大豆蛋白分离工艺研究

浸提液的 pH 值对蛋白质提取率的影响如图 2 所示。
到一定的时间后，蛋 白 质 的 溶 出 率 不 再 随 时 间 的延长 而 发 生 明 显 的 变 化。 另 外，在 较 高 的 pH 值或 较 高 温 度 下 提 取 蛋 白 质，延 长 浸 提 时 间会使大豆蛋白的水解程度加深。从试验情 况来看，浸提 时 间 以 6 1 左 右 为 宜。 实 际 生 产 中需要综 合 考 虑 能 源 消 耗、设 备 周 转 率、生 产 周期和工艺成本等各种因素来确定合理的浸 提时间。 4. 3 离心分离工艺的影响 4. 3. 1 对蛋白质提取液中的淀粉分离效果的影 响
蛋白质是两性电解质，分子表面有许多可解
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金山油化纤
第 25 卷
离的基团，如 羟 基、氨 基 和 羧 基 等，因 此 蛋 白 质 既可溶 解 于 酸，又 可 溶 解 于 碱。但 是 蛋 白 质 在 强 酸 、强 碱 的 作 用 下 ，分 子 的 空 间 构 象 会 遭 到 破 坏，导致蛋 白 质 理 化 性 质、生 物 活 性 的 改 变，即 蛋白质的变性。著名生物化学家吴宪先生就曾 指出：“ 蛋白质的变性就是从肽链的高度折叠状 态转 变 到 伸 展 状 态 ”。 简 言 之 ，蛋 白 质 的 变 性 就 是二级结构以上的高级结构受到破坏而导致生 物活性丧失的过程。
图 2 pH 值对蛋白质提取率的影响
从图 2 可以看出，用碱提高分散液的 pH 值 后，蛋白质提取率上升得相当快。当 pH 值为 9. 0 时，不仅可以得到高的提取率，而且不会影响蛋白 质的性质；当 pH 值超过 9. 5 时，蛋白质溶出量的 增加趋于缓慢。另外，在强碱条件下大豆蛋白易 发 生 胱 赖 反 应，氨 基 酸 转 化 成 了 有 毒 化 合 物，因 此，如果在分散液的 pH 值为 9. 0 的条件下提升 浸提温度，不仅可以避免出现因温度升高而造成 的蛋白质酸败现象，而且可以进一步提高蛋白质 的提取率。 4. 2. 3 浸提时间
得不稳定 并 开 始 变 性［2］，同 样，豆 类 的 活 性 蛋 白 通常在高于 50 C 时容易失活［3］，而本研究中提 取蛋白质的第一步是将大豆豆粕粉碎，粉碎机通 过锋利刀片的高速转动，将豆粕组织或细胞搅碎， 便于抽提蛋白质。试验发现，干豆粕粉碎时，由于 摩擦生热，体系温度可上升至 60 C 以上，蛋白质 会发生严重变性。严重变性是不可逆的，因为变 性后的蛋白质疏水基团外露，致使其溶解度降低， 且分子的不对称性增加，失去了结晶能力。另外，
实验表明，蛋白质的溶解度随着浸提液 pH 值的升高而上升，且在 pH 值为 11 时达到最大。 如果在浸提液中加入酸，大豆蛋白的溶解度在 pH 值为 4 ~ 5（ 即等电区）时降至最小，pH 值更小 时，蛋白质又重新溶解。虽然低 pH 值和高 pH 值 都有利于提高蛋白质提取率，但是在这两种条件 下蛋白质都会发生变性。
离心时 间 / min
10 30 10 30 10 10 10
离心温 度/ C 室温 室温 室温 室温 室温 室温 室温
Байду номын сангаас
滤液 外观
备注
很浑浊 淀粉沉淀较好 浑浊 淀粉沉淀良好 浑浊 淀粉沉淀良好
较浑浊 淀粉沉淀良好 较澄清 淀粉沉淀良好
