韓文靜，吳延?xùn)|，張廣昊，梁穎超，曹 雪，陶 進(jìn)，李 義

（玉米深加工國(guó)家工程研究中心，吉林長(zhǎng)春 130033）

豌豆中淀粉含量和蛋白質(zhì)含量很高，而且氨基酸組成也符合人體需要，具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[1-4]。

豌豆在我國(guó)傳統(tǒng)加工中用于制取豌豆淀粉，但是在提取豌豆淀粉的同時(shí)，也造成了蛋白質(zhì)資源的大量浪費(fèi)。而豌豆蛋白具有很高的乳化性能、吸水性能和溶解度，在食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛。豌豆淀粉對(duì)于玉米、馬鈴薯、小麥淀粉而言，是一種較便宜的淀粉來(lái)源[5-8]。另外，豌豆中含有膳食纖維，有助于消化，可預(yù)防闌尾炎、心臟病和結(jié)腸癌等多種疾病。從豌豆中同時(shí)提取蛋白和淀粉，既具有重要的開(kāi)發(fā)價(jià)值，又具有可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，開(kāi)發(fā)以豌豆為原料的綜合利用及深加工產(chǎn)品具有廣闊的前景[9-12]。

淀粉和蛋白質(zhì)是豌豆的2 種主要成分，這2 種成分由于其特殊的功能性質(zhì)得到越來(lái)越廣泛的重視。豌豆淀粉中含有較高的直鏈淀粉含量（33%左右），且由于具有較高的凝膠透明度和熱黏度及凝膠強(qiáng)度強(qiáng)而被應(yīng)用于粉皮、粉絲的制作。豌豆蛋白質(zhì)由于無(wú)臭味、乳化穩(wěn)定性高、溶解性好、耐高溫且耐鹽，故可有效在肉制品、飲料、果汁，以及方便食品、冷凍食品中利用，同時(shí)具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、味道鮮美的特點(diǎn)，使得豌豆蛋白深受廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)。

目前，國(guó)內(nèi)總是在提取豌豆淀粉后的廢水中提取豌豆蛋白質(zhì)，故回收率較低，質(zhì)量也差，故只能用作飼料。20 世紀(jì)70 年代初，國(guó)外采用先進(jìn)的超濾反滲透技術(shù)，能將提取豌豆淀粉后的下腳液中分子量較小的糖類化合物和其中的有害因子有效地去除，但這項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)費(fèi)用較高，不符合國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)現(xiàn)狀。因此，可探求一條分離豌豆淀粉和豌豆蛋白質(zhì)的途徑，達(dá)到聯(lián)產(chǎn)高效的目的。

1 材料與方法

1.1 原料

豌豆，購(gòu)自當(dāng)?shù)爻小?/p>

1.2 試驗(yàn)試劑

鹽酸（分析純）、硫酸（分析純）、中溫酶、低溫酶，湖南鴻鷹生物科技有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)儀器

三角瓶、燒杯、容量瓶、IKA 攪拌器、水浴鍋（HH-4 型數(shù)顯恒溫水浴鍋）、離心機(jī)（GL21M型- 高速冷凍離心機(jī)）、抽濾裝置（SHZ-95B 型循環(huán)水式多用真空泵）、冰箱（中科美菱YC-300L 型）、樣品篩。

1.4 試驗(yàn)方法

（1） 通過(guò)采用干法物料探索試驗(yàn)、顆粒度試驗(yàn)等研究豌豆物理性質(zhì)，掌握豌豆的組成比例；再利用單因素試驗(yàn)法對(duì)破碎方式、浸泡的溫度、用水量、攪拌速度及不同種類酶制劑等進(jìn)行試驗(yàn)，確定最優(yōu)工藝參數(shù)。

（2） 根據(jù)測(cè)定的豌豆粉水分，配置30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的豌豆粉料液，室溫下加入酶制劑浸泡攪拌（轉(zhuǎn)速300 r/min），料液微米化處理5 min，物料添加0.04%淀粉酶進(jìn)行酶作用，經(jīng)碘試檢測(cè)酶作用效果；檢測(cè)酶作用后蛋白進(jìn)行干燥，并檢測(cè)蛋白含量。

