大豆水酶法水解液中蛋白質超濾回收及特性研究

江連洲 張巧智 李 楊 王中江 齊寶坤 隋曉楠

(東北農業(yè)大學食品學院， 哈爾濱 150030)

大豆水酶法水解液中蛋白質超濾回收及特性研究

江連洲 張巧智 李 楊 王中江 齊寶坤 隋曉楠

(東北農業(yè)大學食品學院， 哈爾濱 150030)

采用超濾法回收水解液中的蛋白質，在單因素試驗的基礎上，通過Box-Behnken響應面法試驗設計建立了操作壓力、溶液質量分數(shù)、溶液pH值對膜通量影響的模型。研究結果表明，各因素對膜通量的影響由大到小依次為溶液質量分數(shù)、操作壓力、溶液pH值。經優(yōu)化得到的最佳工藝參數(shù)為：操作壓力0.20 MPa、溶液質量分數(shù)5.60%、溶液pH值8.50。在此條件下超濾膜通量為7.02 L/(m2·h)，回收物中蛋白質質量分數(shù)增至88.63%，紅外光譜顯示構成大豆蛋白的各官能團特征峰明顯，高效液相色譜結果顯示超濾對水解液中低聚糖類物質的脫除效果較好，所回收蛋白在功能特性上溶解性得到提升，且在酸性pH值范圍內有明顯改善，而乳化活性指數(shù)和乳化穩(wěn)定性指數(shù)有所降低。超濾法回收水解液蛋白可實現(xiàn)同步濃縮與雜質分離，為水解液的增值利用提供了可行方法。

大豆蛋白； 超濾； 功能特性； 水酶法； 工藝優(yōu)化

引言

水酶法是一種新興的綠色提油技術，通過機械破碎和酶解手段，破壞細胞壁及油脂體膜，使油脂得以釋放。該方法萃取條件溫和，避免了傳統(tǒng)提油工藝中有機試劑及高溫處理的介入，所制油品質高、雜質含量低[1]，具有十分廣闊的應用前景。通過對原料預處理及乳狀液破乳工藝的研究，大豆水酶法游離油得率已提升至92.6%[2-3]。但與此同時，水相提取體系伴隨產生的副產物——水解液，由于含有大部分原料中的可溶性物質，作為廢液會造成大量資源浪費，極大地限制水酶法提油技術的經濟可行性。已有研究表明，大豆水酶法水解液的主要成分為限制性酶解蛋白[4-5]，可作為大豆蛋白的豐富來源，但水解液中可溶性糖類、細小油滴、鹽類等其他成分的存在會對產品的感官品質及功能特性產生不利影響。因此，提取回收水解液中的蛋白質、脫除非蛋白組分對大豆水酶法工藝的產業(yè)化推廣具有重要意義。

傳統(tǒng)的大豆分離蛋白提取方法主要利用其在等電點(pH值 4.5)附近溶解度較低的特性進行提取，但由于酶解處理后大豆蛋白在酸性pH值范圍內溶解度提升，堿溶酸沉法僅能回收約30%水解液蛋白[6]。超濾技術作為一種膜分離方法，通過壓力差的推動可選擇性地將溶液中較大溶質分子截留于微孔濾膜之上，具有操作簡捷、分離系數(shù)大、高效節(jié)能、無相變、無二次污染等特點[7]，已廣泛應用于蛋白質提取、分離純化等領域。李旭等[8]利用不同截留分子量的超濾膜分離油茶籽蛋白并對各組分的功能特性進行了研究；YANG等[9]利用植酸酶酶解輔助超濾分離法大幅度降低了大豆分離蛋白中植酸及異黃酮的含量。CAMPBELL等[6]利用超濾回收水酶法蛋白但僅得到70%純度的產品，且仍含有油脂、低聚糖等雜質成分。將超濾技術應用于水解液蛋白質的回收，可為開發(fā)利用水解液資源提供一種行之有效的方法，該領域國內尚無相關報道。在超濾操作過程中，工藝條件的選擇是決定超濾效果及工藝成本的關鍵因素。因此，本文在探討水解液蛋白超濾過程中影響膜通量及蛋白質截留率主要因素的基礎上，通過響應面法試驗設計確定最佳的超濾工藝條件，并進一步對所得水解液蛋白的功能特性進行研究，為大豆水酶法水解液蛋白超濾回收的工業(yè)化生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

