專利名稱：從菜籽餅粕中提取蛋白和植酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
涉及從菜籽制油后菜籽餅粕中提取菜籽蛋白及植酸的方法，屬于油脂與植物蛋白加工工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
菜籽是我國乃至全世界范圍內(nèi)最為重要的大宗油料之一，將菜籽中的油脂提取后所殘留的菜籽餅(壓榨制油)和菜籽粕(浸出制油)含有大量蛋白質(zhì)(因原料來源和加工方法不同有一定差異，一般含量在30-45%之間)和植酸(一般含量在2-5%之間)。目前，絕大部分菜籽餅粕作為飼料和肥料使用，其資源效益并未得到良好體現(xiàn)。菜籽蛋白是一種氨基酸組成均衡的優(yōu)質(zhì)蛋白，擁有良好的營養(yǎng)價值和功能特性， 是具有巨大開發(fā)潛力的食用蛋白來源。然而，從菜籽餅粕中提取食用菜籽蛋白制品存在幾個主要限制(1)菜籽餅粕中存在包括植酸在內(nèi)的多種抗?fàn)I養(yǎng)因子，必須從蛋白制品中分離去除；(2)從餅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)難以徹底去除各類雜質(zhì)，導(dǎo)致蛋白制品純度和色澤較差。目前，絕大部分菜籽蛋白提取方法均利用堿性溶液將原料中的蛋白質(zhì)萃取出來，然后利用沉淀、膜分離或吸附等輔助純化技術(shù)獲取較高純度的蛋白制品。雖然從菜籽餅粕中提取蛋白制品的方法已多有報道，但受限于(1)提取效率低；( 提取成本高；C3)原料品質(zhì)限制大等問題，難以實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。另一方面， 菜籽餅粕中的植酸是一種高效天然金屬離子螯合劑，而且在與蛋白結(jié)合時可降低蛋白質(zhì)的溶解度。若與菜籽蛋白一起食用或飼用，將大幅降低微量金屬離子以及蛋白質(zhì)的生物利用率。因此，菜籽餅粕中的植酸被視為一類重要的抗?fàn)I養(yǎng)因子。顯然，若能將菜籽蛋白和植酸的分離和提取工藝相結(jié)合并分別獲取蛋白和植酸制品，對于提高蛋白制品質(zhì)量及菜籽餅粕綜合利用率而言具有雙重效益。

發(fā)明內(nèi)容
為解決從菜籽餅粕提取蛋白和植酸的現(xiàn)有方法中蛋白質(zhì)和植酸收率低、蛋白質(zhì)純度低等問題，本發(fā)明提供了一種高效高回收率的提取方法。本發(fā)明從菜籽餅粕提取蛋白和植酸的方法包括(1)復(fù)合多糖水解酶處理利用兩種或以上多糖水解酶的復(fù)合物水解菜籽餅粕，得到水解物，其中使菜籽餅粕的總糖釋放到水解物液相中的比率大于50% ； (2)酸洗將步驟(1)所得的水解物調(diào)節(jié)至pH3-6，以萃取出菜籽餅粕中的植酸，然后固液分離分別獲得植酸萃取液和水解餅粕；C3)堿溶用堿溶液在PH9-12下萃取步驟( 所得水解餅粕中的蛋白質(zhì)，獲得堿性萃取液；(4)用酸沉法或膜分離法從步驟(3)獲得的堿性萃取液中分離蛋白，其中酸沉法包括將堿性萃取液調(diào)節(jié)至pH3-5使蛋白質(zhì)沉淀，再經(jīng)固液分離獲得酸沉蛋白和酸性乳清液。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)利用復(fù)合多糖水解酶破壞餅粕中的多糖結(jié)構(gòu)，不僅瓦解了多糖及其復(fù)合物對蛋白質(zhì)的物理包覆，而且使與多糖化學(xué)結(jié)合的蛋白質(zhì)得到釋放，從降低傳質(zhì)阻力和提高傳質(zhì)推動力兩個方面提升了菜籽蛋白的提取效率；( 將酸性環(huán)境中提取游離植酸和堿性環(huán)境中破解植酸-蛋白質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使植酸獲得高效提取并提升了菜籽蛋白制品的品質(zhì)(降低了植酸殘留)；(3)基本消除了多糖在菜籽蛋白制品中的殘留，使蛋白制品純度更高(可達90%以上，即分離蛋白)；(4)具有廣泛的原料適應(yīng)性，可用于菜籽脫皮或帶皮預(yù)榨浸出粕、低溫壓榨餅、低溫脫溶粕等多種菜籽加工副產(chǎn)物；( 從菜籽蛋白和植酸兩方面實現(xiàn)了菜籽餅粕的深度利用，綜合效益良好；(6)復(fù)合多糖水解酶處理提升了餅粕中菜籽蛋白的溶解性，可大幅降低蛋白提取過程中堿液用量。
