超滤低温豆粕乙醇萃取大豆异黄酮的研究

超滤低温豆粕乙醇萃取大豆异黄酮的研究

膜分离技术是食品行业越来越受到重视的一种新分离技术。它具有材料无变形、低温、低能耗等优点。适合对热敏性、耐味性和其他要求高的材料的浓缩分离。国内有用聚砜材质的有机膜分离大豆异黄酮的报道,其缺点是不耐高温、高压,不耐有机溶剂。无机膜分离技术是膜分离发展的一个新阶段,相对于有机高聚物膜,具有耐高温、抗酸碱腐蚀、抗微生物降解、易清洗、耐高压和机械稳定性好等优点。无机陶瓷膜是经过高温烧结的微孔材料为基体浸涂膜后再经烧结而成的一种致密多孔不对称膜。膜参数不同,分离效果截然不同。无机膜分离是以压力差为推动力,使小分子物质(异黄酮、皂苷、低聚糖)可以通过而大分子物质被截留(如蛋白质),从而除去杂质,提高大豆异黄酮纯度。无机陶瓷膜按物质组成可分为氧化铝膜、氧化锆膜、氧化钛膜、沸石膜及二氧化硅膜。按有无支撑体可分为支撑体膜和无支撑体膜,大部分陶瓷膜是支撑体膜,由多孔支撑体(如α-Al2O3、SiC陶瓷管、Vycor玻璃管)及覆盖其上的孔径逐渐变小的无机膜组成。本试验采用氧化锆晶体膜,用α-Al2O3作支撑体,单孔道膜分离纯化大豆异黄酮。1材料和方法1.1试验材料低温豆粕乙醇萃取液(指标见表1),实验室自制;纯水;无机陶瓷膜(参数见表2),美国颇尔公司。1.2复配、高效液相色谱法101-1型恒温干燥箱,凯氏定氮仪,UV-1800紫外可见分光光度计,LC-10ATVP高效液相色谱仪,PilotUnitXLab3试验装置,20、50nm陶瓷膜膜柱。1.3测量水分含量按称量法,蛋白含量按凯氏定氮法,大豆异黄酮含量按紫外分光光度法。1.4测试方法1.4.1膜通量的测定分别用20、50nm的无机陶瓷膜在50℃不同超滤压力下测定纯水的膜通量。在50℃下,用20、50nm的膜超滤低温豆粕乙醇萃取液,测定膜通量与超滤压力的关系,并测定超滤后蛋白截留率和大豆异黄酮回收率。1.4.2超滤温度与膜体积的关系用20nm的无机陶瓷膜在0.15MPa、不同温度下超滤低温豆粕乙醇萃取液,测定超滤温度和膜通量的关系。1.4.3aclo3.0%naoh对kh-1的清洗超滤操作结束后,采用60℃0.5%NaClO+3.0%NaOH上游清洗45min,下游清洗15min,再以蒸馏水清洗至中性,除去有机物和蛋白质。2结果与讨论2.1膜超滤与超滤压力的关系低温豆粕乙醇萃取液中的大豆蛋白多是醇溶性蛋白质,其相对分子质量为8000~30000,所以要选择适当截留相对分子质量的膜管,尽可能多地截留大豆蛋白,而使大豆异黄酮通过膜孔,提高大豆异黄酮的回收率,但同时也要考虑膜的通量,因为这是工业化的关键参数。为了检测膜的性能,在50℃下用不同孔径膜超滤纯水,膜通量与超滤压力的关系见图1。由图1可以看出,膜通量随着超滤压力的升高而升高;同时孔径越大的膜,其在相同操作条件下,膜通量也越大。在超滤温度50℃下,用不同孔径的无机陶瓷膜超滤低温豆粕乙醇萃取液,膜通量与超滤压力的关系见图2。由图2可以看出,膜通量与超滤压力的关系与图1类似,也是随着超滤压力升高而升高的,但是膜通量的绝对值下降很大,其中50nm的膜膜通量下降最大。可能的原因是醇溶性蛋白相对分子质量与该膜截留相对分子质量[(3~4)×104]相近,容易堵塞膜管,从而使得滤饼层形成较快,相应的膜通量下降较显著。低温豆粕乙醇萃取液经过超滤,萃取液中相对分子质量小于膜截留相对分子质量的物质透过膜到透过液中,而相对分子质量大于膜截留相对分子质量的物质被膜截留,在浓缩液中不断循环浓缩。表3给出了两种膜超滤低温豆粕乙醇萃取液的结果。由表3可知,50nm无机陶瓷膜不如20nm无机陶瓷膜分离效果好,50nm膜的膜通量明显大于20nm膜的膜通量,且蛋白截留率低,异黄酮损失率小;相反,20nm膜的截留率高,而异黄酮损失率也同时加大。综合膜通量、蛋白截留率和异黄酮回收率3种因素考虑,以蛋白截留率为主要考虑因素,选择20nm膜超滤。2.2超滤温度对膜通量的影响在超滤压力0.15MPa下,用20nm的无机陶瓷膜,在不同超滤温度下超滤低温豆粕乙醇萃取液,超滤温度与膜通量的关系见图3。由图3可以看出,膜通量随着超滤温度的升高而升高,主要的原因是温度升高,料液的黏度下降。料液黏度下降有利于膜通量的升高,但是过高的温度容易使蛋白质变性,影响最终产品的品质。较适宜的超滤温度应该在60℃左右。2.3膜清洁采用NaClO与NaOH水溶液清洗20nm的无机陶瓷膜,膜柱的水通量具有较好的恢复率。膜清洗后膜通量与超滤压力的关系见图4。3无机陶瓷膜超滤对大豆蛋白的截留效果无机陶瓷膜分离纯化大豆异黄酮,试验用两种孔径的氧化锆晶体膜对低温豆粕乙醇萃取液进行超滤,以蛋白截留率为主要指标,选择用20nm(截留相对分子质量10000)的无机陶瓷膜超滤低温豆粕乙醇萃取液,其对大豆蛋白的截留率达75