大豆分離蛋白提取與性能改善工藝研究進展

黃國平，孫春鳳，陳慧卿，李國輝，張志燕，陳克平

(1.江蘇大學生命科學研究院，食品與生物工程學院，江蘇鎮(zhèn)江212013;2.南通光合生物技術有限公司，江蘇南通226361)

大豆分離蛋白提取與性能改善工藝研究進展

黃國平1，2，孫春鳳1，陳慧卿1，李國輝1，張志燕1，陳克平1

(1.江蘇大學生命科學研究院，食品與生物工程學院，江蘇鎮(zhèn)江212013;2.南通光合生物技術有限公司，江蘇南通226361)

大豆分離蛋白是植物蛋白中為數(shù)不多的可替代動物蛋白的品種之一，在食品加工工業(yè)中有廣泛的應用。改善大豆分離蛋白產品性能是近年來的研究熱點。從原料的選擇、工藝參數(shù)的確定和產品性能改善三個方面綜述了堿溶酸沉法提取大豆分離蛋白工藝研究進展。

大豆分離蛋白，堿溶酸沉法，性能改善

Abstract:The soybean protein isolate(SPI)is one of the few alternative plant proteins to animal proteins and has a wide range of applications in the food processing industry.The performance improvement of soybean protein isolate is a research hotspot in recent years.Here is a review of the selection of raw materials，technical parameters and the performance improvement of by-products for the extraction of soybean protein isolate with the alkalisolution and acid-isolation method.

Key words:soybean protein isolate;alkali-solution and acid-isolation;performance improvement

大豆分離蛋白是以大豆油脂生產的副產品低變性脫脂大豆粕為原料，應用現(xiàn)代食品工程技術，通過分離低變性脫脂大豆粕中主要蛋白質而制成的高科技大豆蛋白產品。大豆分離蛋白含有人體所必需的八種氨基酸，不含膽固醇，對心腦血管疾病有一定的食療功效，是老少皆宜的保健食品之一［1-2］。大豆分離蛋白具有許多優(yōu)良的食品性能，包括溶解性、分散性、凝膠性、持水性、持油性、乳化性、起泡性、成膜性等，添加在食品中可以改善食品的品質和性能，提高食品的營養(yǎng)價值，可廣泛應用于肉制品、飲料、糕點、面包、糖果等各種食品加工中［3］。原料的選擇、工藝參數(shù)的確定和產品性能改善是大豆分離蛋白生產的重要內容。本文簡要綜述了這三方面的研究進展。

1 原料的選擇

目前用于生產大豆分離蛋白的原料普遍是經過清選、去皮、溶劑脫脂，低溫或閃蒸脫溶后的低變性大豆粕。這種大豆粕含雜質少，蛋白質含量較高，蛋白變性程度低，適于生產大豆分離蛋白。影響低變性大豆粕質量的因素比較多，主要有粗蛋白質含量，氮溶解指數(shù)，大豆脫皮率，粗纖維素(干基)等。選擇高質量的低變性大豆粕作為提取大豆分離蛋白的原料，有利于獲得高質量和高得率的大豆分離蛋白產品。表1簡要描述了影響低變性大豆粕質量的主要因素、生產時的相應要求和獲得或提高相關質量參數(shù)所使用的技術或工藝。

2 堿溶酸沉法提取大豆分離蛋白工藝

大豆分離蛋白產品是一種高純度的大豆制品，其蛋白質含量高達90%以上。目前國內外生產大豆分離蛋白的方法主要是堿溶酸沉法，也有部分發(fā)達國家使用超濾膜法和離子交換法，后兩種方法是近年來發(fā)展的新型提取方法。

2.1 原理與工藝流程

堿溶酸沉提取工藝是利用弱堿性水溶液浸泡低變性脫脂豆粕，將豆粕中可溶性蛋白質萃取出來，然后用一定量的鹽酸水溶液加入已溶解出的蛋白液中，調節(jié)其pH到大豆蛋白的等電點(pH4.2～4.6)，使大部分蛋白質沉析下來，最后通過中和、滅菌和噴霧干燥，得到粉狀大豆分離蛋白產品。其生產工藝流程如下:

表1 影響低變性大豆粕質量的主要因素Table 1 The main factors affecting the quality of low-denatured soybean residue

2.2 工藝參數(shù)

粉碎，浸提，酸沉，中和，殺菌，噴霧干燥是堿溶酸沉法提取大豆分離蛋白工藝的主要步驟。這些步驟目前都已實現(xiàn)自動化或半自動化流水作業(yè)。各個步驟在生產時一般都有明確的要求。生產時每個步驟參數(shù)的符合程度是確保產品質量合格的重要因素。表2簡要描述了堿溶酸沉法工藝的各個提取步驟中影響大豆分離蛋白產品質量的主要參數(shù)、生產時的參數(shù)要求、和參數(shù)不符合要求時引起的大豆分離蛋白產品質量后果。

3 改善大豆分離蛋白性能的工藝

大豆分離蛋白有溶解性、分散性、凝膠性、持水性、持油性、乳化性、起泡性、成膜性等多種食品性能。目前一種大豆分離蛋白很難同時兼具上述多種功能特性。因此在食品應用上，具有專項最佳功能或兼具某幾種功能平衡點的產品往往在市場上有比較大的競爭力。改善大豆分離蛋白性能的加工方法有很多，可分為物理方法、化學方法、生物酶法和復合方法。表3簡要描述了獲得不同大豆分離蛋白功能特性的加工方法及其最佳工藝參數(shù)。

4 展望

在堿溶酸沉法提取大豆分離蛋白工藝中，低變性大豆粕雜質多，質量不穩(wěn)定是限制大豆分離蛋白產品質量的主要因素之一。要得到高品質的低變性大豆粕首先要從大豆的種植抓起，發(fā)展一些7S和11S含量較高或蛋白質含量較高的大豆品種，如吉林28，豫豆12，黑農35，綏農9號等，加強生產用大豆的優(yōu)質品種的定向培育，以確保低變性大豆粕質量的穩(wěn)定［4-5］。也可以采用基因工程方法改造大豆球蛋白和β-伴球蛋白，提高大豆分離蛋白的食品功能特性［60］。其次要制定較高的產品標準和采用先進的生產工藝。比如低變性大豆粕含皮量越低越好，最好在5%以下，蛋白質和氮溶解指數(shù)越高越好，這有利于獲得高質量和高得率的蛋白產品。我國有一些大豆蛋白生產線采用兩次提取的工藝，蛋白得率高達41%。但有一些蛋白工廠仍采用一次提取工藝，蛋白得率不超過33%，經濟效益較差。

一般來講，產品類型越多，市場通道越廣。在國際上，美、日等國生產的大豆分離蛋白類型多，具有凝膠型、分散型、注射型、乳化型、肉粉等80多種類型的產品，可廣泛應用于肉制品、乳制品、面制品、飲品、糖果、方便食品、冷凍食品等幾十種食品中，符合多樣的市場需求。與美、日等國相比，國內生產的大豆分離蛋白功能特性單一，系列產品綜合開發(fā)少，大部分是凝膠型大豆分離蛋白產品，基本上只能滿足生產火腿腸等少數(shù)幾種市場需求。因此，國內大豆分離蛋白生產企業(yè)亟需同科研單位緊密合作，借助于產學研優(yōu)勢，加大大豆分離蛋白的科研開發(fā)力度，改善大豆分離蛋白性能的工藝，研制出應用范圍更廣、產品性能穩(wěn)定、功能品種多樣、符合多種市場需求的產品，改變目前被動局面。

表2 堿溶酸沉法工藝中影響產品質量的主要參數(shù)Table 2 The main factors affecting the quality of by-products in the extraction processing of soybean protein isolate by Alkali-Solution and Acid-Isolation

［1］雷淑芳，晁芳芳，張雪蒼.大豆分離蛋白的生產工藝及其在食品工業(yè)中的應用［J］.糧食加工，2004(4):53-56.

