豌豆淀粉與蛋白質(zhì)聯(lián)產(chǎn)加工工藝的優(yōu)化研究
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張燕鵬，曹楊，莊坤*，丁文平
武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院（武漢430023）
摘要對(duì)豌豆淀粉與蛋白質(zhì)聯(lián)產(chǎn)加工工藝的優(yōu)化進(jìn)行了研究。單因素和正交試驗(yàn)結(jié)果分析表明，豌豆淀粉與蛋白質(zhì)的綜合得率的最佳工藝參數(shù)為：堿液濃度75 m mol/L，浸提時(shí)間18 h，浸提溫度30℃，料液比1：18 (g/m L)，在此條件下，豌豆淀粉得率可達(dá)78.0%，純度為86.4%，豌豆蛋白質(zhì)得率可達(dá)61.9%，純度為79.4%，基本實(shí)現(xiàn)了豌豆淀粉與蛋白的綜合加工利用。
關(guān)鍵詞豌豆；淀粉；蛋白；聯(lián)產(chǎn)加工
豌豆( Pea)，學(xué)名Pisum sativumL．，又名畢豆、荷蘭豆、麥豆等，屬豆科植物。其主要成分為淀粉和蛋白質(zhì)，這兩種成分由于其特殊的功能性質(zhì)受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。豌豆淀粉中直鏈淀粉含量比較高（33%左右），具有熱黏度高、凝膠透明度高以及凝膠強(qiáng)度強(qiáng)等優(yōu)良性能，是制作粉絲、粉皮等的良好原料。豌豆蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，含有人體所需的必需氨基酸，并且功能性質(zhì)優(yōu)良，可應(yīng)用于面制品、肉制品、飲料、方便食品和冷凍食品等領(lǐng)域，因此，具有良好的應(yīng)用潛力和廣闊市場(chǎng)。
目前，國(guó)內(nèi)外在豌豆的加工利用方面普遍存在只注重豌豆淀粉的制備與利用而忽視了豌豆蛋白的回收與利用的問(wèn)題，因?yàn)槿糁苯訌耐愣沟矸凵a(chǎn)的廢水中回收蛋白質(zhì)，不僅回收率低，而且蛋白品質(zhì)較差，僅可以用于飼料；若采用超濾反滲透技術(shù)則生產(chǎn)費(fèi)用昂貴，無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，因此，如何高效低廉綜合利用豌豆淀粉與蛋白是豌豆加工中亟需解決的問(wèn)題。 針對(duì)上述豌豆加工中存在的問(wèn)題，試驗(yàn)研究了豌豆淀粉和蛋白質(zhì)聯(lián)產(chǎn)加工的工藝路線和參數(shù)優(yōu)化，以豌豆淀粉和蛋白質(zhì)的綜合得率為指標(biāo)，探討堿液濃度、浸提溫度、浸提時(shí)間及料液比對(duì)綜合得率的影響，并通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝條件，為豌豆的高值化綜合利用奠定基礎(chǔ)。
1 材料與方法
1.1材料與試劑
豌豆：市售；濃硫酸、Na OH、HC1、CuSO4、K2SO4、次甲基藍(lán)、乙醚、無(wú)水乙醇、硼酸：分析純，國(guó)藥集團(tuán)試劑公司。
1.2主要儀器與設(shè)備
低速離心機(jī)：LD5-10型，北京醫(yī)用離心機(jī)廠；pH計(jì)：DELTA320型，梅特勒-托利多儀器有限公司；數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱：GZX-9070MBE型，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：DF-101S型，鞏義市英峪予華儀器廠；真空冷凍干燥箱：DZF-6020型，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；電子天平：MP-200A型，上海儀器廠；定氮儀：KDN-2C型，上海纖檢儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋：HHS型，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。
1.3方法
1.3.1 工藝流程
1.3.2豌豆淀粉與蛋白聯(lián)產(chǎn)加工工藝
