利用菜籽饼粕生产复合氨基酸的研究

第 8期 1999年 8月 ／ ’ ， ； 中 国 调 味 品 CH ESEoDNDⅡ加巳NT No 8 Aug．1999 ； 一利用菜籽饼 生产复合氨基酸的研究 s5}f 。 蛋 室 驯＼芬 7 摘要：众多的研究表明．菜籽蛋白对^具有很高的营养价值．其氮基醢蛆成和wH "IAO推荐的比 例报接近 。文介绍了以董籽饼拍为原料．甩酶一酸两步水解法生产复合氮基醯的方法．对原料的选 择处理、酶解以及醯解条件、沉-症剂的使用等方面进行 了研 究和探讨，建立 了生产氮基醯的工 艺路 羹誊遴鲨 量 氮始 卿价饲料 关键词：董籽饼拍酶竖碹 解脱毒复合氮基醯 舞最西 、叶 A act：Many study w0rb that C}-e啪 p。d吐ons of r8P p工 七萆i are、high value f击 hu一： tnan health aDd most ck8e的 the“ m ended o蛐 口0 石0．1s by WHO／TAO In this paper,the method forpreparing complex amino dsfrom eed calm hrdrolm~d by pmteinase andHCL intro- duced．The suitable hydroly~ oonditiona O Iapeseed cakes．preclpltants and how the raw mater~ (rapese。d但k )was Ice～processed w雠 studied and reported．A。p西n technology[or prcdue— jrI曙吼mpIex amino adds were tested． Kev words；Rapeseed cake E~ ,molysls Hyclrochlodc aeld detoxiclty Ccrnp[ex amino aclds 0 前言 油菜籽是我国主要油料作物之一，近几 年我国菜籽产量一直高居世界之首。1996 年年产菜籽 920．1万吨，1997年年产 957．8 万吨．约占世界年总产值的30％左右‘11。 菜籽榨油后 的饼粕约 占菜籽总量的 55％[z1 ，因而．我国每年约有 500万吨左右废 弃的饼粕。菜籽饼粕中含有35％--45％的蛋 白质．且菜籽蛋白质为全价蛋白质，几乎不存 在限制氨基酸．蛋氮酸、胱氮酸含量尤为高于 其它植物蛋白。菜籽蛋白效率比值(PER)为 3 -- 3 5．醅蛋白的PER值为2 5．菜籽蛋白消化 率(TD)为 95％～100％．大豆蛋白TD值为 88％～95％，鸡蛋 TD值为 92％～93％H J，而 且菜籽蛋白的氨基酸组成与世界卫生组织和 粮农组织(wH TAO)所推荐的比例非常接 近。可见，菜籽蛋白营养价值等于或优于动物 和其它植物蛋白．是优质的植物蛋白资源。但 是．由于菜籽饼中含有硫甙葡萄糖苷、异硫氰 酸酯、恶唑烷硫酮、植酸等有害成分，不宜食用 和饲用．因此长期以来未能得到很好的利用。 所以，进行菜籽蛋白的研究与开发具有巨大的 社会效益和经济效益。 早在70年代，美国、加拿大、英国等国家 的科学家就对菜籽蛋白资源的开发利用进行 了大量的研究．研究主要集中在脱毒、蛋白提 纯、食品加工、饲料加工以及营养效价等方 面。我国虽然菜籽产量很大，高居世界首位． 但对菜籽饼的进一步加工利用研究很少，到 目前为止，我国对菜籽饼资产氨基酸的研究 报道很多，但以菜籽饼粕为原料生产氨基酸 的研究还很少。菜籽饼粕中含有高质量的优 质蛋白，以它作为生产氨基酸的原料质优价 廉，我们于 1997年承担“九 五”科技攻关项 目以来．进行了利用菜籽饼粕生产复合氨基 酸的研究，取得了一定的进展，现如下。 1 材料与方法 1．1 仪器、原料及试剂 1．1．