豌豆蛋白及淀粉的制取研究.docx

豌豆蛋白及淀粉的制取研究莫重文(郑州粮食学院食品工程系 ,郑州 450052)摘要通过对传统工艺的研究 ,筛选出影响豌豆蛋白和淀粉得率的因素 ,确定了最佳工艺路线和方法 ,即在常温下用 013 %Na2 SO3 溶液浸泡豌豆 40h ,二次磨浆 ,0102 %NaOH 溶液洗涤 一次的新工艺 ,获得较为理想的产品品质和得率 。淀粉得率达到 36 %37 % ,蛋白含量小于018 % ;蛋白得率 19 %20 % ,蛋白含量达到 90 %以上 。关键词分类号豌豆 ;蛋白质 ;淀粉TS2351301 ; TS201121量为 90 %左右的蛋白粉 。但是利用这项技术生产费用昂贵 ,不符合国内生产现状 。 本课题的目的是在传统工艺的基础上加以改良 ,筛选出一条能同时制得优质蛋白粉和淀粉的 工艺 。0前言豌豆是一种以淀粉及蛋白为主的豆料植物 。原产于中亚和地中海沿岸 ,15 世纪末传入美国和 亚洲 ,广泛种植于我国华北一带 。豌豆种子呈球状 ,外观光滑 ,色有黄 、褐 、绿等 。干豌豆不仅含有 大量的淀粉而且还含有丰富的蛋白质 。其成熟籽 粒中分别含有蛋白质 21 %28 %和淀粉 48 %52 % 。豌豆淀粉是豌豆贮存的营养物质 ,用途极广 。 既可作食品工业原料 ,又可直接食用 ,还可广泛地用于纺织 、轻化 、医药等方面1 。豌豆蛋白是蛋白的重要来源之一 ,它的氨基酸比例较均衡 ,人体所 必需的八种氨基酸中除蛋氨酸含量较低外 ,其余 的均达到 FAO/ WHO 推荐模式值 。同时还具有许多优良功能特性 。如溶解性 , 凝 胶 形 成 性 、乳 化 力 、耐热耐盐性好等 。因此具有较好的应用潜力 及广阔的市场 。目前国内虽已有一些以豌豆为原料生产粉丝 的厂家也从废水中回收蛋白质2 ,但回收率低 、质量差 ,主要是用作饲料 。国外七十年代发展起来 的超滤的反渗透技术用于处理生产豌豆淀粉的下 脚液 ,能使下脚液分子量较小的糖类化合物及有 害因子被除掉 ,将高分子量的豌豆蛋白质纯度提 高并加以浓缩 ,如进一步通过喷雾干燥 ,可制得含1试验材料及器材111原料豌豆 :郑州产 。主要试剂HCl 溶液 ( 6mol/ L ) ; NaOH ( 分析纯) ; NaCl ( 食112用级) ;Na2 SO3 (分析纯) 。113主要仪器及设备2F130 浆渣自分砂轮磨 ,郑州食品机械厂 ;100 目分样筛 ,浙江上虞涅海五金纱筛厂 ; LXJ 离心机 ,上海医用分析仪器厂 ;S1C1202 型电热恒温箱 , 浙 江 嘉 兴 县 新 塍 电热仪器厂 ;NIRO 喷雾干燥器 ,丹麦 。114引用检测方法水分测定方法 : GB/ T500913 - 85 ; 灰分测定方法 : GB/ T500914 - 85 ; 蛋白测定方法 : GB/ T500915 - 85 ; 脂肪测定方法 : GB/ T500916 - 85 ; 淀粉测定方法 : GB/ T500919 - 85 ;粗纤维测定方法 : GB/ T5009110 - 85 。