全脂大豆片(東農42號，含水率10.54%，粗脂肪質量分數(shù)19.73%，粗蛋白質量分數(shù)38.48%，灰分質量分數(shù)4.21%)，大豆分離蛋白(粗蛋白質量分數(shù)92.37%)，聊城藍山集團；Alcalase 2.4L堿性內切蛋白酶，杰能科(中國)生物工程有限公司；蔗糖、水蘇糖、棉籽糖標準品，Sigma-Aldrich公司；乙腈、三氟乙胺均為色譜純，石油醚、乙醚、SDS等均為分析純。

T20型雙螺桿擠壓機，法國Clextral公司；PHS-25型數(shù)顯臺式酸度計，上海雷磁儀器廠；FD5型冷凍干燥機，美國西盟國際集團；RE-52CS-1型旋轉蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；3-18K型高速冷凍離心機，Sigma-Aldrich公司；1、3、5 kDa平板聚醚砜超濾膜、MSC300型杯式超濾器，上海摩速科學器材有限公司；K-436型快速消解儀、K-370型自動凱氏定氮儀，瑞士步琦有限公司；高速剪切乳化機，上海昂尼儀器儀表有限公司；分光光度計，上海精密科學儀器有限公司；e2695型高效液相色譜儀(配有四元溶劑管理器、自動進樣器、柱溫箱、示差折光檢測器)，美國Waters公司；BEH Amide色譜柱(4.6 mm×150 mm，3.5 μm)，美國Waters公司；IRTracer-100型傅里葉變換紅外光譜儀，日本島津公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 基本化學成分測定

含水率，依據(jù)GB/T 5497—1985 《糧食、油料檢驗 水分測定法》進行測定；粗脂肪質量分數(shù)，依據(jù)GB/T 14772—2008 《食品中粗脂肪的測定》進行測定；粗蛋白質量分數(shù)，依據(jù)GB 5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》進行測定；灰分質量分數(shù)，依據(jù)GB/T 5009.4—2010《食品中灰分的測定》進行測定。

1.2.2 大豆水酶法水解液的制備

水解液作為大豆水酶法提油工藝的副產物，所采用的提取條件為LI等[2-3]優(yōu)化的最佳提油工藝，其主要流程如下：全脂大豆片→粉碎→調節(jié)含水率為14.5%→擠壓膨化(60℃、300 r/min)→粉碎過60目篩→調節(jié)固液比至6 mL/mg→調節(jié)溫度為50℃、pH值為8.5→酶解3 h(加酶量1.85 mL/(100 g))→滅酶(100℃、10 min)→離心分離(8 000g、20 min)→收集水解液→冷凍干燥→水解液凍干粉。

1.2.3 水解液蛋白質的超濾回收及膜的選擇

為避免水解液中的少量油滴污染超濾膜，提升所得蛋白的產品質量，預先將水解液凍干粉經正己烷浸提12 h以除去殘余油脂，再用超純水復溶。通過實驗室級超濾裝置對水解液中的蛋白質進行回收，如圖1所示，考慮到水解液中雜質成分的種類，分別采用截留分子量為1、3、5 kDa的超濾膜進行蛋白回收，待系統(tǒng)穩(wěn)定后準確記錄一段時間內透過液的體積，當體積縮減至初始值1/4時分別收集透過液和截留液，冷凍干燥備用。膜通量及蛋白質截留率計算公式[7,9-10]分別為

(1)

式中R——膜通量，L/(m2·h)V——透過液體積，LT——超濾時間，hA——膜有效面積，m2

(2)