（3） 在最優(yōu)工藝條件下，采用纖維酶促收率試驗(yàn)、纖維純度試驗(yàn)，根據(jù)曲篩的原理試驗(yàn)提取豌豆纖維素；利用生物酶法、酸沉絮凝、冷凍法、分離沉淀等方法研究；單因素控制試驗(yàn)（pH 值、溫度、用水量、攪拌速度） 等提取豌豆蛋白；通過(guò)影響淀粉收率及黏度因素試驗(yàn)研究，對(duì)比纖維洗滌用水采用淀粉洗滌水的效果等試驗(yàn)，提取豌豆淀粉。

1.5 檢測(cè)方法

蛋白檢測(cè)采用凱氏定氮法。

1.6 工藝流程

工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程

2 結(jié)果與分析

2.1 豌豆?fàn)I養(yǎng)構(gòu)成

以豌豆為原料，首先研究物料的性質(zhì)，進(jìn)行理化性質(zhì)分析，其檢測(cè)項(xiàng)目如下：水分、蛋白、脂肪、淀粉、粗纖維。

豌豆?fàn)I養(yǎng)成分含量見(jiàn)表1。

表1 豌豆?fàn)I養(yǎng)成分含量/ %

總體來(lái)看，豌豆是一種以淀粉、蛋白為主的植物。營(yíng)養(yǎng)非常豐富，富含有纖維；蛋白質(zhì)和碳水化合物等物質(zhì)，其營(yíng)養(yǎng)全面且均衡。蛋白質(zhì)的平均含量為24.84%，高于綠豆、豇豆；豌豆中淀粉的平均含量為48.3%，豌豆淀粉對(duì)于玉米、馬鈴薯、小麥淀粉而言，是一種較便宜的淀粉來(lái)源。

基于豌豆?fàn)I養(yǎng)價(jià)值的測(cè)定數(shù)據(jù)，系統(tǒng)研究了豌豆淀粉、豌豆纖維和豌豆蛋白的聯(lián)產(chǎn)工藝。

2.1.1 豌豆浸泡時(shí)間對(duì)豌豆液化后蛋白質(zhì)和脂肪含量的影響

準(zhǔn)確稱取豌豆116 g（細(xì)度60 目），料液質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，置于不同的燒杯中。豌豆浸泡水采用常溫（16 ℃），分別浸泡1 h 和2 h，通過(guò)上述試驗(yàn)方案優(yōu)化試驗(yàn)。

浸泡時(shí)間與蛋白質(zhì)和脂肪含量的關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 浸泡時(shí)間與蛋白質(zhì)和脂肪含量的關(guān)系

浸泡的時(shí)間決定產(chǎn)品的品質(zhì)。時(shí)間過(guò)短，豌豆未能吸水達(dá)到飽和膨脹，未被完全軟化，導(dǎo)致磨漿時(shí)磨碎得不夠徹底，淀粉顆粒仍被包裹著，蛋白質(zhì)和淀粉難于分離，使得最終的產(chǎn)品純度降低；浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，豌豆原料容易變質(zhì)，豆體變黏，蛋白質(zhì)和淀粉不易分離，豌豆體積膨脹過(guò)大，空間利用率降低，工作效率和經(jīng)濟(jì)效益不合理。

由圖2 可知，豌豆浸泡1 h 得到的豌豆蛋白質(zhì)含量比浸泡2 h 得到的豌豆蛋白質(zhì)含量高，因此可采取的浸泡時(shí)間為1h。

2.1.2 豌豆粉細(xì)度對(duì)豌豆蛋白質(zhì)及脂肪的影響

不同的豌豆粉細(xì)度對(duì)豌豆蛋白質(zhì)、豌豆淀粉、豌豆纖維的溶出效果不同，根據(jù)上述試驗(yàn)方案進(jìn)行豌豆粉細(xì)度優(yōu)化試驗(yàn)。試驗(yàn)采用的豌豆粉細(xì)度分別是60，80，100 目。

