专利名称：从菜籽饼粕中提取蛋白和植酸的方法
技术领域：
涉及从菜籽制油后菜籽饼粕中提取菜籽蛋白及植酸的方法，属于油脂与植物蛋白加工工程领域。
背景技术：
菜籽是我国乃至全世界范围内最为重要的大宗油料之一，将菜籽中的油脂提取后所残留的菜籽饼(压榨制油)和菜籽粕(浸出制油)含有大量蛋白质(因原料来源和加工方法不同有一定差异，一般含量在30-45%之间)和植酸(一般含量在2-5%之间)。目前，绝大部分菜籽饼粕作为饲料和肥料使用，其资源效益并未得到良好体现。菜籽蛋白是一种氨基酸组成均衡的优质蛋白，拥有良好的营养价值和功能特性， 是具有巨大开发潜力的食用蛋白来源。然而，从菜籽饼粕中提取食用菜籽蛋白制品存在几个主要限制(1)菜籽饼粕中存在包括植酸在内的多种抗营养因子，必须从蛋白制品中分离去除；(2)从饼粕中提取菜籽蛋白效率低下，提取成本高且原料利用率低；(3)难以彻底去除各类杂质，导致蛋白制品纯度和色泽较差。目前，绝大部分菜籽蛋白提取方法均利用碱性溶液将原料中的蛋白质萃取出来，然后利用沉淀、膜分离或吸附等辅助纯化技术获取较高纯度的蛋白制品。虽然从菜籽饼粕中提取蛋白制品的方法已多有报道，但受限于(1)提取效率低；( 提取成本高；C3)原料品质限制大等问题，难以实现工业化应用。另一方面， 菜籽饼粕中的植酸是一种高效天然金属离子螯合剂，而且在与蛋白结合时可降低蛋白质的溶解度。若与菜籽蛋白一起食用或饲用，将大幅降低微量金属离子以及蛋白质的生物利用率。因此，菜籽饼粕中的植酸被视为一类重要的抗营养因子。显然，若能将菜籽蛋白和植酸的分离和提取工艺相结合并分别获取蛋白和植酸制品，对于提高蛋白制品质量及菜籽饼粕综合利用率而言具有双重效益。
发明内容
为解决从菜籽饼粕提取蛋白和植酸的现有方法中蛋白质和植酸收率低、蛋白质纯度低等问题，本发明提供了一种高效高回收率的提取方法。本发明从菜籽饼粕提取蛋白和植酸的方法包括(1)复合多糖水解酶处理利用两种或以上多糖水解酶的复合物水解菜籽饼粕，得到水解物，其中使菜籽饼粕的总糖释放到水解物液相中的比率大于50% ； (2)酸洗将步骤(1)所得的水解物调节至pH3-6，以萃取出菜籽饼粕中的植酸，然后固液分离分别获得植酸萃取液和水解饼粕；C3)碱溶用碱溶液在PH9-12下萃取步骤( 所得水解饼粕中的蛋白质，获得碱性萃取液；(4)用酸沉法或膜分离法从步骤(3)获得的碱性萃取液中分离蛋白，其中酸沉法包括将碱性萃取液调节至pH3-5使蛋白质沉淀，再经固液分离获得酸沉蛋白和酸性乳清液。本发明具有如下优点(1)利用复合多糖水解酶破坏饼粕中的多糖结构，不仅瓦解了多糖及其复合物对蛋白质的物理包覆，而且使与多糖化学结合的蛋白质得到释放，从降低传质阻力和提高传质推动力两个方面提升了菜籽蛋白的提取效率；( 将酸性环境中提取游离植酸和碱性环境中破解植酸-蛋白质复合结构相结合，使植酸获得高效提取并提升了菜籽蛋白制品的品质(降低了植酸残留)；(3)基本消除了多糖在菜籽蛋白制品中的残留，使蛋白制品纯度更高(可达90%以上，即分离蛋白)；(4)具有广泛的原料适应性，可用于菜籽脱皮或带皮预榨浸出粕、低温压榨饼、低温脱溶粕等多种菜籽加工副产物；( 从菜籽蛋白和植酸两方面实现了菜籽饼粕的深度利用，综合效益良好；(6)复合多糖水解酶处理提升了饼粕中菜籽蛋白的溶解性，可大幅降低蛋白提取过程中碱液用量。