式中P——蛋白質截留率，%C——初始溶液的蛋白質量濃度，mg/mLC′——透過液的蛋白質量濃度，mg/mL

圖1 超濾裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of ultrafiltration device1.氮氣瓶 2.磁力攪拌器 3.超濾杯 4.攪拌桿 5.進料口 6.出料口

1.2.4 試驗設計

(1)單因素試驗

在超濾回收水解液蛋白的過程中，影響超濾效果的因素主要有操作壓力、溶液質量分數(shù)及溶液pH值。首先進行單因素試驗，以選取試驗因素及水平。選取操作壓力為0.10、0.14、0.16、0.18、0.20、0.22 MPa，溶液質量分數(shù)為2.5%、4.0%、5.5%、7.0%、8.5%、10.0%，溶液pH值為3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5、9.5。以膜通量和蛋白質截留率為評價指標確定最佳超濾工藝。

(2)響應面試驗

在上述單因素試驗基礎上，采用Box-Behnken設計原理，以操作壓力、溶液質量分數(shù)及溶液pH值為自變量，以膜通量為響應值，試驗因素水平與編碼見表1。

1.2.5 可溶性糖類測定

大豆水酶法水解液中除蛋白外還含有部分糖類物質，為分析水解液中可溶性糖類的組成及分布以及超濾操作對于糖類的脫除效果，采用HPLC-RID

表1 響應面試驗因素水平Tab.1 Levels and variables of response surface method

方法進行測定[4,11]。分析前，為除去蛋白質，先將0.3 mL樣品與0.7 mL乙腈混合，在10 000g下離心10 min。取10 μL上清液注入高效液相色譜儀，柱溫為35℃。采用75%乙腈溶液(添加0.2%TEA)在0.6 mL/min的流速下進行等度洗脫。將樣品峰的保留時間與標準品進行對照，并根據(jù)各糖標準品的外標曲線進行定量。

1.2.6 紅外光譜測定

將水解液蛋白凍干粉與KBr以質量比1∶100混合后在瑪瑙研缽中研磨均勻，并用壓片機壓成薄片，在500～4 000 cm-1范圍內以4 cm-1的分辨率掃描32次，采集樣品圖譜數(shù)據(jù)，并在樣品測試相同條件下采集背景[12-13]。

1.2.7 蛋白質功能特性測定

(1)蛋白質氮溶解指數(shù)

參照LIU等[14]的方法測定超濾回收蛋白在不同pH值下的氮溶解指數(shù)(Nitrogen soluble index，NSI)，即利用微量凱氏定氮法測定離心后上清液中的氮含量占總氮含量的百分比，氮溶解指數(shù)計算公式為

(3)

式中N——氮溶解指數(shù)，%m——上清液中的氮質量，gm′——初始溶液中的氮質量，g

(2)蛋白質乳化性

參照GHRIBI等[15-16]的方法測定超濾回收蛋白的乳化活性指數(shù)(Emulsifying activity index，EAI)及乳化穩(wěn)定性指數(shù)(Emulsifying stability index，ESI)并做若干修改：將質量濃度0.02 g/mL蛋白質樣品溶液與大豆油以體積比例3∶1混合，置于高速均質機在20 000 r/min下均質1 min。立即用0.001 g/mL SDS溶液稀釋1 000倍，記錄此時及15 min后在500 nm處的吸光度，乳化活性指數(shù)和乳化穩(wěn)定性指數(shù)計算公式為

(4)

(5)

式中EAI——乳化活性指數(shù)，m2/gESI——乳化穩(wěn)定性指數(shù)，minA——乳液在0 min時在500 nm處吸光度A′——乳液在15 min時在500 nm處吸光度φ——油脂所占體積分數(shù)，%c——樣品溶液中蛋白質質量濃度，g/mLD——稀釋倍數(shù)，取1 000t——間隔時間，取15 min