收稿日期 :1999 - 09 - 03莫重文 :男 ,1959 年生 ,副教授第 4 期莫重文 :豌豆蛋白及淀粉的制取研究852豌豆蛋白及淀粉的制取工艺211工艺流程豌豆 浸泡 磨浆 分渣 静置分离 蛋白液 酸沉 离心 中和 干燥 蛋白淀粉渣淀粉 洗涤 离心沉降 干燥 淀粉 淀粉和分子量较大的蛋白无法通过筛网 ,降低了 产量 ,参照相关资料 ,我们选用 100 目分样筛 ,效212主要工序说明21211浸泡浸泡使豌豆的水分和化学成份发生变化 ,纤维吸水膨胀增大 ,使得破碎后 ,与蛋白 、淀粉易于 分离 ,从而使蛋白和淀粉易于从中提取出来 。2121111浸泡时间对蛋白及淀粉得率的影响 时间过长 ,原料易变质 ,蛋白与淀粉不易分离且容器利用率低 ,经济上不合理 ; 时间过短 ,豌豆 尚未完全软化 ,磨浆时耗电量增加 ,且豌豆中纤维和蛋白质结合的网状结构不易破坏 ,淀粉颗粒被包容在结构网内难于提取 、分离 、色素与胶体物质 也不能除尽 ,制得的产品纯度降低 。我们把豌豆 浸泡不同的时间 ,比较其蛋白和淀粉的得率及质 量 ,以确定较好的浸泡时间范围 。2121112 浸泡液对豌豆蛋白和淀粉得率的影响豌豆 浸 泡 可 用 一 些 酸 碱 性 溶 液 , 如 HCl 、H3 PO4 、NaOH 等或合适的盐类 ,如焦磷酸钠 、三偏磷酸钠 、四偏磷酸钠 、亚硫酸钠等溶液 ,有利于豌 豆中淀粉和蛋白得率的提高3 。从 经 济 效 益 考 虑 ,我们采用一定浓度的盐溶液浸泡 ,不仅降低了 浸泡时间 ,还能提取豌豆中的可溶性蛋白 。豌豆浸泡时水温的高低和浸泡时间在一定范围内呈现负相关性 。水温高 、浸泡时间相应短些 ; 水温低 ,则时间增长 。因此夏季浸泡时间比冬季 缩短 45h 。21212磨浆和分渣 磨浆是通过机械作用破坏豌豆内部纤维与蛋白的结构网 。从而使淀粉和蛋白溶于磨浆液中 ,达到分离提取的目的 。理论上 ,豌豆碾磨次数与产品得率成正比 ,我 们在研究中发现 ,磨浆二次效果最好 。磨浆后要将粗纤维与含有淀粉和蛋白的浆液 分离 ,即分渣 。分渣时若分样筛的筛孔过大 ,一些被磨细的纤维及杂质将随浆液一齐通过筛网 ,达 不到分渣的目的 :若筛孔过小 ,一部分膨胀大颗粒果较好 。21213 静置分离淀粉具有凝沉的特性 。其原因是羟基间相互 作用形成氢键 ,结成较大的颗粒或束状结构 ,当体 积增大到一定程度后 ,沉淀就形成了 。据资料介绍 ,淀粉在 p H 值为 7 时凝沉速度最快 ,而 p H 值为 10 和 2 或大于 10 ,小于 2 时则沉降 速度很慢 ;不同的无机盐类对淀粉凝沉的影响也 不一样 ,有的能促进 ,有的则抑制 。加入凝沉剂有 助于缩短沉淀时间 。选择适宜的静置时间 ,这也是工艺上的一项要求 。静置分离要求淀粉在蛋白沉淀以前充分凝 沉 ,以达到淀粉和蛋白分离的目的 。21214 洗涤淀粉下 层 淀 粉 部 分 先 用 0102 % NaOH 溶 液 洗涤4 5,洗液加到蛋白液中 ,这样可使粘附于淀粉上和沉淀的蛋白质溶于碱液 ,从而提高淀粉质量 ,减少蛋白损失 。碱洗过的淀粉再用清水洗涤 2 遍 ,目的是为 了洗去淀粉中的残碱和少量杂质 。淀粉经过清洗 后略微有些损失 ,但干燥后的产品质量有所提高 。