一種加熱、絮凝、氣浮與超濾耦合制備大豆乳清低聚糖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于食品加工技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明涉及一種從大豆乳清液中提取大豆低聚糖 的方法，具體為一種加熱、絮凝、氣浮與超濾耦合制備大豆乳清低聚糖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國是大豆的故鄉(xiāng)，大豆制品的發(fā)展歷史悠久。近年來，我國投入大量的人力物力 建成了數(shù)百家大豆蛋白生產(chǎn)企業(yè)，其中較大規(guī)模的廠家有數(shù)十家。但以我國目前的技術(shù)水 平，每生產(chǎn)It大豆分離蛋白大約需要排放IOt大豆乳清廢水。大豆乳清水是生產(chǎn)大豆分離 蛋白、濃縮蛋白（酸法）以及豆腐等食品過程中產(chǎn)生的高濃度有機(jī)廢水，其主要成份為：蛋 白質(zhì)、糖類、鹽類。傳統(tǒng)的做法將其當(dāng)做毫無利用價值的廢物直接排放，或經(jīng)過生化簡單處 理排放，不僅污染了環(huán)境，而且浪費(fèi)了對人體生理十分有用的物質(zhì)，即大豆低聚糖和乳清蛋 白等。因此，在大豆蛋白生產(chǎn)迅速發(fā)展的同時，對廢水中的高附加值資源的回收利用，不但 是對大豆生產(chǎn)的產(chǎn)品的延伸，同時也降低了大豆乳清廢水所帶來的環(huán)境污染。因此對乳清 廢水中的大豆低聚糖的開發(fā)研究具有很高的市場價值和社會價值。國際上大豆低聚糖年需 求量達(dá)1. 93萬t。其中我國共約6億左右的老年人、兒童、孕婦的腸胃不良及糖尿病等人 群，依據(jù)這個目標(biāo)市場，國內(nèi)大豆低聚糖市場年需求量就有上萬噸。此外，因大豆低聚糖獨(dú) 有的純天然特性，食品、醫(yī)藥及飼料添加劑等方面具有極大的應(yīng)用潛力，并可替代其他低聚 糖或蔗糖，應(yīng)用于其他食品中，同樣具有不可估量的需求量。
[0003] 目前，從大豆乳清液中提取純化大豆低聚糖的技術(shù)手段很多，例如，膜分離、加熱、 絮凝劑、超濾、離心、離子交換樹脂等等，也有各手段之間的配合使用的情況，但由于乳清液 中含有熱穩(wěn)定性較好的小分子蛋白，即使在上述加熱或加絮凝劑等等或相互配合的處理 后，仍有一大部分小分子蛋白難以凝聚沉淀，也很難將大豆乳清液中所含的蛋白質(zhì)徹底分 離出去，導(dǎo)致在生產(chǎn)中還存在提取率低、純化度低、膜污染嚴(yán)重、膜清洗等諸多實際問題。問 題具體表現(xiàn)在：雖然大豆乳清液經(jīng)過前期加熱或絮凝劑等處理，但效果不佳，超濾前的溶液 中仍然含有過量的乳清蛋白，由于乳清蛋白具有一定的粘性，易附著于膜上，形成凝膠，造 成膜孔堵塞，從而導(dǎo)致膜通量迅速衰減，使超濾不能正常進(jìn)行。因此，雖然去除乳清蛋白的 手段很多，但各手段之間相互協(xié)同配合的效果不好，沒有更好的優(yōu)化組合，也沒有對具體技 術(shù)手段進(jìn)行開拓性改進(jìn)，仍未有效解決乳清蛋白帶來的膜污染問題。另外，由于通常用板框 過濾機(jī)分離大豆乳清液中的蛋白質(zhì)，就必須加入大量的硅藻土作為助濾劑，因此在運(yùn)行過 程中就會產(chǎn)生大量的硅藻土和蛋白的混合廢棄物，而造成環(huán)境的污染。