［2］Cornish SM，Wood CM，L’Abbé MR，et al.Sex-and agespecific immunomodulatory effects of dietary soya protein isolate and isoflavones in rats［J］.The British Journal of Nutrition，2011，106(5):683-637.

［3］Ronda F，Oliete B，Gomez M，et al.Rheological study of layer cake batters made with soybean protein isolate and different starch sources［J］.Journal of Food Engineering，2011，102(3):272-277.

［4］陳慧.淺談大豆分離蛋白的生產實踐［J］.中國油脂，2008，133(16):26-27.

［5］朱文嫻.不同品種差異對大豆分離蛋白得率的影響［J］.食品科學，2004(S1):21-27.

表3 獲得不同大豆分離蛋白功能特性的加工方法及其最佳工藝參數(shù)Table 3 The way to get various functional features of SPI and their optimal technical parameters

續(xù)表

續(xù)表

［6］石少濱，李樹雨.閃蒸脫溶工藝及存在的問題［J］.大豆通報，2005(4):22，26.

［7］胡小中，溫光源.低溫豆粕生產工藝現(xiàn)狀分析［J］.糧油食品科技，2004，12(5):32-34.

［8］康玉凡，李德發(fā)，邢建軍，等.68個去皮和帶皮豆粕的常規(guī)營養(yǎng)、脲酶活性及蛋白質溶解度比較研究［J］.黑龍江畜牧獸醫(yī)，2005(11):13-16.

［9］岳紅衛(wèi)，孫連強，胡景環(huán).提高低溫豆粕產品質量的幾點探討［J］.糧油食品科技，2006，14(4):19-20.

［10］高建銀，夏鵬，房志學.大豆加工廠篩分設備的選用［J］.中國油脂，2007，32(5):61-64.

［11］魯春剛.去皮豆粕的價值及其在畜牧生產中的作用［J］.飼料廣角，2008(21):25-27.

［12］左青.De-Smet浸出工藝及技術(Ⅰ)——浸出及脫溶系統(tǒng)［J］.中國油脂，2009，34(11):12-16.

［13］馮子龍，袁樹河，楊振娟，等.大豆粕低溫脫溶工藝與實踐［J］.中國油脂，2004，29(4):12-13.

［14］Pobert A Swick.測定豆粕的價值［J］.飼料工業(yè)，2004，25(1):59-62.

［15］時玉強，柴玉華，鄭先哲.基于機器視覺的大豆細菌斑點病粒檢測［J］.東北農業(yè)大學學報2009，40(4):106-110.

［16］李寶山，王際英，張利民，等.不同粉碎粒度對大豆分離蛋白(SPI)及棉粕分離蛋白(CPI)提取率的影響［J］.飼料工業(yè)，2008，29(20):35-37.

［17］Karki B，Lamsal B P，Grewell D，et al.Functional properties of soy protein isolates produced from ultrasonicated defatted soy flakes［J］.Journal of the American Oil Chemists’Society，2009(86):1021-1028.

［18］Jiang J，Xiong YL，Chen J.Role of β -conglycinin and glycinin subunits in the pH-shifting-induced structural and physicochemical changes of soy protein isolate［J］.Journal of Food Science，2011，76(2):293-302.

［19］楊濤，馬傳國，李慶鹛，等.不同工藝條件對大豆分離蛋白7S和11S組分影響的探討［J］.糧食加工，2007，32(5):91-96.

［20］李大鵬，趙睿.低溫脫脂豆粕中大豆分離蛋白提取工藝的研究［J］.農產品加工(學刊)，2007(12):22-24.

［21］熊拯，談天，石晶.影響大豆分離蛋白提取率因素及實際解決方法［J］.糧食與油脂，2007(1):24-25.

