CN102020856A

CN102020856A - 一种酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法

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Publication number: CN102020856A
Application number: CN2010105439394A
Authority: CN
Inventors: 王程; 刘慧�
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2030-11-15
Also published as: CN102020856B

Abstract

本发明涉及一种酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法，它包括以下工艺步骤：(1)液化：将魔芋飞粉的水溶液加入α-淀粉酶，进行液化，至淀粉充分降解；(2)糖化：向步骤(1)的溶液中加入淀粉葡萄糖苷酶，进行糖化；(3)离心：调节步骤(2)的溶液的pH为3.5～5.0，离心，得沉淀物；(4)酸洗：在步骤(3)的沉淀物中加水，调节溶液的pH至酸性条件下，搅拌，离心，得沉淀物；(5)干燥：将经过步骤(4)酸洗后的沉淀物pH值调节至中性，干燥，得最终提取物。该工艺流程简单，易于操作，得到的提取物葡甘聚糖和粗蛋白含量高，可用作优质饲料或蛋白原料等；并能有效去除腥臭物三甲胺及抗营养因子单宁。

Description

一种酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法

技术领域

本发明涉及一种酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法。

背景技术

魔芋飞粉(Konjac Fly Powder，KFP)是在干法加工生产葡甘聚糖过程中产生的副产物，占加工前魔芋粉质量的36～45%。其大约含有质量分数50%的全糖（主要是淀粉和葡甘聚糖）、20%左右的蛋白质、0.5%的脂肪、2.5%左右的纤维素和约7%的矿物质等营养物质，以及神经酰胺、黄酮、生物碱等生物活性物。据保守估计，2004年全国魔芋种植面积已达到2.4万多公顷，全国魔芋深加工企业已有100多家。仅湖北省每年就有约85%的(约8万t)魔芋飞粉未被利用，且易造成极大的环境污染。但由于魔芋飞粉含有蛋腥味和特殊刺激性异味，以及一些抗营养因子，从而制约了其在饲料、食品、医药等领域的应用。

最近，随着国内奶制品中三氯氰胺事件频发，植物蛋白的利用显得尤为重要和紧迫。魔芋中粗蛋白的含量约为9.7%，而魔芋飞粉中粗蛋白的含量一般高达20 %左右，其含量高于小麦、玉米和大麦，是一种优质的植物蛋白原料。许永琳等对云、贵、川魔芋飞粉主要成分的分析表明：魔芋飞粉中含有16种氨基酸，占魔芋飞粉总量的8.88%。日文文献显示魔芋飞粉中游离态氨基酸的质量分数为2.25%，再加上蛋白态氨基酸，则氨基酸总量可达23.0%，其组成按含量大小依次为谷氨酸、天冬氨酸、精氨酸、缬氨酸、丝氨酸、苯基丙氨酸、亮氨酸、甘氨酸、赖氨酸等。

植物蛋白提取一般采用Osborn法，即利用植物蛋白在水、盐溶液、醇和碱中溶解度差异进行分离和提纯，分别得到清蛋白、球蛋白、醇蛋白以及谷蛋白。然而，魔芋飞粉中含有大量淀粉和一定量的魔芋葡甘聚糖(约9%)。其中，魔芋葡甘聚糖的分子量为2×10⁵～2×10⁶，粘度可达20000 mPa·s，是目前所发现植物类水溶性食用胶中粘度最高的一种，且其吸水性极强。大量的淀粉和高粘度的葡甘聚糖会导致魔芋飞粉与水混合后形成黏稠、凝胶似的溶液，使传统蛋白提取方法很难将蛋白、淀粉和其他成分分离，为蛋白和魔芋葡甘聚糖的回收带来技术困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法。该方法工艺流程简单，易于操作，得到的提取物葡甘聚糖和粗蛋白含量高；并能有效去除腥臭物三甲胺及抗营养因子单宁。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法，其特征在于，它包括以下工艺步骤：

（1）液化：将魔芋飞粉以水为溶剂，充分搅拌，得到魔芋飞粉的水溶液，然后在魔芋飞粉的水溶液中加入α-淀粉酶，调节上述溶液至该α-淀粉酶适宜的pH值和温度活性条件，进行液化，至淀粉充分降解；