1 仪器 电热恒温水浴锅、D25—13型电动搅拌 机、恒温水解装置、凯氏定氯仪、旋转薄膜蒸 发器、244型高效液相色谱仪、PHs一25型酸 维普资讯 http://www.cqvip.com 第8期 试验报告 利用菜籽饼粕生产复台氨基酸的研究 19 度计、恒温干燥箱。 1．1．2 原料 菜籽饼粕分别来源于江苏盐城、河南新 乡、湖南泪罗、湖北应城。 1．1．3 试剂 2709碱性蛋白酶(活力 10万单位／克天 津市酶制剂厂生产)、浓盐酸、氢氧化钠、乙 醇、活性炭、甲醛等。 l_2 实验方法 l_2．1 确定工艺流程 工艺流程如下： 原料预处理一酶解一酸解一过滤一赶酸一脱色 一沉淀一沉淀物再溶解一脱色一沉淀一千燥一成品 1．2．2 确定实验中的主要因素及有关参数 酶解过程中酶用量、酶解时间以及环境 条件的确定；酸解过程中盐酸浓度及水解时 间的确定；后处理条件的确定。 1．2．3 分析方法 氪基酸态氮按现行的甲醛滴定法(用酸 度计)测定；氨基酸组成用 244一型高效液相 色谱仪分析：异硫氰酸酯按国标 GB13087-- 91方法测定；恶唑烷硫酮按国标 GB13089--- 91方法测定。 2 结果与讨论 2．1 整个工艺流程中各因素的影响及主要 参数的确定 2．1．1 原料的选择及预处理 对不同来源的菜籽饼原料进行了蛋白 质、碳水化合物、脂肪、水分含量分析(见表 1)，最终选用蛋白质含量高、碳水化合物和脂 肪含量少(湖北应城)的菜籽饼粕做为试验材 料。 表 l 不同来源的菜籽饼成分比较f％) 样品来源蛋白质古量脂肪古量碳奎化喜物水艏量 日 出 胡南新 39．30 9．92 32 90 10．52 胡北应城 加．90 1．26 32．22 8． 江苏盐城 39．20 1．83 31．67 9．66 粥南旧罗 34．08 9．63 33．45 9．81 将所选菜籽饼粕粉碎后过60目筛，除掉 一 部分菜籽壳后可以提高实验材料的蛋白质 含量．同时也能减少色素的生成。另外将原 料经 108℃热处理 10分种．既能起到脱毒作 用，防止有毒物质的进一步生成。 2．1．2 酶用量和酶解时间的确定 将菜籽饼粉与缓冲液(pH=8)按一定比 例混合均匀后加入不同量的蛋白酶．在 5O℃ 的条件下进行酶解，定时取样．用甲醛滴定法 测定酶解液中氨基酸态氮含量，确定最佳酶 用量。实验结果(图 1)表明，随着酶用量的 增加．水解液中氨基酸的含量明显增加．当酶 用量达到一定值时，随着酶量的增加水解液 中氨基酸的含量增加不明显或不再增加，确 定最佳酶用量为 10000单位／克原料．酶解时 间为 2小时。 0 l8 0 i6 0 L O l2 0 1 0 O8 0 06 0 0d O 02 囝l 酶量与水解程度关系曲线 2．1．3 酸解试验及有关参数的确定 按最佳酶解条件酶解后加入浓盐酸．盐 酸浓度分别采用 4too1．L。。、6too1．L一，另外 采用 10too1．L-1盐酸不经酶解而直接水解， 所有试验晟终液比均为5：1，然后在 ll0'U条 件下进行回流水解．定时取样，用甲醛滴定法 测定水解液中氨基酸态氮含量。绘制水解液 中氨基酸态氮含量与水解时间关系曲线，氨 基酸态氮含量达到最大值(即氨基酸含量达 聋^ *【山。三 爰瓶柏鑫车麟 维普资讯 http://www.cqvip.com 中 国 调 味 品 总第 246期 到最大值)时为水解终点，确定所使用的盐酸 浓度及水解时间。结果表明(见图2)：采用 4mo1．L-1的盐酸水解时．水解速度慢、耗时 长、氨基酸生成率低．约需 30个小时才能达 到水解终点；用 6too1．L 的盐酸水解时，水 解速度加快，在连续水解 16小时时达到水解 终点，且氨基酸生成率也相对提高：而采用 10too1．LI1的盐酸水解时，连续水解 6小时 即达到水解终点．超过 7小时时水解液中氨 基酸含量急剧下降．