结合物理化学和生物酶法提取...豌豆纤维和豌豆淀粉工艺探索_韩文静.pdf

2023 年第 1 期摘要：采用物理、化学及生物的方法对豌豆蛋白、淀粉、纤维素提取分离进行了基础性探索，寻找一条优化后的豌豆蛋白提取工艺，对豌豆综合利用具有重要意义。关键词：生物酶法；酸沉絮凝；冷冻法；分离沉淀中图分类号：TS235文献标志码：Adoi：10.16693/ki.1671-9646（X）.2023.01.013Study on the Extraction of Pea Protein Pea Fiber and Pea Starch by PhysicalChemical and Biological Enzymatic MethodsHAN Wenjing，WU Yandong，ZHANG Guanghao，LIANG Yingchao，CAO Xue，*TAO Jin，LI Yi（National Engineering Research Center of Corn Deep Processing，Changchun，Jilin 130033，China）Abstract：A basic exploration of extraction and separation of pea protein，starch and cellulose has been carried out mainly us-ing physical，chemical and biological methods,in order to find an optimized extraction process for pea protein，which was ofgreat significance for the comprehensive utilization of pea.Key words：biological enzyme method；acid precipitation flocculation；freezing method；separation and precipitation结合物理 化学和生物酶法提取豌豆蛋白 豌豆纤维和豌豆淀粉工艺探索韩文静，吴延东，张广昊，梁颖超，曹雪，*陶进，李义（玉米深加工国家工程研究中心，吉林 长春130033）收稿日期：2022-02-24基金项目：吉林省科技发展计划 中青年科技创新领军人才及团队项目（20200301029RQ）。作者简介：韩文静（1989），女，本科，工程师，研究方向为粮食加工。*通讯作者：陶进（1981），男，博士，高级工程师，研究方向为粮食加工。豌豆中淀粉含量和蛋白质含量很高，而且氨基酸组成也符合人体需要，具有丰富的营养价值1-4。豌豆在我国传统加工中用于制取豌豆淀粉，但是在提取豌豆淀粉的同时，也造成了蛋白质资源的大量浪费。而豌豆蛋白具有很高的乳化性能、吸水性能和溶解度，在食品工业中应用广泛。豌豆淀粉对于玉米、马铃薯、小麦淀粉而言，是一种较便宜的淀粉来源5-8。另外，豌豆中含有膳食纤维，有助于消化，可预防阑尾炎、心脏病和结肠癌等多种疾病。从豌豆中同时提取蛋白和淀粉，既具有重要的开发价值，又具有可观的经济价值，开发以豌豆为原料的综合利用及深加工产品具有广阔的前景9-12。淀粉和蛋白质是豌豆的 2 种主要成分，这 2 种成分由于其特殊的功能性质得到越来越广泛的重视。豌豆淀粉中含有较高的直链淀粉含量（33%左右），且由于具有较高的凝胶透明度和热黏度及凝胶强度强而被应用于粉皮、粉丝的制作。豌豆蛋白质由于无臭味、乳化稳定性高、溶解性好、耐高温且耐盐，故可有效在肉制品、饮料、果汁，以及方便食品、冷冻食品中利用，同时具有营养价值高、味道鲜美的特点，使得豌豆蛋白深受广大消费者的喜爱。目前，国内总是在提取豌豆淀粉后的废水中提取豌豆蛋白质，故回收率较低，质量也差，故只能用作饲料。