豌豆粉細(xì)度與蛋白質(zhì)和脂肪含量的關(guān)系見(jiàn)圖3。

由圖3 可知，豌豆粉細(xì)度對(duì)豌豆蛋白質(zhì)和豌豆淀粉的分離有一定的影響，綜合得到豌豆蛋白質(zhì)的含量考慮，豌豆粉細(xì)度為80 目。

圖3 豌豆粉細(xì)度與蛋白質(zhì)和脂肪含量的關(guān)系

2.1.3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)豌豆蛋白質(zhì)的影響

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)，豌豆蛋白質(zhì)的得率和豌豆蛋白質(zhì)含量不同，按照上述試驗(yàn)優(yōu)化后的參數(shù)及方案進(jìn)行試驗(yàn)。

質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)豌豆蛋白質(zhì)關(guān)系見(jiàn)圖4。

圖4 質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)豌豆蛋白關(guān)系

由圖4 可知，質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)豌豆蛋白質(zhì)含量有一定的影響，質(zhì)量分?jǐn)?shù)由30%降到18%過(guò)程中，蛋白質(zhì)含量呈上升趨勢(shì)，但當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，蛋白質(zhì)出現(xiàn)下降趨勢(shì)，由此可見(jiàn)，采取的最優(yōu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%。

2.1.4 浸提pH 值對(duì)豌豆蛋白的影響

取80 目豌豆粉，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%的豌豆液，攪拌時(shí)間1 h ，對(duì)pH 值分別為7.0，8.0，9.0，10.0 進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

浸提pH 值對(duì)豌豆蛋白質(zhì)關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 浸提pH 值對(duì)豌豆蛋白關(guān)系

由表2 可知，當(dāng)pH 值小于9.0 時(shí)，隨著pH 值的增加，蛋白質(zhì)含量明顯上升；但當(dāng)pH 值大于9.0時(shí)，蛋白質(zhì)含量有所下降，由于pH 值會(huì)干擾蛋白構(gòu)象及改變蛋白表面電荷的分布和類型，所以過(guò)酸或過(guò)堿都會(huì)影響蛋白質(zhì)含量。結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇最佳浸提pH 值9.0。

2.1.5 不同酶制劑對(duì)豌豆蛋白質(zhì)的影響

豌豆浸泡過(guò)程中添加酶制劑，酶制劑可使豌豆淀粉、豌豆纖維、豌豆蛋白更快速有效的分離。試驗(yàn)進(jìn)行2 種酶制劑對(duì)比試驗(yàn)，分別是淀粉酶1 和淀粉酶2；根據(jù)上述最優(yōu)工藝參數(shù)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

酶制劑對(duì)豌豆蛋白質(zhì)關(guān)系見(jiàn)表3。

表3 酶制劑對(duì)豌豆蛋白關(guān)系

由圖4 可知，酶制劑對(duì)豌豆蛋白質(zhì)含量影響較大，沒(méi)有添加酶制劑的空白試驗(yàn)相同工藝下，豌豆蛋白質(zhì)含量?jī)H70.24%，添加酶制劑的豌豆蛋白質(zhì)含量均比空白試驗(yàn)高，但淀粉酶2 組豌豆蛋白質(zhì)含量高于淀粉酶1 組。因此，選擇使用淀粉酶2。

2.1.6 微米化處理時(shí)間對(duì)豌豆蛋白質(zhì)的影響

根據(jù)上述優(yōu)化工藝，采用80 目豌豆粉，配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%，浸泡時(shí)間為1 h，其他工藝不變的基礎(chǔ)上進(jìn)行豌豆蛋白質(zhì)提取試驗(yàn)，單因素優(yōu)化微米化處理時(shí)間對(duì)豌豆蛋白質(zhì)的影響。

微米化時(shí)間對(duì)豌豆蛋白質(zhì)關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖5 微米化時(shí)間對(duì)豌豆蛋白質(zhì)關(guān)系