虽然采用此浓度水解菜 籽饼氨基酸生成率最高，但是考虑到强酸对 设备腐蚀性强、水解终点不好控制以及成本 相对较高等原因，我们最终选用 6too1．L-1的 盐酸进行水解，水解时间确定为 16小时。 U Z 4 6 8 【0 l2 l4 【6 l8 20 22 24 水解 日 i'd J ") 田 2 水解液中氨基杖态氮含量 与水解时间关系曲线 2．1．4 后处理因素对实验结果的影响 后处理包括赶酸、脱色、中和、沉淀、干燥 等几个工艺。 原料被水解完后，将水解液过滤，然后采 用减压浓缩赶酸使滤液的 pH值达到 2左 右。在赶酸后的水解液中按 2％比侧加入活 性炭，90～100℃下搅拌脱色一定时间，趁热 过滤．再将脱色后的水解液用碱中和到 pH 等于7，加入一定量的乙醇后。在低温(O～ 4'C)下静置一定时间，让氨基酸完全沉淀下 来．除去上清液．沉淀物用pH值等于2的水 再溶解后．脱色、沉淀，在 6o℃条件下将沉淀 物干燥成粉末，此粉末即为复合氨基酸。采 用减压法赶酸能够在较低的温度下将水解液 中的盐酸脱除．防止水解作用进一步进行 以 及减小氨基酸的氧化、分解作用．减少产物的 破坏损失，提高产品得率。利用活性炭脱色 时，水解液的 pH值在酸性范围内、水解液温 度在8o～100"C时趁热加入活性炭并不断搅 拌脱色效果最好【2J，我们选用粉末状和颗粒 状活性炭进行脱色比较，结果粉末状活性炭 脱色效果较好．但粉末状活性炭对氨基酸吸 附作用较强．本试验曾进行脱色和不脱色后 一 次性沉淀的产品得率比较，结果用活性炭 脱色其吸附氨基酸的损失率为 19．5％。采 用乙醇作为沉淀剂配合等电点法沉淀氨基 酸，能显著地减小氨基酸的溶解度，提高氨基 酸的得率．且乙醇作为沉淀荆配合等电点法 沉淀氨基酸，能显著地减小氨基酸的溶解度， 提高氨基酸的得率，且乙醇可以回收。但乙 醇用量过大，会使水解液中的一些杂质(如色 素等)随着氨基酸沉淀下来．影响氨基酸的纯 度，采用50％的乙醇浓度可达到提高产品得 率的目的。 2．2 产品成分及含量分析 2．2．1 氨基酸组成及含量分析 经高效液相色谱仪分析，该产品中含有 19种氨基酸(见图 3及表 2)．其中含 7种必 需氨基酸，占氨基酸 总量的 31．2％，是氨 基 酸谱较好的产品。与去壳菜籽原料蛋白的氨 基酸组成相比(见表 3)，该产品中不含色氨 酸、半胱氨酸，而多出了胱氨酸、羟赖氨酸、羟 脯氨酸，这是因为在菜籽蛋白的水解过程中 色氨酸被酸解破坏掉，而羟赖氨酸、羟脯氨酸 是由赖氨酸、脯氨酸经羟化反应生成，半胱氨 酸在水解过程中被氧化生成胱氨酸。 2．2．2 产品分析 经本工艺生产的氨基酸产品色泽洁白． 纯度为94％，得率为 32％，经测定不含异硫 氰酸酯、恶唑烷硫酮等毒素。 一 藩* l山善H 一捌缸疆 哥矗 维普资讯 http://www.cqvip.com 第8期 试验报告 利用菜籽饼粕生产复合氨基酸的研究 21 表 2 产品中氨基酸组成殛含量 氯基酸名称 音量％ 氯基醴名静 含量％ 氨基酸名称 含量％ 天门冬氪酸 6．∞ 各氨酸 15l吕6 羟脯氨酸 0．脚 丝氨酸 6．40 甘氯醴 10．47 组氨醯 2．72 苏氪酸 0．62 精氪酸 5．47 丙氯醴 l2． 脯氨酸 9． 醋氯酸 2．05 龋氯酸 5．87 蛋氪醴 1．78 胱氨酸 0．49 异亮氨酸 3．23 亮氪酸 5．72 羟帻氪酸 1．31 苯丙氯醴 1．51 帻氪酸 1．03 2．3 讨论 2．3 1 在酸水解之前进行酶解的主要 目的 是将大分子的蛋白质初步酶解成多肽、寡肽 及少量氨基酸等物质，以使蛋白质的分解反 应更温和；同时，蛋白酶可将菜籽细胞壁、细 胞膜上的蛋白释放出来。酸对蛋白的水解比 较快速彻底，作用强烈，但随着水解时间的延 长，已生成的氨基酸脱氨、脱羧反应也越来越 强，井产生大量异味物质。