专利名称：制备大豆异黄酮、大豆皂苷、低聚糖和大豆浓缩蛋白的方法
技术领域：
本发明涉及制备大豆异黄酮、大豆皂苷、大豆低聚糖和大豆浓缩蛋白的方法。更具体地，本发明涉及从脱脂大豆产品中同时提取多种活性功能因子，包括大豆异黄酮、大豆皂苷、大豆低聚糖和大豆浓缩蛋白的方法。该方法工艺简单、各级产品和提取溶剂均可综合利用，是一种适用于大规模产业化生产大豆异黄酮、大豆皂苷、大豆低聚糖和大豆浓缩蛋白的实用技术。
背景技术：
据资料表明大豆异黄酮有多种生理功能，能够与雌激素受体相结合，对雌激素起到双向调节作用，防治骨质疏松，防治更年期综合症，安全且无副作用；还具有对人体心血管系统的保护作用，可降低人体血液中的低密度脂蛋白，猝灭人体内自由基延缓机体衰老等，因此可改善人的体质，提高生活质量。目前已发现自然界中的异黄酮类化合物多集中在豆科蝶状花亚科的植物中，大豆中不仅异黄酮含量高而且组分多，其中富含生物效价比较高的染料木苷等。
另外，大豆中还含有多种对人体有益的活性功能成分，例如大豆皂苷、大豆低聚糖和大豆浓缩蛋白等。其中大豆皂苷(Soyasaponins)是生物活性因子，其化学结构为五环三萜类，属三萜类齐墩果酸型皂苷，是由一系列物质组成的混合物。国内外的研究已经证明，大豆皂苷具有抗脂质氧化、抗自由基、增强免疫调节、抗肿瘤、抗病毒等多种生理功能。目前已经应用于食品、药品、化妆品领域。由于它具有多种生理功能，具有较大的潜力和广阔的前景。
大豆浓缩蛋白是蛋白质含量70％左右的大豆蛋白粉，主要用作食品添加剂，因其含有大豆蛋白质，是人类蛋白质营养素的最经济最实惠的来源、又因为大豆浓缩蛋白具有一定的功能特性，比如它有保水、保油性、凝胶性、溶解性等，因此可应用到灌肠制品中。
大豆低聚糖是a-半乳糖苷类，主要由水苏糖四糖、棉子糖和毛蕊花糖等组成。成熟后的大豆约含有10％低聚糖。大豆低聚糖是一种低甜度、低热量的甜味剂，其甜度为蔗糖的70％，其热量是每克8.36千焦耳，仅是蔗糖热能的1/2，而且安全无毒。其保健功能主要是通便洁肠，促进肠道内双歧杆菌增殖。因此，低聚糖可治疗便秘、各种肠道疾病，调解人体肠道微生态平衡。另外，大豆低聚糖还具有降低血清胆固醇和保护肝脏的作用。
鉴于这些大豆产品的优异功能，希望能够以低成本同时获得大豆中的所有的功能因子。例如本申请人在专利申请CN02109533.7公开了从脱脂大豆粕中同时提取异黄酮、皂甙、低聚糖和蛋白的方法，采用了溶剂提取，而后通过柱层析和超滤膜分离技术得到低聚糖，通过梯度洗脱和重结晶技术得到大豆异黄酮和皂甙，通过应用多种生产技术，实现了豆粕中活性物质的完全分离提取。但该工艺仍然存在工艺复杂，成本较高的问题，特别是在大豆异黄酮的制备中还需要采用树脂吸附的工艺。
本发明人在上述研究的基础上，开发出一种适合于工业化生产的，以低成本、高产率和高纯度同时生产大豆异黄酮、大豆皂苷、大豆低聚糖和功能性大豆浓缩蛋白的改进方法。本发明的方法采用食用级乙醇，排除了影响产品用于食品的不利因素；同时采用醇沉水洗工艺，简化了生产工艺，节省了设备投资，降低了成本；本发明方法可以高产率获得的高纯度的产品，其中大豆异黄酮的纯度可高达94％。因此本发明的方法非常适合大规模工业化生产多种大豆活性功能因子。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合于工业化生产的，以高产率和高纯度同时生产大豆异黄酮、大豆皂苷、大豆低聚糖和功能性大豆浓缩蛋白等大豆活性功能因子的方法。