因此，如何獲得工藝 簡單、易于操作、不產(chǎn)生污染物、膜抗污染能力強(qiáng)、產(chǎn)品得率高、品質(zhì)高的大豆低聚糖制備方 法是本領(lǐng)域急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的：一種從大豆乳清液中提取大豆低聚糖的方法，具體為一種加熱、絮 凝、氣浮與超濾耦合制備乳清大豆低聚糖的方法。同時提供一種高品質(zhì)大豆低聚糖，增加產(chǎn) 品科技含量，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題：本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的，雖然去除乳清蛋白的 手段很多，但各手段之間相互協(xié)同配合的效果不佳、也沒有對具體技術(shù)手段進(jìn)行開拓性改 進(jìn)的問題；大大提高了產(chǎn)品的品質(zhì)與得率；有效解決乳清蛋白帶來的膜污染問題；不產(chǎn)生 環(huán)境的污染。提供了一種工藝簡單、易于操作、不產(chǎn)生污染物、膜抗污染能力強(qiáng)、產(chǎn)品得率 1?、品質(zhì)1?的大?低聚糖制備方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案：一種大豆低聚糖的提取純化制備方法，其特征在于按照以下 步驟制備： (1) 階段式預(yù)處理：第一階段：先將大豆乳清液在PH值=4. 5-5. 5條件下，加熱到 50°C -55°C，保持l_2h;第二階段：然后在pH值=6. 0-8. 5條件下，加熱到90°C -92°C，保 持10-15分鐘，完成預(yù)處理；第三階段：自然冷卻，同時靜置至大豆乳清液溫度為50-60°C ; 之后離心得離心液A備用； (2) 絮凝劑絮凝：用絮凝劑溶液與離心液A混合，使離心液A發(fā)生絮凝，得到粗提取 液，絮凝劑與離心液按質(zhì)量體積比計：絮凝劑總用量為〇. 7-0. 9g/L離心液A，絮凝條件是 pH4. 5-6. 0,溫度50-60°C，靜沉?xí)r間40-90min ;離心后得離心液B備用；其中，絮凝劑為殼 聚糖，或殼聚糖、三氯化鋁與海藻酸鈉三者混合物，且殼聚糖、三氯化鋁與海藻酸鈉用量比 例以質(zhì)量比計為4 :3 :2 ;進(jìn)一步優(yōu)選絮凝劑為殼聚糖與羥丙基淀粉的混合物，且特定用量 比例以質(zhì)量比計為4 :1，但將該絮凝劑使用量替換為0. 07-0. 09g/L離心液A ; (3) 氣浮分離：將步驟（2)獲得的離心液B輸入到氣浮裝置中，氣浮分離后得氣浮分離 乳清液； (4) 超濾提純：將步驟（3)中得到的氣浮凈化后的氣浮分離乳清液倒入超濾裝置中， 采用間歇式錯流超濾進(jìn)行超濾提純，收集到的液體為粗糖液；其中，間歇式錯流超濾工藝參 數(shù)：跨膜壓力60-65 KPa或65-70KPa、pH值7. 0-7. 5、稀釋倍數(shù)1倍； (5) 脫鹽脫色：將步驟（4)中得到的粗糖液通過離子交換樹脂洗脫，采用001X7強(qiáng)酸性 陽離子交換樹脂柱與D301-T大孔弱堿性陰離子交換樹脂以先陽后陰順續(xù)串聯(lián)，其中，脫鹽 脫色條件為：001 X7強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂柱與D301-T大孔弱堿性陰離子交換樹脂柱 體積比 1 : 1，流速 2. 0-2. 5 BV/h ; (6) 凍干：將步驟（5)中得到的脫鹽脫色后的大豆低聚糖溶液置于冷凍干燥機(jī)中冷 凍干燥，得到白色粉末為大豆低聚糖；其中，優(yōu)選冷凍干燥機(jī)參數(shù)：抽真空度IPa，冷井溫 度-50°C，低聚糖液置于冷凍干燥機(jī)中持續(xù)16-24h冷凍干燥。
