CN102150737B - 一种高纯度大米蛋白的制备方法与采用该方法得到的产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高纯度大米蛋白的制备方法，它包括调浆和磨浆、脱脂、酶解反应、分离洗涤和灭酶灭菌等步骤。本发明还涉及根据所述方法得到的高纯度大米蛋白，它的蛋白重量百分含量大于80％、脂肪重量百分含量小于3％、灰分小于3％的大米蛋白，蛋白提取率大于80％，大大提高了米渣的附加值。

Description

一种高纯度大米蛋白的制备方法与采用该方法得到的产品

【技术领域】

本发明属于大米精深加工技术领域。更具体地，本发明涉及一种高纯度大米蛋白的制备方法，还涉及根据所述制备方法得到的高纯度大米蛋白。

【背景技术】

大米蛋白在大米中的含量约7％，它主要由清蛋白、球蛋白、醇溶性蛋白和谷蛋白四种蛋白组成。大米蛋白是优质植物蛋白，具有很高的营养价值。它的氨基酸组成配比合理，与FAO/WHO推荐的蛋白质氨基酸最佳配比模式相近，氨基酸分数高达67，消化率为82，生物价为77，功效比值为1.7。大米蛋白的生物价(BV)和蛋白质效用比(PER)在植物蛋白中几乎是最好的。因此，大米蛋白是人们膳食中重要的蛋白来源，其营养价值远远高于大豆、玉米、小麦等植物蛋白质，可以与鸡蛋、牛奶等优质动物蛋白相媲美。而且，大米蛋白是一种低抗原性蛋白，不会产生过敏反应，是唯一一种免于过敏试验的谷物蛋白，美国临床研究表明，在700个遗传性过敏症的病例中，不到1％的高度过敏性病人对大米过敏，儿科也很少报道对大米蛋白过敏。因此，大米蛋白可以在诸如婴儿食品、老年人食品中安全使用。近年来的研究发现，大米蛋白不仅具有重要营养价值，还具有一些保健功能，如抗癌变、抗胆固醇、抗糖尿病等，大米蛋白应用前景十分广阔。但由于大米蛋白的主要组成是水不溶性蛋白，分子量较大，溶解性较差，进而影响其乳化性、起泡性等性能，限制了其在食品工业中的应用。

但长期以来，由于一般大米中的蛋白质含量相对较低，仅为8％左右，分布在糊粉层、蛋白体、细胞壁，所以前人一直没有利用大米生产蛋白，但大米中淀粉含量较高，现在有大量的大米用于制备淀粉糖，在此过程中产生的米渣(蛋白重量百分含量大于40％)，往往都用作饲料，没有好好利用。近几年来，随着人们对大米蛋白营养价值和低过敏性的认同以及国际行情对大米蛋白的关注，使其在粮谷类蛋白的研究和开发中脱颖而出，成为行业内的一个热点。

大米胚乳的内部结构非常紧密，淀粉颗粒细小，并几乎全部以复粒形式存在，蛋白质与淀粉颗粒包络结合紧密，在胚乳中呈现1-3μm大小的颗粒结构，加之前者的80％以上为分子量很大的谷蛋白，分子间通过二硫键和疏水基团进行交联而凝聚，淀粉是以复粒形式紧紧包含在蛋白质网络中，两者交织缠绕在一起，之间结合力非常紧密，水或亚硫酸液无法破坏这种结合力，因此与其它谷物相比，大米蛋白的分离较为困难，目前能够制备蛋白重量百分含量大于80％的大米蛋白的报道很少。

高纯度植物蛋白提取的方法包括溶剂法、碱法、酶法等。溶剂法是利用植物蛋白在特殊溶剂里的溶解性能对蛋白质进行提取的，但由于该方法提取率不高，而且有严重的溶剂残留问题，该办法近年来己经很少采用。碱法主要是根据部分植物蛋白可以溶于碱溶液的原理，先通过碱溶离心去除大部分的杂质，然后调整上清液的pH值，使其达到蛋白的等点电，让大部分的蛋白沉淀下来，再次离心分离清液中的杂质。该法工艺简单，但由于制备大米淀粉糖所得的米渣中的蛋白已经因为高温作用，使得蛋白质变性，在碱液中的溶解度大大降低，导致蛋白提取率很低，使得碱溶酸沉法在此并不适用。酶法是通过蛋白酶使蛋白部分水解，从而与其它物质分离，或用非蛋白酶(如淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶等)将其它杂质除去，从而达到纯化蛋白的目的。

CN02153853.0公开了一种从米糟中提取大米蛋白的方法，将米糟由复合酶(淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶和蛋白酶)进行酶解用一步法得到大米蛋白，得到含量75％以上的大米蛋白。

CN03134972.2公开了一种碱法提取大米蛋白的方法，该方法包括大米的清洗、碱液浸泡、磨浆、搅拌提取、分离、酸沉、分离、干燥等多个步骤。采用该方法提取的大米蛋白的干基蛋白含量≥75％，脂肪含量≤2％，灰分含量≤3％，水分≤10％。

