超滤技术在大豆加工工艺中的应用研究

超滤技术在大豆加工工艺中的应用研究Theresearchesontheapplicationsoftheultrafiltrationtechnologyinsoybeanprocessing摘要：本文阐述了超滤技术在大豆的几种加工工艺中的应用，结论表明，超滤技术在大豆蛋白的分离浓缩、大豆低聚糖回收、大豆苦味物质的脱除和大豆异黄酮生产等工艺中发挥着高效作用。关键词：超滤；大豆蛋白；低聚糖；苦味物质；异黄酮Abstract：Thearticledescribestheapplicationsoftheultrafiltrationtechnologyinsoybeanprocessing.Andtheresultsshowthattheultrafiltrationtechnologyplaysanefficientroleintheseparationandtheconcentrationofthesoyprotein,therecoveryofthesoybeanoligosaccharides,theremovalofthesoybeanbittersubstancesandtheproductionofthesoyisoflavones.Keywords：Ultrafiltration；SoyProtein；Oligosaccharides；TheBitterSubstances；Isoflavones超过滤(UF)，简称超滤。它是1861年由A·Schmidt发现的，1907年H·bechhold提出了“超过滤”这一术语。它是目前研究的较为深入并能成熟应用的膜处理技术之一[1],主要用于含分子量500～500,000的微粒溶液的分离，简单高效，已广泛应用于化工、医药、食品、电子、机械、环境工程等方面[2]。大豆含有丰富的营养成份，约有10%的蛋白质，20%的脂肪，10%的大豆低聚糖。此外，其维生素、矿物质的含量亦十分丰富，营养价值非其它植物性食物可比[3]。随着食品科技、现代医学、生物技术水平的不断提高，人们饮食观念、健康意识的不断更新，大豆作为一种理想的天然植物蛋白源，引起了世界各国科研机构的高度重视。膜技术，包括超滤技术，在大豆加工工艺中的应用相应地受到了极高的重视，并取得了飞快的发展。1．超滤技术的基本原理超滤机理包括3个方面：膜孔对溶液中大分子和微粒的机械筛分作用机理、膜孔阻塞的阻滞机理和膜面及膜孔对离子的一次吸附机理[4]。三者的统一效应组成了超滤技术分离物质的机理。超滤技术的过滤粒径介于反渗透与微孔过滤之间，约5～10nm，可以让溶液中的无机离子、低分子量物质透过膜表面，把各种可溶性大分子，如多糖、蛋白质、酶等相对分子质量大于500的大分子及胶体等截留下来，形成浓缩液，达到溶液的净化、分离及浓缩目的。其核心部件是超滤膜，小于孔径的微粒随溶剂一起透过膜上的微孔，而大于孔径的微粒则被截留。膜上微孔的尺寸和形状决定膜的分离效率。2．超滤技术在大豆加工工艺中的应用2.1超滤技术分离和浓缩大豆蛋白大豆浓缩蛋白以及分离蛋白以其较高的营养价值及多种功能性质在食品生产上有着广泛的应用，进而也促进了大豆分离制造业的发展[5]。传统的大豆分离蛋白(SPI)生产工艺——碱溶酸沉法,即用稀碱提取豆粕使蛋白溶解，再用酸调pH值至蛋白质等电点，使其凝聚沉淀，再经分离提纯干燥得到蛋白粉[5]。该方法存在蛋白回收率低，产品纯度和溶解度较差、功能性不够稳定，且废水的处理费用高等缺点[7]。而超滤技术有常温下进行、无相变、能耗低等特点，将其引入到大豆蛋白分离生产领域中，可以有效地改善产品质量，提高蛋白质的得率，得到功能性更好、更稳定的产品。在传统工艺中，等电沉降法使蛋白质可逆变性来分离凝胶和乳清，分离之后，采用碱中和均浆的方法使蛋白质溶解，得到的大豆蛋白的氮溶解指数较低，且采用真空浓缩的方式得到满足喷雾干燥要求的蛋白液，耗用了大量能量，浓缩过程中泡沫和污垢的形成给操作带来不便，较长时间的受热也会损坏产品质量，另外，在其萃取过程中蛋白质的萃取率和等电沉降时蛋白质的沉降率又严重影响着蛋白质的得率[6]。超滤技术的应用可避免蛋白质的可逆变性过程，得到高氮溶解指数的产品，且使物料能在不受热的情况下精制浓缩一次完成，节省了能源，简化了操作，提高了产品质量[6]。更重要的是，只要选择适当的滤膜，就可以把滤膜透过的蛋白损失降低到极少，提高了蛋白质的得率，相比于碱溶酸沉法，可提高10%以上[6]。2.2超滤技术回收大豆低聚糖在超滤技术分离大豆蛋白的透过液，即大豆乳清中，主要成分为大豆低聚糖，如果直接将它们排掉，不仅会造成严重的环境污染，还会使低聚糖这一具有生物活性的功能性成分白白浪费掉，如果能进行回收，不但可以实现有效资源的再利用,而且减轻了大豆乳清液排放所造成的环境污染[9]。大豆低聚糖是大豆中所含的可溶性糖类，主要成分是水苏糖、绵子糖和蔗糖，具有防治消化不良、抑制病原菌、利于婴儿消化、促进生长并能促生对人体有益的双歧杆菌等功效[8]。经实验证实，经常食用富含大豆低聚糖的食品能显著提高人体免疫力，分解致癌物质，延缓衰老，延长寿命[8]。