[0007] 優(yōu)選的階段式預(yù)處理：第一階段：先將大豆乳清液在pH值=5-5. 2條件下，加熱 到52°C -53°C時，保持I. 5h ;第二階段：然后在pH值=7條件下，加熱到90°C，保持15分 鐘；第三階段：自然冷卻，同時靜置至大豆乳清液溫度為55°C。
[0008] 優(yōu)選步驟（4)超濾提純采用MWC03000的超濾膜或截留量為5000kDa的再生纖維 素超濾膜或MWCO 8000的超濾膜。
[0009] 優(yōu)選步驟（4)步驟（3)的氣浮分離，氣浮裝置中的空氣壓力為0· 7Mpa_0. 9Mpa，進(jìn) 料液溫度50°C -55°C。
[0010] 該發(fā)明制備的大豆低聚糖在酸性飲料制備中具有很好的應(yīng)用效果，該大豆低聚糖 能夠明顯減少美拉德反應(yīng)的發(fā)生；酸性飲料的pH值為4?7或更低。
[0011] 本發(fā)明的有益效果： (1)本發(fā)明開拓性地在大豆乳清液預(yù)處理階段采用分段式的處理方式，克服了單一條 件加熱處理的偏見，發(fā)明人在前期工作的基礎(chǔ)上，研究中意外的發(fā)現(xiàn)，采用下述的預(yù)處理， 艮P，先將大豆乳清液在pH值=4. 5-5. 5條件下，加熱到50°C -55°c，保持l_2h ;然后在pH 值=6. 0-7. 5條件下，加熱到90°C -92°C，保持10-15分鐘，最后自然冷卻，同時靜置至溫度 為50-60°C ;取得了難以想象的技術(shù)效果，大豆低聚糖成品的含量、純度及品質(zhì)大大提高，膜 污染問題也得到有效解決。先將大豆乳清液在pH值=4. 5-5. 5條件下，加熱到50°C -55°C 時，保持l-2h，在此過程中，創(chuàng)造性地將滅菌、乳清蛋白變性沉淀或蛋白分子充分伸展、促進(jìn) 乳清蛋白包埋在分子內(nèi)部的大量疏水基逐漸暴露、減少大豆低聚糖的美拉德反應(yīng)等等有益 效果有效結(jié)合在一起。在此過程中，創(chuàng)造性地以溫和條件先進(jìn)行處理，乳清蛋白在弱酸環(huán)境 中不斷形成不透明的弱凝膠，而相比于彈性透明凝膠，該弱凝膠具有一定粘性、較大的表面 積，弱凝膠能夠再次充當(dāng)吸附劑，吸附體系中一定量的蛋白，這有效地利用了形成弱凝膠階 段；之后采用高溫短時的方式使乳清蛋白快速凝結(jié)沉淀，減少了高溫對大豆低聚糖品質(zhì)的 影響，殺死了可能在后續(xù)加工中大量繁殖的、能分解大豆低聚糖的微生物，同時又大大提高 了沉淀速度和沉淀量，使大量乳清蛋白形成透明有彈性的凝膠易于分離；最后的自然冷卻、 靜置至溫度為50-60°C的過程實際也是復(fù)雜的沉淀及充分相互作用的過程。上述分階段的 處理，極其有效的提高了大豆低聚糖的提取量和純度；發(fā)明人還意外的發(fā)現(xiàn)，該預(yù)助理大大 減少了絮凝劑的使用量，絮凝前也不必進(jìn)行利于絮凝的低溫冷凍處理等常規(guī)必要步驟，也 更加利于后續(xù)的氣浮處理效果，長期困擾本領(lǐng)域的膜污染問題也得到有效解決。另外，第二 階段的PH值與絮凝劑絮凝階段的pH值接近，減少了工序，節(jié)約了時間和成本，避免體系pH 值的反復(fù)變化和不必要的pH值震動。
[0012] (2)本發(fā)明創(chuàng)新地將大豆乳清液獨(dú)特的預(yù)處理方式與氣浮分離巧妙結(jié)合。雖然使 用絮凝劑后，乳清溶液中仍然含有未變性沉淀的蛋白、肽等，超濾前需要進(jìn)一步進(jìn)行有效處 理；由于在大豆乳清液預(yù)處理階段采用了分段式的處理方式，部分未變性的乳清蛋白分子 結(jié)構(gòu)上也獲得充分伸展、乳清蛋白包埋在分子內(nèi)部的大量疏水基也逐漸暴露