21215蛋白液的酸沉淀蛋白 质 的 溶 解 度 是 随 p H 值 的 变 化 而 变 化 的 ,在其等点 p H 值为 414416 之间时 ,蛋白质的 溶解度最低 ,大量的蛋白质从水中絮凝沉淀出来 , 利用这一特性 。我们用盐酸调节其 p H 值到等电点 ,将蛋白分离出来 。21216离心沉降 离心机所产生的离心力可以远大于重力 ,所以离心沉降的速度远大于自然沉降 ,采用离心沉 降缩短沉降时间 。分离蛋白的离心沉降转速为3000r/ min ,约沉降 10min : 淀粉的离心沉降也采用3000r/ min ,但沉降时间要长一些 ,约 12min 。郑州粮食学院学报第 20 卷8621217干燥分离出的淀粉可用电热恒温箱干燥 ,但开始 时的温度不得超过 55 。因为在存在着较多游离水分的情况下 ,高温会使淀粉糊化 ,从而破坏其 色泽和机能特性 。我们在干燥蛋白时 ,为缩短干燥时间 ,一般采 用恒温烘箱 105 的温度来干燥 , 得到的是变性 的蛋白质 。而使用喷雾干燥则可得到优质的蛋白粉 。213试验方案21311单因素对产品得率的影响 在对影响豌豆蛋白和淀粉制取的因素有所了解之后 ,我们拟定对浸泡 ,磨浆 ,分离等过程进行研究 ,以寻求得到制取豌豆蛋白和淀粉的最佳工 艺参数 。21312确定试验方案 通过对单因素实验结果的分析 ,筛选出最佳工艺参数 ,从而确定工艺流程 ,拟定了四个方案 。 方案 1 : 干豌豆用清水浸泡 40h : 采用二次磨浆工艺 ,清水磨浆 ; 静置时调节 p H 为 9 ,15min 后分离 ,其余工序同原工艺 。方案 2 :干豌豆用 013 %Na2 SO3 浸泡 40h ,清水 磨浆二次 ,不调 p H 值静置 15min 后分离 。方案 3 :干豌豆用 013 %Na2 SO3 溶液浸泡 40h ,用 0102 %NaOH 溶 液 磨 浆 二 次 ; 静 置 15min 后 分 离 。方案 4 :干豌豆用 013 %Na2 SO3 溶液浸泡 40h ,用 0102 %NaOH 溶液磨浆二次 ; 调节 p H 值到 9 后 静置 15h 分离 。表 2浸泡时间与得率的关系时间/ h蛋白/ %淀粉/ %分离效果243240507217. 118. 018. 718. 718. 532. 033. 836. 536. 336. 3较差一般 好好 较差 96 无法分离由表 2 结果可以看出 ,豌豆蛋白和淀粉的得率在一定范围内是随着浸泡时间的增长而提高 的 ,但到一定程度后 ,反而会有负作用 。当浸泡时间达到 72h 后 ,已经有部分蛋白发 生了变质 (微生物作用) 。这部分变性蛋白在静置分离操作中随淀粉一块儿沉淀 ,使蛋白和淀粉的 分离变得困难 。当浸泡时间达 96h 时 ,蛋白质已大都变质 ,豌豆有腐臭味 ,蛋白和淀粉已没有明显 的分层作用 ,无法进行分离 。(2) 浸泡液 : 工业上豌豆的淀粉的生产 ,一般 采用清水浸泡 ,据有关资料报道 ,在浸泡过程中添 加某些电解质 ,对豌豆蛋白和淀粉得率的提高 ,有一定的促进作用 。我们由此在实验中采用了盐水 浸泡 ,碱液浸泡 ,亚硫酸钠浸泡等 ,所得结果如表3 。