一种从大豆乳清废水中提取大豆异黄酮和大豆皂甙的方法 【技术领域】
本发明涉及大豆深加工和废水资源化技术领域，特别是从大豆乳清废水中提取大豆异黄酮和大豆皂甙的方法。
背景技术
目前国内大豆分离蛋白的生产主要是采用传统的碱溶酸沉工艺，该工艺每生产1吨大豆分离蛋白约排放40～70m3大豆乳清废水，其CODCr的一般范围为15000～30000mg/L。现有技术对大豆乳清废水的处理采用较多的是厌氧—好氧生物处理工艺，该传统工艺一般可以将大豆乳清废水中的CODCr去除80～90％。但这种生物处理工艺处理效果不稳定，常常受到废水水质、季节变化等多种客观因素的制约，同时设备的投资费用较高，也造成了废水中大豆生物活性物质的浪费。
针对此问题，本申请人已申请了中国发明专利，申请号为01141943.1的“利用膜分离处理大豆加工废水的方法”，它提供了一种利用膜分离技术从大豆乳清废水中提取大豆乳清蛋白和大豆低聚糖的工艺。但此技术未涉及从大豆乳清废水中提取大豆异黄酮的工艺。为了填补这项缺陷，申请人在2003年6月4日申报了一项申请号为03137102.7的“一种从大豆乳清废水中提取大豆异黄酮的方法”的发明专利申请，可利用大豆乳清废水提取大豆异黄酮。实验证明，利用该方法得到的大豆异黄酮产品品质和净含量都达到了世界先进水平。但该发明专利申请中仍然未涉及从大豆乳清废水中如何提取大豆皂甙的方法。
大豆皂甙是大豆中含有地生物活性物质，对人体健康有利。大豆皂甙具有降低血中胆固醇和甘油三酯含量、抗氧化、抗自由基和降低过氧化脂质作用、抑制肿瘤细胞生长作用、抗病毒作用和免疫调节作用等多种生理活性，可被广泛地应用于食品添加剂及保健食品、药品和化妆品行业。
目前，大豆异黄酮和大豆皂甙的提取分离主要是以大豆或大豆脱脂豆粕等为原料进行。中国专利公布了一项申请号为00105542的“一种提取大豆异黄酮和大豆皂甙的工艺”发明专利，介绍了从大豆分离蛋白生产排放的乳清中采用高温闪蒸、电渗析、阳离子树脂交换和非极性大孔树脂吸附洗脱技术得到大豆异黄酮和大豆皂甙的方法，但此方法存在着工艺复杂、物质回收单一，致使成本偏高的问题。
【发明内容】
针对上述现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低的从大豆乳清废水中提取大豆异黄酮和大豆皂甙的方法。它与大豆乳清废水中的大豆乳清蛋白和大豆低聚糖回收技术相结合，更进一步实现大豆乳清废水的资源化处理，减少其对环境的污染，提高经济效益。
为实现上述的发明目的，本发明的技术方案以如下两种工艺方法实现：
方法一的步骤，
①预处理：
a)将大豆分离蛋白碱溶酸沉工艺或大豆浓缩蛋白酸工艺排放的大豆乳清废水投入絮凝罐，通过调节pH值和添加电解质进行絮凝离心。b)将絮凝离心液通过袋式过滤器和微滤器过滤，得到微滤透过液A1。c)将微滤透过液A1通过超滤装置浓缩，得到超滤透过液B1和超滤浓缩液C1。
②树脂串联吸附回收大豆异黄酮和大豆皂甙：
a)将超滤透过液B1在1～4BV/h的流速下通过弱极性大孔吸附树脂柱X1和X2，得到流出液D1。b)用体积为1～4BV的纯水在1～6BV/h的流速下分别淋洗树脂柱X1和X2，得到树脂柱X1的淋洗液EX1和树脂柱X2的淋洗液EX2，合并两种淋洗液得到水淋洗液E1。c)用体积为1～3BV的5％～15％乙醇在0.5～2BV/h的流速下分别对树脂柱X1和X2进行洗脱，得到树脂柱X1的洗脱液FX1和树脂柱X2的洗脱液FX2，合并两种洗脱液得到一级乙醇洗脱液F1。d)用体积为1.5～3BV的70～90％乙醇在0.5～2BV/h的流速下分别对树脂柱X1和X2进行洗脱，得到树脂柱X1的洗脱液GX1和树脂柱X2的洗脱液GX2，合并两种洗脱液得到二级乙醇洗脱液G1，二级乙醇洗脱液G1是含有大豆异黄酮和大豆皂甙的初步回收液。
③分离大豆异黄酮和大豆皂甙：