具体实施例方式以下详细描述本发明从菜籽饼粕，包括带皮或脱皮预榨浸出粕、低温压榨饼、低温脱溶粕等原料中提取菜籽蛋白和植酸的方法。菜籽饼粕是菜籽制油加工所获得的副产物。在制油过程中蛋白质与菜籽中的其它组分产生了极为复杂的物理-化学联系和结合，从而导致菜籽蛋白难以从饼粕中溶出且溶解性低。在上述物理-化学联系中，有两类联系是关键的(1)蛋白质与糖类(包括寡糖和多糖)的联系，这是因为糖类含量丰富(饼粕中含量通常高达20%以上)且易于与蛋白质发生结合(糖的醛基和蛋白质的游离氨基可因美拉德反应而结合)；(2)蛋白质与植酸的联系， 这是因为菜籽中植酸与蛋白天然混杂共存且易于结合(在酸性条件下，植酸带负电，而蛋白质则具有带正电的基团，二者可在静电作用下结合；在碱性条件下，植酸与蛋白质在多价金属离子的“桥联”作用下结合)。只有针对上述两类重要联系设置相应的破解手段，才能为菜籽蛋白的高效和高质提取创造良好条件。本方法围绕破解上述两种重要联系而建立，以实现显著提高菜籽蛋白和植酸的提取效率，以及提高蛋白制品纯度。本发明的复合酶水解步骤是一种深度水解过程，发明人通过大量实验发现，要求在水解完成后释放到水解液中的菜籽总糖占原料中总糖含量的50%以上，才能较为彻底地破解菜籽蛋白和多糖的物理-化学联系，从而显著提升蛋白质和植酸的提取效率并提高蛋白质的纯度。本发明方法包括以下步骤
(1)复合多糖水解酶处理。利用两种或以上多糖水解酶的复合物水解菜籽饼粕，得到水解物，其中使菜籽饼粕的总糖释放到水解物液相中的比率大于50%。具体地，可在pH4. 2-5. 5之间且固液比(菜籽饼粕与分散液质量比)1 10到1 25 之间，以多糖水解酶的复合物在25-55°C下处理菜籽饼粕12-96h，并使释放到水解液中的总糖量占到原料总糖量的50%以上。所用复合多糖水解酶包括β-葡聚糖酶、木聚糖酶、阿拉伯聚糖酶、果胶酶、半纤维素酶和纤维素酶中的两种以上。优选地，所用酶复合物是葡聚糖酶、木聚糖酶、阿拉伯聚糖酶和纤维素酶的组合物。或者如本发明实施例所述，可直接采用曲霉属 {Aspergillus acWmtos)菌株所产生的复合多糖水解酶，此种酶包括β-葡聚糖酶、木聚糖酶、阿拉伯聚糖酶、果胶酶、半纤维素酶和纤维素酶的全部种类。复合多糖水解酶处理中所用的分散液为新鲜缓冲溶液或循环乳清液。为使水解酶发挥较大活力，可通过加入具有PH缓冲作用的电解质(醋酸钠-醋酸、柠檬酸钠-柠檬酸和磷酸二氢钠-磷酸氢二钠等)保持水解PH保持在酶活力较高的范围内。虽然，复合多糖水解酶处理时所用条件可优选在上述范围内选择，也可不必拘泥于此，但必须使释放到水解液中的总糖占到原料总糖量的50%以上。以下提供一种确定水解液中总糖释放量的方法
菜籽饼粕中的总糖指菜籽多糖、寡糖和单糖的总和。总糖释放率采用下式计算 总糖释放率(％)=(水解液体积X总糖浓度)/饼粕原料中总糖量。其中，饼粕原料中的总糖含量可通过酸解-高效液相法(美国可再生能源实验室公开的标准方法)测定；液相中的总糖浓度可采用硫酸苯酚显色法或酸解-高效液相法测定。优选的，采用循环乳清液添加醋酸钠调整至pH 4. 8且控制固液比为1 :20，以复合多糖水解酶(包括β -葡聚糖酶、木聚糖酶、阿拉伯聚糖酶、半纤维素酶和纤维素酶)在50°C 下处理菜籽饼粕48h，可使总糖释放率达到80%。