一种高效分离马铃薯淀粉加工废液中不同蛋白质组分的方法

本发明涉及食品生物，更具体地，涉及一种从马铃薯淀粉加工废液中高效分离不同蛋白质组分的方法。

背景技术：

1、马铃薯的蛋白含量比大多数其他植物块茎更高，马铃薯蛋白具有很高的营养价值，这与马铃薯氨基酸的含量、比例和消化率有关。马铃薯蛋白质内含全面的18种氨基酸成分，其中必需氨基酸的占比高达47.90％，这一比例不仅优于大多数植物性蛋白质，更趋近于鸡蛋等优质动物源蛋白，凸显了其营养价值的均衡与高效。值得一提的是，马铃薯蛋白中富含赖氨酸这一关键必需氨基酸，此特性在植物界中颇为罕见，为小麦制品过敏者提供了理想的可替代选择，有助于预防相关过敏反应。然而，马铃薯蛋白在氨基酸组成上亦存在一定的局限性，主要表现为色氨酸、蛋氨酸及半胱氨酸的含量相对较低，特定品种中还可能观察到亮氨酸的略显不足。尽管如此，马铃薯中最为充裕的氨基酸种类当属天冬氨酸、谷氨酸及其酰胺形式，这些成分不仅构成了蛋白质的基本骨架，还以游离态形式广泛存在，进一步丰富了马铃薯作为食物来源的营养维度，提升了其整体的营养价值与食用价值。马铃薯蛋白以其独特的氨基酸组成、高比例的必需氨基酸含量以及良好的消化性能，在植物性蛋白质资源中占据重要地位，其营养价值不仅可媲美部分动物源蛋白，更在预防特定食物过敏、拓宽膳食结构等方面展现出重要潜力。

2、马铃薯加工业展现了一个多元化的产品体系，其核心构成不仅涵盖了广受欢迎的膨化食品系列，如薯条与薯片，还涉及到了脱水马铃薯产品以及至关重要的马铃薯淀粉。在我国的马铃薯产业链的构建中，马铃薯淀粉加工业占据了核心战略地位，其发展历程不仅是马铃薯产业迈向产业化、专业化道路的关键驱动力，还深远地塑造了整个产业的前进方向与发展趋势。马铃薯淀粉生产过程中会产生大量废水，马铃薯淀粉加工废水中的蛋白质可分为三大类：马铃薯储存蛋白、蛋白酶抑制剂和其他高分子蛋白，其中，马铃薯储存蛋白(分子量39～45kda)占总蛋白的30％～40％；蛋白酶抑制剂约占所有马铃薯蛋白的50％(分子量4～25kda)，等电点值为5.1～9.0；马铃薯蛋白还含有10％～20％的酶蛋白(分子量>40kda)，例如多酚氧化酶和脂氧合酶。

3、胰蛋白酶抑制剂是指对胰蛋白酶及其蛋白酶家族有抑制作用的一类蛋白的总称，它广泛存在于地球上大多数植物中，资源储量丰富。在人体中，它可以降低体内蛋白水解活性、抑制肿瘤生长、保护肝脏、维持健康的免疫系统等，对于维持人体正常生命活动具有重要意义，应用潜力巨大。马铃薯淀粉生产过程中产生的大量废水中的粗蛋白含量约为1.5g/100g，但通常被丢弃。据统计，将一吨马铃薯加工成淀粉，可产生5～12m3的马铃薯废水，其中含有300～410g/kg的蛋白质，作为高附加值食品成分具有巨大潜力。如果将马铃薯废水直接排放到河流等自然环境中，不仅会给环境带来极大负担，还造成了资源的严重浪费。

4、目前，马铃薯蛋白回收主要采用沉淀、膨胀床吸附、超滤和酶法等方法，但是这些方法在实际应用中均展现出一定的局限性，例如蛋白不同组分分离不充分、能耗高、操作繁琐以及潜在的蛋白质变性风险。沉淀法：沉淀是一种主要应用于低价值产品的分离方法。多年来，酸热法从pfj中分离蛋白质一直是主要方法，具有产量高、工艺简单、设备投资小等特点，knorr等通过酸热法得到回收率为78.2％的马铃薯蛋白，但分离得到的马铃薯蛋白质变性严重、溶解度差，难以应用于食品工业(protein recovery from waste effluents ofpotato processing plants[j].international journal of food science&technology,1977,12(6):563-80.)。膜分离法：膜过滤是一种压力驱动的方法，其中半透膜保留大分子。由于其温和的操作系统，它适合用于工业应用。schmidt等通过再生纤维素膜和聚醚砜超滤膜来分离马铃薯蛋白质，结果显示，纤维素膜的分离效率是聚醚砜膜的两倍(effect ofmembrane material on the separation of proteins and polyphenol oxidase inultrafiltration of potato fruit juice[j].food and bioprocess technology,2016,9:822-9.)。然而，这一方法的设备投资大、膜易堵塞且难以选择性地回收胰蛋白酶抑制剂。酶法：酶法提取蛋白质是一种高效的技术手段，可以有效维持蛋白质的原有功能活性。waglay等筛选了几种市售的含有多种糖基水解酶活性的多酶系统，通过降解植物细胞壁来有效分离马铃薯蛋白质(a novel enzymatic approach based on the use of multi-enzymatic systems for the recovery of enriched protein extracts from potatopulp[j].food chemistry,2017,220:313-23.)。该方法的核心在于利用酶的特异性作用，通过酶解植物细胞壁实现蛋白质的分离与提取，但酶的来源相对单一，大型化工厂的生产技术尚不成熟，目前仅作为蛋白质提取的预处理手段。

