CN101627793A - 一种饲用小麦水解蛋白的工业化生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种饲用小麦水解蛋白的工业化生产方法，属饲料添加剂生产技术领域。该方法通过多种酶协同作用、多步骤联合处理的方法，以小麦面筋蛋白粉与水固液重量比1∶10－1∶2，加入复合酶，使其在溶液中质量百分浓度为0.2－1.4％，于温度30－70℃，pH值5.0－10.0，水解1－13h；而后进行过滤、脱色、干燥等工序制得饲用小麦水解蛋白产品。与传统方法相比：水解条件温和，卫生安全，保持了原有氨基酸组成营养不损失，水解物盐分低，口感醇厚，产量、收率高，达到98％。在乳猪、仔鸡、犊牛、水产养殖等饲料中添加应用试验表明：其具有日采食量增加、降低腹泻率、增强免疫力、减缓断奶应激、提高生长性能等优点和明显效果。

Description

一种饲用小麦水解蛋白的工业化生产方法

技术领域

本发明涉及植物蛋白的综合开发应用领域，特别涉及一种饲用小麦水解蛋白的工业化生产方法，属饲料添加剂生产技术领域。

背景技术

小麦面筋蛋白，俗称谷朊粉，是以小麦为原料，经水洗、分离、干燥工序提取的一种纯天然谷物蛋白。它含有人体必须的15种氨基酸，是营养丰富的植物蛋白资源，吸水后的湿面筋可保持原有的自然活性和天然物理状态，具有粘性、弹性、延伸性、薄膜成型性和吸脂乳化性、并具有清淡醇香或略带谷物品味等多种独特的物理特性。小麦蛋白主要由麦醇溶蛋白、麦谷蛋白、麦球蛋白、麦清蛋白等组成。麦醇溶蛋白(约占总含量的40-50％)是一大类具有类似特性的蛋白质，分子量在25,000-100,000之间，平均相对分子量为40,000，单链，分子呈球状，水合时粘性极大。麦谷蛋白(约占总含量的30-40％)是一类不同组合的蛋白质，多链，分子为纤维状。相对分子量变化在100,000至数百万之间，平均相对分子量为3,000,000，具有较强的弹性。醇溶蛋白和麦谷蛋白构成面筋蛋白，占小麦蛋白总量的80％。谷朊粉中蛋白质含量在70～80％(干基)，此外还含有5～10％的脂质，少量碳水化合物及矿物质，其他成分与面筋蛋白相同。目前世界谷朊粉产量约50万吨，我国的产量也达到十几万吨，其中食品行业占67％，饲料占20％，工业应用占7％，其它占6％。小麦谷朊粉作为一种天然植物蛋白质，具有广泛的用途。

虽然谷朊粉前景广阔，用途广泛，氨基酸组成合理并含有高含量的谷氨酰胺，但由于小麦蛋白的特性，蛋白质分子量较大，含有较多的疏水性氨基酸和不带电荷的氨基酸，分子内疏水作用区域较大，溶解度低，尤其是在中性区域内溶解性很差，遇水后易形成面筋状物质，黏度大，在有些行业的应用效果不理想或是应用范围受到一定限制。如小麦蛋白粉直接在动物饲料中应用，由于仔猪的肠道还发育不完全，胃蛋白酶分泌不足，消化利用率较低，导致饲养效果不理想。若经过特殊的、定向的改性处理后，小麦蛋白转变为高活性的小分子类物质，其溶解性及消化利用率大大提高，将会极大改善该产品在国内外食品、医药、保健品及高档仔猪、畜禽、水产及宠物饲料中的应用价值。

小麦水解蛋白作为一种优质的无抗原植物性蛋白源，在欧洲等国家广泛应用于乳仔猪料、高档水产料、犊牛代奶粉及宠物饲料中。其特点是具有很高的谷氨酰胺含量(高达30％)，文献资料表明：在应激或限饲条件下(仔猪断奶时)，谷氨酸盐是主要的限制性因素，断奶仔猪饲喂人工合成的谷氨酸盐，可改善小肠消化道形态(小肠绒毛结构)，改善免疫应答。虽然国内有厂家在使用该产品，但该产品在国内尚无工业化生产。