(2)酸液萃取。将步骤(1)所得的水解物调节至PH3-6，以萃取出菜籽饼粕中的植酸，然后固液分离分别获得植酸萃取液和水解饼粕。优选地，将步骤(1)所得水解悬浊液调节至pH 3. 5-5. 5，在温度20_5(TC下萃取 20-180min，经离心或过滤获得水解饼粕和植酸萃取液。所得植酸萃取液即为植酸粗品，可经钙沉酸解以及离子交换等操作进一步纯化获得植酸制品。其进一步优选的操作条件为萃取pH 5. 0，温度20°C，萃取时间150min。(3)碱溶酸沉。用碱溶液在PH9-12下萃取步骤( 所得水解饼粕中的蛋白质，获得碱性萃取液；再用酸沉法从碱性萃取液中分离蛋白，包括将碱性萃取液调节至PH3-5使蛋白质沉淀，再经固液分离获得酸沉蛋白和酸性乳清液。优选地，以含有多价金属离子螯合剂或沉淀剂的NaOH溶液在pH9. 0-12. 0下萃取步骤⑵所得的水解饼粕，固液比1 :10到1 :25之间，萃取温度20-50°C，萃取时间 20-60min,萃取次数1_3次，经离心或沉淀分离碱溶残渣，再合并碱性萃取液。然后将碱性萃取液调节至PH3-5使蛋白质沉淀，经离心或沉淀分别收集酸沉蛋白和酸洗乳清液。所得酸沉蛋白经中和和干燥后制得菜籽蛋白制品，所得酸洗乳清液循环至复合多糖水解酶处理步骤。NaOH溶液中多价金属离子螯合剂及用量为0. 01-0. 2mol/L EDTA或者 0. 02-0. 5mol/L的六偏磷酸钠；多价金属离子沉淀剂及用量为0. 02-0. 2mol/L草酸钾或者 0. 01-0. 2mol/L 的磷酸钠。优选的，采用含0. lmol/L EDTA的NaOH溶液，在pH12. 0和50°C下，以固液比1 20 萃取水解饼粕1次，萃取时间30min，所得碱性萃取液调节至pH4. 0，经固液分离分别获得酸沉蛋白及乳清液。需要说明的是，若循环使用后续步骤所获得的酸性乳清液实施复合多糖水解酶处理及酸液萃取，其中所含的植酸将合并入本步骤获得的植酸萃取液中，从而可使植酸得到_集。本领域的研究人员也可选择膜分离替代酸沉操作，从碱性萃取液中富集并回收蛋白质，再经后处理获得蛋白制品。实施例以下，结合实施例和对比例进一步详细说明本方法的特征及效果。酶处理条件实施例1-6
以带皮菜籽预榨浸出粕为原料，首先以循环利用的乳清液为分散液，并以醋酸钠-醋酸为缓冲剂，在不同条件下实施复合多糖水解酶处理(见表1)。然后调节PH值达到5. 0实施酸液萃取，操作条件为萃取温度50°C、萃取时间180min，再经2000 X g离心20min实施固液分离，分别获得水解粕及植酸萃取液。随后采用碱性溶液从水解粕中提取蛋白质，操作条件为采用含0. lmol/L EDTA的NaOH溶液，在pH12. 0和50°C下，以固液比1 :20萃取水解饼粕1次，萃取时间30min，所得碱性萃取液调节至pH4. 0，经2000 X g离心20min实施固液分离分别获得酸沉蛋白及乳清液。并将乳清液用于下一批复合多糖水解酶处理。具体操作条件及相应蛋白和植酸提取效果如表1。表1实施例1-6工艺参数及工艺效果
权利要求