（2）糖化：向步骤（1）得到的溶液中加入淀粉葡萄糖苷酶，得到混合溶液；调节混合溶液的pH值和温度至淀粉葡萄糖苷酶的活性条件，进行糖化；

（3）离心：调节步骤（2）得到的溶液的pH值为3.5～5.0，离心分离，得到沉淀物；

（4）酸洗：在步骤（3）得到的沉淀物中加水，调节溶液的pH至酸性条件下，搅拌，离心，得到沉淀物；

（5）干燥：将经过步骤（4）酸洗后的沉淀物pH值调节至中性，然后干燥，得到最终提取物。

按上述方案，所述魔芋飞粉的水溶液中魔芋飞粉的质量浓度为0.005～0.025 g/mL。

按上述方案，步骤（1）所述的α-淀粉酶为真菌α-淀粉酶，其适宜的pH值和温度活性条件为：温度为45℃～65℃，pH 为4.0～6.6；或α-淀粉酶为中温α-淀粉酶，其适宜的pH值和温度活性条件为：温度为50～75℃，pH为5.0～7.5；或α-淀粉酶为耐高温α-淀粉酶，其适宜的pH值和温度活性条件为：温度为70～110℃，pH为5.5～8.0。

按上述方案，步骤（1）所述的α-淀粉酶的用量为10～500 U/g魔芋飞粉（每克魔芋飞粉所需的α-淀粉酶的用量为10～500 U），所述的液化时间为0.5～4h。

按上述方案，步骤（2）所述的淀粉葡萄糖苷酶的活性条件为：反应温度为40～60℃，pH为3.0～5.5。

按上述方案，步骤（2）所述的淀粉葡萄糖苷酶的用量为10～500 U/g魔芋飞粉（每克魔芋飞粉所需的淀粉葡萄糖苷酶的用量为10～500 U），所述的糖化时间为3～48h。

按上述方案，步骤（3）所述的离心速率为2000～5000 r/min，离心时间为2～15分钟。通过浊度法判断，并进一步测定粗蛋白含量可得，在pH值为3.5～5时，离心所得的沉淀物中粗蛋白含量最高。

按上述方案，步骤（4）所述的pH为3.5～5，离心速率为2000～5000 r/min，离心时间为2～15分钟。此处，酸洗可进一步去除提取物中的腥臭物三甲胺及抗营养因子单宁。酸洗后得到的提取物腥臭味消失，三甲胺减少90%以上，单宁减少85%以上。

按上述方案，在进行步骤（5）之前，将步骤（4）重复进行至少1次。

按上述方案，步骤（5）所述的中性是pH值为6～8。

本发明以魔芋精粉生产过程中产生的废弃物魔芋飞粉为原料，经过α-淀粉酶液化和淀粉葡萄糖苷酶糖化，极大的降低了溶液的粘度，减小了蛋白组分、淀粉以及葡甘聚糖等之间的结合作用力，方便了后续沉淀，离心纯化，真空干燥等一系列工艺流程的进行，最终得到了高粗蛋白含量和高葡甘聚糖含量的提取物。该提取物能用作优质饲料或蛋白原料。同时，在工艺流程离心产生的上清液中还原性糖含量高达30%，可用做工业生产乙醇生产的原料。综上，本发明一方面减少了魔芋飞粉废弃物对环境的污染；另一方面成功地回收了魔芋飞粉中蛋白质和葡甘聚糖等重要营养成分，从而变废为宝，提高了资源利用效率，为实现魔芋飞粉减量化、资源化和无害化利用提供了有效途径。

本发明的有益效果：本发明提供的工艺流程简单，易于操作，得到的提取物葡甘聚糖和粗蛋白的含量高，其中葡甘聚糖的回收率可达到75%，粗蛋白的回收率可达到60%；并能有效去除腥臭物三甲胺及抗营养因子单宁。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护内容不局限于以下实施例。