稱取豌豆1.0 kg，加入清水5.0 kg，在室溫下浸泡24 h，去皮后使用膠體磨處理2次后收集所得漿液備用。將所得漿液按一定的料液比與Na OH溶液相混合，在一定的溫度下攪拌浸提一定的時(shí)間，浸提完畢后用100目篩對(duì)漿狀物過(guò)濾以除去粗纖維素等物料，并在5 000 r/min的轉(zhuǎn)速下將過(guò)濾后的漿狀物離心15 min,以獲得上清液（蛋白液）和淀粉漿。所得淀粉漿經(jīng)去離子水洗滌至中性后在40.0℃溫度下熱風(fēng)干燥，將干燥后的淀粉粉碎、過(guò)120目篩后得到豌豆淀粉；蛋白液調(diào)pH至4.5進(jìn)行酸沉，離心后所得蛋白質(zhì)沉淀洗滌3次后進(jìn)行復(fù)溶，經(jīng)凍干燥處理后可得豌豆蛋白。采用公式(3)計(jì)算豌豆淀粉、蛋白質(zhì)的綜合得率。
1.3.3單因素試驗(yàn)
1.3.3.1 堿液濃度對(duì)豌豆淀粉和蛋白質(zhì)綜合得率的影響
將膠體磨處理所得漿液在40 ℃下，按料液比為1：18( g/m L)的比例，分別加入12.5，25，50，75和100 m mol/L的Na OH溶液，浸提12 h，研究堿液濃度對(duì)綜合得率的影響。
1.3.3.2 浸提溫度對(duì)豌豆淀粉和蛋白質(zhì)綜合得率的影響
將膠體磨處理所得漿液在Na OH溶液濃度為0.05 mol/L、料液比1：18( g/m L)、攪拌時(shí)間12 h條件下，比較20 ℃，30℃，40℃，50℃和60 ℃不同溫度下豌豆淀粉和蛋白質(zhì)的綜合得率。
1.3.3.3 浸提時(shí)間對(duì)豌豆淀粉和蛋白質(zhì)綜合得率的影響
將膠體磨處理所得漿液在40 ℃、料液比1：18( g/m L)條件下，用0.05 mol/L Na OH溶液對(duì)漿液分別浸提6，12，18，24和30 h，分析不同浸提時(shí)間對(duì)綜得率的影響。
1.3.3.4料液比對(duì)豌豆淀粉和蛋白質(zhì)綜合得率的影響
將膠體磨處理所得漿液分別按1：6，1：12，1：18.1: 24和1：30( g/m L)的料液比與0.05 mol/L的Na OH溶液混合，在40 0C條件下攪拌12 h，研究料液比對(duì)綜合得率的影響。
1.3.4最佳分離條件的確定
根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果及考慮產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的成本和效率，以豌豆淀粉和蛋白質(zhì)的綜合得率為指標(biāo)，選用L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，并進(jìn)行方差分析以獲得最佳聯(lián)產(chǎn)加工工藝參數(shù)。因素水平見(jiàn)表1。
1.3.5豆淀粉和蛋白質(zhì)得率計(jì)算
為方便綜合考察加工工藝對(duì)豌豆淀粉與蛋白得率的影響，根據(jù)豌豆中淀粉與蛋白質(zhì)的含量將淀粉和蛋白質(zhì)隸屬度分別定為0.6和0.4，故綜合得率為：
1.3.6成分測(cè)定方法
淀粉的測(cè)定：采用GB/T 5009.9-2008中酸水解法進(jìn)行測(cè)定；蛋白質(zhì)含量的測(cè)定：采用GB 5009.5-2010中凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定；水分的測(cè)定：采用GB5009.3-2010中直接干燥法進(jìn)行測(cè)定；灰分含量：采用GB 5009.4-2010進(jìn)行測(cè)定；脂肪含量：采用GB/T 5512-2008中索氏抽提法進(jìn)行測(cè)定。
2結(jié)果與分析
2.1豌豆基本組成成分
由表2可知，豌豆中的主要成分為淀粉與蛋白質(zhì)，其含量分別為48.2%與23.4%，而脂肪含量?jī)H為1.5%，因此，與大豆相比，豌豆是一種良好的淀粉和蛋白質(zhì)資源，研究其淀粉與蛋白的綜合利用對(duì)提高豌豆的附加值具有顯著意義。
2.2堿液濃度對(duì)豌豆淀粉和蛋白質(zhì)綜合得率的影響
由圖1可知，當(dāng)堿液濃度為75 m mol/L時(shí)，豌豆淀粉和蛋白的綜合得率可達(dá)到72.4%，但若堿液濃度過(guò)高會(huì)使得淀粉發(fā)生糊化，造成豌豆粉和水的糊狀物過(guò)于黏滯，甚至導(dǎo)致蛋白質(zhì)與淀粉分子之間發(fā)生相互作用，從而不利于其淀粉與蛋白質(zhì)的有效分離，同時(shí)，在高堿液濃度下，蛋白質(zhì)易于發(fā)生美拉德反應(yīng)和胱賴反應(yīng)，影響蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)和應(yīng)用價(jià)值，因此確