a)对二级乙醇洗脱液G1进行减压浓缩回收乙醇溶液，得到浓缩液H1。b)向浓缩液H1中加入相当于其体积2～4倍的丙酮或乙醚溶剂，搅拌后静置30～60min，放入离心装置中离心得到上清液和沉淀物。c)将离心后得到的沉淀物重复步骤b)的操作3～5次，合并每次操作得到的上清液得到丙酮溶液I1，最后一次离心操作得到沉淀物J1。d)将丙酮溶液I1经过减压浓缩、灭菌、干燥后得到大豆异黄酮产品K1。
④提取初级大豆皂甙产品：
a)将沉淀物J1用70～90％乙醇溶液溶解得到乙醇溶液L1和不溶物M1。b)对乙醇溶液L1进行减压浓缩得到浓缩液N1。c)将浓缩液N1经过灭菌、干燥后得到初级大豆皂甙产品O1。
⑤获取高纯度大豆皂甙产品：
a)将浓缩液N1用纯水溶解，得到溶液P1。b)将溶液P1在1～4BV/h的流速下通过弱极性大孔吸附树脂柱X，得到流出液Q1。c)用体积为1～4BV的纯水在1～6BV/h的流速下淋洗树脂柱X，得到树脂柱X的水淋洗液R1。d)用体积为1～3BV的5～15％乙醇在0.5～2BV/h的流速下对树脂柱X进行洗脱，得到一级乙醇洗脱液S1。e)用1.5～3BV的70～90％乙醇在0.5～2BV/h的流速下对树脂X进行洗脱，得到二级乙醇洗脱液T1。f)将洗脱液T1经过减压浓缩、灭菌、干燥后得到高纯度大豆皂甙产品U1。
在上述的技术方案中，所述树脂柱X1和树脂柱X2可以是相同或不同的树脂。
在上述的技术方案中，所述树脂柱X可以是树脂柱X1或树脂柱X2或两者的串联或两者的混合。
方法二的步骤，
①预处理：
a)将大豆分离蛋白碱溶酸沉工艺或大豆浓缩蛋白酸工艺排放的大豆乳清废水投入絮凝罐，通过调节pH值和添加电解质进行絮凝离心。；b)将絮凝离心液通过袋式过滤器和微滤器过滤，得到微滤透过液A2。c)将微滤透过液A2通过超滤装置浓缩，得到超滤透过液B2和超滤浓缩液C2。d)将超滤透过液B2通过纳滤装置浓缩，得到纳滤透过液N-F和纳滤浓缩液D-C。
②树脂串联吸附回收大豆异黄酮和大豆皂甙：
a)在纳滤浓缩液D-C中加入相当于其体积1～8倍的纯水，得到树脂吸附的原料液D-C2。b)将原料液D-C2在1～4BV/h的流速下通过弱极性大孔吸附树脂柱X1和X2，得到流出液D2。c)用体积为1～4BV的纯水在1～6BV/h的流速下分别淋洗树脂柱X1和X2，得到树脂柱X1的淋洗液EX3和树脂柱X2的淋洗液EX4，合并两种淋洗液得到水淋洗液E2。d)用体积为1～3BV的5％～15％乙醇在0.5～2BV/h的流速下分别对树脂柱X1和X2进行洗脱，得到树脂柱X1的洗脱液FX3和树脂柱X2的洗脱液FX4，合并两种洗脱液得到一级乙醇洗脱液F2。e)用体积为1.5～3BV的70～90％乙醇在0.5～2BV/h的流速下分别对树脂柱X1和X2进行洗脱，得到树脂柱X1的洗脱液GX3和树脂柱X2的洗脱液GX4，合并两种洗脱液得到二级乙醇洗脱液G2，二级乙醇洗脱液G2是含有大豆异黄酮和大豆皂甙的初步回收液；
③分离大豆异黄酮和大豆皂甙：
a)对二级乙醇洗脱液G2进行减压浓缩回收乙醇溶液，得到浓缩液H2。b)向浓缩液H2中加入相当于其体积2～4倍的丙酮或乙醚溶剂，搅拌后静置30～60min，放入离心装置中离心得到上清液和沉淀物。c)将离心后得到的沉淀物重复步骤b)的操作3～5次，合并每次操作得到的上清液得到丙酮溶液I2，最后一次离心操作得到沉淀物J2。d)将丙酮溶液I2经过减压浓缩、灭菌、干燥后得到大豆异黄酮产品K2。
④提取初级大豆皂甙产品：
a)将沉淀物J2用70～90％乙醇溶液溶解得到乙醇溶液L2和不溶物M2。b)对乙醇溶液L2进行减压浓缩得到浓缩液N2。c)将浓缩液N2经过灭菌、干燥后得到初级大豆皂甙产品O2。
⑤获取高纯度大豆皂甙产品：
