大豆分离蛋白的提取实验讲义

大豆分离蛋白提取方法总结大豆分离蛋白（Soy Protein Isolate，SPI）是利用大豆中的蛋白质进行提取和纯化的过程。

大豆分离蛋白广泛应用于食品、药物、化妆品和生物医学领域等，具有丰富的功能性和营养价值。

本文将综述大豆分离蛋白的提取方法，并对其进行总结。

传统提取法是最基本的提取方法，通过磨碎大豆，再用水或盐水浸泡，然后通过沉淀、浸渍、沉降、离心等步骤获得大豆蛋白。

这种方法操作简单，但提取效率较低，且对蛋白质的损伤较大。

碱提取法是利用碱溶液将大豆蛋白溶解，然后通过酸沉淀蛋白质。

这种方法能够提高蛋白质的提取效率，但对蛋白质的结构改变较大，可能导致功能性和营养价值的降低。

因此，通常需要进一步经过中和、清洗、浓缩等步骤来提高纯度。

酸提取法是将大豆蛋白质用酸溶解，然后通过盐析或酸沉淀获得蛋白质。

这种方法操作简单，能够提取高纯度的大豆蛋白，但酸性条件容易导致蛋白质的失活和损伤。

酶解法是利用特定酶解剂将大豆蛋白酶解为多肽或小分子肽段，然后通过析出、沉淀、过滤等步骤来提取蛋白质。

这种方法能够提高蛋白质的可溶性和生物活性，但对酶解剂的选择和酶解条件的控制要求较高。

热处理法是利用高温和压力将大豆蛋白质进行变性和凝聚，然后通过过滤、离心等步骤进行分离。

这种方法操作简单，但会导致蛋白质的损伤和失活。

超声波法是利用超声波的机械作用和破碎作用使大豆蛋白溶解、分散和分离。

这种方法能够提高蛋白质的可溶性和营养价值，但需要控制超声波的频率和功率，以避免对蛋白质的破坏。

微波法是利用微波的电磁波作用使大豆蛋白质加热、溶解和分离。

这种方法操作简单，速度较快，但需要控制微波的功率和时间，以避免对蛋白质的损伤和失活。

高压处理法是利用高压力使大豆蛋白质发生变性和凝聚，然后通过过滤或超离心等步骤进行分离。

这种方法能够提高蛋白质的纯度和功能性，但需要控制压力和温度，以避免对蛋白质的损伤。

综上所述，大豆分离蛋白的提取方法多种多样，各有优缺点。

2011年4月 The Chinese Journal of Process Engineering Apr. 2011收稿日期：2010−12−13，修回日期：2011−03−09基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项基金资助项目(编号2008ZX07207-003-3)作者简介：高建萍(1987−)，女，山东省潍坊市人，硕士研究生，主要研究方向为蛋白质分离纯化；通讯联系人，张贵锋，E-mail: gfzhang@,王明林，E-mail: mlwang@.多级逆流固液提取技术提取大豆分离蛋白高建萍1,2， 刘 琳1， 张贵锋2， 王明林1， 黄永东2， 刘永东2， 苏志国2(1. 山东农业大学食品科学与工程学院，山东 泰安 271018；2. 中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室，北京 100190)摘 要：采用液相色谱和生物质谱技术对豆粕中不同蛋白质在提取过程中的释放行为进行了研究，并将多级逆流固液提取技术用于大豆分离蛋白提取. 结果表明，豆粕中的2S 组分由于分子量低和高水溶性在提取过程中释放速率较快，提取2次总释放量超过80%, 3次提取7S 和11S 组分总释放量约为69%，提高固相和液相间7S 和11S 的浓度梯度或延长提取时间有助于7S 和11S 组分释放. 采用该提取技术可提高提取液中的总蛋白浓度，在相同蛋白质收率下可节水11%，同时较高的蛋白质浓度可增加酸沉过程中蛋白质收率.关键词：大豆分离蛋白；高效液相色谱−质谱联用技术；蛋白质识别；释放；多级逆流固液提取 中图分类号：X522 文献标识码：A 文章编号：1009−606X(2011)02−0312−061 前 言大豆分离蛋白(Soybean Protein Isolate, SPI)是从脱脂豆粕中提取的一种植物蛋白，总蛋白质含量超过90%，良好的保水性、乳化性、吸油性和凝胶性等使其广泛用作食品添加剂和食品原料[1]. 大豆中的蛋白质根据离心过程中的沉降系数可分为2S, 7S (Conglycinin), 11S (Glycinin)和15S 四种组分，所占比例约为9.4%, 34%, 42%, 4.6%[2,3]. 7S 组分中主要是7S 球蛋白(β-Conglycinin)，是由α(70.6 kDa), α′(80.2 kDa), β(48.4 kDa)三种亚基组成的三聚体结构糖蛋白，分子量约为180 kDa ，等电点5.2∼6.2[1,4,5]. 11S 组分中主要是11S 球蛋白，是一种由6个亚基对组成的多聚亚基蛋白，分子量320∼380 kDa ，每个亚基对由1个酸性亚基和1个碱性亚基通过二硫键连接而成，等电点为4.6[6,7]. 7S 和11S 组分的含量是影响SPI 功能特性的关键因素.目前，我国普遍采用的SPI 提取工艺属碱溶酸沉工艺，即豆粕经pH 7.8 (NaOH 调节)的水溶液浸提后离心去除不溶物，提取液经酸沉处理后再进行离心以分离出凝乳，凝乳经水洗、中和后直接进行喷雾干燥，获得SPI 粉[8,9]，提取液去除凝乳后获得的乳清水属高浓度有机废水. 豆粕中蛋白质的提取多采用传统的罐式提取，存在用水量大、7S 和11S 组分提取率低等缺陷. 提取1 t SPI 需用豆粕约2.4 t ，用水量超过29 t ，产生24 t 高浓度乳清废水(COD>20%)；此外，低提取率导致豆渣中7S 和11S 残留量高，亚基解离导致SPI 性能降低. 因此，研究新型SPI 提取工艺以降低用水量并提高7S 和11S 组分收率具有重要的现实意义. 多级逆流固液提取 (Multi-stage countercurrent solid −liquid extraction)技术是固相物料和溶剂运动方向相反、连续定量加入固相物料和溶剂、导出残留物和提取液的连续分离技术[10,11]. 根据提取设备差异，多级逆流固液提取工艺可分为罐组式、连通器式、螺旋式及离心式等多种形式. 在多级逆流固液提取过程中不同部位的溶剂存在浓度梯度，增加了溶剂和固相物料间的浓度差异，从而加快了目标物释放速率并获得较高的提取液浓度[12]. 多级逆流固液提取技术由于溶剂用量少、提取时间短和生产效率高等优点[13]，近年来在食品、中药、天然产物等领域中的应用日益增多.