具體實施例方式以下詳細描述本發(fā)明從菜籽餅粕，包括帶皮或脫皮預(yù)榨浸出粕、低溫壓榨餅、低溫脫溶粕等原料中提取菜籽蛋白和植酸的方法。菜籽餅粕是菜籽制油加工所獲得的副產(chǎn)物。在制油過程中蛋白質(zhì)與菜籽中的其它組分產(chǎn)生了極為復(fù)雜的物理-化學(xué)聯(lián)系和結(jié)合，從而導(dǎo)致菜籽蛋白難以從餅粕中溶出且溶解性低。在上述物理-化學(xué)聯(lián)系中，有兩類聯(lián)系是關(guān)鍵的(1)蛋白質(zhì)與糖類(包括寡糖和多糖)的聯(lián)系，這是因為糖類含量豐富(餅粕中含量通常高達20%以上)且易于與蛋白質(zhì)發(fā)生結(jié)合(糖的醛基和蛋白質(zhì)的游離氨基可因美拉德反應(yīng)而結(jié)合)；(2)蛋白質(zhì)與植酸的聯(lián)系， 這是因為菜籽中植酸與蛋白天然混雜共存且易于結(jié)合(在酸性條件下，植酸帶負電，而蛋白質(zhì)則具有帶正電的基團，二者可在靜電作用下結(jié)合；在堿性條件下，植酸與蛋白質(zhì)在多價金屬離子的“橋聯(lián)”作用下結(jié)合)。只有針對上述兩類重要聯(lián)系設(shè)置相應(yīng)的破解手段，才能為菜籽蛋白的高效和高質(zhì)提取創(chuàng)造良好條件。本方法圍繞破解上述兩種重要聯(lián)系而建立，以實現(xiàn)顯著提高菜籽蛋白和植酸的提取效率，以及提高蛋白制品純度。本發(fā)明的復(fù)合酶水解步驟是一種深度水解過程，發(fā)明人通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，要求在水解完成后釋放到水解液中的菜籽總糖占原料中總糖含量的50%以上，才能較為徹底地破解菜籽蛋白和多糖的物理-化學(xué)聯(lián)系，從而顯著提升蛋白質(zhì)和植酸的提取效率并提高蛋白質(zhì)的純度。本發(fā)明方法包括以下步驟
(1)復(fù)合多糖水解酶處理。利用兩種或以上多糖水解酶的復(fù)合物水解菜籽餅粕，得到水解物，其中使菜籽餅粕的總糖釋放到水解物液相中的比率大于50%。具體地，可在pH4. 2-5. 5之間且固液比(菜籽餅粕與分散液質(zhì)量比)1 10到1 25 之間，以多糖水解酶的復(fù)合物在25-55°C下處理菜籽餅粕12-96h，并使釋放到水解液中的總糖量占到原料總糖量的50%以上。所用復(fù)合多糖水解酶包括β-葡聚糖酶、木聚糖酶、阿拉伯聚糖酶、果膠酶、半纖維素酶和纖維素酶中的兩種以上。優(yōu)選地，所用酶復(fù)合物是葡聚糖酶、木聚糖酶、阿拉伯聚糖酶和纖維素酶的組合物。或者如本發(fā)明實施例所述，可直接采用曲霉屬 {Aspergillus acWmtos)菌株所產(chǎn)生的復(fù)合多糖水解酶，此種酶包括β-葡聚糖酶、木聚糖酶、阿拉伯聚糖酶、果膠酶、半纖維素酶和纖維素酶的全部種類。復(fù)合多糖水解酶處理中所用的分散液為新鮮緩沖溶液或循環(huán)乳清液。為使水解酶發(fā)揮較大活力，可通過加入具有PH緩沖作用的電解質(zhì)(醋酸鈉-醋酸、檸檬酸鈉-檸檬酸和磷酸二氫鈉-磷酸氫二鈉等)保持水解PH保持在酶活力較高的范圍內(nèi)。雖然，復(fù)合多糖水解酶處理時所用條件可優(yōu)選在上述范圍內(nèi)選擇，也可不必拘泥于此，但必須使釋放到水解液中的總糖占到原料總糖量的50%以上。以下提供一種確定水解液中總糖釋放量的方法