2 結果與討論

2.1 大豆水酶法水解液的主要化學組成

表2所示為大豆水酶法水解液的主要化學組成。由表2可知，水解液中主要含有70.46%蛋白質、11.48%脂肪、12.99%碳水化合物及5.07%灰分。若1 kg大豆經水酶法提取后產生4.6 kg水解液，以10%干物質計，則水解液中將包含大豆原料中約46%的固形物，其中包括84.23%蛋白質、26.77%油脂及22.10%糖類，若加以分離利用將能產生可觀的經濟效益。脫去油脂后，水解液中蛋白質質量分數(shù)提升至78.62%，超過市售大豆?jié)饪s蛋白純度(70%)，可作為大豆蛋白的豐富來源，具有較高的潛在經濟價值。水酶法水解液中除蛋白質外的主要非蛋白組分是可溶性碳水化合物，主要為蔗糖、水蘇糖和棉籽糖。其中后兩者屬大豆低聚糖類，由于人體或動物缺乏α-半乳糖苷酶而易引起脹氣、消化不良等癥狀[17-18]，被認為是大豆蛋白產品中的主要抗營養(yǎng)因子之一。此外，由于水解液中干物質含量較低，常規(guī)濃縮方法將增加蛋白回收耗能[19]，利用超濾操作回收蛋白可實現(xiàn)同步濃縮與雜質分離，為水解液的增值利用提供了可行辦法。

表2 大豆水酶法水解液的化學成分組成(質量分數(shù)，以干基計)Tab.2 Chemical composition of skim from EAEP of soybeans %

2.2 膜截留分子量對超濾效果的影響

膜截留分子量(Molecular weight cut-offs，MWCO)對超濾效果及工藝成本具有重要影響，根據(jù)水解液中雜質成分的分子量特征，分別選擇截留分子量為1、3、5 kDa的平板聚醚砜超濾膜對水解液中的蛋白進行回收，考察膜截留分子量對膜通量及蛋白質截留率的影響，結果如圖2所示。

圖2 膜截留分子量對超濾效果的影響Fig.2 Influence of membrane molecular weight cuts-off on ultrafiltration performance

由圖2可知，隨超濾膜截留分子量的降低，膜通量隨之下降，且當MWCO為1 kDa時下降較為劇烈，其原因可能是1 kDa時，絕大部分蛋白質被截留、聚集并壓實于超濾膜表面，出現(xiàn)了濃差極化現(xiàn)象進而形成凝膠層，部分堵塞超濾膜孔，使膜通量大幅下降[20-21]。另一方面，MWCO的降低使蛋白質截留率由91.38%升至97.32%，說明低MWCO超濾膜對水解液蛋白有較好的回收效果，且當MWCO為3 kDa時，膜通量及蛋白質截留率均較理想，考慮到超濾效率及操作成本，后續(xù)試驗將選擇3 kDa作為水解液蛋白回收所用膜的截留分子量。

2.3 超濾回收水解液蛋白的單因素試驗分析

2.3.1 操作壓力

在溶液質量分數(shù)為5.5%，pH值為8.5條件下，操作壓力對膜通量及蛋白質截留率的影響如圖3所示。

圖3 操作壓力對超濾效果的影響Fig.3 Influence of operational pressure on ultrafiltration performance

壓力是影響超濾效果的重要因素，由圖3可知，隨操作壓力的增大，膜通量呈上升趨勢，這是由于跨膜壓力的增加，使料液流速加快并呈現(xiàn)湍流狀，此時濃差極化現(xiàn)象不顯著，膜通量顯著上升。但當壓力超過一定范圍時，濃差極化現(xiàn)象加劇并導致部分溶質聚集于膜表面形成凝膠層，使得膜通量增幅趨慢[22]；操作壓力對蛋白質截留率影響較小，跨膜壓力由0.10 MPa增加至0.22 MPa可使蛋白質截留率提高2.17%，但壓力過大易導致超濾膜孔堵塞及污染，增加后續(xù)不必要的能耗損失，因此在優(yōu)化操作壓力時選擇0.20 MPa為中心點。