具体地，本发明的方法采用高浓度的醇对大豆提取液进行醇沉，将提取液体系中的大豆低聚糖进行初步分离。
本发明所用的术语“醇沉”是指用醇作为沉淀剂将溶液系统中的某一成分沉淀出来的工艺过程。
本发明的方法采用食用级醇，特别是乙醇进行原料的萃取、提取液的醇沉等工艺步骤，以确保产品符合食品的要求。
本发明的方法还包括将系统中所使用的溶剂如乙醇回收并循环利用。
更具体地，本发明制备大豆异黄酮、大豆皂苷、低聚糖和大豆浓缩蛋白的方法包括以下步骤(1)将脱脂大豆如脱脂豆粕或大豆胚芽用40-80％的乙醇溶液进行萃取，过滤后得到萃取液和萃取后的豆粕；(2)所述萃取液用微滤膜和超滤膜分离，得到截留液和透过液；(3)所述透过液经蒸发浓缩后得到的浓缩液按体积比(1∶4-6)兑入高浓度的醇进行醇沉处理，所述的醇可以是低级伯醇，例如甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇等，优选乙醇，包括无水乙醇或95％的乙醇，更优选95％的乙醇；(4)醇沉处理得到的沉淀层用水洗涤，离心分离得到的上层液进行脱色、浓缩后得到大豆低聚糖糖浆，将其进一步加工可得到大豆低聚糖粉；(5)醇沉处理得到的上层液经蒸发除去乙醇后加水离心分离，得到上清液和沉淀物，所述的沉淀物经后处理得到高纯度大豆异黄酮；(6)上述步骤得到的上清液用中极性或极性大孔树脂进行吸附分离，得到大豆皂苷；(7)第一步萃取过滤后得到的萃取后的豆粕经乙醇洗涤，蒸发除去溶剂后得到大豆浓缩蛋白(氮溶解指数NSI为5-10％左右)；所述的大豆浓缩蛋白加水调制成大豆蛋白乳，在选择性地进行加热处理之后，用中性蛋白水解酶处理，再经浓缩、喷雾干燥得到功能性大豆浓缩蛋白，其蛋白质含量≥70％，氮溶解指数NSI≥80％(8)步骤(2)所得到的截留液在回收乙醇后得到大豆蛋白乳状液，将该大豆蛋白乳状液与步骤(7)制备大豆浓缩蛋白工艺调制成的大豆浓缩蛋白乳合并，用于制备功能性大豆浓缩蛋白。
本发明方法所使用的原料是大豆的任何脱脂产品，例如脱脂大豆粕或大豆胚。
本发明方法中所述的萃取步骤可以是间歇式进行，也可以连续方式进行。当所述萃取步骤连续进行时，可采用逆流连续萃取设备，用逆流萃取的方式进行。即使溶剂从上住下进入，原料豆粕从下往上通过绞龙输送，萃取液在下端流出，萃取后的豆粕从上部排出。当其中的萃取步骤以间歇方式进行时，可将多个萃取罐串联或并联连接，其萃取方法可采用萃取逆流，或逆流与正向萃取相结合的方式，萃取方式的选择以达到快速传质效果为目的。无论采用那种萃取设备和萃取方式，萃取步骤通常在温度40-65℃下进行，萃取时间通常在3小时以上，例如3-6小时。
本发明的萃取液经过滤、浓缩后得到的提取液用高浓度的醇进行醇沉。本发明“醇沉”步骤的目的是用高浓度的醇沉淀提取液中的低聚糖。从而简化了整个工艺流程。在醇沉步骤前所进行的浓缩步骤中最好将提取液浓缩至糖度为15-35°。所谓“高浓度”醇是指在加入该醇之后，能使系统中的醇浓度达到80％以上，通常使用浓度在95％或95％以上的醇。所述的醇通常是低级伯醇，例如具有1-4个碳原子的伯醇，如甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇等，优选可食用的醇，如乙醇，特别是95％乙醇或无水乙醇，最优选95％的乙醇。醇沉步骤通常是先搅拌一段时间，再静置分层。醇沉工艺中进行搅拌是为了使醇与物料达到均质，以利于得到絮状物。因此醇沉工艺的搅拌速度不是关键，但搅拌速度不宜太快，例如可以将搅拌速度设定为20-60rpm，搅拌时间为20-60min。然后再于室温静置熟成2-6小时，使所述的絮状物彻底沉淀出来，分层成为上层液和沉淀层。