针对SPI 提取过程中存在的用水量大、7S 和11S 提取率低并导致高浓度有机废水产生量大等共性问题，本研究以蛋白质释放行为研究为基础，比较了不同条件下蛋白质的释放速率差异，研究了多级逆流固液提取技术用于提取大豆分离蛋白以降低用水量的可行性.2 材料与方法2.1 材料与试剂脱脂豆粕由大庆日月星公司提供，胰蛋白酶(序列纯)购自美国Promega 公司，三氟乙酸(TFA)和乙腈购自美国Fisher 公司，其他试剂均为市售分析纯. 2.2 仪器高效液相色谱−质谱联用系统(HPLC −MS)由美国Agilent 公司1100液相色谱和美国Thermo Fisher 公司LCQ Deca XP 电喷雾质谱组成，数据采集与处理软件为Xcalibur 1.3，数据分析软件为Biowork 3.1(含Turbosequest), Ultrospec 2000紫外分光光度计(瑞典Pharmacia 公司).2.3 实验方法2.3.1 蛋白质释放过程分析称取100 g 豆粕，加入800 mL pH 7.8的NaOH 溶液，50℃摇床中连续振荡10 min ，快速抽滤，收集滤液；向残余豆粕中加入400 mL pH 7.8的NaOH 溶液，重复上述过程4次. 将收集到的滤液离心(10000 r/min, 5 min)，上清液用HPLC 分离，收集分离出的各色谱峰，酶解后进行液质联用分析以进行蛋白质识别；通过HPLC 各色谱峰面积研究不同蛋白质释放过程.将上述实验获得的蛋白质提取液合并，调节pH 值至4.5，冷却至4~6℃，以10000 r/min 离心5 min ，收集上清液，酶解处理后用液质联用技术进行蛋白质种类分析.2.3.2 多级逆流固液提取实验多级逆流固液提取工艺实验装置系统图见图1. 在提取过程中清水从右向左移动，豆粕相对于提取液从左向右移动，整体上豆粕与提取液运动方向相反，其中S 0为新鲜豆粕，S 1, S 2和S 3分别为提取一、二和三次后的豆粕，W 为清水，提取液E 1为豆粕S 2与清水混合后的提取液，提取液E 2为豆粕S 1与E 1混合后的提取液，提取液E 3为新鲜豆粕S 0与E 2混合后的提取液. 多级逆流固液萃取实验启动时3个提取罐装满水溶液，向第1个罐中加入新鲜豆粕，连续搅拌并离心分离，洗涤后的豆粕依次导入第2和第3个提取罐直至稳态操作；在稳态多级逆流固液萃取过程中，清水W 与提取过2次的豆粕S 2均匀混合，通过旋流分离器分离后产生的豆粕残渣S 3不再使用，产生的提取液为一次蛋白提取溶液E 1；该提取液与提取过1次的豆粕S 1混合均匀，连续离心后的豆粕残渣为2次提取的残渣S 2，产生的提取液为二次蛋白提取溶液E 2；该提取液与新鲜的豆粕S 0均匀混合，连续离心后产生豆粕残渣S 1，产生的提取液为3次蛋白提取溶液E 3.图1 多级逆流固液提取实验装置系统图Fig.1 Schematic diagram of experimental apparatus for multi-stage countercurrent solid −liquid extraction2.4 分析方法 2.4.1 蛋白质含量测定蛋白质含量测定采用福林酚法. 2.4.2 凝胶过滤色谱分析大豆蛋白提取溶液用凝胶过滤色谱法(HPSEC)分析，色谱柱为TSK3000SW[300 mm×7.5 mm (I.D.), 10 µm]，流动相为0.02 mol/L 磷酸缓冲液(pH 7.0)，流速0.4 mL/min ，检测波长280 nm ，进样量10 µL. 2.4.3 HPLC 分析大豆蛋白提取溶液用去离子水稀释后用HPLC 分析，色谱条件：色谱柱Zorbax 300 SB C 18[250 mm×4.6 mm (I.D.), 5 µm]，流动相A 为水(含0.1% TFA)，流动相B 为乙腈(含0.1% TFA)，梯度：0~45 min 5%~60% B ，45~50 min 60%~90% B ，流速0.75 mL/min ，波长280 nm. 2.4.4 酶解方法将上节分离出的色谱峰在100℃下热变性处理10 min ，真空干燥，然后溶于200 µL 0.05 mol/L NH 4HCO 3溶液(pH 8.0)中，加入50 µg 胰蛋白酶[溶于50 µL 0.05mol/L NH 4HCO 3 (pH 8.0)中]，混合均匀后于37℃恒温8 h ，酶解产物直接进行HPLC −MS 分析. 蛋白质提取液经酸沉淀处理后的上清液于100℃下热变性处理10 min ，将pH 值调至8.0后加入胰蛋白酶，酶解条件同上. 2.4.5 HPLC −MS 分析色谱柱为Zorbax SB C 18[150 mm×2.1 mm (I.D.), 5 µm]；流动相A 为水(含0.1% TFA), B 为乙腈(含0.1% TFA)；梯度0~80 min 10%~90% B ，进样量30 µL. 质谱条件：离子源喷雾电压4.5 kV ，毛细管温度300℃，扫描范围m /z 300~2000. 精确质量数扫描和二级质谱扫描(MS/MS)均为数据依赖型扫描，MS/MS 碰撞能量为35%. 质谱数据用Turbosequest 软件进行检索，数据库为从Swiss-Prot 下载的包括大豆中已发现的全部蛋白质的氨基酸序列.3 结果与讨论3.1 豆粕提取液中蛋白质种类识别采用HPLC对豆粕提取液及其后续处理样品进行S 0. Fresh soybean mealS 1, S 2, S 3. Soybean meal after extraction byone, two and three timesW. Fresh waterE 1. Supernatant from the mixture of W with S 2E 2. Supernatant from the mixture of E 1 with S 1E 3. Supernatant from the mixture of E 2 with S 01. Extraction container 2. Pump3. Cyclone separator分析. 图2是豆粕提取液、经酸沉处理乳清废水和沉淀物重新溶解后的HPLC 图谱，可见豆粕提取液中不同种类成分的保留时间分布范围较宽，乳清废水中主要成分集中在23 min 以前，而沉淀物的保留时间主要集中在24 min 以后. 大豆中蛋白质主要是2S, 7S, 11S 和15S 组分，其中2S 中主要是蛋白酶抑制剂类及细胞色素C, 7S 中主要是球蛋白和少量的血球凝集素、脂肪氧化酶及β-淀粉酶，11S 中主要是球蛋白. 