1.一种从菜籽饼粕中提取蛋白和植酸的方法，其特征为包括以下步骤(1)复合多糖水解酶处理利用两种或以上多糖水解酶的复合物水解菜籽饼粕，得到水解物，其中使菜籽饼粕的总糖释放到水解物液相中的比率大于50% ；(2)酸洗将步骤(1)所得的水解物调节至PH3-6，以萃取出菜籽饼粕中的植酸，然后固液分离分别获得植酸萃取液和水解饼粕；(3)碱溶用碱溶液在PH9-12下萃取步骤( 所得水解饼粕中的蛋白质，获得碱性萃取液；(4)用酸沉法或膜分离法从步骤C3)获得的碱性萃取液中分离蛋白，其中酸沉法包括将碱性萃取液调节至PH3-5使蛋白质沉淀，再经固液分离获得酸沉蛋白和酸性乳清液。
2.如权利要求1所述的方法，其特征为，其中所述复合多糖水解酶包括β-葡聚糖酶、 木聚糖酶、阿拉伯聚糖酶、纤维素酶、果胶酶和半纤维素酶中的两种以上。
3.如权利要求1所述的方法，其特征为，其中所述复合多糖水解酶是葡聚糖酶、木聚糖酶、阿拉伯聚糖酶和纤维素酶的组合物，或者是采用曲霉属(Aspergillus aculeatus) 菌株所产生的复合多糖水解酶。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征为，其中所述复合多糖水解酶处理的条件为菜籽饼粕以固液比1:10-25分散于水性分散液中，处理pH4. 2-5. 5，温度25_55°C，处理时间12-96小时。
5.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征为，在复合多糖水解酶处理步骤中，菜籽饼粕分散于来自步骤的酸性乳清液。
6.如权利要求1所述的方法，其特征为，酸洗时，所述水解物调节至pH3. 5-5. 5，在温度20-50°C下萃取20-180分钟。
7.如权利要求1所述的方法，其特征为，步骤(3)中碱溶液萃取是在含有多价金属离子螯合剂或沉淀剂的情况下进行的。
8.如权利要求7所述的方法，其特征为，所述碱溶液为碱金属氢氧化物溶液，水解饼粕与碱溶液的固液比为1:10-25;且所述多价金属离子螯合剂或沉淀剂为EDTA、六偏磷酸钠、草酸钾或磷酸钠，以碱溶液萃取体系的总体积计，所述螯合剂或沉淀剂的添加量为 0. 02-0. 2mol/L 的 EDTA、0. 02-0. 5mol/L 的六偏磷酸钠、0. 02-0. 2mol/L 的草酸钾、或 0. 01-0. 2mol/L 的磷酸钠。
9.如权利要求6所述的方法，其特征为，酸洗时，所述水解物调节至pH5.0，在温度 25°C下萃取180分钟。
10.如权利要求6-9的任一项所述的方法，其特征为，步骤(3)的碱溶液萃取中，碱溶液为NaOH溶液，水解饼粕与碱溶液的固液比为1:20，含EDTA 0. lmol/L，在温度50°C下萃取 30分钟。
全文摘要
从菜籽饼粕提取蛋白质和植酸的方法包括利用两种或以上多糖水解酶的复合物水解菜籽饼粕使菜籽饼粕的总糖释放到水解物液相中的比率大于50%；将所得的水解物调节至pH3-6以萃取植酸，然后固液分离获得植酸萃取液和水解饼粕；用碱溶液在pH9-12下萃取水解饼粕中的蛋白质；用酸沉法或膜分离法从碱性萃取液中分离蛋白。提升了菜籽蛋白和植酸的提取效率，并提升了菜籽蛋白制品的纯度和品质(降低了植酸残留)。
文档编号C07K1/12GK102296099SQ201110248898
公开日2011年12月28日 申请日期2011年8月28日 优先权日2011年8月28日
发明者刘晔 申请人:刘晔