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超滤技术在大豆加工工艺中应用研究
The researches on the applications of the ultrafiltration technology in soybean processing

摘要：本文叙述了超滤技术在大豆多个加工工艺中应用，结论表明，超滤技术在大豆蛋白分离浓缩、大豆低聚糖回收、大豆苦味物质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：
The article describes the applications of the ultrafiltration technology in soybean processing. And the results show that the ultrafiltration technology plays an efficient role in the separation and the concentration of the soy protein, the recovery of the soybean oligosaccharides, the removal of the soybean bitter substances and the production of the soy isoflavones.
Keywords：
Ultrafiltration；Soy Protein；Oligosaccharides；The Bitter Substances；Isoflavones

超出滤(UF)，简称超滤。它是1861 年由A·Schmidt发觉，1907 年H·bechhold 提出了“超出滤”这一术语。它是现在研究较为深入并能成熟应用膜处理技术之一[1],关键用于含分子量500～500,000微粒溶液分离，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]。
大豆含有丰富营养成份，约有10% 蛋白质，20%脂肪，10%大豆低聚糖。另外，其维生素、矿物质含量亦十分丰富，营养价值非其它植物性食物可比[3]。伴随食品科技、现代医学、生物技术水平不停提升，大家饮食观念、健康意识不停更新，大豆作为一个理想天然植物蛋白源，引发了世界各国科研机构高度重视。膜技术，包含超滤技术，在大豆加工工艺中应用对应地受到了极高重视，并取得了飞快发展。

1． 超滤技术基础原理
超滤机理包含3个方面：膜孔对溶液中大分子和微粒机械筛分作用机理、膜孔阻塞阻滞机理和膜面及膜孔对离子一次吸附机理[4]。三者统一效应组成了超滤技术分离物质机理。
超滤技术过滤粒径介于反渗透和微孔过滤之间，约5～10 nm，能够让溶液中无机离子、低分子量物质透过膜表面，把多种可溶性大分子，如多糖、蛋白质、酶等相对分子质量大于500大分子及胶体等截留下来，形成浓缩液，达成溶液净化、分离及浓缩目标。其关键部件是超滤膜，小于孔径微粒随溶剂一起透过膜上微孔，而大于孔径微粒则被截留。膜上微孔尺寸和形状决定膜分离效率。

2． 超滤技术在大豆加工工艺中应用
2.1 超滤技术分离和浓缩大豆蛋白
大豆浓缩蛋白和分离蛋白以其较高营养价值及多个功效性质在食品生产上有着广泛应用，进而也促进了大豆分离制造业发展[5]。传统大豆分离蛋白(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、功效性不够稳定，且废水处理费用高等缺点[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，能够有效地改善产品质量，提升蛋白质得率，得到功效性愈加好、更稳定产品。
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，分离以后，采取碱中和均浆方法使蛋白质溶解，得到大豆蛋白氮溶解指数较低，且采取真空浓缩方法得到满足喷雾干燥要求蛋白液，耗用了大量能量，浓缩过程中泡沫和污垢形成给操作带来不便，较长时间受热也会损坏产品质量，另外，在其萃取过程中蛋白质萃取率和等电沉降时蛋白质沉降率又严重影响着蛋白质得率[6]。超滤技术应用可避免蛋白质可逆变性过程，得到高氮溶解指数产品，且使物料能在不受热情况下精制浓缩一次完成，节省了能源，简化了操作，提升了产品质量[6]。更关键是，只要选择合适滤膜，就能够把滤膜透过蛋白损失降低到极少，提升了蛋白质得率，相比于碱溶酸沉法，可提升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透过液，即大豆乳清中，关键成份为大豆低聚糖，假如直接将它们排掉，不仅会造成严重环境污染，还会使低聚糖这一含有生物活性功效性成份白白浪费掉，假如能进行回收，不仅能够实现有效资源再利用, 而且减轻了大豆乳清液排放所造成环境污染[9]。
大豆低聚糖是大豆中所含可溶性糖类，关键成份是水苏糖、绵子糖和蔗糖，含有防治消化不良、抑制病原菌、利于婴儿消化、促进生长并能促生对人体有益双歧杆菌等功效[8]。经试验证实，常常食用富含大豆低聚糖食品能显著提升人体免疫力，分解致癌物质，延缓衰老，延长寿命[8]。中国是世界公认大豆家乡，也是大豆制品起源地，所以，充足利用中国大豆资源，开发和应用大豆低聚糖，增加保健食品功效作用，对提升消费者健康水平有主动作用。
大豆低聚糖生产工艺[10]：

大豆蛋白分离后得到大豆乳清呈乳白色、不透明，将其直接进行超滤处理时，超滤速度较小，这是因为大豆乳清未经前处理，其中尚含有未沉淀完全大豆球蛋白、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，溶质在膜和溶液界面上产生沉淀引发阻塞，从而使透过速度下降，则大豆低聚糖透过量降低[11]。为了降低超滤过程中产生阻塞膜孔现象，必需对进料液进行合适前处理。经过调整pH 值、加入CaCl2 量、加热温度及加热时间等条件对大豆乳清进行前处理后，超滤速度大大提升，滤液中蛋白质含量大幅度降低，大豆低聚糖损失降低，得到良好大豆低聚糖溶液。
2.3 超滤技术脱除大豆苦味物质
对于大豆3个功效性性质——颜色、风味和质构，风味被认为是大豆在食品中利用最大障碍[12]。尤其用乙烷脱脂大豆粉，显著含有苦味和豆腥味。所以，研究大豆苦味和豆腥味起源及其脱除措施在食品工业中受到了越来越大重视。
大豆中酚酸和黄酮类化合物能显著引发大豆中苦味；大豆中脂肪氧化酶引发氧化反应序链，也将最终造成大豆中苦味；另外，大豆蛋白水解会产生大量不良风味水解物，通常很苦，其苦味随水解程度增加而加强[12]。
超滤是依据分子量大小来进行分离，对大豆脱苦来说，分子大小标准极为关键，因为苦味组分（酚酸、异黄酮、氧化脂肪酸、氨基酸和多肽）通常全部是比不呈苦味大分子要小得多。超滤技术能使大豆蛋白水解物达成脱苦目标，另外，超滤过程将打破醛类和酮类物质和大豆贮藏蛋白吸附作用，最终将它们脱除。所以，对于大豆苦味物质脱除，超滤技术代表了一个有效而多样过程。
2.4 超滤技术在大豆异黄酮生产应用
大豆异黄酮以3-苯基色原酮为母核结构，含有抗癌、降低血脂、改善妇女更年期综合症等生理功效，是天然生物活性物质[13]。现在在中国出现了开发大豆异黄酮热潮，因制取工艺复杂性，造成了大豆异黄酮生产成本高、工艺周期长，而限制了大豆异黄酮发展[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，所以，分离提取异黄酮和提取低聚糖可同时进行。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）采取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）采取超滤技术分离大豆低聚糖是可行，在对大豆乳清进行前处理后进行超滤操作，可得到良好大豆低聚糖溶液，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，并不是最好选择。但伴随膜技术发展，超滤技术进步，其应用将会更为完善。
（4）大豆异黄酮含量较低，所以在其分离精制工艺中，分离去除杂质显得尤为必需，而筛分原理超滤技术在分离去杂方面作用无疑是不错。
（5）膜技术是一个高新技术，它将在未来工业发展中继续饰演着关键角色，其中，超滤技术也将对应地得到深入发展，在各个方面应用也将更为广泛。

参考文件
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