超滤膜法制备豌豆蛋白的工艺.pdf

<p>食品研究与开发植物性蛋白为有效的蛋白资源广泛用于加工高纯度的新食品中。豌豆是世界各地广泛种植的主要食用豆之类一。豌豆不仅可以提供大部分的碳水化合物（淀粉含量约为 50 ），而且是供人们食用和动物饲用的重要蛋白质资源之一（蛋白质含量高达 20 以上）。在我国，仅仅对豌豆中的淀粉资源能做到充分利用，如加工粉丝、粉皮等。对豌豆蛋白的利用则限于饲用。豌豆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,可被彻底纯化为浓缩蛋白或分离蛋白1。膜分离技术,尤其是超滤膜分离技术是世界上公认的 21 世纪最有发展前途的一项重大生产技术,广泛应用于制药、生化、水处理等领域2。超滤膜法具有传统分离操作(如蒸发、萃取、蒸馏等)无可比拟的优点,如无相变、能耗低、工艺设备简单、操作方便可靠、分离效果好,同时不会造成环境污染等,故在食品工业中应用越来越广泛。本课题从豌豆蛋白分子量大小、以及膜与豌豆蛋白的适应性考虑,选择截留相对分子质量 50 000 u 的超滤膜对豌豆蛋白粗提液进行超滤分离，制备豌豆分离蛋白。并对超滤膜系统清洗方法进行了探讨,膜清洗恢复通量后保存备用,以防止膜污染3。1材料与方法1.1材料与仪器豌豆蛋白粗提液,粗蛋白含量 52.8%（N6.25,干基）。浓硫酸、氢氧化钠均为分析纯。奥立龙 868 型酸度计：上海伟业仪器厂；FA2004N型电子天平：上海民桥精密科学仪器有限公司；KDN-04 凯氏定氮仪：上海纤检仪器有限公司；101-1 电热鼓风干燥箱：上海跃进医疗器械厂干燥机；超滤膜组件：湖北工业大学膜技术研究所。1.2检测方法GB/T 22510-2008谷物、豆类及副产品 灰分含量的测定；GB/T5497-1985粮食、油料检验 水分测定法；GB/T 6434-2006饲料中粗纤维测定方法；GB/T 5511-2008 谷物和豆类 氮含量测定和粗蛋白质含量计算；GB/T5512-1985 粮食、油料检验 粗脂肪测定法。超滤膜法制备豌豆蛋白的工艺李宝艳1，万端极2，*（1.内蒙古蒙牛阿拉乳制品股份有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 011500；2.湖北工业大学膜技术研究所，湖北 武汉430068）摘要:研究了用超滤技术从蛋白粗提液中分离提纯豌豆分离蛋白的工艺参数。通过单因素试验,分析了不同温度、压力、pH 值对膜通量的影响,并通过正交试验确定膜分离的最佳温度、压力、pH 值分别为:45、0.8 MPa、pH8.0。关键词:超滤膜；豌豆；分离蛋白Preparation of Pea Protein by UF MembraneLI Bao-yan1,WAN Duan-ji2，*（1.Inner Mongolia Mengniu Arla Dairy Co.,Ltd,Hohhot 011500,Inner Mongolia,China；2.Institute of MembraneTechnology of Hubei University of Technology,Wuhan 430068,Hubei,China）Abstract:The purification of pea isolate by Ultrafiltration from pea protein pre-filtrate was also studied.Through the single factor experiment,the effects of temperature,pressure,pH value on flux of membrane weredescribed.And through perpendicular experiment,the best conditions of UF were 45，0.8 MPa,pH8.0.Key words:Ultrafiltration membrane;pea;isolate protein作者简介：李宝艳（1979），女（蒙古），高级工程师，工程硕士，研究方向：食品加工工艺。