醇沉后得到的上清液经浓缩、水洗，离心分离，分离后获得的沉淀物经常规方法处理，例如真空干燥、粉碎、筛分后得到大豆异黄酮粉，该异黄酮的纯度可达到90％以上，优选为94％以上。
用本发明得到方法获得的、氮溶解指数NSI为5-10％左右的大豆浓缩蛋白可进行加热变性处理或不进行加热变性处理，然后进行酶水解，以得到高纯度的功能性大豆浓缩蛋白。其中所述的加热变性通常需要加热至85℃以上，然后冷却至45℃左右。所述的酶水解是用中性蛋白酶处理，所述处理方法是按酶与底物比1500-5000U/g加入中性蛋白酶，如木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、1398蛋白酶等，在温度为45-65℃反应3-6小时。
采用本发明方法制备大豆皂苷时用中极性或极性大孔树脂进行分离纯化。其中所述中极性或极性大孔树脂可以是苯乙烯系列或丙烯酸系列的树脂，例如，可以使用的极性大孔树脂如美国产AmberliteXAD-6、沧州宝恩化工有限公司产HPD-300等；可以使用的中极性大孔树脂如美国产Amberlite XAD-10、南开大学化工厂产ADS-15、AB-8等。
本发明方法中所使用的水，是经过不同程度纯化的水，例如纯净水、蒸馏水或反渗透水，作为工业用水，考虑到成本问题，优选使用反渗透水。
本发明的产物之一大豆浓缩蛋白的质量可以其蛋白质含量和氮溶解指数NSI控制，所谓氮溶解指数是指水溶性氮占总氮的百分率，氮溶解指数越高说明产品的可溶性越好，质量越高。
更具体地，本发明提取大豆活性功能因子的方法包括以下步骤1、制备高纯度大豆异黄酮(1)以脱脂大豆粕或大豆胚为原料，用40-80％乙醇溶液作为溶剂进行萃取，其料液比为1∶4-10，萃取温度为40-65℃，萃取时间为3-6小时；(2)萃取液通过粗过滤、经微滤膜和超滤膜精过滤得到透过液和截留液；将透过液浓缩同时蒸发回收乙醇后得到提取液(3)将该提取液浓缩至糖度为15-35°，按体积比1∶4-6加入95％乙醇进行醇沉处理，在20-60rpm搅拌20-60min，然后静置熟成2-6小时，得到上清液和沉淀物；(4)上述上清液经蒸发浓缩回收乙醇，得到浓缩液，按体积比1∶4-6加入水，在20-60rpm搅拌30min，于2000-4000rpm离心分离，得到沉淀物和上清液；
(5)上述沉淀物经负压真空干燥，粉碎后筛分得到大豆异黄酮粉，异黄酮的纯度在90％以上；2、制备大豆低聚糖将上述步骤(3)得到的沉淀层用2-6倍水洗涤，搅拌(20-60rpm)20-30min，经活性炭脱色、真空浓缩得到大豆低聚糖糖浆，总糖度大于75％。
干燥粉碎后可得到大豆低聚糖粉。
3、制备大豆皂苷(1)将上述制备大豆异黄酮的步骤(4)所得到的上清液用中极性或极性大孔树脂进行吸附分离，未被吸附的流出液与1、制备高纯度大豆异黄酮的步骤(3)得到的沉淀层合并，用于制备大豆低聚糖；(2)用50-60％的乙醇溶液进行解吸，得到解吸液；(3)该解吸液经蒸发处理回收乙醇，得到的浓缩液进行喷雾干燥得到大豆皂苷粉，纯度大于75％。