定較佳堿液濃度為75 m mol/L。
2.3浸提溫度對(duì)豌豆淀粉和蛋白質(zhì)綜合得率的影響
浸提溫度可顯著影響物料中組分遷移的速率和溶解性，由圖2可知，當(dāng)浸提溫度由20℃升高至50℃時(shí)，豌豆淀粉和蛋白質(zhì)的綜合得率從32.8%上升至71.9%，而當(dāng)升溫至60℃時(shí)，綜合得率反而略微下降，這可能因?yàn)橥愣沟矸坶_始糊化的溫度為55.8℃~ 61.4℃，因此，在60℃條件下，淀粉發(fā)生糊化后使得溶液的黏度增加，導(dǎo)致淀粉和蛋白質(zhì)包裹在一起，阻礙了蛋白質(zhì)的分離提取，從而造成綜合得率的降低，因此，確定較佳浸提溫度為50℃。
2.4浸提時(shí)間對(duì)豌豆淀粉和蛋白質(zhì)綜合得率的影響
圖3結(jié)果表明，隨著浸提時(shí)間的延長(zhǎng)，豌豆淀粉和蛋白質(zhì)的綜合得率顯著增加，當(dāng)浸提時(shí)間超過(guò)18 h后，淀粉和蛋白質(zhì)的溶出率已達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，增加趨勢(shì)減緩，因此，從成本和效率的角度考慮，可取浸提時(shí)間為18 h。
2.5料液比對(duì)豌豆淀粉和蛋白質(zhì)綜合得率的影響
由圖4可知，隨著料液比的增大，豌豆淀粉和蛋白質(zhì)的綜合得率呈增加趨勢(shì)，這主要是因?yàn)�，在低料液比的環(huán)境下，物料變得黏稠，流動(dòng)性差，難于攪拌，導(dǎo)致料液體系分散不均勻，不利于淀粉和蛋白質(zhì)的充分溶解，所以此時(shí)的得率較低。但當(dāng)料液比達(dá)到1：24( g/m L)后，得率增加不明顯，同時(shí)過(guò)多的堿液會(huì)增加生產(chǎn)的成本也造成大量的廢水排放，故選擇料液比為1：24（g/m L）左右為宜。
2.6最佳試驗(yàn)條件確定
以豌豆淀粉和蛋白質(zhì)的綜合得率為指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)，所得正交試驗(yàn)結(jié)果和方差分析如表3～4所示。方差分析結(jié)果表明，A，B，C和D四因素中A為極顯著，B和D為一般顯著，C為不顯著，對(duì)應(yīng)各個(gè)因素對(duì)豌豆淀粉和蛋白質(zhì)綜合得率的顯著順序?yàn)镹a OH濃度>浸提時(shí)間>料液比>浸提溫度，再根據(jù)極差分析可得出最佳的工藝條件為A3B3C1D2，即豌豆淀粉和蛋白質(zhì)聯(lián)產(chǎn)加工的最佳工藝參數(shù)為：堿液濃度75 m mol/L，浸提時(shí)間18 h，浸提溫度30℃，料液比1：18(g／m L)，經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)可知，在此條件下，豌豆淀粉得率為78.0%，測(cè)定其純度（干基）為86.4%，豌豆蛋白質(zhì)得率為61.9%，測(cè)定其純度（干基）為79.4%，由此可得在該工藝參數(shù)下聯(lián)產(chǎn)制備的淀粉和蛋白質(zhì)基本可滿足食品等行業(yè)的加工要求。
3結(jié)論
1)試驗(yàn)采用堿溶酸沉聯(lián)產(chǎn)加工技術(shù)對(duì)豌豆淀粉和蛋白質(zhì)進(jìn)行綜合分離提取，并在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了正交試驗(yàn)，通過(guò)極差分析和方差分析可得聯(lián)產(chǎn)加工的最佳工藝參數(shù)為：堿液濃度75 m mol/L，浸提時(shí)間18 h，浸提溫度30℃，料液比1：18( g/m L)，在此條件下，豌豆淀粉得率為78.0%，純度（干基）為86.4%，豌豆蛋白質(zhì)得率為61.9%，純度（干基）為79.4%。
2)上述試驗(yàn)結(jié)果表明采用該技術(shù)可高效低廉的實(shí)現(xiàn)淀粉和蛋白質(zhì)的聯(lián)產(chǎn)加工制備，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，從而為豌豆的高值化綜合加工利用奠定了基礎(chǔ)。下一步將對(duì)所得淀粉和蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)研究，以便為其應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。