菜籽餅粕中的總糖指菜籽多糖、寡糖和單糖的總和?？偺轻尫怕什捎孟率接嬎?總糖釋放率(％)=(水解液體積X總糖濃度)/餅粕原料中總糖量。其中，餅粕原料中的總糖含量可通過酸解-高效液相法(美國可再生能源實驗室公開的標(biāo)準方法)測定；液相中的總糖濃度可采用硫酸苯酚顯色法或酸解-高效液相法測定。優(yōu)選的，采用循環(huán)乳清液添加醋酸鈉調(diào)整至pH 4. 8且控制固液比為1 :20，以復(fù)合多糖水解酶(包括β -葡聚糖酶、木聚糖酶、阿拉伯聚糖酶、半纖維素酶和纖維素酶)在50°C 下處理菜籽餅粕48h，可使總糖釋放率達到80%。(2)酸液萃取。將步驟(1)所得的水解物調(diào)節(jié)至PH3-6，以萃取出菜籽餅粕中的植酸，然后固液分離分別獲得植酸萃取液和水解餅粕。優(yōu)選地，將步驟(1)所得水解懸濁液調(diào)節(jié)至pH 3. 5-5. 5，在溫度20_5(TC下萃取 20-180min，經(jīng)離心或過濾獲得水解餅粕和植酸萃取液。所得植酸萃取液即為植酸粗品，可經(jīng)鈣沉酸解以及離子交換等操作進一步純化獲得植酸制品。其進一步優(yōu)選的操作條件為萃取pH 5. 0，溫度20°C，萃取時間150min。(3)堿溶酸沉。用堿溶液在PH9-12下萃取步驟( 所得水解餅粕中的蛋白質(zhì)，獲得堿性萃取液；再用酸沉法從堿性萃取液中分離蛋白，包括將堿性萃取液調(diào)節(jié)至PH3-5使蛋白質(zhì)沉淀，再經(jīng)固液分離獲得酸沉蛋白和酸性乳清液。優(yōu)選地，以含有多價金屬離子螯合劑或沉淀劑的NaOH溶液在pH9. 0-12. 0下萃取步驟⑵所得的水解餅粕，固液比1 :10到1 :25之間，萃取溫度20-50°C，萃取時間 20-60min,萃取次數(shù)1_3次，經(jīng)離心或沉淀分離堿溶殘渣，再合并堿性萃取液。然后將堿性萃取液調(diào)節(jié)至PH3-5使蛋白質(zhì)沉淀，經(jīng)離心或沉淀分別收集酸沉蛋白和酸洗乳清液。所得酸沉蛋白經(jīng)中和和干燥后制得菜籽蛋白制品，所得酸洗乳清液循環(huán)至復(fù)合多糖水解酶處理步驟。NaOH溶液中多價金屬離子螯合劑及用量為0. 01-0. 2mol/L EDTA或者 0. 02-0. 5mol/L的六偏磷酸鈉；多價金屬離子沉淀劑及用量為0. 02-0. 2mol/L草酸鉀或者 0. 01-0. 2mol/L 的磷酸鈉。優(yōu)選的，采用含0. lmol/L EDTA的NaOH溶液，在pH12. 0和50°C下，以固液比1 20 萃取水解餅粕1次，萃取時間30min，所得堿性萃取液調(diào)節(jié)至pH4. 0，經(jīng)固液分離分別獲得酸沉蛋白及乳清液。需要說明的是，若循環(huán)使用后續(xù)步驟所獲得的酸性乳清液實施復(fù)合多糖水解酶處理及酸液萃取，其中所含的植酸將合并入本步驟獲得的植酸萃取液中，從而可使植酸得到_集。本領(lǐng)域的研究人員也可選擇膜分離替代酸沉操作，從堿性萃取液中富集并回收蛋白質(zhì)，再經(jīng)后處理獲得蛋白制品。實施例以下，結(jié)合實施例和對比例進一步詳細說明本方法的特征及效果。酶處理條件實施例1-6
以帶皮菜籽預(yù)榨浸出粕為原料，首先以循環(huán)利用的乳清液為分散液，并以醋酸鈉-醋酸為緩沖劑，在不同條件下實施復(fù)合多糖水解酶處理(見表1)。然后調(diào)節(jié)PH值達到5. 0實施酸液萃取，操作條件為萃取溫度50°C、萃取時間180min，再經(jīng)2000 X g離心20min實施固液分離，分別獲得水解粕及植酸萃取液。隨后采用堿性溶液從水解粕中提取蛋白質(zhì)，操作條件為采用含0. lmol/L EDTA的NaOH溶液，在pH12. 0和50°C下，以固液比1 :20萃取水解餅粕1次，萃取時間30min，所得堿性萃取液調(diào)節(jié)至pH4. 0，經(jīng)2000 X g離心20min實施固液分離分別獲得酸沉蛋白及乳清液。并將乳清液用于下一批復(fù)合多糖水解酶處理。具體操作條件及相應(yīng)蛋白和植酸提取效果如表1。表1實施例1-6工藝參數(shù)及工藝效果
權(quán)利要求