小麦水解蛋白是以天然的植物蛋白为原料经改性而成，是绿色安全植物蛋白产品，既能克服血浆蛋白同源性的生物安全问题，又可避免大豆蛋白遭遇转基因的贸易壁垒，不存在应用上的限制。国外最新研究表明，用水解等生化处理谷朊粉制得水解蛋白饲料对仔猪有很高的消化率，无抗营养因子，可促进仔猪肠道绒毛的发育，获得较高的饲料转化效率，可替代昂贵的喷雾干燥血浆蛋白(2.5％～8％)。目前，国内有关水解脱脂大豆、棉粕的研究较多，关于酶法改性小麦面筋蛋白的研究报道较少。Drago等(Faoming properties of enzymatiallyhydrolysed wheat gletun，Cereal Sci，2000，32：114-135)采用真菌蛋白酶水解热处理过的谷朊粉发现，谷朊粉溶解度随着水解度(DH)增加而增加，但起泡性在超出一定DH范围时将被破坏。赵冬艳等(粮食与饲料工业，2005年第11期，23-25)利用木瓜蛋白酶对谷朊粉乳化性进行改良的结果表明：谷朊粉质量分数11.0％，酶浓度25μL/g谷朊粉，pH7.0，反应时间2h，反应温度55℃是木瓜蛋白酶提高谷朊粉乳化性最佳水解条件，此时，水解度为3.5％，溶解度和乳化性明显提高。齐军茹等(郑州工程学院学报，2001年04期，48-51)采用中性蛋白酶水解小麦面筋蛋白，并研究了控制水解小麦蛋白，表明：控制性水解大大提高了小麦蛋白的功能特性。赵冬艳等(粮食与饲料工业，2003年08期，39-41)用碱性蛋白酶(Alcalase)来改善小麦蛋白的功能性，研究了小麦蛋白浓度、酶浓度、pH值、加热时间及温度对小麦蛋白乳化性的影响，并在此基础上通过正交实验，探索碱性蛋白酶提高小麦蛋白功能性的最佳条件。测得改性前小麦蛋白溶解度为7.67％，在改性的最佳条件下其溶解度则为20.76％，由此可见，小麦蛋白的溶解度经Alcalase水解后得到极大提高；在小麦蛋白改性得到最佳乳化效果时，其水解度为3.2％。黄继红等(食品与发酵工业，2004，30(1)：92-94)对采用酶法水解小麦蛋白生产生物活性肽进行了探索性研究，认为酶法水解是提高小麦蛋白食品功能的有效途径，可以将蛋白质改性到所期望的功能特性。

由上述报道可知，目前酶法水解小麦蛋白的相关研究均停留在实验室阶段，没有进行进一步的放大试验研究，也没能实现工业化生产，酶制剂采用单一成份较多。通过酶法改性进行工业化规模生产饲用小麦水解蛋白产品还未见报道。小麦面筋蛋白经酶法改性生成小麦功能蛋白是动物蛋白的理想替代品，在动物养殖方面具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。

发明内容

为满足市场需求，本发明目的在于提供一种采用复合蛋白酶水解饲用小麦蛋白的新方法，并实现工业化生产。

为实现本发明目的，技术方案如下：

根据小麦谷朊粉的特性和动物营养学的特点，利用化学和酶法对小麦面筋蛋白进行改性处理，从制约小麦蛋白水解的五个因素(固液比、PH值、酶浓度、温度和时间)入手探讨了各因素对小麦面筋蛋白酶法水解的影响，在正交实验基础上得到工艺条件，经中试和工业化生产试验得到饲用小麦水解蛋白产品。产品富含谷氨酰胺，大多以小肽的形式存在，分子量小于2000道尔顿的小肽占到60％以上，其中小于1000道尔顿的小肽占到50％以上。

该饲用小麦水解蛋白产品具体通过以下步骤制备得到：

1)称取小麦面筋蛋白粉，在反应釜中与10-50℃温水混合，加入碱性蛋白酶进行溶解，其加入量为20-50U/g小麦面筋蛋白粉；

2)调节pH值5.0-10.0，加入复合酶制剂，使其在溶液中的质量百分浓度为0.2％-1.4％，在温度30-70℃，水解1-13h；

3)而后进行酶灭活和过滤脱色处理，采用进风温度130-160℃，出风温度60-85℃，均质压力10-30MPa进行喷雾干燥，得粉状小麦水解蛋白。

小麦面筋蛋白粉与水的重量比为1∶2-10；水解所用复合酶制剂为：碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶以1∶1-2∶0.1-0.5∶0.1-0.2重量份复配而成的小麦水解专用复合酶。调节pH值所用的酸或碱分别为盐酸、硫酸、磷酸、柠檬酸、氢氧化钠或氢氧化钾。脱色所用的脱色剂为活性炭，其添加量为小麦面筋蛋白粉重量的1-4％。