2.3.2 溶液質量分數(shù)

在操作壓力為0.20 MPa、溶液pH值為8.5時，溶液質量分數(shù)對膜通量及蛋白質截留率的影響如圖4所示。

圖4 溶液質量分數(shù)對超濾效果的影響Fig.4 Influence of solution concentration on ultrafiltration performance

由圖4可知，膜通量隨料液質量分數(shù)的增加而逐漸降低，且在大于5.5%時下降較為劇烈。產生這一現(xiàn)象的原因可能是料液體積分數(shù)增大使得溶液粘度增加，溶質分子間相互作用增強，擴散系數(shù)降低，更易在超濾膜表面形成濃差極化及凝膠層，增大透過阻力，使得膜通量逐漸下降[23]，但料液質量分數(shù)過低時會導致超濾時間延長，增大工藝耗能，為后續(xù)膜清洗帶來困難；隨溶液質量分數(shù)的增加，蛋白質截留率稍有上升，其原因可能是蛋白質分子間較強的相互作用阻礙了小分子蛋白透過超濾膜，使透過液中蛋白質濃度降低，綜合考慮膜通量與蛋白回收效果，在優(yōu)化溶液質量分數(shù)時選擇5.5%為中心點。

2.3.3 溶液pH值

在操作壓力為0.20 MPa、溶液質量分數(shù)為5.5%時，溶液pH值對膜通量及蛋白質截留率的影響如圖5所示。

圖5 溶液pH值對超濾效果的影響Fig.5 Influence of solution pH value on ultrafiltration performance

由圖5可知，當溶液pH值為4.5和5.5時，膜通量達到最低值，蛋白質截留率最高，此時接近水解液蛋白等電點，溶解度最小，蛋白質分子間靜電斥力幾乎為零，易析出并聚集于膜表面形成吸附層，增加透過阻力[24]，該結論與黃群等[10]研究結果相一致。當pH值小于4.5或大于5.5時，膜通量隨pH值偏離等電點程度的增加而上升，且在6.5～8.5范圍內增幅顯著，此時溶液中蛋白質與水分子親和作用增強，分子間靜電斥力可削弱膜表面的濃差極化現(xiàn)象，蛋白質截留率有小幅降低，當pH值大于8.5時，繼續(xù)增加pH值對膜通量及蛋白質截留率影響不大，且pH值8.5接近水酶法酶解體系終點pH值，可避免額外加入堿類物質。因此，在優(yōu)化溶液pH值時選擇8.5為中心點。

2.4 超濾回收水解液蛋白的響應面試驗分析

在上述單因素試驗中，可以看出各因素對膜通量有顯著影響，而對蛋白質截留率影響較小(回歸模型不顯著)，蛋白質截留率始終在94%以上，說明超濾操作對水解液蛋白截留效果良好。為進一步確定超濾操作的最佳工藝，以膜通量為響應值，選擇操作壓力、溶液質量分數(shù)和溶液pH值3個因素，采用Box-Behnken試驗設計進行響應面分析。試驗設計及結果見表3，表中X1～X3為x1～x3的編碼值。

表3 Box-Behnken試驗設計及結果Tab.3 Experimental design and results of Box-Behnken

通過Design-Expert 8.0.6軟件，對表3中數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到超濾膜通量(R)對操作壓力(X1)、溶液質量分數(shù)(X2)、溶液pH值(X3)的回歸方程模型為

在回歸方程基礎上，對模型進行降維分析，以考察各因素及因素間交互作用對膜通量的影響，所得響應曲面如圖6所示。由圖6可知在所考察因素范圍內，膜通量均隨操作壓力、溶液質量分數(shù)、溶液pH值的增大呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，與上述單因素試驗結果相一致，且各曲面均為下開口凹面，中心位于所考察區(qū)域內，說明所考查范圍內存在膜通量的最大值。