大豆中蛋白质分子量范围较宽，许多蛋白质以多聚亚基形式存在. 这些多亚基蛋白在提取过程中可能发生解离或聚集，且不同蛋白质组分及其亚基的等电点、分子量和亲疏水性不同.图2 豆粕提取液、乳清废水和沉淀物的HPLC 分析图谱 Fig.2 HPLC chromatograms of extraction solutions of soybeanmeal, supernatant and precipitation precipitate收集图2中不同保留时间的色谱峰，酶解产物用HPLC −MS 进行分析，质谱数据用Turbosequest 软件进行数据库检索以识别每个色谱峰中的蛋白质种类. 图3(a)是提取的上清液中保留时间为35.4 min 的色谱峰经胰蛋白酶处理后的总离子流图，表明酶解产物存在离子m /z 575.6；精确质量数扫描图谱表明离子m /z 575.6带双电荷[图3(c)]，该离子对应的多肽在图3(a)中的保留时间为15.1 min ，数据库检索表明该离子对应的多肽序列为VFDGELQEGR ，存在于11S 球蛋白G1 (A1aBx)亚基序列中，表明图2(a)保留时间为35.4 min 的色谱峰中存在11S 球蛋白. 确定了大豆中主要蛋白质在色谱图中的保留时间，其中2S 组分蛋白质主要分布于20 min 以前的色谱峰；保留时间为23 min 的色谱峰中检测出11S 球蛋白的碱性亚基和2S 中的Kunitz-trypsin Inhibitor (KTI)蛋白；保留时间为24.3 min 的色谱峰中主要是7S 的α亚基和11S 的A5A4B3亚基等；保留时间为24~36 min 的是完整的7S 和11S 球蛋白及发生部分解离的7S 和11S 球蛋白.图3 图2中保留时间为35.4 min 的色谱峰酶解产物的色谱−质谱分析Fig.3 HPLC −MS analysis of the digested chromatographic peakin 35.4 min of retaining time [(a) total ion, (b) peak in 15.1 min of retaining time, (c) zoom scan, m /z 575.3 and (d) MS/MS spectrum, m /z 575.3]反相色谱主要根据样品极性进行分离，但样品分子量超过一定范围时其保留时间随分子量增加而延长. 从整体上分析，大豆内丰度较高的4类蛋白质组分中2S 组分的分子量较小，较易分散于水溶液中，在色谱图中的整体保留时间较短. 7S 和11S 中的球蛋白均属多亚基蛋白质，图2中有些色谱峰中只检测出了7S 和11S 球蛋白的部分亚基，表明在提取过程中存在多亚基球蛋白的亚基解离. 24 min 之后的色谱峰中可检测出7S 和11S 的全部亚基，表明这些色谱峰中主要是完整的7S 和11S 球蛋白. 文献[14]报道15S 组分较难溶于溶液而残留于粕渣中.3.2 大豆中蛋白质的释放行为为比较豆粕中不同组分的释放行为，重点以2S 组分及7S 和11S 球蛋白为指标，考察了不同提取条件下提取液中各组分相对含量的变化. 图4是不同提取次数所得豆粕提取液的HPLC 图谱. 从图可以看出，随提取次数增加，上清液中2S 组分(保留时间为14.98~20 min)含量逐渐降低，保留时间为23 min 的色谱峰中存在11S 球蛋白的碱性亚基和2S 中的KTI ，该色谱峰面积随提取次数增加逐渐降低，HPLC −MS/MS 分析结果表明，提取2次后该色谱峰中主要是11S 球蛋白的碱性亚基，而2S 中的KTI 含量较低，表明2S 组分具有较快的释放速率. 含7S 和11S 球蛋白的各色谱峰(保留时间为24.67, 29.7和36.2 min)面积变化趋势表明，随提取次数逐渐增加，上清液中7S 和11S 球蛋白所占比例逐渐增加. 用HPSEC 对不同提取次数的上清液进行了分析，图5表明，随提取次数增加，提取液中高分子量组分增加，与HPLC −MS 和反相色谱分析结果一致.05010005010001020304005010035.3929.6223.0720.7014.623.90(a) Soybean meal (b) SupernatantR e l a t i v e a b s o r b a n c e 36.1424.3122.9720.0613.7010.535.2635.3929.6424.8020.0713.6110.534.22(c) PrecipitationprecipitateTime (min)01020304050050100150600800100012001400050100572574576578580501002004006008001000050100(a)45.5043.0139.0937.6527.8823.0520.1911.196.01R e l a t i v e a b u n d a n c eTime (min)(b)1149.6955.5697.0667.5575.6(c)578.7576.7575.7575.3573.0571.3(d)904.3903.3788.4602.2525.9489.2361.1246.8m /z图4 提取一次、三次和五次的豆粕提取液HPLC 图谱 图5 提取一次、二次和三次的豆粕提取液HPSEC 图谱Fig.4 HPLC chromatograms of protein solutions extracted Fig.5 HPSEC chromatograms of protein solutions extractedonce, thrice and five times from soybean meal once, twice and thrice from soybean meal以二级质谱中检测出的目标多肽对应的一级质谱峰面积计算不同种类蛋白质在提取过程中的动态变化. 图6是以提取液中KTI 、亚基A5A4B3和α亚基的多肽峰面积代表的2S, 7S 和11S 组分在提取过程中的相对释放量随提取次数的变化. 2S 组分在第1次提取时的相对释放量高达55%左右，提取2次时相对释放量超过80%，分子量较高的7S 和11S 组分的相对释放量较2S 组分低，4次提取总释放量不足90%. 