4、制备功能性大豆浓缩蛋白(1)经萃取后的脱脂大豆粕，用料液比1∶2-6的90％乙醇溶液进行洗涤，得到的洗涤液与萃取液合并，萃取后的大豆粕经脱溶处理，再进行负压干燥、粉碎、筛分得到大豆浓缩蛋白，其氮溶解指数在5-10％左右；(2)将上述大豆浓缩蛋白用水按料液比1∶8-12调制成大豆蛋白乳，在85℃以上加热使大豆蛋白变性，冷却至45℃后再进行酶水解，但也可以不经加热变性而直接进行酶水解。酶水解步骤按酶与底物比1∶1500-5000U/g向所述的大豆浓缩蛋白乳中加入中性蛋白酶，例如木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶或1398蛋白酶等，在温度45-65℃下搅拌反应4-6小时；(3)用加热的方式使水解液中的酶失活，得到酶水解大豆蛋白乳；将其浓缩、喷雾干燥得到功能性大豆浓缩蛋白，其蛋白质含量≥70％，NSI≥80％。
本发明的方法具有以下优点(1)引入醇沉步骤，简化了生产工艺，特别是简化了大豆异黄酮的生产工艺，提高了产品纯度；(2)同时获得多种产品，使原料得到充分利用；(3)使用可食用的醇，特别是乙醇作为萃取和各种处理的溶剂，避免了产品的污染，使得到的产品完全符合食用标准；(4)各生产工序中使用的乙醇均可回收和循环利用，降低了生产成本；(5)此生产方法没有酸碱排放，符合环境保护要求。
图1是本发明方法的工艺流程图。
具体实施例方式
下面用具体实施方式
进一步说明本发明的方法，可以理解的是，本发明的具体实施方式
不会构成对本发明保护范围的任何限制。实施例1醇沉法分离纯化大豆异黄酮、大豆皂苷、大豆低聚糖和功能性大豆浓缩蛋白(1)称取低温脱溶豆粕400克，分装在四个1000ml具塞三角瓶中，分别加入70％乙醇溶液600ml，摇均后放在60±2℃的水浴锅中，每隔10min摇一次瓶，三小时后取出三角瓶，用200目筛过滤，得到过滤液和萃取后的豆粕；(2)重复上述步骤，合并各次的过滤液，此称为萃取液A；同时得到萃取后的豆粕；(3)萃取液A用美国pall公司生产的小型超滤装置，氧化锆无机膜元件，孔径为20nm，膜压力设定为20psi(0.14Mpa)，流速设定为7-7.5ml.min-1，得到截留液C和透过液B。透过液B用旋转式负压蒸发装置浓缩至糖度为35°，得到浓缩液D 170ml，同时回收乙醇；(4)向浓缩液D中加入95％乙醇1020ml，在常温(20-25℃)搅拌30min，静止熟成3小时，自然分离，醇沉后得到上层液E和沉淀层F 86克。上层液E用旋转式负压蒸发装置回收乙醇，得到浓缩液G，为151ml；(5)向浓缩液G中加入755ml蒸馏水，用搅拌器搅拌(30rpm)20min，用LD5-10离心机分离(3000rpm)15min得到沉淀物H和上清液I。沉淀物H经真空干燥(0.096Mpa)1.5小时得到0.52克含量为93.5％大豆异黄酮；(6)醇沉步骤(4)的沉淀层F用516ml蒸馏水洗涤、过滤，用核桃木活性炭脱色处理后，用旋转式负压蒸发装置浓缩得到低聚糖糖浆68ml(总糖度为85％)；(7)上清液I过AB-8(南开大学化工厂)大孔树脂柱，过柱45min，进行吸附分离，再用蒸馏水洗到糖度为零度，然后用50％的乙醇溶液进行解吸，得到解吸液215ml，用旋转式负压蒸发装置回收乙醇，得到浓缩液J，将浓缩液J用负压真空干燥(0.096Mpa)1.5小时得到大豆皂苷1.76克，含量为70％；(8)萃取后的豆粕经干燥处理后，粉碎、筛分得到305克大豆浓缩蛋白[蛋白质(干基)72.1.5％，NSI 5.6％]；(9)将上一步骤制得的大豆浓缩蛋白50克加入1000ml烧杯中，按料液比1∶1 5加入蒸馏水，置于水浴锅，以酶与底物比3500单位/克加入木瓜蛋白酶，水浴温度调到60℃、搅拌30rpm、水解3小时，蒸沸5min，用负压真空干燥装置浓缩1.5小时，温度60±2℃，真空度调至0.096Mpa、，取出后自然冷却，用粉碎机粉碎、筛分得到48克功能性大豆浓缩蛋白(NSI 81.5％)。