最佳工艺条件为：小麦面筋蛋白粉与水的重量比为1∶5；酶在溶液中质量百分浓度为0.6％，水解温度40℃，pH值6.5，水解时间4h。

本发明采用多种酶协同作用、多步骤联合处理的方法水解小麦蛋白。该工艺生产的产品是以农副产品为原料进行的深加工转化产品，附加值大，生产过程中无三废产生，环保清洁。该生产线设备配置先进、生产工艺科学合理，综合生产能力强，产量、收率高，达到98％。生产稳定，产品氮可溶解指数稳定在90％以上，乳化性和乳化稳定性均超过80％，各项性能指标较谷朊粉有明显提高和改善。与传统方法相比：生物酶法由于水解条件温和，卫生安全，保持了原有氨基酸组成营养不损失，水解物盐分低，口感醇厚；而传统加工方法通常采用用酸碱水解，容易造成营养成分损失，水解无特异性，副反应多(产生有毒有害物三氯丙醇等)，卫生安全等问题。

实验结果如表1和表2：

表1本发明生产的小麦水解蛋白与小麦面筋蛋白理化分析结果对照

指标	水分(％)	灰分(％)	谷氨酸(％)	蛋白质(％)	氮可溶指数(％)	乳化性(％)	乳化稳定性(％)
								本发明生产的小麦水解蛋白	6.9	1.3	29.9	76.2	96.7	83.6	80.2
小麦面筋蛋白	7.9	0.8	32.2	75.8	11.2	54.4	53.7

表2本发明生产的小麦水解蛋白与小麦面筋蛋白部分肽分子量分布结果

分子量范围	本发明生产的小麦水解蛋白产品峰面积百分比(％，λ220nm)	进口小麦水解蛋白产品峰面积百分比(％，λ220nm)	小麦面筋蛋白峰面积百分比(％，λ220nm)
				5000-3000	7.78	9.01	7.61
3000-2000	4.03	6.23	3.82
				2000-1000	10.22	10.06	4.39
1000-500	17.92	11.00	2.89
				50-130	33.03	17.09	5.28

注：以上数据为样品可溶性部分检测所得分子量结果

本发明创新点在于：结合小麦面筋蛋白的特性和动物营养学特点，通过多种酶协同作用、多步骤联合处理的方法进行水解小麦蛋白试验，开发出了新型小麦水解蛋白产品。经过连续的中试试验和规模生产验证，能实现年产5000吨生产能力。产品经不同饲料生产单位配制后在乳猪、仔鸡、犊牛、水产养殖等饲料中添加应用，具有日采食量增加(适口性好)、降低腹泻率、增强免疫力、减缓断奶应激、降低料肉比、提高生长性能等优点和明显效果。

本发明生产的饲用小麦水解蛋白产品与谷朊粉相比具有如下特点：(1)经过改性处理后，蛋白质由不溶于水变为可溶，提高了消化利用率，消化率达到96％以上，可与奶粉或其它同类物质配比直接饮用；(2)蛋白质中的大分子蛋白被水解为小分子蛋白，大多以小肽的形式存在，分子量小于2000道尔顿的小肽占到60％以上，其中小于1000道尔顿的小肽占到50％以上，更利于幼龄动物吸收；(3)氨基酸组成齐全，其中谷氨酰胺含量高达28％以上，且多以寡肽形式存在，在肠道内易于吸收，谷氨酰胺能修复受损伤肠粘膜并维持肠道结构和功能的完整，促进免疫细胞的增生和免疫活性物质的合成，增强机体免疫功能，提高抗病能力；(4)具有特殊的风味和良好的诱食效果；(5)蛋白质含量高，乳化性及乳化稳定性好，便于和其它物质搭配使用，起到协同增效作用。

本发明生产的饲用小麦水解蛋白与血浆蛋白粉相比具有以下优势：a.含量丰富的谷氨酰胺在仔猪断奶的特殊生理时期具有重要意义，对乳猪肠道形态的维护是血浆蛋白粉所不具备的；b.作为一种功能性植物蛋白源，不存在任何生物安全性问题；c.克服了血浆蛋白粉存在的差异性及货源不稳定性问题。本发明生产的饲用小麦水解蛋白原料充足，生产工艺稳定，可保证产品质量的一致性和稳定性。d.克服了血浆含有较高的动物脂肪，易氧化变质影响饲料的适口性问题。