可见，7S 和11S 组分由于释放速率低于2S 组分，其提取过程需更长的时间；此外，在提取过程中增加豆粕与提取液之间7S 和11S 的浓度梯度有利于提高其释放速率，释放出的高分子量组分及时移出有助于增加豆粕与提取液之间的浓度梯度并提高豆粕中7S 和11S 组分的释放量.图6 大豆蛋白质提取过程中2S 组分中KTI, 11S 组分中的A5A4B3亚基和7S 球蛋白中的α亚基释放量动态变化 Fig.6 Relative release rate of KTI of 2S fraction, A5A4B3 subunitof 11S fraction and α subunit of β-conglycinin of 7S fraction in extraction of proteins from soybean meal3.3 多级逆流固液提取利用多级逆流固液提取法提取了大豆分离蛋白，研究了不同固液比下豆粕中蛋白质释放过程、总蛋白释放量、提取液中不同蛋白质相对含量及所制大豆分离蛋白的分子量范围.图7是固液比为1:10 g/mL 和单级停留时间为6 min 条件下不同提取级数蛋白提取液的HPLC 和HPSEC 图谱. 由于2S 等低分子量蛋白经2次提取后释放较完全，豆粕S 2中残留的蛋白质主要是7S 和11S 蛋白，E 1曲线表明保留时间为29 min 的组分所占比例较高，因此提取液E 1中7S 和11S 组分所占比例较高；HPSEC 图谱中保留时间为13.43 min 的色谱峰强度较高也表明提取液E 1中主要是分子量较高的蛋白质[图7(b)]，该结果与7S 和11S 组分释放行为研究结果(图4)一致. S 1与E 1充分混合后S 1中的7S 和11S 组分继续释放，提取液E 2中7S 和11S 组分绝对含量增加. 同时，图7中提取液E 2中低分子量的组分含量也有所升高，原因在于第1次提取过程中未完全释放的2S 组分由于溶出速率高于7S 和11S 组分，相对比例逐渐增加. 在多级逆流固液提取过程中，不同提取级数中2S, 11S 和7S 组分的相对释放量的动态变化见图8，与图7结果一致.在多级逆流固液提取过程中，随提取次数增加豆粕中蛋白组分由左向右逐渐被释放，由于大豆蛋白中不同蛋白组分释放行为的差异，7S 和11S 组分从E 3到E 1的相对比例逐渐增加，从E 1到E 3逐级提取后7S 和11S 绝对含量逐渐升高. 实验比较了基于多级逆流法提取和传统提取过程获得的蛋白质溶液中7S 和11S 所占比例，结果表明多级逆流固液提取法获得的蛋白质溶液中7S 和11S 所占比例提高了8%. 可见在多级逆流固液提取过程中豆粕S 0经1次提取后仍有大量未完全释放的7S 和11S 组分，在第2次和第3次提取时释放量较大，从而提高了蛋白提取液中7S 和11S 组分的比例，这对增加SPI 中高分子量组分相对含量并改善SPI 功能特性十分关键.5010005010001020304005010036.0729.5419.9622.9919.365.34(a) OnceR e l a t i v e a b s o r b a n c e35.3429.5723.0220.0214.573.85(b) Thrice 41.0634.2629.5823.0020.0313.694.24(c) Five times Time (min)0501000501000102030405005010035.3124.9113.49(a) OnceR e l a t i v e a b s o r b a n c e 29.9435.3528.7616.6413.45(b) Twice46.4128.7519.1513.40(c) ThriceTime (min)1234530405060708090100R e l a t i v e r e l e a s e r a t e (%)Extraction times图7 多级逆流固液提取过程中不同提取级数豆粕提取液的HPLC 图谱和HPSEC 图谱Fig.7 HPLC and HPSEC chromatograms of protein solutions during multi-stage countercurrent solid −liquid extraction图8 多级逆流固液提取过程中不同提取级数的提取液中2S组分中KTI 和11S 组分中A5A4B3亚基、7S 球蛋白中 的α亚基释放量的动态变化Fig.8 Relative release rate of KTI of 2S fraction, A5A4B3subunit of 11S fraction and α subunit of β-conglycinin of 7S fraction in three extraction stages during multi-stage countercurrent solid −liquid extraction实验采用福林酚法测定了多级逆流固液提取大豆分离蛋白提取液中的蛋白质浓度，进行3次多级逆流平行实验. 豆粕中蛋白质含量为55%，多级逆流固液提取工艺中大豆分离蛋白的提取率为77.6%，而目前工业上每生产1 t 大豆蛋白粉需2.4 t 豆粕，大豆蛋白粉中的蛋白质含量按90%计算，则原料豆粕中蛋白质的收率不足70%. 大豆中2S, 7S, 11S 和15S 四种组分的含量分别为9.4%, 34%, 42%和4.6%，经过提取后15S 中主要蛋白质存在于豆渣中，但仍有少量溶出；2S 组分尽管平均分子量较低且易溶解，但部分蛋白质的等电点接近 4.5，因此，酸沉阶段会有部分2S 组分与7S 和11S 共同沉淀. 蛋白质等电点沉淀过程主要与溶液pH 有关，但蛋白质浓度会影响沉淀过程的收率，本实验中蛋白质收率提高的主要原因是提取液的浓度较高. 多级逆流固液提取技术是一种有效提高大豆分离蛋白提取率的方法.目前工业上使用的大豆分离蛋白提取过程属错流提取工艺，第1次提取时豆粕与水的比例为1:8 g/mL ，离心后向残余豆粕中加入清水，加入量与第1次提取时豆粕用量的比例为4:1 mL/g ，整体上豆粕与水的比例为1:12 g/mL. 由于错流提取工艺用水量较高，提取液中蛋白质浓度与用水量近似呈反比，7S 和11S 组分的浓度降低后导致其在酸沉阶段沉淀不完全，乳清废水中存在一定量的7S 和11S 球蛋白及其亚基，增加了后续水处理过程负荷，同时也降低了大豆分离蛋白的收率. 