［22］趙蓉.大豆分離蛋白加工全程質量控制體系研究［D］.中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫，2004.

［23］郭鳳仙，熊幼翎，何志勇，等.熱處理對大豆分離蛋白功能特性的影響［J］.食品與機械，2009，25(6):9-11，21.

［24］鐘振聲，文錫蓮，陳然.物理改性對大豆分離蛋白功能性質的影響［J］.中國油脂，2008，33(5):21-24.

［25］Jambrak A R，Lelas V，Mason T J，et al.Physical properties of ultrasound treated soy proteins［J］.Journal of Food Engineer，2009(93):386-393.

［26］Jambrak A R，Mason T J，Lelas V，et al.Ultrasonic effect on physicochemical and functional properties of α-lactalbumin［J］.Food Science and Technology，2010(43):254-262.

［27］蘇丹，李樹君，趙鳳敏，等.超高壓處理對大豆分離蛋白結構的影響［J］.食品科技，2009，34(12):51-55.

［28］申世強，傅亮，徐康，等.大豆分離蛋白磷酸化改性研究［J］.食品工業(yè)科技，2010，31(6):141-144，147.

［29］王月，張東杰.琥珀酰化改性高溶解度大豆分離蛋白的工藝優(yōu)化［J］.食品與機械，2011，27(3):119-122.

［30］桂向東，黃玉玲.大豆分離蛋白乙酰化功能特性研究［J］.現(xiàn)代農業(yè)科學，2009，16(3):16-17.

［31］楊春華，張毅方，石彥國，等.Protex7L中性蛋白酶改性大豆分離蛋白的工藝研究［J］.大豆科技，2010(3):21-23，27.

［32］張毅方，胡春林，馬永強，等.Alcalase 2.4L堿性內切蛋白酶改性大豆蛋白的工藝研究［J］.大豆科技，2010(3):28-30.

［33］徐紅華，劉欣，溫其標.復合酶法改善大豆分離蛋白乳化性的實驗［J］.農業(yè)機械學報，2008，3(2):102-106.

［34］Tsumura K，Saito T，Kugimiya W，et al.Selective proteolysis of the glycinin and β-conglycinin fractions in a soy protein isolate by pepsin and papain with controlled pH and temperature［J］.Journal of Food Science，2004，69(5):363-367.

［35］齊蓮子，遲玉杰.高速剪切對大豆分離蛋白限制性酶修飾的影響［J］.食品科學，2010，31(22):11-15.

［36］郭興鳳，張艷紅，陸惠，等.大豆分離蛋白凝膠制備和凝膠質構特性研究［J］.中國糧油學報，2005:20(6):68-70，75.

［37］涂宗財，汪菁琴，阮榕生，等.動態(tài)超高壓微射流均質對大豆分離蛋白起泡性、凝膠性的影響［J］.食品科學，2006，27(10):168-170.

［38］張春紅，趙秋偉，張凱，等.氮氣對改性大豆分離蛋白功能性的影響［J］.糧油加工與食品機械，2004(7):37-38，42.

［39］王嬋秋，遲玉杰.乙醇、氯化鈣和抗壞血酸對大豆分離蛋白凝膠性質的影響［J］.中國糧油學報，2010，25(7):39-42，48.

［40］董吉林，田廣瑞，李建光，等.燕麥β-葡聚糖/大豆分離蛋白混合體系凝膠性研究［J］.鄭州輕工業(yè)學院學報:自然科學版，2010，26(1):30-33.

［41］于國萍，安靜，初云斌，等.轉谷氨酰胺酶催化對大豆分離蛋白凝膠性的影響［J］.東北農業(yè)大學學報，2010，41(10):100-107.

［42］曲玲，張春紅，劉長江.大豆分離蛋白的復合改性及其對某些功能性的影響［J］.食品工業(yè)科技，2007，28(2):71-73.

