李海梅，何勝華，馬鶯*

（哈爾濱工業(yè)大學食品科學與工程學院，黑龍江哈爾濱150090）

采用堿性蛋白酶和纖維素酶協同水解豆渣制備發(fā)酵基料，并分析豆渣酶解液的成分。結果表明，豆渣與水以1∶4（質量比）的比例混合，調節(jié)豆渣液pH 7.0，添加堿性蛋白酶6000 U/g同時加入纖維素酶1.5%（以豆渣干重計），55℃水解4 h后，可用作發(fā)酵培養(yǎng)基制備豆渣發(fā)酵活性成分。

豆渣；水解；蛋白酶；纖維素酶

Abstract:The producing method of hydrolysates of soybean dregs were studied.Soybean dregs were dilluted with distilled water at 1∶4(weight ratio).After adjusted solution pH 7.0,hydrolyzed by 6000 U/g alcalase and 1.5%cellulase(dry soybean dregs)for 4 h at 55℃,the hydolysate can be used fertimentation culture for producing active ingredient.

Key words：soybean dregs;hydrolysation;protase;cellulase

豆渣是大豆分離蛋白、豆腐等大豆制品加工中的主要副產物，約占全豆干重的15%~20%。豆渣中碳水化合物含有約60%~70%的纖維素和15%~20%的蛋白質，以及多種微量元素和礦物質[1]。豆渣由于纖維含量高，纖維顆粒大，口感粗糙，同時還含有抗胰蛋白酶、皂素和血凝素等抗營養(yǎng)因子，不易被人體消化吸收，而且豆渣還含有令人難以接受的豆腥味。因此，作為食品原料的利用率較低，大多作為飼料和垃圾處理[2-3]。

采用選擇性蛋白酶或者微生物發(fā)酵法可以制備多種性能的膳食性活性肽[4-5]，如降血壓肽、降膽固醇活性肽、抗氧化肽、免疫調節(jié)肽、促進礦物質吸收等低分子（2個~9個氨基酸）和中等鏈長（20個氨基酸左右）的活性肽[6-7]。通過微生物和酶的作用可把豆渣中的膳食纖維微?；糠植蝗苄陨攀忱w維降解為水溶性多糖，增加可食纖維量，消除豆渣的粗澀感以及豆腥味，有效地改善大豆膳食纖維的功能性和應用價值[8-9]。

大豆膳食纖維和大豆活性肽是重要的食品工業(yè)原料和食品補充劑[10-11]，擬采用蛋白酶和纖維素酶協同水解豆渣作為霉菌發(fā)酵的底物[12]，研究確定酶解反應的適宜條件，為后續(xù)微生物生長提供適宜的底物。

1 材料與方法

1.1 材料

豆渣：哈高科大豆食品有限責任公司提供。

Alcalase2.4 LFG：諾維信（中國）產品，活力 2.6×105U/m L；風味蛋白酶（Flavourzyme500MG）：諾維信中國公司，活力5×104U/g；纖維素分解酶（工業(yè)應用）：諾維信中國公司；濾紙酶活2000 U/g。

1.2 儀器

754PC型紫外可見分光光度計：上海光譜儀器有限公司；FA1104型電子天平：上海精密儀器公司；HH-6數顯恒溫水浴鍋：常州國華電器有限公司；101-1A型電熱鼓風干燥箱：天津市泰斯特儀器有限公司；PHS-3C型精密PH計：上海雷磁儀器廠。

1.3 方法

豆渣成分分析方法：水分含量GB/T 5009.3-2003《食品中水分的測定》；灰分含量GB/T 5009.4-2003《食品中灰分的測定》；蛋白質含量GB/T 5009.5-2010《食品中蛋白質的測定》；脂肪含量GB/T 5009.6-2003《食品中脂肪的測定》；淀粉含量GB/T 5009.9-2003《食品中淀粉的測定》。大豆蛋白水解度的測定方法茚三酮法。纖維素酶水解液測定DNS法。

底物濃度：由于豆渣酶解液是用于霉菌發(fā)酵的底物，根據豆渣在水中溶解特性，豆渣加水過多，酶解液濃度太低，對后續(xù)發(fā)酵液處理工藝不利，豆渣與水比例過小，酶解反應以及后續(xù)發(fā)酵時物料的傳遞性能差，既不利于酶解反應，同時對后續(xù)霉菌發(fā)酵過程也不利，通過預備試驗驗證，以濕豆渣與水比例為1∶4最佳，故在研究酶解時均以此比例進行研究。

豆渣和水（1∶4，質量比）室溫下混合，首先調節(jié)pH至需要值，然后添加一定量的酶，在特定溫度下水解某一時間后，高溫滅酶，在離心機中8000 r/min離心10 min，得豆渣酶解液和未水解殘渣供分析使用。

1.3.1 蛋白酶酶解條件的研究

主要研究酶的用量和酶解反應時間等條件對蛋白水解度的影響。尋求水解度DH＜10%，且苦味最低的最優(yōu)酶解條件。

試驗選用的兩種蛋白酶的最適合溫度和最佳pH參考酶產品的說明書最佳使用條件選擇?？紤]到后續(xù)工藝中將采用蛋白酶與纖維素酶同時對豆渣進行水解，因此，兼顧纖維素酶的最佳使用條件，兩種蛋白酶酶解豆渣中蛋白質的工藝條件確定為：反應溫度55℃，反應pH 7.0。

1.3.2 纖維素酶酶解條件的研究

在研究纖維素酶的使用條件時，同樣需要考慮所選用的蛋白酶的使用條件，統籌考慮來確定纖維素酶的水解條件。豆渣和水（1∶4，質量比）室溫下混合，調節(jié)pH 7.0，添加一定量纖維素酶，溫度55℃下水解一定時間后，滅酶，8000 r/min離心10 min，得豆渣纖維素酶解液。主要研究加酶量與酶解反應時間對豆渣纖維水解的影響。