实施例2醇沉法分离纯化大豆异黄酮、大豆皂苷、大豆低聚糖和功能性大豆浓缩蛋白的工业化生产性实例(1)从进料口中放入低温脱溶大豆粕，采用逆流连续萃取设备及超声装置进行萃取，调节进料速度为300Kg/小时，溶剂流速为800Kg/小时，萃取温度为60℃，萃取液经输液离心泵输送到过滤机组。
(2)萃取液经粗过滤、精过滤由泵送入到贮存罐中，得到萃取液A。
(3)截留10t萃取液A用美国pall公司生产的Membralox孔径为5.0μm(2-氧化铝)的微滤装置和Membralox孔径为20nm(氧化锆)超滤装置，进行微滤和超滤处理，压力为0.14Mpa、流速设定为100Kg.min-1，得到透过液B和截留液C。透过液B用降膜式蒸发器回收乙醇并同时浓缩，温度为60℃、压力为0.095Mpa，得到浓缩液D为0.76吨。
(4)浓缩液D用泵输送到醇沉罐中，缓缓加入95％乙醇3.8t，在常温(20-25℃)下搅拌30min、静止熟成3小时，自然分离，醇沉后得到上层液E和沉淀层F 0.39t。上层液E用降膜式蒸发装置回收乙醇，得到浓缩液G为0.65t；(5)向浓缩液G中加入3.25t反渗透水，搅均(30rpm，20min)，用GQ142G型管式离心机分离得到沉淀物H和上清液I。沉淀物H装入干燥盘中送入到真空干燥箱中，压力为0.096Mpa，温度为60℃，干燥1.5小时后用粉碎机粉碎，振动筛筛分，得到2.16kg含量为91.2％大豆异黄酮；(6)醇沉步骤(4)的沉淀层F，用2.1t反渗透水洗涤、过滤，缓缓通过活性炭脱色柱进行脱色处理后，用浓缩罐蒸发浓缩得到低聚糖糖浆145kg(总糖度为80％)；(7)上清液I过AB-8(南开大学化工厂)大孔树脂柱，进行吸附分离，再用反渗透水洗涤至糖度为零度，然后用50％的乙醇溶液进行通柱解吸，得到解吸液0.6t，用降膜式负压蒸发装置回收乙醇，得到浓缩液J，将浓缩液J用喷雾干燥，得到大豆皂苷7.5kg，含量为70％；(8)萃取后的豆粕经干燥处理后，粉碎、筛分得到大豆浓缩蛋白[蛋白质(干基)含量70.2％、NSI 5.6％]；(9)取(8)项中制得的大豆浓缩蛋白1吨，按料液比1∶15加入反渗透水，搅匀，用泵输送到闪蒸罐中，经85℃加热处理后，通过板式冷却器将温度降至65℃左右，由输液泵送入到水解罐中，以酶与底物比3500U/g加入木瓜蛋白酶，温度调到60℃、搅拌30rpm、水解3小时，然后蒸沸5min使酶失去活力，用泵输送到真空浓缩罐中浓缩，温度60±2℃、真空度调至0.096Mpa，然后用喷雾干燥机干燥，筛分得到965Kg功能性大豆浓缩蛋白(NSI 82.3％)。