*通信作者：万端极（1953），男，教授。基础研究752010 年 10 月第 31 卷第 10 期食品研究与开发2试验方法2.1超滤膜的选择4试验中为了得到高质量的豌豆分离蛋白,需将低分子量的非蛋白物质:碳水化合物、灰分与高分子量的蛋白质分离,选用截留相对分子质量 8 000 u 的超滤膜。2.2确定膜分离条件5将豌豆蛋白粗提液,以 pH 值、压力和温度 3 个因素做单因素试验,再进行正交试验,确定最佳膜分离工艺条件。取粗提液,分别调节至设定的 pH 值,在设定的温度、压力和时间下进行超滤,然后测定透过液的体积。分别量取 10.00 mL 截流液测定蛋白质含量；取5.00 mL 透过液测定糖含量。3结果与讨论3.1单因素试验以下的单因素实验都以 15 min 作为超滤的终点时间。3.1.1压力对平均膜通量的影响固定温度 45，pH 值为 9.0 不变，改变压力的大小，从而找出压力与平均膜通量的关系，见图 1。从图 1 可知,在豌豆蛋白粗提液的单因素试验中，随着压力的升高，平均膜通量呈现一个上升的趋势，压力越大，平均膜通量越大。3.1.2pH 对平均膜通量的影响固定温度 45，压力为 0.8 MPa 不变，只改变 pH值的大小，得出 pH 值与膜通量关系,见图 2。由图 2 可知，随着 pH 值的增加，平均膜通量也相应增加，当 pH 值为 8.0 时，平均膜通量达到最大值，当pH 继续增加时，平均膜通量又略有下降。因此，试验时应当控制 pH 值在 7.09.0 的范围内。3.1.3温度对膜通量的影响固定 pH 为 9.0，压力为 0.8 MPa 不变，只改变温度的高低,得出温度与平均膜通量的关系，见图 3。从图 3 可知，温度越高，平均膜通量越大，当温度达到 35 以上，平均膜通量随温度的变化逐渐增大，而当温度达到 40 45 时，平均膜通量基本上已经趋于稳定。因此,超滤温度应控制在 40 左右。3.2超滤正交试验超滤的正交试验结果见表 1。采用正交试验所确定的最佳条件进行验证试验，得到豌豆蛋白的含量为 91%。从表 1 可以得出:当 pH 为 8.0,温度为 45,压力为 0.8 MPa 时,截留液中糖的含量已经降到很低,并且截留液中蛋白质的含量已经比较稳定，已经达到试验的要求。大豆蛋白预过滤液的超滤最佳工艺条件为:图 1压力与平均膜通量的关系Fig.1The relationship between pressure and average flux压力/MPa平均膜通量/L/（m2 h）图 2pH 值与平均膜通量的关系Fig.2The relationship between pH and average fluxpH 值平均膜通量/L/（m2 h）图 3温度与平均膜通量的关系Fig.3The relationship between temperature and average flux平均膜通量/L/（m2 h）温度/表 1超滤正交试验Table 1UF orthogonal次数123456789K1K2K3R温度/3535354040404545457.1847.9908.2101.026压力/MPa0.70.80.90.70.80.90.70.80.97.4698.0507.8660.581pH7.08.09.08.09.07.09.07.08.07.3568.2697.7590.913透过液体积/mL1 5702 3553 4703 1552 0702 5402 4903 3102 032透过液含糖量/g3.8104.4215.1385.3934.8974.9244.7125.4064.869截留液蛋白含量/g6.3957.9137.2458.1648.1847.6217.8478.0538.731基础研究762010 年 10 月第 31 卷第 10 期食品研究与开发pH 值为 8.0,温度为 45,压力为 0.8 MPa。