a)将浓缩液N2用纯水溶解，得到溶液P2。b)将溶液P2在1～4BV/h的流速下通过弱极性大孔吸附树脂柱X，得到流出液Q2。c)用体积为1～4BV的纯水在1～6BV/h的流速下淋洗树脂柱X，得到树脂柱X的水淋洗液R2。d)用体积为1～3BV的5～15％乙醇在0.5～2BV/h的流速下对树脂柱X进行洗脱，得到一级乙醇洗脱液S2。e)用1.5～3BV的70～90％乙醇在0.5～2BV/h的流速下对树脂X进行洗脱，得到二级乙醇洗脱液T2。f)将洗脱液T21经过减压浓缩、灭菌、干燥后得到高纯度大豆皂甙产品U2。
在上述的技术方案中，所述树脂柱X1和树脂柱X2可以是相同或不同的树脂。
在上述的技术方案中，所述树脂柱X可以是树脂柱X1或树脂柱X2或两者的串联或两者的混合。
采用本发明方法，利用树脂吸附等技术从大豆乳清废水中回收并分离了大豆异黄酮和大豆皂甙，获得了能满足市场要求的大豆异黄酮和大豆皂甙产品，进一步治理了大豆乳清废水的污染，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。本发明工艺简单，所需设备均为大豆深加工行业和水处理行业的普通装置，所用弱极性大孔吸附树脂也是市售产品，成本较低，非常易于推广，有利于规模化生产，具有广阔的市场前景。
【附图说明】
图1为本发明一种实施方式(方法一)的工作流程图；
图2为本发明另一种实施方式(方法二)的工作流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图及具体的实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例一，参看图1：
①预处理：
a)将一步碱溶酸沉工艺生产大豆分离蛋白得到的大豆乳清废水投入絮凝罐，通过调节pH值和添加电解质进行絮凝、离心。b)将絮凝离心液通过袋式过滤器和微滤器过滤，得到微滤透过液A1。c)将微滤透过液A1通过超滤装置浓缩，得到超滤透过液B1和超滤浓缩液C1。
②树脂串联吸附回收大豆异黄酮和大豆皂甙：
a)将超滤透过液B1在1.5BV/h的流速下通过不同的弱极性大孔吸附树脂柱X1和X2的串联树脂柱，得到流出液D1，其中超滤透过液B1体积与树脂柱X1和X2的装柱体积比均为6～8∶1。b)用体积为2BV的纯水在2BV/h的流速下分别淋洗树脂柱X1和X2，得到树脂柱X1的淋洗液EX1和树脂柱X2的淋洗液EX2，合并两种淋洗液得到水淋洗液E1。c)用体积为1BV的8％乙醇在1BV/h的流速下分别对树脂柱X1和X2进行洗脱，得到树脂柱X1的洗脱液FX1和树脂柱X2的洗脱液FX2，合并两种洗脱液得到一级乙醇洗脱液F1。d)用体积为1.5BV的85％乙醇在1BV/h的流速下分别对树脂柱X1和X2进行洗脱，得到树脂柱X1的洗脱液GX1和树脂柱X2的洗脱液GX2，合并两种洗脱液得到二级乙醇洗脱液G1，二级乙醇洗脱液G1是含有大豆异黄酮和大豆皂甙的初步回收液。
③分离大豆异黄酮和大豆皂甙：
a)将进行了多次合并后的3升二级乙醇洗脱液G1进行减压浓缩至稠状，得到浓缩液H1。b)向浓缩液H1中加入100毫升的丙酮溶剂，搅拌后静置60min，放入离心装置中以4000r/min的速度离心15min后得到上清液和沉淀物。c)将离心后得到的沉淀物再加入100毫升的丙酮溶剂，重复步骤b)的操作3次，合并每次操作得到的上清液得到丙酮溶液I1约300毫升，并得到最后一次离心操作得到沉淀物J1；d)将丙酮溶液I1经过减压浓缩、灭菌、干燥后得到大豆异黄酮含量＞30％的大豆异黄酮产品K1。
④提取初级大豆皂甙产品：
b)将沉淀物J1用300毫升的85％乙醇溶液溶解得到乙醇溶液L1和不溶物M1。b)对乙醇溶液L1进行减压浓缩至稠状，得到浓缩液N1。
c)将浓缩液N1经过灭菌、干燥后得到大豆皂甙含量＞25％的初级大豆皂甙产品O1。
⑤获取高纯度大豆皂甙产品：