由圖5 可知，微米化處理時(shí)間對(duì)豌豆蛋白質(zhì)的含量有很大的影響，時(shí)間長(zhǎng)，淀粉和蛋白質(zhì)等結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，被破壞；時(shí)間短，淀粉和蛋白質(zhì)不能得到充分的分離。綜合數(shù)據(jù)可以看出微米化處理時(shí)間10 min最佳。

采用淀粉酶作用方式進(jìn)行提取豌豆蛋白質(zhì)，以豌豆蛋白質(zhì)含量為指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出最佳分離條件為浸提時(shí)間1 h，浸提pH 值9.0，質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%，微米化處理時(shí)間10 min，豌豆粉細(xì)度80 目，在此條件下，得到的豌豆蛋白含量為85.30%。

2.2 纖維、淀粉、蛋白分離技術(shù)開(kāi)發(fā)

經(jīng)過(guò)2.1 的優(yōu)化數(shù)據(jù)，可以確定豌豆蛋白質(zhì)提取工藝參數(shù)，在最優(yōu)工藝參數(shù)下進(jìn)行豌豆纖維、豌豆蛋白質(zhì)、豌豆淀粉的分離提取。

2.2.1 連續(xù)提取蛋白

試驗(yàn)方案：進(jìn)行稱取豌豆，116 g 豌豆粉，加入清水，在55 ℃下浸泡1 h，使用微米化處理10 min收集所得漿液備用。浸提完畢后分別用100，140，200 目篩對(duì)漿狀物過(guò)濾，以分離粗纖維素，并以轉(zhuǎn)速5 000 r/min 將過(guò)濾后的漿狀物離心4 min，以獲得上清液（蛋白液） 和淀粉漿。粗纖維分2 次用清水進(jìn)行洗滌，洗滌后得到的纖維40.0 ℃溫度下熱風(fēng)干燥，洗滌水和離心后的淀粉漿進(jìn)行混合洗滌干燥。

離心后的蛋白液調(diào)節(jié)pH 值，加入淀粉酶進(jìn)行作用，反應(yīng)液調(diào)pH 值進(jìn)行酸沉，經(jīng)過(guò)酸沉之后，分別得到豆清水和沉淀物，取沉淀物進(jìn)行水洗，得到豌豆蛋白質(zhì)。

豌豆中各組分及含量見(jiàn)表4。

表4 豌豆中各組分及含量

經(jīng)過(guò)連續(xù)4 批提取蛋白質(zhì)，可以看出蛋白質(zhì)含量達(dá)到86%～87%（干基），蛋白含量及提取量比較成型。

2.2.2 在蛋白質(zhì)含量及提取量比較成型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行豌豆纖維分離的工藝優(yōu)化

按照2.2.1 中試驗(yàn)方案進(jìn)行，B 組為對(duì)照試驗(yàn)，B 組利用淀粉洗滌水洗滌纖維。

不同洗滌水對(duì)豌豆纖維的影響見(jiàn)表5。

由表5 可知，纖維收率偏高，淀粉收率偏低，洗滌淀粉水可以回收利用。

表5 不同洗滌水對(duì)豌豆纖維的影響

2.2.3 纖維素酶對(duì)纖維提取的影響

結(jié)合2.2.1 和2.2.2 的優(yōu)化工藝，進(jìn)行纖維素酶對(duì)纖維素提取的影響試驗(yàn)，考慮同時(shí)對(duì)分離得到的蛋白質(zhì)進(jìn)行2 次離心，提高蛋白含量。

試驗(yàn)方案：試驗(yàn)方案參照2.2.1 中工藝流程進(jìn)行，區(qū)別，在洗滌纖維時(shí)加入纖維素酶制劑攪拌作用；其他工藝相同。

纖維素酶對(duì)纖維素提取的影響見(jiàn)表6。

表6 纖維素酶對(duì)纖維素提取的影響

將數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比可知，纖維素酶對(duì)豌豆纖維的提取作用不明顯，且由于纖維素酶的作用，使得淀粉的得率下降。因此，在該項(xiàng)目未來(lái)的開(kāi)展過(guò)程中，不考慮添加纖維素酶。