表 3浸泡介质与得率的关系浸泡介质蛋白/ %淀粉/ %分离效果181620111512361737113414自来水013 %Na2SO3015 %NaCl好好 差 0102 %NaOH 1911 3615 好表 3 结果表明 ,采用 Na2 SO3 和 NaCl 浸泡的效果均比自来水浸泡要好 。尤其是亚硫酸钠浸泡制 得的产品的质量也很好 ,而采用 NaCl 盐水浸泡 ,效果似乎并不十分理想 。31212磨浆对得率的影响3 实验结果311原料豌豆成份表 1豌豆主要成分水分蛋白脂肪淀粉纤维素灰分表 4磨浆次数与得率的关系 / % / N 6 . 25 % / % / % / % / % 磨浆次数蛋白/ %淀粉/ %13 . 2221 . 5 495. 62 . 5141418171911291336153712一次二次 三次312各因素对得率的影响31211浸泡(1) 浸泡时间 :在常温下 (16 ) 用自来水浸泡豌 豆不同时间后制取蛋白和淀粉 ,所得结果如表 2 。(1) 磨浆次数 : 由表 4 结果可知 ,一次磨浆不能充分破坏纤维的组织结构 ,使得蛋白和淀粉的第 4 期莫重文 :豌豆蛋白及淀粉的制取研究87得率均很低 ;二次磨浆大大提高了蛋白和淀粉的得率 ;三次磨浆虽然仍能提高蛋白和淀粉的得率 。 但作用已不明显 ,而且三次磨浆不但增加了一道 工序提高了经济费用 ,消耗了劳动力 ,延长了生产 周期 ,还可能将纤维或杂质磨得过于细小 ,从而增加了分渣难度 ,或降低了产品质量 ,故在没有特殊 要求的豌豆蛋白和淀粉的制取工艺中 ,采用二次磨浆是较为合理的 。(2) 磨浆液 : 生产中普遍是采用清水磨浆的 , 我们却在实验中尝试了用 NaCl 溶液和 NaOH 溶 液代替清水磨浆的方法 ,其结果如表 5 。好 。当 p H 值大于 10 时 ,淀粉的沉降速率降低 ,淀粉已不易凝沉 ,不利于淀粉和蛋白的分离 ,并且在 强碱作用下 , 豌豆蛋白会发生变性 , 也不利于分 离 。313 产品质量监测由上述实验结果表明 ,从得率上看 ,我们的制 取的研究是有实用价值的 。但从产品质量来看 , 我们制得的豌豆蛋白和淀粉是否具有经济效益价 值呢 ? 为此 ,我们从上述单因素影响实验中 ,取出 得率最高的产品 ,进行产品质量监测 ,分别对蛋白 粉和淀粉中的蛋白含量进行跟踪检测 ,所得结果见表 8 。表 5磨浆液与得率的关系磨浆液蛋白/ %淀粉/ %表 8分离蛋白和淀粉中蛋白含量%清水0102 %NaOH18 . 5191136. 73614产品条件 015 %NaCl 1516 3312 蛋白淀粉浸泡时间 (40h)磨浆次数 ( 二次) 浸泡介质 (Na2SO3) 碾磨液 (NaOH 溶液)98179012891590110153015101550152由上述结果可以看出 , 采用 0102 %NaOH 溶液比清水磨浆能够提取更多的蛋白 ,提高了蛋白 的得率 。31213静置分离效果为了能有所了解电解质对静置分离效果的影 响 ,我们在此操作中曾加入盐酸 ,氢氧化钠溶液和 食盐等试剂 ,然后观察淀粉和蛋白的分离情况 ,所 得结果见表 6 。表 6分离效果观察(资料表明 :大豆蛋白指标含量为 90 % ,而二级食用小麦淀粉和玉米淀粉中含蛋白指标为不超 过 018 %) 。314实验结果四个方案结果见表 9 。