现在已经详细描述了本发明的实施方案，对本领域技术人员来说很明显可以做很多改进和变化而不会背离本发明的基本精神。所有这些变化和改进都在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.制备大豆异黄酮、大豆皂苷、低聚糖和大豆浓缩蛋白的方法，该方法包括以下步骤(1)将脱脂豆粕或大豆胚用40-80％的乙醇溶液进行萃取，过滤后得到萃取液和萃取后的豆粕；(2)萃取液经过滤和用微滤膜和超滤膜分离，得到截留液和透过液；(3)透过液经蒸发浓缩后得到的浓缩液按体积比(1∶4-6)加入高浓度的醇进行醇沉处理，得到上层液和沉淀层，其中所述的醇是低级伯醇；(4)醇沉处理得到的沉淀层用水洗涤，离心分离得到的上层液在脱色、浓缩后得到大豆低聚糖糖浆，进一步加工可得到大豆低聚糖粉；(5)醇沉处理得到的上层液经蒸发除去溶剂后加水离心分离，得到上清液和沉淀物，所述的沉淀物经处理后得到高纯度大豆异黄酮；(6)上述步骤得到的上清液用中极性或极性大孔树脂进行吸附分离，得到大豆皂苷；(7)第一步萃取得到的萃取后的豆粕经乙醇洗涤，蒸发除去溶剂后得到大豆浓缩蛋白(氮溶解指数NSI为5-10％左右)；将所述大豆浓缩蛋白加水调制成大豆蛋白乳，经加热和用中性蛋白水解酶处理，得到功能性大豆浓缩蛋白，其氮溶解指数NSI≥80％。
2.按照权利要求1制备大豆异黄酮、大豆皂苷、低聚糖和大豆浓缩蛋白的方法，其中的萃取步骤可以间歇进行，也可以连续进行。
3.按照权利要求2制备大豆异黄酮、大豆皂苷、低聚糖和大豆浓缩蛋白的方法，其中所述萃取步骤连续进行时，可采用逆流连续萃取设备，用逆流萃取方式进行。
4.按照权利要求2制备大豆异黄酮、大豆皂苷、低聚糖和大豆浓缩蛋白的方法，其中萃取步骤间歇式进行时可将萃取罐串联或并联连接，以及可采用逆流萃取，或逆流与正向萃取相结合的方式，以达到快速传质的效果。
5.按照权利要求1制备大豆异黄酮、大豆皂苷、低聚糖和大豆浓缩蛋白的方法，其中的萃取步骤在40-65℃的温度范围进行。
6.按照权利要求1制备大豆异黄酮、大豆皂苷、低聚糖和大豆浓缩蛋白的方法，其中步骤(2)所得到的截留液在回收乙醇后得到大豆蛋白乳状液，将该大豆蛋白乳状液与步骤(7)制备功能性大豆浓缩蛋白工艺中所调制的大豆浓缩蛋白乳合并，用于制备功能性大豆浓缩蛋白。
7.按照权利要求1制备大豆异黄酮、大豆皂苷、低聚糖和大豆浓缩蛋白的方法，其中所述醇沉步骤采用的低级伯醇优选乙醇。
8.按照权利要求7制备大豆异黄酮、大豆皂苷、低聚糖和大豆浓缩蛋白的方法，其中所述的乙醇是95％的乙醇。
9.按照权利要求1制备大豆异黄酮、大豆皂苷、低聚糖和大豆浓缩蛋白的方法，其中所述醇沉步骤中的高浓度醇是指加入该醇后系统中该醇的浓度达到80％以上。
10.按照权利要求1制备大豆异黄酮、大豆皂苷、低聚糖和大豆浓缩蛋白的方法，其中所述大豆浓缩蛋白的酶处理方法是按酶与底物比1500-5000U/g加入中性蛋白酶，并在温度45-65℃进行反应。
全文摘要
本发明公开了由脱脂大豆如大豆脱脂豆粕或胚中提取多种大豆活性功能因子，即大豆异黄酮、大豆皂苷、大豆低聚糖、功能性大豆浓缩蛋白的方法。更具体地，本发明涉及采用食用级醇溶液，例如乙醇溶液萃取大豆脱脂豆粕，得到的提取液经浓缩后进行醇沉，通过常规的精制方法获得高纯度的大豆异黄酮、大豆皂苷、大豆低聚糖和功能性大豆浓缩蛋白。本发明的方法采用无毒、无副作用的食用级乙醇做为萃取剂，从而保证了产品的安全性；特别是采用了醇沉方法简化了工艺，提高了产品质量，降低了生产成本。本方法适用于产业化生产大豆活性功能因子。
文档编号C07D311/36GK1683362SQ200510011328
公开日2005年10月19日 申请日期2005年2月7日 优先权日2005年2月7日
发明者许浮萍, 白志明, 关海君, 杨学军, 陈华滨, 王哲, 张博坤, 汤永群 申请人:黑龙江双河松嫩大豆生物工程有限责任公司