5、因此，探究并应用高效的技术手段来处理马铃薯淀粉加工废水，分离和回收其中的蛋白质，不仅可以降低马铃薯加工废水的处理成本，提高马铃薯加工企业的经济效益，并且对于拓展马铃薯加工产业链，推动马铃薯深加工行业的可持续发展具有深远的战略意义。

技术实现思路

1、基于上述内容，本发明的主要目的在于提供一种高效分离马铃薯废液中不同蛋白质组分的方法，以解决目前马铃薯加工废液直接排放对环境造成的污染问题，降低马铃薯加工废水废液的处理成本，并且成功提取出马铃薯不同蛋白质组分回收再利用，增加产品的附加值。

2、本发明的目的具体通过如下技术方案实现：

3、本发明提供一种高效分离马铃薯淀粉加工废液中不同蛋白质组分的方法，包括以下步骤：

4、(1)树脂的预处理：称取适量树脂于漏斗中用蒸馏水冲洗，抽滤干水分后用90％～100％的乙醇浸泡12～24h，真空抽滤，用蒸馏水冲洗至无酒精味；清洗后的树脂依次用酸溶液和碱溶液分别浸泡3～5h后抽滤，用蒸馏水洗至中性；抽滤后冷藏干燥3～5h，室温保存备用；

5、(2)吸附：称取步骤(1)预处理后的树脂和马铃薯淀粉加工废液按一定料液比混合，于摇床恒温振荡吸附一定时间，待吸附结束后，过滤分离树脂和吸附液，树脂继续抽滤至无水分；

6、(3)解吸：取步骤(2)抽滤后的树脂与解吸液按一定料液比混合，于摇床恒温振荡解吸一定时间，待解吸结束后，过滤分离树脂和解吸液；

7、(4)将步骤(2)所得的吸附液过滤得滤液，将步骤(3)所得的解吸液用超滤膜超滤后冻干，即可得到不同蛋白质组分。

8、进一步的，步骤(1)中，所述树脂为xad-16型号的大孔树脂。

9、进一步的，步骤(1)中，所述酸溶液为质量浓度4％～6％hcl溶液，所述碱溶液为质量浓度4％～6％naoh溶液。

10、进一步的，步骤(2)中，所述步骤(1)预处理后的树脂和马铃薯淀粉加工废液的料液比为1:5～2:5g/g。

11、进一步的，步骤(2)中，所述吸附是在25～35℃、180～240rpm摇床恒温振荡吸附6～12h。

12、进一步的，步骤(3)中，所述解析液为质量浓度60％～80％的乙醇溶液或者质量浓度60％～80％的甲醇溶液中的任意一种。

13、进一步的，步骤(3)中，所述步骤(2)抽滤后的树脂与解吸液的料液比为1:50～1:25g/g。

14、进一步的，步骤(3)中，所述解吸是在25～35℃、180～240rpm摇床恒温振荡解吸12～24h。

15、进一步的，步骤(2)所得吸附液过滤后得到的滤液中的主要成分是马铃薯糖蛋白。

16、进一步的，步骤(3)所得解析液经5～10kda滤膜超滤冻干后得到马铃薯糖蛋白酶抑制剂。

17、本发明技术方案的原理和构思：马铃薯淀粉加工废液中含有三组不同的蛋白，包括糖蛋白、胰蛋白酶抑制剂、高分子量的酶类蛋白(含量很低)，它们的结构、分子量以及所带电荷等都存在差异，树脂对不同蛋白的吸附效果不同，依靠与目标蛋白之间的特异性相互作用，如亲和作用、离子交换作用或亲水性作用等，可以实现目标蛋白的高效吸附。本发明使用xad-16大孔树脂来吸附马铃薯淀粉加工废液中的蛋白，发现其对胰蛋白酶抑制剂有特异性吸附效果。在此基础上，本发明优化出最佳的料液比范围，吸附温度以及吸附时间等，此时吸附后的上清液基本只有糖蛋白。吸附完成以后，选择合适的解析液，以活性、得率、纯度等为指标优化出最佳的解吸液浓度、料液比以及解吸时间等。最后将吸附液和解吸液过滤后冻干并进行电泳，确定最终得到的马铃薯蛋白质组分。该方法可实现马铃薯淀粉加工废液中糖蛋白与胰蛋白酶抑制剂的分离。本发明方法分离出的糖蛋白得率为2500～3000mg/kg，分离出的胰蛋白酶抑制剂得率为1200～1300mg/kg。

18、相比于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

19、(1)本发明提供的一种分离马铃薯加工废液中的不同蛋白质组分的方法，所使用的原料及产物符合相关食品安全标准，对人体健康不存在风险。

20、(2)本发明利用xad-16树脂对胰蛋白酶抑制剂具有特异性吸附效果，来分离马铃薯淀粉加工废液中的不同蛋白质组分，具有工艺简单、生产成本低、周期短等优点。

21、(3)本发明提供的一种分离马铃薯加工废液中的不同蛋白质组分的方法，对蛋白的损失率较低，并且条件温和，分离出的胰蛋白酶抑制剂仍有一定活性，产物得率较高。