下述实施例中采用《GB/T 21305-2007 谷物及谷物制品水分的测定常规法》测定提取物含水率；采用《ISO 20483:2006谷物和豆类氮含量测定和粗蛋白质含量计算凯氏法》测定粗蛋白含量；采用3，5－二硝基水杨酸比色法测定还原性糖含量；采用蒸馏-凯氏滴定法测定三甲胺含量；采用《GB/T 15686-2008 高粱单宁含量的测定》测定单宁含量；葡甘聚糖的测定方法为：将提取物溶入水中，用100目即每平方英寸（2.54cm）上有100个筛孔的滤布水洗滤渣2～3次，去除纤维素，得到滤液，然后将滤液用6 mol/L 的H₂SO₄于沸水浴中水解2 h，再调节水解液至中性，采用3，5－二硝基水杨酸比色法测定葡甘聚糖含量；

粗蛋白回收率=（提取物中粗蛋白的质量－加入的酶的质量）/原料中粗蛋白的质量×100%；

葡甘聚糖回收率=提取物中葡甘聚糖的质量/原料中葡甘聚糖的质量×100%；

三甲胺去除率=（原料中三甲胺的质量－提取物中三甲胺的质量）/原料中三甲胺的质量×100%；

单宁去除率=（原料中单宁的质量－提取物中单宁的质量）/原料中单宁的质量×100%。

实施例1

配料：称取5g魔芋飞粉，加入装有200 mL水的烧杯中，用电动搅拌器使其充分搅拌均匀，得到魔芋飞粉的水溶液；

液化：用水浴锅加热魔芋飞粉的水溶液至45℃，调节pH至4.0，投加真菌α-淀粉酶，真菌α-淀粉酶的使用量为10 U/g魔芋飞粉，液化反应2小时，至淀粉充分降解（用碘-碘化钾试剂判断：将碘-碘化钾试剂加入到该溶液中，若溶液无蓝色出现，表明淀粉已充分降解），溶液粘度显著降低，还原性糖含量升高；

糖化：将液化后的溶液的温度调节至40℃，pH调节至3.0，加入淀粉葡萄糖苷酶，淀粉葡萄糖苷酶的使用量为10 U/g魔芋飞粉，均匀搅拌，继续反应24小时；

离心：将糖化后的溶液pH调节至3.5，设定离心参数为：离心速率2000 rpm/min，离心时间2 min，离心得白色沉淀物，收集淡黄色上清液；

酸洗：将上述离心得到的沉淀物放入烧杯中，加入50 mL水，搅拌均匀，调节pH至3.5，持续搅拌10 min后，再2000 rpm/min离心2 min，收集沉淀物，将该沉淀物按上述步骤重复酸洗两次，得到最终产物；

干燥：将上述酸洗得到的最终产物的pH值调节为6～8，真空干燥或冷冻干燥，得到最终提取物。

实验结果：离心后收集的上清液中还原性糖含量为20%（w/v），即0.2g/mL；提取物中含水率5%（重量百分数），粗蛋白含量45%（重量百分数），粗蛋白回收率70%，葡甘聚糖含量20%（重量百分数），葡甘聚糖回收率50%，三甲胺去除率89%，单宁去除率90%。

实施例2

配料：称取5g魔芋飞粉，加入装有1000 mL水的烧杯中，用电动搅拌器使其充分搅拌均匀，得到魔芋飞粉的水溶液；

液化：用水浴锅加热魔芋飞粉的水溶液至65℃，调节pH至6.6，投加真菌α-淀粉酶，真菌α-淀粉酶的使用量为500 U/g魔芋飞粉，反应2小时，至淀粉充分降解（用碘-碘化钾溶液判断），溶液粘度显著降低，还原性糖含量升高；

糖化：将液化后的溶液温度调节至60℃，pH调节至5.5，加入淀粉葡萄糖苷酶，淀粉葡萄糖苷酶的使用量为500 U/g魔芋飞粉，均匀搅拌，继续反应3小时；

离心：将糖化后的溶液的pH调节至5，设定离心参数为：离心速率5000 rpm/min，离心时间15 min，离心得白色沉淀物，收集淡黄色上清液；

酸洗：将上述离心得到的沉淀物放入烧杯中，加入50 mL水，搅拌均匀，调节pH至5，持续搅拌10 min后，再5000 rpm/min，离心15min，收集沉淀物，将该沉淀物按上述步骤重复酸洗两次，得到最终产物；

