豌豆淀粉与蛋白质联产加工工艺的优化范文

摘要

对豌豆淀粉与蛋白质联产加工工艺的优化进行了研究。单因素和正交试验结果分析表明,豌豆淀粉与蛋白质的综合得率的最佳工艺参数为:碱液浓度75mmol/L,浸提时间18h,浸提温度30℃,料液比1︰18(g/mL),在此条件下,豌豆淀粉得率可达78.0%,纯度为86.4%,豌豆蛋白质得率可达61.9%,纯度为79.4%,基本实现了豌豆淀粉与蛋白的综合加工利用。

关键词

豌豆;淀粉;蛋白;联产加工

豌豆（Pea），学名PisumsativumL.，又名毕豆、荷兰豆、麦豆等，属豆科植物。其主要成分为淀粉和蛋白质，这两种成分由于其特殊的功能性质受到越来越广泛的关注。豌豆淀粉中直链淀粉含量比较高（33%左右），具有热黏度高、凝胶透明度高以及凝胶强度强等优良性能，是制作粉丝、粉皮等的良好原料[1-4]。豌豆蛋白的营养价值较高，含有人体所需的必需氨基酸，并且功能性质优良，可应用于面制品、肉制品、饮料、方便食品和冷冻食品等领域，因此，具有良好的应用潜力和广阔市场[5-7]。目前，国内外在豌豆的加工利用方面普遍存在只注重豌豆淀粉的制备与利用而忽视了豌豆蛋白的回收与利用的问题，因为若直接从豌豆淀粉生产的废水中回收蛋白质，不仅回收率低，而且蛋白品质较差，仅可以用于饲料；若采用超滤反渗透技术则生产费用昂贵，无法实现工业化生产[8-9]，因此，如何高效低廉综合利用豌豆淀粉与蛋白是豌豆加工中亟需解决的问题。针对上述豌豆加工中存在的问题，试验研究了豌豆淀粉和蛋白质联产加工的工艺路线和参数优化，以豌豆淀粉和蛋白质的综合得率为指标，探讨碱液浓度、浸提温度、浸提时间及料液比对综合得率的影响，并通过正交试验优化工艺条件，为豌豆的高值化综合利用奠定基础。

1材料与方法

1.1材料与试剂豌豆：市售；浓硫酸、NaOH、HCl、CuSO4、K2SO4、次甲基蓝、乙醚、无水乙醇、硼酸：分析纯，国药集团试剂公司。

1.2主要仪器与设备低速离心机：LD5-10型，北京医用离心机厂；pH计：DELTA320型，梅特勒-托利多仪器有限公司；数显鼓风干燥箱：GZX-9070MBE型，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；集热式恒温加热磁力搅拌器：DF-101S型，巩义市英峪予华仪器厂；真空冷冻干燥箱：DZF-6020型，上海精宏实验设备有限公司；电子天平：MP-200A型，上海仪器厂；定氮仪：KDN-2C型，上海纤检仪器有限公司；电热恒温水浴锅：HHS型，上海博讯实业有限公司医疗设备厂。1.3方法

1.3.1工艺流程

1.3.2豌豆淀粉与蛋白联产加工工艺称取豌豆1.0kg，加入清水5.0kg，在室温下浸泡24h，去皮后使用胶体磨处理2次后收集所得浆液备用。将所得浆液按一定的料液比与NaOH溶液相混合，在一定的温度下搅拌浸提一定的时间，浸提完毕后用100目筛对浆状物过滤以除去粗纤维素等物料，并在5000r/min的转速下将过滤后的浆状物离心15min，以获得上清液（蛋白液）和淀粉浆。所得淀粉浆经去离子水洗涤至中性后在40.0℃温度下热风干燥，将干燥后的淀粉粉碎、过120目筛后得到豌豆淀粉；蛋白液调pH至4.5进行酸沉，离心后所得蛋白质沉淀洗涤3次后进行复溶，经冻干燥处理后可得豌豆蛋白。采用公式（3）计算豌豆淀粉、蛋白质的综合得率。

1.3.3单因素试验

1.3.3.1碱液浓度对豌豆淀粉和蛋白质综合得率的影响将胶体磨处理所得浆液在40℃下，按料液比为1︰18（g/mL）的比例，分别加入12.5，25，50，75和100mmol/L的NaOH溶液，浸提12h，研究碱液浓度对综合得率的影响。

1.3.3.2浸提温度对豌豆淀粉和蛋白质综合得率的影响将胶体磨处理所得浆液在NaOH溶液浓度为0.05mol/L、料液比1︰18（g/mL）、搅拌时间12h条件下，比较20℃，30℃，40℃，50℃和60℃不同温度下豌豆淀粉和蛋白质的综合得率。

1.3.3.3浸提时间对豌豆淀粉和蛋白质综合得率的影响将胶体磨处理所得浆液在40℃、料液比1︰18（g/mL）条件下，用0.05mol/LNaOH溶液对浆液分别浸提6，12，18，24和30h，分析不同浸提时间对综合得率的影响。

1.3.3.4料液比对豌豆淀粉和蛋白质综合得率的影响将胶体磨处理所得浆液分别按1︰6，1︰12，1︰18，1︰24和1︰30（g/mL）的料液比与0.05mol/L的NaOH溶液混合，在40℃条件下搅拌12h，研究料液比对综合得率的影响。

