超濾低溫豆粕乙醇萃取大豆異黃酮的研究

超濾低溫豆粕乙醇萃取大豆異黃酮的研究

膜分離技術是食品行業(yè)越來越受到重視的一種新分離技術。它具有材料無變形、低溫、低能耗等優(yōu)點。適合對熱敏性、耐味性和其他要求高的材料的濃縮分離。國內有用聚砜材質的有機膜分離大豆異黃酮的報道,其缺點是不耐高溫、高壓,不耐有機溶劑。無機膜分離技術是膜分離發(fā)展的一個新階段,相對于有機高聚物膜,具有耐高溫、抗酸堿腐蝕、抗微生物降解、易清洗、耐高壓和機械穩(wěn)定性好等優(yōu)點。無機陶瓷膜是經過高溫燒結的微孔材料為基體浸涂膜后再經燒結而成的一種致密多孔不對稱膜。膜參數(shù)不同,分離效果截然不同。無機膜分離是以壓力差為推動力,使小分子物質(異黃酮、皂苷、低聚糖)可以通過而大分子物質被截留(如蛋白質),從而除去雜質,提高大豆異黃酮純度。無機陶瓷膜按物質組成可分為氧化鋁膜、氧化鋯膜、氧化鈦膜、沸石膜及二氧化硅膜。按有無支撐體可分為支撐體膜和無支撐體膜,大部分陶瓷膜是支撐體膜,由多孔支撐體(如α-Al2O3、SiC陶瓷管、Vycor玻璃管)及覆蓋其上的孔徑逐漸變小的無機膜組成。本試驗采用氧化鋯晶體膜,用α-Al2O3作支撐體,單孔道膜分離純化大豆異黃酮。1材料和方法1.1試驗材料低溫豆粕乙醇萃取液(指標見表1),實驗室自制;純水;無機陶瓷膜(參數(shù)見表2),美國頗爾公司。1.2復配、高效液相色譜法101-1型恒溫干燥箱,凱氏定氮儀,UV-1800紫外可見分光光度計,LC-10ATVP高效液相色譜儀,PilotUnitXLab3試驗裝置,20、50nm陶瓷膜膜柱。1.3測量水分含量按稱量法,蛋白含量按凱氏定氮法,大豆異黃酮含量按紫外分光光度法。1.4測試方法1.4.1膜通量的測定分別用20、50nm的無機陶瓷膜在50℃不同超濾壓力下測定純水的膜通量。在50℃下,用20、50nm的膜超濾低溫豆粕乙醇萃取液,測定膜通量與超濾壓力的關系,并測定超濾后蛋白截留率和大豆異黃酮回收率。1.4.2超濾溫度與膜體積的關系用20nm的無機陶瓷膜在0.15MPa、不同溫度下超濾低溫豆粕乙醇萃取液,測定超濾溫度和膜通量的關系。1.4.3aclo3.0%naoh對kh-1的清洗超濾操作結束后,采用60℃0.5%NaClO+3.0%NaOH上游清洗45min,下游清洗15min,再以蒸餾水清洗至中性,除去有機物和蛋白質。2結果與討論2.1膜超濾與超濾壓力的關系低溫豆粕乙醇萃取液中的大豆蛋白多是醇溶性蛋白質,其相對分子質量為8000~30000,所以要選擇適當截留相對分子質量的膜管,盡可能多地截留大豆蛋白,而使大豆異黃酮通過膜孔,提高大豆異黃酮的回收率,但同時也要考慮膜的通量,因為這是工業(yè)化的關鍵參數(shù)。為了檢測膜的性能,在50℃下用不同孔徑膜超濾純水,膜通量與超濾壓力的關系見圖1。由圖1可以看出,膜通量隨著超濾壓力的升高而升高;同時孔徑越大的膜,其在相同操作條件下,膜通量也越大。在超濾溫度50℃下,用不同孔徑的無機陶瓷膜超濾低溫豆粕乙醇萃取液,膜通量與超濾壓力的關系見圖2。由圖2可以看出,膜通量與超濾壓力的關系與圖1類似,也是隨著超濾壓力升高而升高的,但是膜通量的絕對值下降很大,其中50nm的膜膜通量下降最大?？赡艿脑蚴谴既苄缘鞍紫鄬Ψ肿淤|量與該膜截留相對分子質量[(3~4)×104]相近,容易堵塞膜管,從而使得濾餅層形成較快,相應的膜通量下降較顯著。低溫豆粕乙醇萃取液經過超濾,萃取液中相對分子質量小于膜截留相對分子質量的物質透過膜到透過液中,而相對分子質量大于膜截留相對分子質量的物質被膜截留,在濃縮液中不斷循環(huán)濃縮。表3給出了兩種膜超濾低溫豆粕乙醇萃取液的結果。由表3可知,50nm無機陶瓷膜不如20nm無機陶瓷膜分離效果好,50nm膜的膜通量明顯大于20nm膜的膜通量,且蛋白截留率低,異黃酮損失率小;相反,20nm膜的截留率高,而異黃酮損失率也同時加大。綜合膜通量、蛋白截留率和異黃酮回收率3種因素考慮,以蛋白截留率為主要考慮因素,選擇20nm膜超濾。2.2超濾溫度對膜通量的影響在超濾壓力0.15MPa下,用20nm的無機陶瓷膜,在不同超濾溫度下超濾低溫豆粕乙醇萃取液,超濾溫度與膜通量的關系見圖3。由圖3可以看出,膜通量隨著超濾溫度的升高而升高,主要的原因是溫度升高,料液的黏度下降。料液黏度下降有利于膜通量的升高,但是過高的溫度容易使蛋白質變性,影響最終產品的品質。較適宜的超濾溫度應該在60℃左右。2.3膜清潔采用NaClO與NaOH水溶液清洗20nm的無機陶瓷膜,膜柱的水通量具有較好的恢復率。膜清洗后膜通量與超濾壓力的關系見圖4。3無機陶瓷膜超濾對大豆蛋白的截留效果無機陶瓷膜分離純化大豆異黃酮,試驗用兩種孔徑的氧化鋯晶體膜對低溫豆粕乙醇萃取液進行超濾,以蛋白截留率為主要指標,選擇用20nm(截留相對分子質量10000)的無機陶瓷膜超濾低溫豆粕乙醇萃取液,其對大豆蛋白的截留率達75