具体实施方式

下面的实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

称取小麦面筋蛋白粉1000kg，在反应釜中与6000kg 40℃温水混合，加入碱性蛋白酶进行溶解，其加入量为20U/g小麦面筋蛋白粉；然后用氢氧化钠调节pH值7.5，加入复合酶制剂，使其在溶液中质量百分浓度为0.3％，在温度40℃水解8h；、而后进行酶灭活和过滤脱色处理，采用进风温度160℃，出风温度85℃，均质压力30MPa进行喷雾干燥，制得产品。水解所用复合酶制剂为：碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶以1∶1∶0.2∶0.2重量份复配而成。过滤脱色采用活性炭，其添加量为小麦面筋蛋白粉重量的2％，在50-90℃脱色处理10-130min。

实施例2

称取小麦面筋蛋白粉1000kg，在反应釜中与7000kg 35℃温水混合，加入碱性蛋白酶进行溶解，其加入量为40U/g小麦面筋蛋白粉；；然后用氢氧化钾调节pH值7.0，加入复合酶制剂，使其在溶液中质量百分浓度为0.2％，在温度45℃水解6h；而后进行酶灭活和过滤脱色处理，采用进风温度150℃，出风温度75℃，均质压力25MPa进行喷雾干燥，制得产品。水解所用复合酶制剂为：碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶以1∶1.5∶0.3∶0.1重量份复配而成。过滤脱色采用活性炭，其添加量为小麦面筋蛋白粉重量的3％，在50-90℃脱色处理10-130min。

实施例3

称取小麦面筋蛋白粉1000kg，在反应釜中与5000kg 40℃温水混合，加入碱性蛋白酶进行溶解，其加入量为25U/g小麦面筋蛋白粉；然后用磷酸调节pH值6.5，加入复合酶制剂，使其在溶液中质量百分浓度为0.6％，在温度40℃水解4h；而后进行酶灭活和过滤脱色处理，采用进风温度160℃，出风温度80℃，均质压力20MPa进行喷雾干燥，制得产品。水解所用复合酶制剂为：碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶以1∶1.3∶0.5∶0.1重量份复配而成。过滤脱色采用活性炭，其添加量为小麦面筋蛋白粉重量的4％，在50-90℃脱色处理10-130min。

实施例4

称取小麦面筋蛋白粉1000kg，在反应釜中与6500kg 35℃温水混合，加入碱性蛋白酶进行溶解，其加入量为30U/g小麦面筋蛋白粉；然后用氢氧化钠调节pH值7.0，加入复合酶制剂，使其在溶液中质量百分浓度为0.8％，在温度45℃水解6.5h；而后进行酶灭活和过滤脱色处理，采用进风温度155℃，出风温度83℃，均质压力26MPa进行喷雾干燥，制得产品。水解所用复合酶制剂为：碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶以1∶1.8∶0.4∶0.2重量份复配而成。过滤脱色采用活性炭，其添加量为小麦面筋蛋白粉重量的3％，在50-90℃脱色处理10-130min。

以上所用原料均为市售品，各种酶购于Novozymes公司、北京东华强盛生物技术有限公司、南宁庞博生物工程有限公司等。

Claims (5)

1.一种饲用小麦水解蛋白的工业化生产方法，其特征在于，由以下步骤制得：1)称取小麦面筋蛋白粉，在反应釜中与10-50℃温水混合，加入碱性蛋白酶进行溶解，其加入量为20-50U/g小麦面筋蛋白粉，小麦面筋蛋白粉与水固液重量比1∶2-10；

2)调节pH值5.0-10.0，加入复合酶制剂，使其在溶液中质量百分浓度为0.2％-1.4％，在温度30-70℃，水解1-13h；

3)而后进行酶灭活和过滤脱色处理，采用进风温度130-160℃，出风温度60-85℃，均质压力10-30MPa进行喷雾干燥，得粉状小麦水解蛋白。

2.根据权利要求1所述的饲用小麦水解蛋白的工业化生产方法，其特征在于，复合酶制剂为碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶以1∶1-2∶0.1-0.5∶0.1-0.2重量比复配而成。

3.根据权利要求1所述的饲用小麦水解蛋白的工业化生产方法，其特征在于，调节pH值所用的酸或碱分别为盐酸、硫酸、磷酸、柠檬酸、氢氧化钠或氢氧化钾。

4.根据权利要求1所述的饲用小麦水解蛋白的工业化生产方法，其特征在于，脱色剂为活性炭，其添加量为小麦面筋蛋白粉重量的1-4％，脱色时在50-90℃处理10-130min。

5.根据权利要求1-4任何一种所述的饲用小麦水解蛋白的工业化生产方法，其特征在于，优化工艺条件为：小麦面筋蛋白粉与水的重量比为1∶5；加入复合酶制剂，使其在溶液中质量百分浓度为0.6％，水解温度40℃，pH值6.5，水解时间4h。