澄清 淀粉沉淀良好 澄清 淀粉沉淀良好
澄清的蛋白质溶液中含有盐和水溶性的糖 类 等 小 分 子 物 质 ，因 此 ，利 用 蛋 白 质 溶 液 的 溶 解 特 性 ，采 用 酸 沉 工 艺 ，边 搅 拌 边 在 澄 清 的 蛋 白 水 溶液中缓慢加入 10% 的 HCI 溶液，将 pH 值调节 至 4. 4 ~ 4. 5，使蛋白质在等电状态下析出，此时 蛋白质溶液由浅黄色的澄清溶液逐渐变成白色 浑浊液。静 置 一 段 时 间 后，蛋 白 质 聚 集 成 较 大 颗粒而沉淀下来。 4. 3. 2 对蛋白质沉淀效果的影响
3 蛋白质提取率测定
采用紫外吸收法测定蛋白质的质量分数，以 牛血清白蛋白为标样作标准曲线。
蛋白质提取率计算公式为： 蛋白质提取率 = 提取的蛋白质量（/ 原料质 量 > 原料中蛋白的质量分数）> 100%
4 结果与分析
4. 1 原料粉碎方式对蛋白质性质的影响 研究表明，大部分蛋白质在 40 ~ 50 C 以上变
蛋白质是多种氨基酸通过肽键连接而成的生 物大分子，分子质量一般在 10 000 以上，分子结 构式如下：
收稿日期：2006 - 06 - 27。 作者简介：徐静，女，1969 年出生，1991 年毕业于北京化纤工 学院纤维材料系，高级工程师。
第 3 期（2006）
徐静 . 大豆蛋白分离工艺研究
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参考文献
1 杨彦功. 大豆蛋白质纤维的生产原理与过程. 合成技术及应 用，2002（2）：27 ~ 29
2 沈同，王镜岩，生物化学. 北京：高等教育出版社，1990，216 ~ 220
3 郝利平，郝林. 黑大豆与扁豆活性蛋白质提取工艺的研究. 农 业工程学报，2002（3）：117 ~ 119
Study on Separation Process of Soybean Protein
因此，将豆粕和水共同注入粉碎机中，使豆粕 在粉碎过程中始终浸泡在水中，不仅可使大豆细 胞中的蛋白质等物质释放到水中，水溶液还起到 了良好的冷却作用，以免豆粕在粉碎过程中过热 而导致蛋白质变性。 4. 2 浸提工艺对蛋白值提取率的影响 4. 2. 1 浸提温度
浸提温度对蛋白质的提取率有重要的影响。 温度越高，浸出效率就越高。在 15 ~ 30 C 之间， 温 度 每 升 高 1 C ，蛋 白 质 的 提 取 率 可 提 高 0. 25% 。有文献认为，浸提温度在 30 ~ 90 C 之间 较为合适，80 C 时大豆蛋白的提取率最大，80 C 以上蛋白质会凝固成凝胶。浸提温度对蛋白质提 取率的影响如图 1 所示。
溶液 外观
备注
较浑浊 蛋白质部分沉淀 较澄清 蛋白质沉淀较好
澄清 蛋白质完全沉淀
5 结论
利用“ 碱提酸沉”法提取大豆蛋白时，豆粕的 粉碎方式、浸取温度、浸提时间和 p~ 值等都会影
响到蛋白质的提取效果。当浸提温度为 50 C 、 p~ 值为 9. 0 左右、浸提时间达到 6 h 时，蛋白质 的提取率最高。离心分离时，将转速控制在 3 500 ~ 4 000 r / min，蛋白质溶液中淀粉和蛋白质的沉 淀情况最好，能够得到很好的分离。
工序，制成具有轻柔滑爽的手感、柔和华贵光泽的 大豆蛋白纤维。
2 试验材料与方法
2. 1 试验材料 大豆豆粕（ 蛋白质的质量分数为 40% ）； 质量分数为 10% 的 NaOH 溶液； 质量分数为 10% 的 HCI 溶液； 质量分数为 58% 的 NaSCN 溶液。