表4 響應面結果方差分析Tab.4 ANOVA of response surface results

圖6 超濾回收工藝參數(shù)對膜通量影響的響應曲面Fig.6 Response surfaces exhibiting effects of ultrafitration parameters on membrane flux

通過Design-Expert軟件分析，得到超濾回收水解液蛋白的最佳工藝參數(shù)為：操作壓力0.20 MPa、溶液質量分數(shù)5.61%、溶液pH值8.49，在此條件下超濾膜通量預測值為7.035 3 L/(m2·h)?？紤]到實際可操作性，將上述條件修正為：操作壓力0.20 MPa，溶液質量分數(shù)5.60%、溶液pH值8.50，在此最優(yōu)條件下進行驗證試驗，得到的超濾膜通量為7.02 L/(m2·h)，與預測值較為接近，說明響應面優(yōu)化得到的超濾工藝條件準確可靠，具有一定的實際參考價值。

在上述最佳超濾回收工藝基礎上，進一步考察超濾法對水解液蛋白中雜質的脫除效果，對回收物中可溶性糖類物質及灰分含量進行了測定，結果見表5。

由表5可知，超濾法對水解液中可溶性糖類物質的脫除效果較好，其中對蔗糖和水蘇糖的脫除率分別為54.94%和49.12%，棉籽糖脫除率高達100%，但對鹽類物質脫除效果欠佳，增加超濾、反滲透等膜分離工序可能會改善脫除效果。超濾操作后，回收物中蛋白純度可提升至88.63%，超過市售大豆?jié)饪s蛋白純度，并接近大豆分離蛋白純度，且抗營養(yǎng)性低聚糖含量較低，可作為蛋白質的優(yōu)質來源，具有巨大的附加經濟價值。

表5 超濾回收水解液蛋白中的雜質組成(質量分數(shù)，以干基計)Tab.5 Impurity contents in skim protein recovered from EAEP of soybeans %

2.5 水解液蛋白的紅外光譜分析

超濾回收處理前后水解液蛋白的紅外光譜如圖7所示。

圖7 水解液蛋白的紅外光譜圖Fig.7 Infrared spectra of skim protein

2.6 水解液蛋白的功能特性分析

水酶法提取過程中伴隨著大豆蛋白的限制性酶解，蛋白多肽鏈長短及三維空間結構發(fā)生變化，并導致部分被包埋的氨基酸殘基曝露出來[12]，這一過程必然對蛋白質的功能特性產生影響，本研究分別考察了超濾回收后水解液蛋白質的氮溶解指數(shù)、乳化活性指數(shù)及乳化穩(wěn)定性指數(shù)，并與大豆分離蛋白進行對比，結果如圖8所示。

圖8 水解液蛋白質的功能特性Fig.8 Functional properties of skim protein

如圖8所示，水解液蛋白及分離蛋白的溶解性-pH值曲線呈現(xiàn)典型的U型曲線，即在pH 值4.5(大豆蛋白等電點)附近溶解性最低，在pH 值2.0～7.0范圍內，水解液蛋白的溶解性均較分離蛋白有所提升，且在酸性條件下提升較顯著，如在pH 值3.0和4.5處，水解液蛋白的氮溶解指數(shù)較大豆分離蛋白分別提高了0.51和15.6倍。蛋白酶解后小分子片段的增加、親水性基團的釋放以及表面積的增大促進了水合作用，使蛋白溶解性得到增強。大豆蛋白由于其酸溶性的限制在飲料加工領域應用十分有限，而水解液蛋白這一特性的改善可在一定程度上擴大其在酸性食品體系中的應用，如果汁、酸乳飲料、碳酸飲料等。圖8所示為水解液蛋白及分離蛋白的乳化活性指數(shù)及乳化穩(wěn)定性指數(shù)隨pH值變化的曲線。與分離蛋白相比較，水解液蛋白的乳化性略有下降，其乳化活性指數(shù)及乳化穩(wěn)定性指數(shù)分別較分離蛋白下降了45.42%和18.61%。這一結論與ALMEIDA等[25]對Protex 6L酶解后蛋白的乳化特性測定結果趨勢相似。水酶法提取過程中蛋白酶的介入在不同程度上破壞了蛋白質結構中氫鍵、疏水相互作用、離子鍵等作用力，并產生較小分子量的肽段或氨基酸，它們無法同大分子蛋白一樣穩(wěn)定存在于油水界面并維持界面張力[16]，致使乳化活性指數(shù)及乳化穩(wěn)定性指數(shù)有所降低。