［43］李磊，遲玉杰，王喜波，等.超聲-琥珀酰化復合改性提高大豆分離蛋白乳化性的研究［J］.食品工業(yè)科技，2011，32(3):123-126，130.

［44］張釗，張效偉，王陽，等.提高大豆分離蛋白乳化能力的研究［J］.中國油脂，2008，33(6):19-23.

［45］陳俊高，遲玉杰，王喜波，等.提高大豆分離蛋白乳化性的工藝優(yōu)化及性質分析［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2010，36(11):67-72.

［46］張根生，毛迪銳，繆銘，等.大豆分離蛋白的特性研究［J］.食品科技，2004(12):18-21.

［47］Chen L，Chen J，Ren J，et al.Effects of ultrasound pretreatment on the enzymatic hydrolysis of soy protein isolates and on the emulsifying properties of hydrolysates［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2011，59(6):2600-2609.

［48］海日罕，遲玉杰.微波輔助磷酸化改性提高大豆分離蛋白乳化性的研究［J］.中國糧油學報，2009，24(6):36-40.

［49］朱建華，楊曉泉.超聲物理改性對SPI功能特性的影響［J］.中國油脂，2006，31(1):42-44.

［50］田少君，金蓓，楊濱.多糖類穩(wěn)泡劑對大豆分離蛋白起泡性的影響［J］.中國油脂，2006，31(4):20-23.

［51］劉大川，楊國燕.酶改性大豆分離蛋白的制備及產品功能性的研究［J］.中國油脂，2004，29(12):56-61.

［52］宋臻善，熊犍.超聲輻射對大豆分離蛋白膜性能的影響［J］.食品工業(yè)科技，2007，28(5):95-97.

［53］郭寬，張超，趙曉燕，等.熱處理溫度對大豆分離蛋白膜功能性質的影響［J］.中國糧油學報，2011，26(7):27-30.

［54］畢會敏，馬中蘇，閆革華，等.膜液的高壓處理對大豆分離蛋白膜性能的影響［J］.食品科學，2004，25(3):49-51.

［55］周紅鋒，張子勇，歐仕益.環(huán)氧基交聯(lián)劑對可食性大豆分離蛋白膜性能的影響［J］.中國油脂，2006，31(8):33-35.

［56］馬丹，馬越，張超，等.乳化劑提高大豆分離蛋白可食性膜性能的研究［J］.中國糧油學報，2009，24(12):42-46.

［57］劉國琴，李琳，胡松青，等.共混改性對大豆分離蛋白膜物理性能影響的研究［J］.食品工業(yè)科技，2005，26(6):76-78.［58］姜燕，唐傳核，溫其標.工藝條件對酶法改性大豆蛋白膜性能的影響(Ⅰ)［J］.食品與生物技術學報，2009，28(1):63-67.

［59］韓兆鵬，元曉梅，王璋.可食性大豆分離蛋白膜制備和基礎特性分析［J］.食品科學，2004(S25):19-20.

［60］Tan D M R，Atsuta N，Maruyama N，et al.Evaluation of the solubility and emulsifying property of soybean proglycinin and rapeseed procruciferin in relation to structure modified by protein engineering［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2005，53(22):8736-8744.

A review of recent advance on extraction technology and performance improving technology of soybean protein isolate

HUANG Guo-ping1，2，SUN Chun-feng1，CHEN Hui-qing1，LI Guo-hui1，ZHANG Zhi-yan1，CHEN Ke-ping1
(1.Institute of Life Sciences，School of Food and Biological Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China;2.Sun-Green Bio-Tech Co.，Ltd，Nantong 226361，China)

TS214.2

A

1002-0306(2012)17-0398-07

2012-03-16

黃國平(1977-)，男，博士后，副研究員，主要從事功能食品科學研究。

中國博士后科學基金第三批特別資助項目(201003560);江蘇大學高級專業(yè)人才科研啟動基金項目(08JDG035)。