本研究采用多级逆流固液提取过程中的固液比为1:8 g/mL ，降低了用水量. 结果表明提取液中7S 和11S 组分的总释放率可达75%左右，在酸沉淀阶段7S 和11S 组分的收率提高了3%，降低了乳清废水中7S 和11S 组分的总量，同时降低用水量后乳清废水中2S 组分浓度比错流提取工艺有所增加.比较了固液比分别为1:7, 1:8和1:9 g/mL 条件下多级逆流固液提取工艺中大豆中蛋白质的释放量及7S 和11S 组分的相对含量变化，结果(表1)表明，固液比为1:8和1:9 g/mL 条件下大豆分离蛋白的相对释放量比固液比为1:7 g/mL 条件下分别提高了12.9%和20.7%，其中7S 和11S 组分在提取物中的总含量分别提高了14.6%和20.8%. 在提取过程中固液比越高，多级逆流固液提表1 不同固液比条件下大豆分离蛋白的相对释放量及7S 和11S 组分的相对含量Table 1 Relative release rate of SPI and content of 7Sand 11S fractions in extraction process with different ratios of solid to liquidRatio of solid to liquid(g/mL) Relative release rateof SPI (%) Relative content of 7S and 11S fractions (%)1:7 1:8 1:971.3 84.2 92.069.2 83.8 90.005010005010001020304005010036.1728.9622.9320.055.42E 1(a) HPLCR e l a t i v e a b s o r b a n c e 36.6128.9822.9620.0513.565.44E 236.1428.8322.8719.985.39E 3Time (min)501000501000102030405005010035.3228.7516.6313.43(b) HPSECE 1R e l a t i v e a b s o r b a n c e 35.5428.8021.6516.7313.50E 238.8835.5029.5521.6313.52E 3Time (min)20406080100123R e l a t i v e r e l e a s e r a t e (%)Extraction solution取工艺对离心分离过程要求越高，在工业上会增加动力消耗. 同时，固液比过高将导致7S和11S组分浓度过高，也会影响其释放行为. 与传统的蛋白提取工艺相比，固液比为1:10 g/mL条件下用水量节省了11%，同时由于提取液中较高的7S和11S浓度，在酸沉阶段7S和11S的收率较传统工艺中的酸沉阶段提高了3%.4 结 论(1)以脱脂豆粕为原料，利用碱溶酸沉法提取大豆分离蛋白，利用高效液相色谱−质谱联用系统对大豆分离蛋白提取液中的蛋白质种类进行了分析，识别出提取液中2S, 7S和11S等主要成分，而分子量较大的15S组分则残留于豆粕残渣中.(2)在蛋白质组分识别的基础上，对不同蛋白质组分在提取过程中的释放行为进行了研究. 结果表明，2S组分具有相对较快的释放速率，而7S和11S组分的释放速率相对较低.(3)利用多级逆流固液提取技术提取大豆分离蛋白可有效提高7S和11S组分的相对释放量，且可使大豆分离蛋白的提取率比传统提取方法提高8%.参考文献：[1] Castro R F, Marina M L, Garfa M C. Perfusion Reversed-phaseHigh-performance Liquid Chromatography/Mass Spectrometry Analysis of Intact Soybean Proteins for the Characterization of Soybean Cultivars [J]. J. Chromatogr. A, 2007, 1170: 34−43.[2] Panthee D R, Kwanyuen P, Sams C E, et al. Quantitative Trait Locifor β-Conglycinin (7S) and Glycinin (11S) Fractions of Soybean Storage Protein [J]. J. Am. Oil Chem. Soc., 2004, 81(11): 1005−1012.[3] Renkema J M S, Lakemond C M M, De Jongh H H J, et al. The Effectof pH on Heat Denaturation and Gel Forming Properties of Soy Proteins [J]. J. Biotechnol., 2000, 79(3): 223−230.[4] Delwiche S R, Pordesimo L O, Panthee D R, et al. Assessing Glycinin(11S) and β-Conglycinin (7S) Fractions of Soybean Storage Protein by Near-infrared Spectroscopy [J]. J. Am. Oil Chem. Soc., 2007, 84(12): 1107−1115.[5] Liu C, Wang H L, Gui Z M, et al. Optimization of Extraction andIsolation for 11S and 7S Globulins of Soybean Seed Storage Protein [J]. Food Chem., 2007, 102(4): 1310−1316.[6] Zarkadas C G, Gagnon C, Poysa V, et al. Protein Quality andIdentification of the Storage Protein Subunits of Tofu and Null Soybean Genotypes, Using Amino Acid Analysis, One- and Two-dimensional Gel Electrophoresis and Tandem Mass Spectrometry [J]. Food Res. Int., 2007, 40(1): 111−128.