20 世纪 70 年代初，国外采用先进的超滤反渗透技术，能将提取豌豆淀粉后的下脚液中分子量较小的糖类化合物和其中的有害因子有效地去除，但这项技术生产费用较高，不符合国内的生产现状。因此，可探求一条分离豌豆淀粉和豌豆蛋白质的途径，达到联产高效的目的。1材料与方法1.1原料豌豆，购自当地超市。1.2试验试剂盐酸（分析纯）、硫酸（分析纯）、中温酶、低温酶，湖南鸿鹰生物科技有限公司提供。1.3试验仪器三角瓶、烧杯、容量瓶、IKA 搅拌器、水浴锅文章编号：1671-9646（2023）01a-0049-05第 1 期（总第 567 期）农产品加工No.12023 年 1 月Farm Products ProcessingJan.农产品加工2023 年第 1 期（HH-4 型数显恒温水浴锅）、离心机（GL21M 型-高速冷冻离心机）、抽滤装置（SHZ-95B 型循环水式多用真空泵）、冰箱（中科美菱 YC-300L 型）、样品筛。1.4试验方法（1）通过采用干法物料探索试验、颗粒度试验等研究豌豆物理性质，掌握豌豆的组成比例；再利用单因素试验法对破碎方式、浸泡的温度、用水量、搅拌速度及不同种类酶制剂等进行试验，确定最优工艺参数。（2）根据测定的豌豆粉水分，配置 30%质量分数的豌豆粉料液，室温下加入酶制剂浸泡搅拌（转速 300 r/min），料液微米化处理 5 min，物料添加0.04%淀粉酶进行酶作用，经碘试检测酶作用效果；检测酶作用后蛋白进行干燥，并检测蛋白含量。（3）在最优工艺条件下，采用纤维酶促收率试验、纤维纯度试验，根据曲筛的原理试验提取豌豆纤维素；利用生物酶法、酸沉絮凝、冷冻法、分离沉淀等方法研究；单因素控制试验（pH 值、温度、用水量、搅拌速度）等提取豌豆蛋白；通过影响淀粉收率及黏度因素试验研究，对比纤维洗涤用水采用淀粉洗涤水的效果等试验，提取豌豆淀粉。1.5检测方法蛋白检测采用凯氏定氮法。1.6工艺流程工艺流程见图 1。2结果与分析2.1豌豆营养构成以豌豆为原料，首先研究物料的性质，进行理化性质分析，其检测项目如下：水分、蛋白、脂肪、淀粉、粗纤维。豌豆营养成分含量见表 1。总体来看，豌豆是一种以淀粉、蛋白为主的植物。营养非常丰富，富含有纤维；蛋白质和碳水化合物等物质，其营养全面且均衡。蛋白质的平均含量为 24.84%，高于绿豆、豇豆；豌豆中淀粉的平均含量为 48.3%，豌豆淀粉对于玉米、马铃薯、小麦淀粉而言，是一种较便宜的淀粉来源。基于豌豆营养价值的测定数据，系统研究了豌豆淀粉、豌豆纤维和豌豆蛋白的联产工艺。2.1.1豌豆浸泡时间对豌豆液化后蛋白质和脂肪含量的影响准确称取豌豆 116 g（细度 60 目），料液质量分数 30%，置于不同的烧杯中。豌豆浸泡水采用常温（16 ），分别浸泡 1 h 和 2 h，通过上述试验方案优化试验。浸泡时间与蛋白质和脂肪含量的关系见图 2。浸泡的时间决定产品的品质。时间过短，豌豆未能吸水达到饱和膨胀，未被完全软化，导致磨浆时磨碎得不够彻底，淀粉颗粒仍被包裹着，蛋白质和淀粉难于分离，使得最终的产品纯度降低；浸泡时间过长，豌豆原料容易变质，豆体变黏，蛋白质和淀粉不易分离，豌豆体积膨胀过大，空间利用率降低，工作效率和经济效益不合理。由图 2 可知，豌豆浸泡 1 h 得到的豌豆蛋白质含量比浸泡 2 h 得到的豌豆蛋白质含量高，因此可采取的浸泡时间为 1h。2.1.2豌豆粉细度对豌豆蛋白质及脂肪的影响不同的豌豆粉细度对豌豆蛋白质、豌豆淀粉、豌豆纤维的溶出效果不同，根据上述试验方案进行豌豆粉细度优化试验。试验采用的豌豆粉细度分别是 60，80，100 目。豌豆粉细度与蛋白质和脂肪含量的关系见图 3。由图 3 可知，豌豆粉细度对豌豆蛋白质和豌豆淀粉的分离有一定的影响，综合得到豌豆蛋白质的含量考虑，豌豆粉细度为 80 目。2.1.3不同质量分数对豌豆蛋白质的影响不同质量分数，豌豆蛋白质的得率和豌豆蛋白质含量不同，按照上述试验优化后的参数及方案进行试验。质量分数对豌豆蛋白质关系见图 4。