实验结果：离心后的收集的上清液还原性糖含量30%（w/v），即0.3g/mL；提取物含水率4%（重量百分数），粗蛋白含量55%（重量百分数），粗蛋白回收率72%，葡甘聚糖含量26%（重量百分数），葡甘聚糖回收率60%，三甲胺去除率95%，单宁去除率99%。

实施例3

配料：称取5g魔芋飞粉，加入装有400 mL水的烧杯中，用电动搅拌器使其充分搅拌均匀，得到魔芋飞粉的水溶液；

液化：用水浴锅加热魔芋飞粉的水溶液至50℃，调节pH至5.0，投加中温α-淀粉酶，中温α-淀粉酶的使用量为10 U/g魔芋飞粉，反应2小时，至淀粉充分降解（用碘-碘化钾溶液判断），溶液粘度显著降低，还原性糖含量升高；

糖化：将液化后的溶液温度调节至40℃，pH调节至3.0，加入淀粉葡萄糖苷酶，淀粉葡萄糖苷酶的使用量为10 U/g魔芋飞粉，均匀搅拌，继续反应24小时；

酸洗：将上述离心得到的沉淀物放入烧杯中，加入50 mL水，搅拌均匀，调节pH至3.5，持续搅拌10 min后，再2000 rpm/min，离心2 min，得到沉淀物，将该沉淀物按上述步骤重复酸洗两次，得到最终产物；

干燥：将上述酸水洗得到的最终产物的pH值调节为中性，真空干燥或冷冻干燥，得到最终提取物。

实验结果：离心后的收集的上清液还原性糖含量26%（w/v），即0.26g/mL；提取物含水率6.5%（重量百分数），粗蛋白含量45%（重量百分数），粗蛋白回收率52%，葡甘聚糖含量19%（重量百分数），葡甘聚糖回收率48%，三甲胺去除率90%，单宁去除率93%。

实施例4

配料：称取5g魔芋飞粉，加水400 mL，搅拌均匀，得到魔芋飞粉的水溶液；

液化：用水浴锅加热魔芋飞粉的水溶液至75℃，调节pH至7.5，投加中温α-淀粉酶，中温α-淀粉酶的使用量为500 U/g魔芋飞粉，反应2小时，至淀粉充分降解（用碘-碘化钾溶液判断），溶液粘度显著降低，还原性糖含量升高；

离心：将糖化后的溶液pH调节至5，设定离心参数为：离心速率5000 rpm/min，离心时间15min，离心得白色沉淀物，收集淡黄色上清液；

酸洗：将上述离心得到的沉淀物放入烧杯中，加入50 mL水，搅拌均匀，调节pH至5，持续搅拌10 min后，再5000 rpm/min，离心15min，得到沉淀物，将该沉淀物按上述步骤重复酸洗两次，得到最终的产物；

干燥：将上述酸洗得到的产物PH值调节为中性，真空干燥或冷冻干燥，得到最终提取物。

实验结果：离心后的收集的上清液还原性糖含量27%（w/v），即0.27g/mL；提取物中含水率4%（重量百分数），粗蛋白含量57%（重量百分数），粗蛋白回收率75%，葡甘聚糖含量21%（重量百分数），葡甘聚糖回收率53%。三甲胺去除率96%，单宁去除率99%。

实施例5

液化：用水浴锅加热魔芋飞粉的水溶液溶液至70℃，调节pH至5.5，投加高温α-淀粉酶，高温α-淀粉酶的使用量为10 U/g魔芋飞粉，反应2小时，至淀粉充分降解（用碘-碘化钾溶液判断），溶液粘度显著降低，还原性糖含量升高；