2.2.4 聯(lián)產(chǎn)提取豌豆淀粉和豌豆蛋白

豌豆蛋白質(zhì)在生產(chǎn)過(guò)程中，通常使用堿溶酸沉的方法，但豌豆中的白蛋白是一種非酸沉蛋白，在提取過(guò)程中不宜提出，隨著豌豆豆清水流失，導(dǎo)致傳統(tǒng)的豌豆蛋白粉中蛋白質(zhì)成分不夠全面。采用試驗(yàn)工藝進(jìn)行豌豆淀粉和蛋白聯(lián)產(chǎn)，得到數(shù)據(jù)如下：

不同堿溶酸沉法提取豌豆淀粉和豌豆蛋白質(zhì)的影響見(jiàn)表7。

由表7 可知，當(dāng)在堿性條件下浸泡時(shí)，豌豆蛋白質(zhì)的干基含量可以達(dá)到91.14%，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)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值，因此確定料液需要堿性條件下浸泡。

表7 不同堿溶酸沉法提取豌豆淀粉和豌豆蛋白質(zhì)的影響

與此同時(shí)，可以得出結(jié)論，在豌豆粉浸泡質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%，經(jīng)過(guò)2 次加水洗滌纖維，得到的豌豆纖維達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，得到的豌豆蛋白含量可達(dá)到91.14%，蛋白質(zhì)得率達(dá)到89.03%，淀粉得率達(dá)到94.33%。

通過(guò)試驗(yàn)也可得知用堿溶酸沉法從豌豆中同時(shí)提取豌豆淀粉和蛋白質(zhì)，使其達(dá)到聯(lián)產(chǎn)目的方法是可行的，而且具有分離時(shí)間短、操作方便、工藝簡(jiǎn)單、成本低、對(duì)蛋白質(zhì)功能特性影響小等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.5 淀粉洗滌水循環(huán)利用

在豌豆分離豌豆淀粉時(shí)，回收的淀粉洗滌水中還含有一定量的淀粉，可以回收利用淀粉洗滌水，利用淀粉洗滌水浸泡豌豆粉，由于淀粉洗滌水中含有一定量的豌豆?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)，故將料液浸泡質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至15%。

通過(guò)對(duì)市場(chǎng)的調(diào)查可知，目前市場(chǎng)上的豌豆蛋白標(biāo)準(zhǔn)，蛋白質(zhì)含量78%左右，根據(jù)中糧工藝制備的豌豆蛋白質(zhì)含量可達(dá)到88%以上，為適應(yīng)市場(chǎng)需求，中糧可適當(dāng)降低蛋白質(zhì)含量，采用二次離心后直接噴霧，從而對(duì)比蛋白質(zhì)含量變化。

試驗(yàn)方案：采用最優(yōu)工藝進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)行2 組對(duì)比試驗(yàn)，A 組為最優(yōu)工藝，B 組使用淀粉洗滌水配置豌豆料液，其他工藝與A 組相同。

不同堿溶酸沉法提取豌豆淀粉和豌豆蛋白質(zhì)的影響見(jiàn)表8。

由表8 可知，淀粉洗滌水可以反復(fù)利用，淀粉洗滌水的回填對(duì)豌豆蛋白質(zhì)含量不但沒(méi)有負(fù)面影響，還可以提高豌豆蛋白質(zhì)含量及豌豆淀粉得率，豌豆淀粉得率可達(dá)到98.8%。

表8 不同堿溶酸沉法提取豌豆淀粉和豌豆蛋白質(zhì)的影響

3 結(jié)論

采用堿溶酸沉加工技術(shù)對(duì)豌豆淀粉和蛋白質(zhì)進(jìn)行綜合分離提取，并進(jìn)行單因素試驗(yàn)，可得技術(shù)的最佳工藝參數(shù)為豌豆粉細(xì)度80 目，質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%，浸提時(shí)間1 h，微米化時(shí)間10 min，在此條件下，分離豌豆纖維、豌豆蛋白、豌豆淀粉。豌豆淀粉得率為98.8%，豌豆蛋白質(zhì)含量為91.02%，豌豆蛋白質(zhì)得率為90.9%。