这种负反应在高浓 度酸解时表现更为剧烈，当超过水解终点时， 氨基酸损失严重。 2．3．2 我们在初期工作中曾参照文献t3)的 方法进行实验，水解效果很不理想。氨基酸得 f 率较低，我们在此基础上进行了改进，增加了 表 3 击壳菜籽原料蛋白的氨基酸组成【B 注 ：B．nap∞ B．在 s l s B．juI1c瞌分别为不同的油 幕品种。 图 3 氨基酸图谱 (下转第 23页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 第8期 试验报告 醋糟栽培平菇的研究 表 3 不同配方的发菌速度比较 单位}era／天 2．2 不同配比对鲜菇产量的比较 由表2可看出，不同配比对产量有很大 影响，通过方差分析，不同配比对产量的影响 达极显著水平，(F=80．45 F(24)=18 2： 0．D1)为了进一步区分优劣对结果进行多重 比较，结果表明：50％配料产量与对照相近， 两者均优于 75％的处理。 表 4 不同配比的产量比较 单位：kg／袋 3 结论 综上所述，我们认为： 3．1 醋糟加上等量的麦杆，这一配方可以用 于生产。 3．2 5O％这一配方之所以优于75％这一配 方是因为前者 c／N接近于适宜菌丝生长的 c／N(20：1)。 3．3 生产的平香还可以用来生产平菇加鲜 酱油。 3．4 种菇后 的废料用于生产饲料有一定前 景。 参考文献 1．陈士俞编著 ．食用菌生产大全 1988年 农业 出版社 2．吕进，张杰武 种菇后 的废料养猪试验初报． 食用茁，1991．No．2 3．杨庆尧编著．食用苗生物学基础，上海科学 技术出版社．1981年 收稿日期}1998 10 (上接第21页)酶水解，提高了盐酸浓度，并改 用沉淀法分离氮基酸，结果明显地提高了氨 基酸得率，并简化了生产工艺。但该法中也 存在一些问，在沉淀物中发现一些难溶性 物质，这些物质的生成，可能是酸性条件下溶 于水解液中的二价金属离子在 pH值改变后 形成了难溶性聚合物，也可能与乙醇的加入 有关，这些难溶物质的形成在一定程度上影 响了氨基酸的得率与纯度。与离子交换树脂 法相比，虽然沉淀法成本低、工艺简单，但用 此法生产的氨基酸纯度不如树脂法的高，不 适合医用。但适于做食品添加剂使用。 3 小结 以本工艺生产氨基酸可以得到较高的产 品得率和较好的产品质量，该产品可以作为 饲料、食品添加剂，营养价值高，安全可靠，能 有效利用菜籽资源，减少浪费，并能取得一定 的经济效益。 参考文献 1．中国统计年鉴．1998年 2．张伟国等编著．(氯基酸生产技术及其应 用)。轻工出版社 3．陈均志 用菜籽饼粕生产食品强化剂——复 台氪基酸的研制．食品工业科技．1995(5)l0～l3页 4．蒋先明等．蚕蛹蛋白质的酶一 酸两步水 解．天然产物研究与开发．1996 VOL 8 NO 2 5．蒋孔霖 蛋白质酸水解终点的决定．氨基酸 杂志，l985(4)一30～40页 6．邹中华等．大豆氨基酸粉的生产工艺聂其特性 与应用．中国油脂，第2卷第1期． ～39页。1977年 7．王车礼等．菜籽粕脱毒提取菜籽蛋 白研兜进 展．中国油脂．第2卷，第2期．56--58页，1997年 8．Applied Science Publishers：Development In Food Protein一2．Edited bvB J F Hud蛐 ． Rapeseed Prote[n For Food U3e ⋯ l09～ l32． 9．／~ansoox—EH etc．Effct of t：kocessing On The Am~rmtri'dveFactors andNu试 吐veVa~vueofRa~ ,eed Products Food—Chemistry；l993，47(3)247—252 (其它略) 收稿日期：1999．5 维普资讯 http://www.cqvip.com