2. 2 试验仪器 恒温水浴槽，上海思尔达科学仪器有限公司； 粉碎机，搅拌速度 10 000 r / min； 离心分离机，0404 - 1 型，上海医用分析仪器
Xu Jing （ Acrylic Fibers Di1ision，S N EPC Shanghai Petrochemical Co. ，Ltd. 200540）
1969 年日本东洋纺公司开发成功了牛奶纤 维并实现了工业化生产。2000 年河南濮阳华康 生物化学工程联合集团公司研制出了大豆蛋白纤 维，填补了世界化学纤维制造领域中中国原创技 术的空白。以大豆蛋白与高聚物的接枝产物或共 混物为原料的新品种纤维相继问世，在赋予织物 真丝般的光泽、平滑柔软的手感和极佳的悬垂性 的同时，还有效地改善了化纤产品的透气性。在 此就大豆蛋白/ 聚丙烯腈纤维开发过程中分离工 艺对大豆蛋白的生物活性和提取效果的影响进行 分析，以期为工业化生产提供依据。
浸提时间的选择主要取决于蛋白质的溶出 率。一般 来 说，在 一 定 的 浸 提 条 件 下，浸 提 时 间越长，蛋白质的 溶 出 率 越 高。 但 是 当 浸 提 达
表 1 离心速度和时间对淀粉分离效果的影响
离心速度 / r·min - 1
1 000 1 000 2 000 2 000 3 000 3 500 4 000
图 1 浸提温度对蛋白质提取率的影响
由图 1 可以看出，蛋白质的提取率随着浸提 温度的提高而逐渐增大，且增大的趋势明显。因 此，在豆粕浸泡过程中将温度升高到 60 C 甚至 60 C 以上，可以获得理想的提取率。但是，如此 高的温度不仅会使豆渣的黏度增加，蛋白质分离 困难，而且使蛋白质发生轻微的热变性，甚至可能 发生降解。随着提取液的 pH 值逐渐降低，蛋白 质会析出，变成颗粒较大的蛋白并随豆渣一起排 出，这无疑又会降低蛋白质的提取率。因此，在浸 提过程中不仅必须将温度控制在 50 C 左右，还必 须严格控制浸提液的 pH 值。 4. 2. 2 浸提液的 pH 值
!" 大豆蛋白的性质和提取原理
其中 R1 、R2 、Rn 为极性或非极性基团。 大豆蛋白具有四级结构。分子构象呈 ! 螺旋结构和 " - 折叠结构，分子质量分布较宽。 由于大豆蛋白分子中极性基团与非极性基团的相 互作用，分子链较易发生团聚，形成近似球状的复 杂结构，称为球蛋白。大豆蛋白主要由球蛋白组 成，球蛋白的含量约占蛋白质总量的 90% ，剩余 5% 为清蛋白。球蛋白与清蛋白在水或碱性溶液 中的溶解性很好，但是球蛋白在等电点（ pH 值约 为 4. 5 时）会发生沉淀，故又将球蛋白称为酸沉 蛋白。利用球蛋白的这一特性，可以将其从豆粕 中分离出来［1］。 在光照、加热、冷冻、有机溶剂、辐射、搅拌、超 声波等作用下，蛋白质次级链中原先团聚的蛋白 质肽链会发生舒展。因此，工业上利用这种性质， 在碱性条件下使分离出来的大豆球蛋白溶解，再 调配成具有一定黏度的纺丝溶液，经喷丝头挤入 弱酸性的凝固浴中成形，然后经过拉伸、热处理等
关键词： 大豆蛋白 浸提 提取率 变性
蛋白质是人们日常生活中必需的重要营养物 质，通常可以从动物的乳汁或天然植物（ 如花生、 大豆等）中提取。大豆是目前植物中蛋白质含量 最为丰富的一种（ 蛋白质含量在 40% 以上），大豆 蛋白中含有人体必需的 8 种氨基酸。