[7] Yuan Y J, Velev O D, Chen K, et al. Effect of pH and Ca2+-inducedAssociations of Soybean Proteins [J]. J. Agric. Food Chem., 2002, 50(17): 4953−4958.[8] Duranti M, Barbiroli A, Scarafoni A, et al. One-step Purification ofKunitz Soybean Trypsin Inhibitor [J]. Protein Express. Purif., 2003, 30(2): 167−170.[9] 赵西周，陈春佳，张效伟，等. 连续性碱溶酸沉生产大豆分离蛋白特点分析 [J]. 中国油脂, 2002, 5(5): 61−63.[10] Wang Q E, Ma S M, Fu B Q, et al. Development of Multi-stageCountercurrent Extraction Technology for the Extraction of Glycyrrhizic Acid (GA) from Licorice (Glycyrrhiza uralensis Fish) [J]. Biochem. Eng. J., 2004, 21(3): 285−292.[11] 胡小中，温光源，李里特. 多级逆流醇浸法制取大豆浓缩蛋白工艺的研究 [J]. 食品工业科技, 2009, 30(3): 272−275.[12] 王英，崔政伟. 连续动态逆流提取的动态和现状 [J]. 包装与食品机械, 2009, 27(1): 49−53.[13] Li W, Zheng C, Wang J S, et al. Microwave Multi-stageCountercurrent Extraction of Dihydromyricetin from Ampelopsis Grossedentata [J]. Food Technol. Biotechnol., 2007, 45(4): 374−380. [14] 周兵，周瑞宝. 大豆球蛋白的性质 [J]. 西部粮油科技, 1998,23(4): 39−43.Extraction of Soybean Protein Isolate UsingMulti-stage Countercurrent Solid−Liquid Extraction MethodGAO Jian-ping1,2, LIU Lin1, ZHANG Gui-feng2, WANG Ming-lin1, HUANG Yong-dong2, LIU Yong-dong2, SU Zhi-guo2(1. College of Food Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271018, China;2. State Key Laboratory of Biochemical Engineering, Institute of Process Engineering, CAS, Beijing 100190, China) Abstract: Release behavior of proteins in soybean meal during their extraction process using high performance liquid chromatography−mass spectrometry was investigated. The possibility for extraction of soybean protein isolate using multi-stage countercurrent solid−liquid extraction (MSCSLE) was also studied. The result indicated that 2S protein showed a higher release rate and more than 80% of total 2S proteins were released after extraction in two times. The total release rate of 7S and 11S proteins reached 69% after three times of extraction, indicating that 7S and 11S fractions had a lower release rate during extraction process. Increasing the concentration gradient between the solid and liquid or extending the extraction time enhanced the release of 7S and 11S fractions. The concentration of total proteins obtained using MSCSLE was higher than that obtained by multi-time extraction, resulting in higher 7S and 11S recovery rate. Under the same recovery rate of soybean protein isolate, 11% of water could be saved. During precipitation, 8% of total 7S and 11S protein could be recovered.Key words: soybean protein isolate; high performance liquid chromatography−mass spectrum; protein identification; release; multi-stage countercurrent solid−liquid extraction。