1.一種從菜籽餅粕中提取蛋白和植酸的方法，其特征為包括以下步驟(1)復(fù)合多糖水解酶處理利用兩種或以上多糖水解酶的復(fù)合物水解菜籽餅粕，得到水解物，其中使菜籽餅粕的總糖釋放到水解物液相中的比率大于50% ；(2)酸洗將步驟(1)所得的水解物調(diào)節(jié)至PH3-6，以萃取出菜籽餅粕中的植酸，然后固液分離分別獲得植酸萃取液和水解餅粕；(3)堿溶用堿溶液在PH9-12下萃取步驟( 所得水解餅粕中的蛋白質(zhì)，獲得堿性萃取液；(4)用酸沉法或膜分離法從步驟C3)獲得的堿性萃取液中分離蛋白，其中酸沉法包括將堿性萃取液調(diào)節(jié)至PH3-5使蛋白質(zhì)沉淀，再經(jīng)固液分離獲得酸沉蛋白和酸性乳清液。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，其中所述復(fù)合多糖水解酶包括β-葡聚糖酶、 木聚糖酶、阿拉伯聚糖酶、纖維素酶、果膠酶和半纖維素酶中的兩種以上。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，其中所述復(fù)合多糖水解酶是葡聚糖酶、木聚糖酶、阿拉伯聚糖酶和纖維素酶的組合物，或者是采用曲霉屬(Aspergillus aculeatus) 菌株所產(chǎn)生的復(fù)合多糖水解酶。
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其特征為，其中所述復(fù)合多糖水解酶處理的條件為菜籽餅粕以固液比1:10-25分散于水性分散液中，處理pH4. 2-5. 5，溫度25_55°C，處理時間12-96小時。
5.如權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其特征為，在復(fù)合多糖水解酶處理步驟中，菜籽餅粕分散于來自步驟的酸性乳清液。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，酸洗時，所述水解物調(diào)節(jié)至pH3. 5-5. 5，在溫度20-50°C下萃取20-180分鐘。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，步驟(3)中堿溶液萃取是在含有多價金屬離子螯合劑或沉淀劑的情況下進行的。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征為，所述堿溶液為堿金屬氫氧化物溶液，水解餅粕與堿溶液的固液比為1:10-25;且所述多價金屬離子螯合劑或沉淀劑為EDTA、六偏磷酸鈉、草酸鉀或磷酸鈉，以堿溶液萃取體系的總體積計，所述螯合劑或沉淀劑的添加量為 0. 02-0. 2mol/L 的 EDTA、0. 02-0. 5mol/L 的六偏磷酸鈉、0. 02-0. 2mol/L 的草酸鉀、或 0. 01-0. 2mol/L 的磷酸鈉。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征為，酸洗時，所述水解物調(diào)節(jié)至pH5.0，在溫度 25°C下萃取180分鐘。
10.如權(quán)利要求6-9的任一項所述的方法，其特征為，步驟(3)的堿溶液萃取中，堿溶液為NaOH溶液，水解餅粕與堿溶液的固液比為1:20，含EDTA 0. lmol/L，在溫度50°C下萃取 30分鐘。
全文摘要
從菜籽餅粕提取蛋白質(zhì)和植酸的方法包括利用兩種或以上多糖水解酶的復(fù)合物水解菜籽餅粕使菜籽餅粕的總糖釋放到水解物液相中的比率大于50%；將所得的水解物調(diào)節(jié)至pH3-6以萃取植酸，然后固液分離獲得植酸萃取液和水解餅粕；用堿溶液在pH9-12下萃取水解餅粕中的蛋白質(zhì)；用酸沉法或膜分離法從堿性萃取液中分離蛋白。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純度和品質(zhì)(降低了植酸殘留)。
文檔編號C07K1/12GK102296099SQ201110248898
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月28日
發(fā)明者劉曄 申請人:劉曄