a)向浓缩液N1中加入纯水至100毫升进行溶解，得到溶液P1。b)将溶液P1在1.5BV/h的流速下通过弱极性大孔吸附树脂柱X2，得到流出液Q1，其中P1与X2的装柱体积比为6～8∶1。c)用体积为2BV的纯水在2BV/h的流速下淋洗树脂柱X2，得到树脂柱X2的水淋洗液R1。d)用体积为1BV的8％乙醇在1BV/h的流速下对树脂柱X2进行洗脱，得到一级乙醇洗脱液S1。e)用1.5BV的85％乙醇在1BV/h的流速下对树脂X2进行洗脱，得到二级乙醇洗脱液T1。f)将洗脱液T1经过减压浓缩、灭菌、干燥后得到大豆皂甙含量＞55％的高纯度大豆皂甙产品U1。
实施例二，参看图2：
①预处理：
a)将一步碱溶酸沉工艺生产大豆分离蛋白得到的大豆乳清废水投入絮凝罐，通过调节pH值和添加电解质进行絮凝、离心。b)将絮凝离心液通过袋式过滤器和微滤器过滤，得到微滤透过液A2。c)将微滤透过液A2通过超滤装置浓缩，得到超滤透过液B2和超滤浓缩液C2。d)将超滤透过液B2通过纳滤装置浓缩，得到纳滤透过液N-F和纳滤浓缩液D-C。
②树脂串联吸附回收大豆异黄酮和大豆皂甙：
a)在纳滤浓缩液D-C中加入相当于其体积2倍的纯水，得到树脂吸附的原料液D-C2。b)将原料液D-C2在1.25BV/h的流速下通过弱极性大孔吸附树脂柱X1和X2，得到流出液D2，其中原料液D-C2体积与树脂柱X1和X2的装柱体积比为12～16∶1。c)用体积为3BV的纯水在3BV/h的流速下分别淋洗树脂柱X1和X2，得到树脂柱X1的淋洗液EX3和树脂柱X2的淋洗液EX4，合并两种淋洗液得到水淋洗液E2。d)用体积为1BV的10％乙醇在1BV/h的流速下分别对树脂柱X1和X2进行洗脱，得到树脂柱X1的洗脱液FX3和树脂柱X2的洗脱液FX4，合并两种洗脱液得到一级乙醇洗脱液F2。e)用体积为1.5BV的80％乙醇在1BV/h的流速下分别对树脂柱X1和X2进行洗脱，得到树脂柱X1的洗脱液GX3和树脂柱X2的洗脱液GX4，合并两种洗脱液得到二级乙醇洗脱液G2，二级乙醇洗脱液G2是含有大豆异黄酮和大豆皂甙的初步回收液。
③分离大豆异黄酮和大豆皂甙：
a)将进行了多次合并后的3升二级乙醇洗脱液G2进行减压浓缩至稠状，得到浓缩液H2。b)向浓缩液H2中加入80毫升的丙酮溶剂，搅拌后静置50min，放入离心装置中以4000r/min的速度离心15min后得到上清液和沉淀物。c)将离心后得到的沉淀物中再加入80毫升的丙酮溶剂，重复步骤b)的操作3次，合并每次操作得到的上清液得到240毫升丙酮溶液I2，并得到最后一次离心操作得到沉淀物J2。d)将丙酮溶液I2经过减压浓缩、灭菌、干燥后得到大豆异黄酮含量＞30％的大豆异黄酮产品K2。
④提取初级大豆皂甙产品：
a)将沉淀物J2用150毫升的80％乙醇溶液溶解得到乙醇溶液L2和不溶物M2。b)对乙醇溶液L2进行减压浓缩至稠状，得到浓缩液N2。c)将浓缩液N2经过灭菌、干燥后得到大豆皂甙含量＞25％的初级大豆皂甙产品O2。
⑤获取高纯度大豆皂甙产品：
a)向浓缩液N2中加入纯水至100毫升进行溶解，得到溶液P2。b)将溶液P2在1.25BV/h的流速下通过弱极性大孔吸附树脂柱X2，得到流出液Q2，其中溶液P2的体积与树脂柱X2的装柱体积比为6～8∶1。c)用体积为3BV的纯水在3BV/h的流速下淋洗树脂柱X2，得到树脂柱X2的水淋洗液R2。d)用体积为1BV的10％乙醇在1BV/h的流速下对树脂柱X2进行洗脱，得到一级乙醇洗脱液S2。e)用1.5BV的85％乙醇在1BV/h的流速下对树脂X2进行洗脱，得到二级乙醇洗脱液T2。f)将洗脱液T2经过减压浓缩、灭菌、干燥后得到大豆皂甙含量＞55％的高纯度大豆皂甙产品U2。
采用本发明，从上述的方法一中得到的超滤浓缩液C1和从方法二中得到的超滤浓缩液C2可用于提取大豆乳清蛋白；将从方法一中得到的树脂吸附流出液D1和水淋洗液E1合并，或者将从方法二中得到的树脂吸附流出液D2和水淋洗液E2合并，可用于提取大豆低聚糖。