由图 4 可知，质量分数对豌豆蛋白质含量有一图 1工艺流程表 1豌豆营养成分含量水分蛋白质淀粉脂肪纤维9.0622.8448.301.2017.20/%图 2浸泡时间与蛋白质和脂肪含量的关系12含量/%-蛋白质含量；-脂肪含量68.333.4741.122.58浸泡时间 t/h7560453015502023 年第 1 期图 3豌豆粉细度与蛋白质和脂肪含量的关系豌豆粉细度/目6080100含量/%9080706050403020100-蛋白质含量；-脂肪含量3.473.623.8473.0276.4668.33定的影响，质量分数由 30%降到 18%过程中，蛋白质含量呈上升趋势，但当质量分数为 15%时，蛋白质出现下降趋势，由此可见，采取的最优质量分数为 18%。2.1.4浸提 pH 值对豌豆蛋白的影响取 80 目豌豆粉，质量分数为 18%的豌豆液，搅拌时间 1 h，对 pH 值分别为 7.0，8.0，9.0，10.0 进行单因素试验。浸提 pH 值对豌豆蛋白质关系见表 2。由表 2 可知，当 pH 值小于 9.0 时，随着 pH 值的增加，蛋白质含量明显上升；但当 pH 值大于 9.0时，蛋白质含量有所下降，由于 pH 值会干扰蛋白构象及改变蛋白表面电荷的分布和类型，所以过酸或过碱都会影响蛋白质含量。结合试验数据，选择最佳浸提 pH 值 9.0。2.1.5不同酶制剂对豌豆蛋白质的影响豌豆浸泡过程中添加酶制剂，酶制剂可使豌豆淀粉、豌豆纤维、豌豆蛋白更快速有效的分离。试验进行 2 种酶制剂对比试验，分别是淀粉酶 1 和淀粉酶 2；根据上述最优工艺参数进行对比试验。酶制剂对豌豆蛋白质关系见表 3。由图 4 可知，酶制剂对豌豆蛋白质含量影响较大，没有添加酶制剂的空白试验相同工艺下，豌豆蛋白质含量仅 70.24%，添加酶制剂的豌豆蛋白质含量均比空白试验高，但淀粉酶 2 组豌豆蛋白质含量高于淀粉酶 1 组。因此，选择使用淀粉酶 2。2.1.6微米化处理时间对豌豆蛋白质的影响根据上述优化工艺，采用 80 目豌豆粉，配置质量分数 18%，浸泡时间为 1 h，其他工艺不变的基础上进行豌豆蛋白质提取试验，单因素优化微米化处理时间对豌豆蛋白质的影响。微米化时间对豌豆蛋白质关系见图 5。由图 5 可知，微米化处理时间对豌豆蛋白质的含量有很大的影响，时间长，淀粉和蛋白质等结构发生变化，被破坏；时间短，淀粉和蛋白质不能得到充分的分离。综合数据可以看出微米化处理时间 10 min最佳。采用淀粉酶作用方式进行提取豌豆蛋白质，以豌豆蛋白质含量为指标，在单因素试验的基础上得出最佳分离条件为浸提时间 1 h，浸提 pH 值 9.0，质量分数 18%，微米化处理时间 10 min，豌豆粉细度80 目，在此条件下，得到的豌豆蛋白含量为 85.30%。2.2纤维、淀粉、蛋白分离技术开发经过 2.1 的优化数据，可以确定豌豆蛋白质提取工艺参数，在最优工艺参数下进行豌豆纤维、豌豆蛋白质、豌豆淀粉的分离提取。淀粉得率=分离物中豌豆淀粉的质量豌豆中所含淀粉的质量100%，蛋白质得率=分离物中豌豆蛋白的质量豌豆中所含蛋白的质量100%.2.2.1连续提取蛋白试验方案：进行称取豌豆，116 g 豌豆粉，加入清水，在 55 下浸泡 1 h，使用微米化处理 10 min收集所得浆液备用。浸提完毕后分别用 100，140，200 目筛对浆状物过滤，以分离粗纤维素，并以转速5 000 r/min 将过滤后的浆状物离心 4 min，以获得上图 4质量分数对豌豆蛋白关系蛋白质含量/%8280787674727015182830质量分数/%表 2浸提 pH 值对豌豆蛋白关系pH 值浸泡温度 /蛋白质含量/%（商品）7.08.09.010.05555555570.3575.3080.4076.20表 3酶制剂对豌豆蛋白关系酶制剂浸泡温度 /淀粉酶 1淀粉酶 2不添加酶制剂555555浸泡时间 t/h111蛋白含量/%（商品）75.1480.0970.24图 5微米化时间对豌豆蛋白质关系8684828078767472706810853含量/%85.30