3.3豌豆分离蛋白成品分析超滤膜法所得豌豆分离蛋白粗蛋白含量达 91%（N6.25，干基）,氮溶解指数为 96%，灰分 3.1%。由此可以看出，超滤膜法分离出的豌豆分离蛋白灰分较少,蛋白质含量较高,氮溶解指数高，适用于添加在食品中。3.4超滤膜的清洗在超滤过程中，物料中的微粒、胶体等由于与膜之间存在物理化学作用而在膜表面或膜孔内吸附和沉积造成膜孔径变小或孔堵塞，空隙率降低，使膜通量和分离性能下降，为了保证生产工艺的连续进行，必须定时对膜进行清洗，及时恢复膜通量。膜清洗方法通常可分为物理清洗方法和化学清洗方法。本试验中主要采用化学清洗法来清洗超滤膜，其原理是采用对膜材料本身没有破坏性、对污染物有溶解作用或置换作用的化学试剂对污染膜进行清洗。本试验中采用配制的复合清洗剂进行清洗。复合清洗剂由十二烷基磺酸钠、多聚磷酸钠和 EDTA 配制而成。试验步骤为：先用清水讲系统中残留的料液冲洗干净，用去离子水漂洗到无明显污染物，再用配制的复合清洗剂在温度 55 60，pH 值 1011 的条件下漂洗 1 h，以除去膜表面污染物和膜孔道内的残留物，膜系统漂洗干净后，再用 0.5%HNO3漂洗 5min10min，最后用清水冲洗干净。超滤完成后,测得的膜通量为35.29L/(m2 h)，而清洗完后膜通量恢复到了160L/(m2 h)。4结论采用超滤技术处理豌豆蛋白粗提液的试验结果表明,超滤处理可以在不添加任何化学试剂的情况下直接从粗提液中分离提纯出豌豆分离蛋白。豌豆蛋白主要是低分子量蛋白，因此，选用 6 00010 000 MVCO的膜材料对其超滤处理是适宜的，PAN 材料较 PS 材料为优。选择截留相对分子质量 8 000 u 的超滤膜对豌豆蛋白粗提液进行超滤分离,在温度 45，pH 为 8.0，超滤压力 0.8 MPa 的条件下制得豌豆分离蛋白,其蛋白含量达 91%(干基),氮溶解指数(NSI)达 96%。参考文献：1 郭兴凤.豌豆蛋白的功能特性研究J.郑州粮食学院学报，1996，3(17)：69-742王甚.膜分离技术基础M.北京:化学工业出版社,20003姚红娟,王晓琳,丁宁.膜分离在蛋白质分离纯化中的应用J.食品科学,2003,24(1):167-1714卞晓锴,陆晓峰,施柳青等.蛋白质超滤过程及超滤膜的表面活性研究现状J.膜科学与技术,2001,21(4):46-515 王钦德，杨坚.食品试验设计与统计分析M.北京:中国农业大学出版社，2003：2收稿日期：2010-02-01欢迎订阅 2010 年 食品研究与开发食品研究与开发 是由天津市食品研究所和天津市食品工业生产力促进中心主办，国内外公开发行的食品专业科技期刊，于 1980 年创刊，现为月刊。采用国际流行开本大 16 开，共 12 个印张（192 页）。其专业突出，内容丰富，印刷精美，是一本既有基础理论研究，又包括实用技术的刊物。本刊已被“万方数据库”、“中文科技期刊数据库”等知名媒体收录，并被北京大学图书馆列入“中文核心期刊”。主要栏目有：基础研究、检测分析、生物工程、营养保健、贮藏保鲜、质量安全、专题论述、食品机械等。本刊国内统一刊号 CN 12-1231/TS；国际刊号 ISSN 1005-6521；邮发代号：6-197。全国各地邮局及本编辑部均可订阅。2010 年定价：15 元/册，全年 180 元。本编辑部常年办理邮购，订阅办法如下：（1）邮局汇款。地址：天津市静海经济开发区（天宇园）科技大道 9 号；收款人：食品研究与开发编辑部；邮政编码：301609。（2）银行汇款。开户银行：天津银行天马支行；账号：106301201090048704；单位：食品研究与开发编辑部。食品研究与开发 编辑部E-mail：电话（传真）：022-59525671!基础研究77</p>