1.3.3 雙酶（蛋白酶和纖維素酶）混合水解豆渣條件的優(yōu)選

在本研究中，豆渣進行蛋白酶和纖維素酶水解的主要目的是為微生物發(fā)酵提供易于利用的營養(yǎng)物質，即酶解液中應含有單糖、氨基酸等小分子化合物。因此，只要能滿足這一基本要求，酶解工藝應盡可能簡單，這對工業(yè)化生產意義重大。

以豆渣為底物，研究蛋白酶和纖維素酶協同水解大豆蛋白和大豆纖維工藝條件時，擬將兩種酶同時加入反應液中進行反應。這可極大縮短酶解反應時間，但要對兩種酶的應用條件合理調整，確定酶解溫度為55℃，pH控制在7.0，重點是研究酶的用量以及確定酶解反應時間。

2 結果與討論

對試驗所用的豆渣進行成分分析，結果見表1，從豆渣成分表可以看出，其主要成分是纖維和蛋白質，二者占總干物質85%以上。

表1 豆渣成分Table 1 Ingredient of soybean dregs %

2.1 蛋白酶酶解豆渣研究

分別研究了Alcalase堿性蛋白酶和風味蛋白酶不同加酶量及酶解時間對蛋白質水解度的影響，圖1為Alcalase堿性蛋白酶的酶添加量與酶解時間對蛋白質水解度的影響。

隨著反應時間的延長，水解度不斷增加，反應時間超過6 h后，增加速率變緩，繼續(xù)延長反應時間不利于提高生產效率，因此在實際應用中酶解反應時間不應超過6 h；雖然增加酶的使用量也使水解度增加，考慮到生產成本，酶的用量不應無限增加。在能滿足工藝要求的前提下，盡可能選用低加酶量。

所用的風味蛋白酶不同加酶量及酶解時間對蛋白質水解度的影響如圖2所示。

風味蛋白酶的酶解效果與堿性蛋白酶類似，酶量的增加和時間的延長都使豆渣中的蛋白質水解度增加。

比較兩種蛋白酶的水解效果，在實驗條件下得到的水解液均無苦味。在相同的加酶量和相同的反應時間，Alcalase堿性蛋白酶水解度高于風味蛋白酶。以加酶量2000 U/g，反應時間為4 h為例，Alcalase堿性蛋白酶水解度為6.6%，風味蛋白酶水解度只有3.8%，故選用Alcalase堿性蛋白酶為試驗用酶。

2.2 纖維素酶酶解豆渣研究

重點研究不同加酶量及反應時間對水解液中還原糖含量的影響，圖3給出了不同的加酶量在不同的反應時間后溶液中還原糖的變化情況。

從圖3中可以看出，酶量的增加和時間的延長都會使溶液中還原糖的含量增加，但在實際應用中，酶量的增加將加大生產成本，時間的延長會降低生產效率。得到的酶解液在能滿足后續(xù)發(fā)酵要求的前提下，反應時間應盡可能縮短，酶用量盡可能少。

采用性纖維素酶水解豆渣時，同時可以提高可溶性成分含量，豆渣可溶性纖維素酶解產物得率的計算方法：

式中：外加物質是指加入的酶及調節(jié)pH時加入的酸或堿。

圖4顯示的是不同的加酶量在不同的反應時間后，豆渣經纖維素酶分解后可溶性產物的得率。

酶量的增加以及反應時間的延長都會提高可溶性物質的產率，但隨著反應時間的延長，提高速率變緩，因此反應時間不宜超過6 h。酶用量的成倍增加，并未使得纖維素酶的水解率也成倍增加，因此酶用量可減少些。

2.3 蛋白酶和纖維素酶協同酶解豆渣的研究

根據單一酶解的研究結果，尋求適合蛋白酶和纖維素酶兩種酶都能適應的反應條件。

確定反應條件：豆渣和水（1∶4，質量比）室溫下混合，調節(jié)pH 7.0，溫度55℃。

添加Alcalase堿性蛋白酶6000 U/g和纖維素酶1.5%，水解一定時間后，滅酶，8000 r/min離心10 min，得豆渣雙酶水解液。測定水解產物得率。

式中：外加物質是指加入的酶及調節(jié)pH時加入的酸或堿。

圖5顯示的是酶解時間與水解產物得率的關系。

從圖5中可以看出隨著反應時間的延續(xù)，豆渣水解的可溶性產物逐漸增多，但是反應超過4 h后增加速率變緩，從實際應用的角度出發(fā)，反應時間不宜過長，越短越好，以反應4 h為宜。

3 結論

將濕豆渣和水按1∶4（質量比）的比例室溫下混合均勻，調節(jié)p H 7.0，在溫度達到55℃時，同時加入堿性蛋白酶6000 U/g和纖維素酶1.5%，控制溫度55℃，水解4 h滅酶終止反應。此工藝簡單，由于蛋白酶和纖維素酶同時進行反應縮短反應時間，豆渣的水解度可達到9.03%。水解液中主要含有還原糖、氨基酸和肽類，達到預期目的，將此酶解液用作發(fā)酵原料將在后續(xù)的工作中繼續(xù)研究。

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Hydrolysis of Soybean Sregs by Proteases and Cellulase for Fermentation Medium

LI Lin,LI Hai-mei,HE Sheng-hua,MA Ying*
（School of Food Science and Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,Heilongjiang,China）

2011-12-28

黑龍江省“十一五”科技攻關項目（GA09B401-7）

李琳（1962—），男（漢），副教授，研究生，研究方向：食品加工。

*通信作者