离心：将糖化后的溶液pH调节至3.5，设定离心参数为：速率2000 rpm/min，时间2 min，离心得白色沉淀物，收集淡黄色上清液；

酸洗：将上述离心得到的沉淀物放入烧杯中，加入50 mL水，搅拌均匀，调节pH至3.5，持续搅拌10 min后，再2000 rpm/min，离心2 min，得到沉淀物，将该沉淀物按上述步骤重复酸洗两次，得到最终的产物；

干燥：将上述酸水洗得到的产物pH值调节为中性，真空干燥或冷冻干燥，得到最终提取物。

实验结果：离心后的收集的上清液还原性糖含量22%（w/v），即0.22g/mL；提取物中含水率5%（重量百分数），粗蛋白含量49%（重量百分数），粗蛋白回收率73%，葡甘聚糖含量22%（重量百分数），葡甘聚糖回收率55%，三甲胺去除率96%，单宁去除率99%。

实施例6

液化：将魔芋飞粉的水溶液加热至100℃，调节pH至8.0，投加高温α-淀粉酶，高温α-淀粉酶的使用量为200 U/g魔芋飞粉，反应2小时，至淀粉充分降解（用碘-碘化钾溶液判断），溶液粘度显著降低，还原性糖含量升高；

糖化：将液化后的溶液温度调节至60℃，pH调节至5.5，加入淀粉葡萄糖苷酶，淀粉葡萄糖苷酶的使用量为200U/g魔芋飞粉，均匀搅拌，继续反应3小时；

离心：将糖化后的溶液pH调节至5，设定离心参数为：速率5000 rpm/min，时间15min，离心得白色沉淀物，收集淡黄色上清液；

酸洗：将上述离心得到的沉淀物放入烧杯中，加水，搅拌均匀，调节pH至5，持续搅拌，再5000 rpm/min，离心15min，得到沉淀物；将沉淀物按上述步重复酸洗两次重复两次，得到最终的产物；

实验结果：离心后的收集的上清液还原性糖含量25%（w/v），即0.25g/mL；提取物中含水率4%（重量百分数），粗蛋白含量53%（重量百分数），粗蛋白回收率69%，葡甘聚糖含量22%（重量百分数），葡甘聚糖回收率56%，三甲胺去除率95%，单宁去除率99%。

Claims

1.一种酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法，其特征在于，它包括以下工艺步骤：

2.根据权利要求1所述的酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法，其特征在于：所述魔芋飞粉的水溶液中魔芋飞粉的质量浓度为0.005～0.025 g/mL。

3.根据权利要求1所述的酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法，其特征在于：步骤（1）所述的α-淀粉酶为真菌α-淀粉酶，其适宜的pH值和温度活性条件为：温度为45℃～65℃，pH 为4.0～6.6；或α-淀粉酶为中温α-淀粉酶，其适宜的pH值和温度活性条件为：温度为50～75℃，pH为5.0～7.5；或α-淀粉酶为耐高温α-淀粉酶，其适宜的pH值和温度活性条件为：温度为70～110℃，pH为5.5～8.0。

4.根据权利要求1所述的酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法，其特征在于：步骤（1）所述的α-淀粉酶的用量为10～500 U/g魔芋飞粉，所述的液化时间为0.5～4h。

5.根据权利要求1所述的酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法，其特征在于：步骤（2）所述的淀粉葡萄糖苷酶的活性条件为：反应温度为40～60℃，pH为3.0～5.5。

6.根据权利要求1所述的酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法，其特征在于：步骤（2）所述的淀粉葡萄糖苷酶的用量为10～500 U/g魔芋飞粉，所述的糖化时间为3～48h。

7.根据权利要求1所述的酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法，其特征在于：步骤（3）所述的离心速率为2000～5000 r/min，离心时间为2～15分钟。

8.根据权利要求1所述的酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法，其特征在于：步骤（4）所述的pH为3.5～5，离心速率为2000～5000 r/min，离心时间为2～15分钟。

9.根据权利要求1所述的酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法，其特征在于：在进行步骤（5）之前，将步骤（4）重复进行至少1次。

10.根据权利要求1所述的酶法回收魔芋飞粉中葡甘聚糖和蛋白质的方法，其特征在于：步骤（5）所述的中性是pH值为6～8。