我国是世界公认的大豆的故乡，也是大豆制品的发源地，因此，充分利用我国的大豆资源，开发和应用大豆低聚糖，增加保健食品的功能作用，对提高消费者的健康水平有积极的作用。大豆低聚糖生产工艺[10]：大豆蛋白分离后得到的大豆乳清呈乳白色、不透明，将其直接进行超滤处理时，超滤速度较小，这是由于大豆乳清未经前处理，其中尚含有未沉淀完全的大豆球蛋白、乳清蛋白、胰蛋白酶阻碍因子等高分子物质及磷酸、植酸等杂质[11]。超滤时，溶质在膜与溶液的界面上产生沉淀引起阻塞，从而使透过速度下降，则大豆低聚糖的透过量减少[11]。为了减少超滤过程中产生的阻塞膜孔现象，必须对进料液进行适当的前处理。经过调节pH值、加入CaCl2的量、加热温度及加热时间等条件对大豆乳清进行前处理后，超滤速度大大提高，滤液中蛋白质含量大幅度降低，大豆低聚糖损失减少，得到良好的大豆低聚糖溶液。2.3超滤技术脱除大豆的苦味物质对于大豆的3个功能性性质——颜色、风味和质构，风味被认为是大豆在食品中运用最大的障碍[12]。特别用乙烷脱脂的大豆粉，明显具有苦味和豆腥味。因此，研究大豆的苦味和豆腥味来源及其脱除办法在食品工业中受到了越来越大的重视。大豆中的酚酸和黄酮类化合物能明显引起大豆中的苦味；大豆中脂肪氧化酶引起的氧化反应序链，也将最终导致大豆中的苦味；另外，大豆蛋白的水解会产生大量不良风味的水解物，通常很苦，其苦味随水解程度增加而加强[12]。超滤是根据分子量的大小来进行分离的，对大豆脱苦来说，分子大小标准极为重要，因为苦味组分（酚酸、异黄酮、氧化脂肪酸、氨基酸以及多肽）通常都是比不呈苦味的大分子要小得多。超滤技术能使大豆蛋白水解物达到脱苦的目的，另外，超滤过程将打破醛类和酮类物质与大豆贮藏蛋白的吸附作用，最终将它们脱除。因此，对于大豆苦味物质的脱除，超滤技术代表了一种有效而多样的过程。2.4超滤技术在大豆异黄酮生产的应用大豆异黄酮以3-苯基色原酮为母核结构，具有抗癌、降低血脂、改善妇女更年期综合症等生理功能，是天然的生物活性物质[13]。目前在国内出现了开发大豆异黄酮的热潮，因制取工艺的复杂性，造成了大豆异黄酮的生产成本高、工艺周期长，而限制了大豆异黄酮的发展[13]。利用超滤膜技术分离大豆异黄酮可有效缩短生产周期，节省能源，降低生产成本，给后道工序带来便利的条件[13]。在生产大豆浓缩蛋白过程中，大部分异黄酮被保留在乳清中，因此，分离提取异黄酮和提取低聚糖可同步进行。大豆提取液在40℃条件下进行超滤，透过液用大孔树脂吸附，蒸馏水洗脱糖等杂质，80%乙醇洗脱异黄酮，浓缩后冷冻干燥得到大豆异黄酮制品，纯度可达42.7%。3．总结（1）采用超滤技术分离浓缩大豆蛋白操作简单，蛋白质截留率和得率较高。（2）采用超滤技术分离大豆低聚糖是可行的，在对大豆乳清进行前处理后进行超滤操作，可得到良好的大豆低聚糖溶液，对此生物资源进行了回收，减轻了环境污染。（3）脱除大豆苦味物质的方法中，超滤技术从效用、技术和经济等方面多重考虑来说，并不是最佳选择。但随着膜技术的发展，超滤技术的进步，其应用将会更为完善。（4）大豆异黄酮的含量较低，因此在其分离精制工艺中，分离去除杂质显得尤为必要，而筛分原理的超滤技术在分离去杂方面的作用无疑是不错的。（5）膜技术是一种高新技术，它将在未来的工业发展中继续扮演着重要角色，其中，超滤技术也将相应地得到进一步的发展，在各个方面的应用也将更为广泛。参考文献[1]王玉军,骆广生,戴猷元.膜萃取的应用研究[J].现代化工,2000,(1):13.[2]李汝雄.膜分离技术及其在生化工程中的应用[J].现代化工,1985,(3):48.[3]贾磊.大豆低聚糖的开发与应用[J].黑龙江粮油科技,2001(3):21-23.[4]习艳丽,葛红光.超滤膜技术及其应用[J].汉中师范学院学报(自然科学),2001,19(2):71-80.[5]郭宏,王熊,刘宗林.超滤技术在大豆分离蛋白生产中的应用研究[J].食品科学,2000,21(12):56-58.[6]白耀章.大豆分离蛋白的超过滤处理[J].ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse,Food＆Machinery.[7]田少君,孟永成,刘振海,卢萍.大豆分离蛋白的超滤制备及其功能特性的研究[J].粮油加工与食品机械,2004(12):44-47.[8]李耕,吴大宇,戴智河.膜技术在浓缩天然大豆低聚糖中的应用[J].膜科学与技术,2002,22(1):29-31.[9]王传杰,赵秀红,张春红,刘长江.膜技术在分离纯化大豆低聚糖中的应用[J].粮油加工与食品机械,2006(6):54-56.[10]李文治,杨连生,黄强,黄立新.大豆低聚糖研究进展[J].粮食与油脂,2002(7):50-52.[11]高文宏,石彦国,高大维等.超滤法提取大豆低聚糖前处理的研究[J].中国粮油学报,2000,15(5):49-52.[12]唐传核,蒋立勤.大豆中的苦味物质及脱除办法[J].ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse,Food＆Machinery.[13]关海君,田娟娟,白志明.超滤膜技术在大豆异黄酮生产中的研究[J].中国油脂,2006,31(3):35-36.