·油脂工程· 粮油加工与食品机械 MACHIN ERY FO R CEREA LS OI L AN D FOOD PROCESSING提取大豆分离蛋白的工艺研究邵佩兰1　徐　明2(1.宁夏大学农学院　2.宁夏大学生命科学学院)　【摘　要】研究了采用碱法工艺提取大豆分离蛋白的影响因素。

通过试验,确定了提取大豆分离蛋白的最佳工艺条件,即pH值9.0、浸提温度50℃、固液比1∶10的条件下浸提50min,提取率可达79.35%。

　【关键词】提取;大豆;分离蛋白中图分类号:TS224 文献标识码:A 文章编号:1009-1807(2005)09-0047-03 大豆蛋白是一种可与动物蛋白相媲美的优质蛋白,大豆中蛋白质含量高达40%,且所含氨基酸组分齐全,被誉为“绿色奶牛”、“植物肉”。

同时还含有丰富的不饱和脂肪酸、钙、磷、铁、膳食纤维、低聚糖等,不含胆固醇,不易引起心脑血管疾病,具有很高的营养价值。

大豆蛋白质是优质的植物蛋白质资源,在人们摄入的蛋白质中,大豆蛋白质占20%以上,但国内豆制品加工业存在的突出问题是大豆蛋白质利用率低,平均利用率仅为60%,这就意味着在加工过程中造成了40%左右的蛋白质损失,从而造成了资源的巨大浪费。

因此,为提高蛋白质的提取率,本文就pH值、固液比、浸提温度、浸提时间等因素对大豆分离蛋白提取的影响进行了研究,以确定其最佳的提取条件,以便进一步开发利用大豆蛋白,促进大豆蛋白资源的综合利用。

1　仪器和材料1.1　试验材料大豆:市售陈年大豆,去皮后置于45℃的烘箱中干燥、粉碎、过80目筛,得大豆粉。

经测定蛋白质含量为34.12%。

试剂:盐酸、氢氧化钠、硫酸、乙醇、过氧化氢、硼酸、硫酸铜、硫酸钾、硒粉、甲基红、溴甲酚绿等(均为分析纯)。

1.2　试验仪器pH-2型酸度计、800型离心机、磁力搅拌可调控制器、鼓风恒温干燥箱、B-N电子分析天平、分光光度计、电热恒温水浴锅、组织捣碎机、凯氏定氮装置、循环水多用真空泵。