CN03134973.0公开了一种从大米中提取大米蛋白的方法，该方法包括大米的清洗与浸泡、除砂、浓缩、干燥大米蛋白。采用该方法提取的大米浓缩蛋白的干基蛋白质含量≥75％，脂肪含量≤4％，灰分含量≤2％，水分≤10％。为了得到纯度更高的大米蛋白，继续使用复合酶对大米浓缩蛋白进行处理，得到的大米分离蛋白的干基蛋白质含量≥90％，脂肪含量≤2％，灰分含量≤1％，水分≤5％。

CN200610086357.1公开了一种大米淀粉和大米蛋白的制备方法，以碎米、陈米、籼米、粳米或糯米为原料，经粉碎、超微粉碎、碱性蛋白酶酶解反应、离心分离，上清液加热灭酶，浓缩、喷雾干燥制得大米蛋白，其纯度65％。

CN200710069938.9公开了一种米蛋白提取工艺，以大米加工下脚料为原料，使用硫酸调配而成的酸性溶液进行处理，得到的米蛋白的蛋白纯度可达85％(质量)以上。

CN200910043181.5公开了一种复合酶制备米渣蛋白的方法，其中使用了纤维素酶和淀粉酶对米渣原料进行处理。采用该方法制备得到的米渣蛋白，糊精和寡聚糖含量低于5wt％，蛋白质含量大于90wt％。

为了解决现有技术的不利之处，本发明人经过多次试验，研究完成了本发明。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种高纯度大米蛋白的制备方法。

本发明的另一个目的是提取根据所述制备方法得到的高纯度大米蛋白。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明涉及一种高纯度大米蛋白的制备方法，所述方法包括下述步骤：

(1)调浆和磨浆

往蛋白重量百分含量大于40％的米渣中加入水，得到米渣重量计为15-20％的米浆，再用胶体磨研磨，然后进行过滤，得到滤液；

(2)脱脂

把步骤(1)得到的滤液加热至60-68℃，然后加入氢氧化钠水溶液，将所述滤液的pH值调节至8.2-8.5，再在这个条件下进行脂肪皂化，蛋白溶胀；

(3)酶解反应

步骤(2)得到的脱脂溶液在63-65℃下保温20-40min，再使用盐酸或硫酸将其pH值调节到4.2-4.5，再加入糖化酶进行酶解反应，得到酶解液；

(4)分离洗涤

步骤(3)得到的酶解液进行离心分离，得到的固相再用与酶解液等量的水洗涤3-5次，弃去洗液，收集洗涤固相；

(5)灭酶灭菌

往步骤(4)得到的洗涤固相中加入水，使所述固相含量达到16-17％，然后进行高温处理，灭酶灭菌；

(6)喷雾干燥

步骤(5)的料液通过喷雾干燥器进行干燥，得到所述的高纯度大米蛋白。

根据本发明的一种优选实施方式，步骤(1)的米浆通过150-250目筛。

根据本发明的另一种优选实施方式，步骤(2)中氢氧化钠水溶液重量百分浓度为35-45％。

根据本发明的另一种优选实施方式，步骤(2)中调节pH值后的溶液在60-68℃下进行脂肪皂化反应25-35min。

根据本发明的另一种优选实施方式，步骤(3)中所述糖化酶的加入量是以米渣质量计0.1-0.3％，其酶活是10万IU/g。

根据本发明的另一种优选实施方式，步骤(3)中在60-65℃下进行酶解反应1.5-2.5h。

根据本发明的另一种优选实施方式，步骤(4)中所述的酶解液在2000-4000转/分钟转速下离心分离5-15min。

根据本发明的另一种优选实施方式，步骤(5)中将料液煮沸30分钟，或者在115-121℃下超高温瞬时处理4-6s，进行高温处理，灭酶灭菌。

根据本发明的另一种优选实施方式，步骤(6)中喷雾干燥的进风温度为165-180℃，出风温度为75-85℃，压力＞0.7MPa。

本发明还涉及一种根据上述制备方法得到的高纯度大米蛋白，所述高纯度大米蛋白的干基蛋白重量百分含量＞80％，脂肪重量百分含量＜3％，灰分重量百分含量＜3％。

下面将更详细地描述本发明。

本发明涉及一种高纯度大米蛋白的制备方法。

该方法的步骤如下：

(1)调浆和磨浆

往蛋白重量百分含量大于40％的米渣中加入水，得到以米渣重量计16-17％的米浆，用胶体磨研磨米浆，然后通过150-250目筛进行过滤，得到滤液。

在本发明中，所述的米渣应该理解是大米磨浆通过α-淀粉酶液化后过滤，除去液化液的残渣。凡是以大米为生产原料的味精厂、饴糖厂、葡萄糖厂、药厂均有大量这种米渣。这种米渣常常被视为废渣随水放掉，未能得到充分利用。