1.3.4最佳分离条件的确定根据单因素试验结果及考虑产业化生产的成本和效率，以豌豆淀粉和蛋白质的综合得率为指标，选用L9(34)正交表进行正交试验，并进行方差分析以获得最佳联产加工工艺参数。因素水平见表1。

1.3.5豆淀粉和蛋白质得率计算为方便综合考察加工工艺对豌豆淀粉与蛋白得率的影响，根据豌豆中淀粉与蛋白质的含量将淀粉和蛋白质隶属度分别定为0.6和0.4。

1.3.6成分测定方法淀粉的测定：采用GB/T5009.9—2008中酸水解法进行测定[10]；蛋白质含量的测定：采用GB5009.5—2010中凯氏定氮法进行测定[11]；水分的测定：采用GB5009.3—2010中直接干燥法进行测定[12]；灰分含量：采用GB5009.4—2010进行测定[13]；脂肪含量：采用GB/T5512—2008中索氏抽提法进行测定[14]。

2结果与分析

2.1豌豆基本组成成分由表2可知，豌豆中的主要成分为淀粉与蛋白质，其含量分别为48.2%与23.4%，而脂肪含量仅为1.5%，因此，与大豆相比，豌豆是一种良好的淀粉和蛋白质资源，研究其淀粉与蛋白的综合利用对提高豌豆的附加值具有显著意义。

2.2碱液浓度对豌豆淀粉和蛋白质综合得率的影响由图1可知，当碱液浓度为75mmol/L时，豌豆淀粉和蛋白的综合得率可达到72.4%，但若碱液浓度过高会使得淀粉发生糊化，造成豌豆粉和水的糊状物过于黏滞[15]，甚至导致蛋白质与淀粉分子之间发生相互作用，从而不利于其淀粉与蛋白质的有效分离，同时，在高碱液浓度下，蛋白质易于发生美拉德反应[16]和胱赖反应，影响蛋白质的营养和应用价值，因此确定较佳碱液浓度为75mmol/L。

2.3浸提温度对豌豆淀粉和蛋白质综合得率的影响浸提温度可显著影响物料中组分迁移的速率和溶解性，由图2可知，当浸提温度由20℃升高至50℃时，豌豆淀粉和蛋白质的综合得率从32.8%上升至71.9%，而当升温至60℃时，综合得率反而略微下降，这可能因为豌豆淀粉开始糊化的温度为55.8℃~61.4℃[17-18]，因此，在60℃条件下，淀粉发生糊化后使得溶液的黏度增加，导致淀粉和蛋白质包裹在一起，阻碍了蛋白质的分离提取，从而造成综合得率的降低，因此，确定较佳浸提温度为50℃。

2.4浸提时间对豌豆淀粉和蛋白质综合得率的影响图3结果表明，随着浸提时间的延长，豌豆淀粉和蛋白质的综合得率显著增加，当浸提时间超过18h后，淀粉和蛋白质的溶出率已达到动态平衡，增加趋势减缓，因此，从成本和效率的角度考虑，可取浸提时间为18h。

2.5料液比对豌豆淀粉和蛋白质综合得率的影响由图4可知，随着料液比的增大，豌豆淀粉和蛋白质的综合得率呈增加趋势，这主要是因为，在低料液比的环境下，物料变得黏稠，流动性差，难于搅拌，导致料液体系分散不均匀，不利于淀粉和蛋白质的充分溶解，所以此时的得率较低。但当料液比达到1︰24（g/mL）后，得率增加不明显，同时过多的碱液会增加生产的成本也造成大量的废水排放，故选择料液比为1︰24（g/mL）左右为宜。

2.6最佳试验条件确定以豌豆淀粉和蛋白质的综合得率为指标进行正交试验，所得正交试验结果和方差分析如表3~4所示。方差分析结果表明，A，B，C和D四因素中A为极显著，B和D为一般显著，C为不显著，对应各个因素对豌豆淀粉和蛋白质综合得率的显著顺序为NaOH浓度＞浸提时间＞料液比＞浸提温度，再根据极差分析可得出最佳的工艺条件为A3B3C1D2，即豌豆淀粉和蛋白质联产加工的最佳工艺参数为：碱液浓度75mmol/L，浸提时间18h，浸提温度30℃，料液比1︰18（g/mL），经验证试验可知，在此条件下，豌豆淀粉得率为78.0%，测定其纯度（干基）为86.4%，豌豆蛋白质得率为61.9%，测定其纯度（干基）为79.4%，由此可得在该工艺参数下联产制备的淀粉和蛋白质基本可满足食品等行业的加工要求。

3结论

1)试验采用碱溶酸沉联产加工技术对豌豆淀粉和蛋白质进行综合分离提取，并在单因素试验的基础上进行了正交试验，通过极差分析和方差分析可得联产加工的最佳工艺参数为：碱液浓度75mmol/L，浸提时间18h，浸提温度30℃，料液比1︰18（g/mL），在此条件下，豌豆淀粉得率为78.0%，纯度（干基）为86.4%，豌豆蛋白质得率为61.9%，纯度（干基）为79.4%。2)上述试验结果表明采用该技术可高效低廉的实现淀粉和蛋白质的联产加工制备，有利于工业化生产，从而为豌豆的高值化综合加工利用奠定了基础。下一步将对所得淀粉和蛋白质的理化性质进行系统研究，以便为其应用提供理论指导。

作者：张燕鹏 曹杨 庄坤 丁文平 单位：北京国信桥通信工程有限公司