《蛋白质的提取和分离》讲义一、蛋白质提取和分离的意义蛋白质是生命活动的主要承担者，对于生物体的结构、功能和代谢都起着至关重要的作用。

在科学研究、医学诊断、生物技术以及食品工业等众多领域，蛋白质的提取和分离都是一项关键的技术。

通过提取和分离特定的蛋白质，我们能够深入了解其结构和功能，从而揭示生命活动的奥秘。

在医学领域，对疾病相关蛋白质的提取和分离有助于疾病的诊断和治疗，例如肿瘤标志物的检测。

在生物技术中，获得高纯度的蛋白质可以用于生产生物制品，如胰岛素、抗体等。

此外，在食品工业中，提取和分离蛋白质可以改善食品的品质和营养价值。

二、蛋白质提取和分离的基本原理蛋白质的提取和分离基于其物理、化学和生物学特性。

常见的原理包括：1、溶解度差异不同的蛋白质在不同的溶剂中溶解度不同。

通过改变溶剂的性质，如 pH 值、离子强度、温度等，可以使目标蛋白质溶解或沉淀，从而实现分离。

2、分子大小和形状利用超滤、透析、凝胶过滤等方法，根据蛋白质分子的大小和形状进行分离。

大分子蛋白质无法通过特定孔径的滤膜或凝胶颗粒，而小分子蛋白质则可以通过。

3、电荷差异蛋白质具有不同的等电点（pI），即在特定 pH 值下蛋白质所带净电荷为零。

通过调节溶液的 pH 值，使蛋白质带上正电荷或负电荷，然后利用电泳或离子交换层析等方法进行分离。

4、亲和力差异某些蛋白质与特定的配体（如抗体、金属离子、染料等）具有特异性的亲和力。

利用这种亲和力，可以将目标蛋白质与其他蛋白质分离开来。

三、蛋白质提取的方法1、机械破碎法对于细胞或组织，使用匀浆器、研钵、超声波破碎仪等设备将其破碎，释放出其中的蛋白质。

2、化学渗透法使用一些化学试剂，如表面活性剂、有机溶剂等，改变细胞膜的通透性，使蛋白质释放出来。

3、酶解法利用蛋白酶将细胞间质或细胞壁分解，从而释放蛋白质。

在提取过程中，为了防止蛋白质的变性和降解，通常需要添加一些保护剂，如蛋白酶抑制剂、还原剂等。

四、蛋白质分离的方法1、盐析法向蛋白质溶液中加入中性盐（如硫酸铵、氯化钠等），随着盐浓度的增加，蛋白质的溶解度逐渐降低而沉淀析出。

大豆分离蛋白的生产原理及工艺要点概述及解释说明1. 引言1.1 概述大豆分离蛋白是从大豆中提取的一种具有高蛋白质含量的食品原料，其具备多种营养价值和功能特性。

随着人们对健康饮食需求的增加和膳食观念的转变，大豆分离蛋白作为一种理想的替代动物性蛋白质来源，在食品工业中得到了广泛应用。

本文将深入探讨大豆分离蛋白的生产原理及工艺要点，旨在全面解析分离蛋白的来源、组成以及其在不同工艺阶段的关键参数控制等内容。

通过对该领域的研究与发展现状进行总结，并对其应用前景及发展趋势进行展望，可以为相关行业人士提供有益参考。

1.2 文章结构本文主要由以下部分组成：引言、大豆分离蛋白的生产原理、分离蛋白生产工艺要点、分离蛋白产品应用与市场前景展望以及结论。

其中，引言部分旨在引领读者进入本文主题，并概括介绍大豆分离蛋白的相关背景和意义。

1.3 目的本文的目的是对大豆分离蛋白的生产原理及工艺要点进行全面解析和说明，以增加人们对该领域的了解。

通过详细介绍分离蛋白的定义、来源、提取方法以及其组成与结构特点等方面，帮助读者全面掌握大豆分离蛋白的基本知识。

同时，通过讨论原料选取与预处理、工艺参数控制、纯化与浓缩技术等关键环节，提供了分离蛋白生产过程中需要注意的要点。

最后，展望了分离蛋白产品在食品工业中应用概况以及市场前景，并对未来发展趋势和挑战进行了展望。

总之，本文旨在为读者全面深入地了解大豆分离蛋白的生产原理及工艺要点提供参考，为该领域相关研究和实践提供一定指导意义。

2. 大豆分离蛋白的生产原理2.1 大豆分离蛋白的定义与作用大豆分离蛋白，也称为大豆分离物或大豆分离蛋白质，是一种从大豆中提取得到的蛋白质产品。

它由大豆中的蛋白质经过特殊的加工方法进行提取和纯化而得到。

大豆分离蛋白具有丰富的营养价值，同时也可用于食品加工、饲料添加剂和其他工业应用。

2.2 大豆分离蛋白的来源和提取方法大豆是世界上重要的农作物之一，其种子含有丰富的油脂、碳水化合物和蛋白质。

《蛋白质的提取和分离》讲义一、蛋白质提取和分离的意义蛋白质是生命活动的主要承担者，在生物体中发挥着极其重要的作用。

从细胞、组织或生物体中提取和分离出特定的蛋白质，对于深入研究蛋白质的结构与功能、疾病的诊断与治疗、新药的研发以及生物技术的应用等方面都具有至关重要的意义。

例如，在医学领域，通过分离和鉴定患者体内的特定蛋白质标志物，可以早期诊断疾病，如癌症标志物的检测；在生物技术中，提取和纯化具有特定功能的蛋白质，如酶，可用于工业生产中的生物催化过程。

二、蛋白质提取的方法1、机械破碎法这是一种较为直接的方法，通过使用匀浆器、研钵、捣碎机等工具将细胞或组织破碎，使蛋白质释放出来。

但这种方法可能会导致蛋白质的部分变性。

2、化学渗透法利用某些化学试剂，如表面活性剂、有机溶剂等，改变细胞膜的通透性，从而使细胞内的蛋白质释放到溶液中。

但需要注意化学试剂的浓度和处理时间，以免对蛋白质造成过度损伤。

3、酶解法使用特定的酶，如溶菌酶、蛋白酶等，分解细胞壁或细胞膜，释放出蛋白质。

这种方法相对温和，但需要选择合适的酶和反应条件。

三、蛋白质分离的方法1、离心分离法基于不同物质的密度差异，通过离心力的作用将蛋白质与其他杂质分离开来。

常见的有低速离心、高速离心和超速离心等。

2、沉淀法通过加入某些试剂，如盐类（硫酸铵）、有机溶剂（乙醇、丙酮）等，改变蛋白质的溶解度，使其沉淀下来。

沉淀后的蛋白质可以通过离心或过滤收集。

3、层析法这是一种非常有效的分离方法，包括凝胶过滤层析、离子交换层析、亲和层析等。

（1）凝胶过滤层析：根据蛋白质分子大小的不同进行分离。

（2）离子交换层析：利用蛋白质所带电荷的差异进行分离。

（3）亲和层析：基于蛋白质与特定配体之间的特异性结合进行分离。

4、电泳法在电场作用下，蛋白质因所带电荷和分子大小的不同而发生迁移，从而实现分离。

常见的有聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）和琼脂糖凝胶电泳等。

四、蛋白质提取和分离的实验流程1、材料的选择与预处理选择富含目标蛋白质的材料，并进行适当的处理，如清洗、破碎等。