3 結束語

采用超濾法回收水解液中的蛋白質，在單因素試驗的基礎上，通過響應面法試驗設計建立了操作壓力、溶液質量分數(shù)、溶液pH值對膜通量影響的模型。研究結果表明，各因素對膜通量的影響由大到小依次為溶液質量分數(shù)、操作壓力、溶液pH值。經優(yōu)化得到的最佳工藝參數(shù)為：操作壓力0.20 MPa、溶液質量分數(shù)5.60%、溶液pH值8.50。在上述條件下超濾膜通量為7.02 L/(m2·h)，回收物中蛋白質質量分數(shù)增至88.63%，接近市售大豆分離蛋白純度。紅外光譜結果顯示構成大豆蛋白的各官能團特征峰明顯，蛋白制品純度較理想，色譜結果顯示超濾對水解液中的可溶性糖類物質尤其是棉籽糖脫除效果較好，所回收蛋白在功能特性上溶解性得到明顯改善，而乳化活性指數(shù)及乳化穩(wěn)定性指數(shù)有所降低。

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Ultrafiltration Recovery of Skim Protein from Enzyme-assisted Aqueous Extraction Process of Soybean and Its Functional Properties

JIANG Lianzhou ZHANG Qiaozhi LI Yang WANG Zhongjiang QI Baokun SUI Xiaonan

(CollegeofFoodScience，NortheastAgriculturalUniversity，Harbin150030，China)

Enzyme-assisted aqueous extraction processing (EAEP) has long been considered as a promising alternative to traditional solvent oil extraction, which has gained increasing attention recently. After EAEP of soybeans, three distinct layers are formed: cream, skim and residual fraction. The skim fraction contains substantial amount of protein as well as oil, sugar and other impurities. In order to recover value from this liquid fraction, ultrafiltration was employed for protein concentration and isolation. To investigate the interrelationship between operating parameters and membrane flux, Box-Behnken response surface methodology was introduced. The results indicated that the three factors’ effects on membrane flux followed the decreasing order as: solution mass fraction, transmembrane pressure and solution pH value. The improved regression model was fitted with determination coefficient of 0.997 5 and optimal factors were as follows: operative pressure of 0.20 MPa, solution mass fraction of 5.60%, and solution pH value of 8.50. The permeate flux under above conditions was 7.02 L/(m2·h) and protein purity was increased to 88.63%. The infrared spectrum and HPLC analysis showed evidently characteristic peaks of functional groups in soybean protein and remarkable low levels of undigestible oligosaccharides. Besides, the protein extracted from EAEP showed improved solubilities especially at acidic pH value, but it slightly decreased emulsifying activity index and emulsifying stability index. Further improvement can be achieved if industrial fractionation unit was employed and process optimization was conducted. A complete cost-effectiveness analysis would also need to be done to estimate the economic viability of this application.

soybean protein; ultrafiltration; functional properties;enzyme-assisted aqueous extraction process; process optimization

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.02.044

2016-07-02

2016-08-04

國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0401402、2016YFD0400700)、國家自然科學基金重點項目(31430067)和國家自然科學基金面上項目(31571876)

江連洲(1960—)，男，教授，博士生導師，主要從事糧食、油脂及植物蛋白工程研究，E-mail: jlzname@163.com

隋曉楠(1987—)，男，副教授，主要從事糧食、油脂及植物蛋白工程研究，E-mail: xiaonan.sui@neau.edu.cn

TS221

A

1000-1298(2017)02-0327-08