表 9四种方案蛋白和淀粉的得率%空白加盐酸 加食盐加 NaOH淀粉沉降速度较快 ,分层明显 ,易于分离淀粉沉降速度慢 ,分层不明显 ,不易分离 淀粉沉降速度慢 ,分层不明显 ,难于分离淀粉沉降速度快 ,分层最明显 ,易于分离蛋白淀粉18141918201220113615361837113811方案 1方案 2 方案 3 方案 4表 6 说明 :食盐对淀粉的凝沉起抑制作用 ,在酸性条件下不利于淀粉和蛋白的分离 ,中性和碱 性条件下淀粉和蛋白容易分离 。是不是碱性越 强 ,分离效果就越好呢 ? 对此 ,我们作了进一步的研究 ,结果如表 7 。在方案 1 中 ,豌豆蛋白的得率并不是很理想 ,而且由于在静置操作中调节 p H 值为 9 ,虽然对分 离效果有一定的提高 ,但它增加了工艺的复杂性 ,也增加了酸沉蛋白操作中的耗酸量 ,故在实际工 艺中 ,此方案不可取 。为了改进方案 1 中蛋白得率不理想的问题 ,在方案 2 中采用了 013 %Na2 SO3 浸泡 40h 的工艺 ,得到了较满意的结果 ,豌豆蛋白的得率提高到了1918 % 。在方案 3 中 , 我们发现用 0102 %NaOH 溶 液 代替清水磨浆 ,的确能提高豌豆蛋白和淀粉的得表 7p H 值对分离效果的影响 p H 值观察结果分层明显 ,易于分离 分层明显 ,易于分离 分层明显 ,易于分离 分层明显 ,易于分离78910 11 分层不明显 ,难于分离由表 7 可知 ,并不是碱性越强 ,分离效果就越郑州粮食学院学报第 20 卷88率 ,并且产品质量也有了一定提高 。而方案 4 中调节 p H 值静置分离后 ,产品得率 并无很大提高 ,但却增加了工序 ,耗时耗财力 ,同 时也增加了酸沉的用酸量 ,所以此方案若实际投 产存在一定的问题 。通过比较 ,我们选择方案 3 ,因为此工艺制得 的产品得率和质量较理想 (见表 10) 。能使豌豆的纤维得到充分的破坏 ,又不会使纤维碾磨过细而影响产品质量 。(3) 采用 0102 %NaOH 溶液洗涤 ,不仅可改善 淀粉色泽 ,提高淀粉质量 ,也可提高蛋白得率 。(4) 方案 3 是较为理想的制取豌豆蛋白和淀 粉的工艺 ,其制得的产品具有得率高 ,质量好的优 点 ,同时整个工艺也是适宜推广的 ,符合我国目前 国情 。表 10豌豆蛋白粉的主要成分及溶解性参考文献水分/ %灰分/ %蛋白质含量/ %氮溶解指数318312851084171周秀琴. 豌豆蛋白的特性及食品中的应用. 天津粮油科技 ,1995 (4) :2021秦毅夫. 应用微孔滤膜技术从生产豌豆淀粉下 脚液中提取蛋白质 . 四川粮油科技 ,1986 ( 2) :2628郭兴凤 . 豌豆蛋白粉的制取工艺. 郑州粮食学 院学报 ,1995 (3) :7073马庆鼎. 甘薯淀粉的工业生产. 淀粉与淀粉糖.1995 (4) :2329王元武 . 对引进国外淀粉工艺技术的应用分 析 . 淀粉与淀粉糖 ,1993 (4) :174结论2(1) 常温下 (16 ) 浸泡豌豆的适宜时间为 40小时左右 。冬季可适当延长 ,夏季则可相应缩短 。 而用 013 %Na2 SO3 溶液和 012 %NaOH 溶液浸泡均 可提高蛋白和淀粉的得率和质量 ,尤其对蛋白更 为显著 。(2) 磨