胶体磨的基本原理是流体或半流体物料通过高速相对连动的定齿与动齿之间，受到强大的剪切力、磨擦力及高频振动等作用，物料被有效地分散、浮化、粉碎、均质。本发明使用的胶体磨是本技术领域通常采用的、目前市场上销售的产品，例如可以使用温州市豪龙胶体磨厂公司销售的JML-50。

为了尽可能地提取米渣中的大米蛋白并且方便制备，适宜的米渣粒度是150-250筛目。可采用目前市场上销售的本技术领域的技术人员常用的筛进行筛选。

(2)脱脂

步骤(1)得到的滤液加热至63-65℃，然后加入35-45％重量浓度的氢氧化钠水溶液，将滤液的pH值调节到8.2-8.5，再在60-65℃下浸泡30min，使脂肪皂化，蛋白溶胀。

本发明使用氢氧化钠水溶液进行脱脂。氢氧化钠水溶液的浓度是35-45％。当氢氧化钠水溶液的浓度大于35-45％时，会造成局部蛋白粘度过大，颜色变深；当氢氧化钠水溶液的浓度小于35-45％时，会造成加样时间过长，在加样的同时，脂肪和蛋白都与碱反应，导致碱的用量增加。

由于料液的pH值将会影响脱脂效果，因此适宜将料液的pH值调节到8.2-8.5。如果料液的pH值小于8.5，则会造成脂肪脱除率较低；如果料液的pH值大于8.5，则会造成蛋白粘度过大，颜色变深。

(3)酶解反应

步骤(2)的溶液在63-65℃下保温20-40min，使用1mol/L盐酸溶液将其pH值调节到4.2-4.5，然后加入以米渣质量计0.1-0.3％糖化酶，所述糖化酶的酶活是10万IU/g，再在60-65℃下进行酶解反应2h，得到酶解液。

糖化酶又称葡萄糖淀粉酶，学名为α-1，4-葡萄糖水解酶(α-1，4-Glucan glucohydrolace)。它多应用于酒精、淀粉糖、味精、抗菌素、柠檬酸、啤酒等工业以及白酒、黄酒。糖化酶是由曲霉优良菌种经深层发酵提炼而成的。

酶活力定义为1克酶粉或1ml酶液于40℃与pH4.6的条件下，1小时分解可溶性淀粉产生1mg葡萄糖的酶量为1个酶活单位。

在本发明中使用的糖化酶的酶活是5万～15万IU/g，优选地是10万IU/g。其添加量是以米渣质量计0.1-0.3％。

糖化酶随作用的温度升高活力增大，超过65℃又随温度升高而活力急剧下降，因此它的最适作用温度是60-62℃，最适作用pH舒值在4.0-4.5左右。

因此，在本发明中，使用1mol/L盐酸溶液将溶液的pH调节到4.2-4.5，如果溶液的pH低于4.2，则会造成糖化酶酶活降低，如果溶液的pH高于4.5，则会造成糖化酶酶活降低。

在本发明中，酶解反应在60-65℃下进行，如果反应温度低于这一温度范围，则会造成糖化酶酶活降低，如果反应温度高于这一温度范围，则会造成糖化酶变性失活。

本发明使用的糖化酶例如是诺维信公司生产的糖化酶。

(4)分离洗涤

步骤(3)得到的酶解液在2000-4000转/分钟转速下离心分离5-15min，再用等量水洗涤固相3-5次，然后弃去液相，得到重相。

本发明使用的离心机是本技术领域的技术人员通常使用的离心机，例如是上海医用分析仪器厂公司生产的LXJ-II离心沉淀机。

(5)灭酶灭菌

往步骤(4)得到的重相中加入水，使所述重相达到16-17％重量百分浓度，然后进行高温处理，灭酶灭菌。

进行高温处理的方法，或者采用料液煮沸30分钟，或者在115-121℃下超高温瞬时处理(UHT)4-6s。

本发明使用的UHT机可以是目前市场上销售的产品，例如可以是张家港市饮料机械有限公司公司生产的UHT超高温瞬时灭菌器。

(6)喷雾干燥

步骤(5)的料液通过喷雾干燥器进行干燥，得到所述的高纯度大米蛋白。

通过喷雾干燥机，控制其进口温度为165-180℃，出口温度为75-85℃，压力＞0.7MPa。所述的喷雾干燥机例如是上海世远生物设备工程有限公司、常州市统一干燥设备有限公司、上海达程实验设备有限公司生产的喷雾干燥机。

根据本发明方法制备得到的可溶性大米蛋白具有非常广泛的用途，可以用于食品、化妆品、药品、大米精加工与饲料行业。

在本发明中，蛋白质重量百分含量是采用GB 5009.5-2010食品中蛋白质的测定方法测定的。

脂肪重量百分含量是采用GB/T 14772-2008食品中粗脂肪的测定方法测定的。

灰分重量百分含量是采用GB 5009.4-2010食品中灰分的测定方法测定的。

在本发明中，蛋白质提取率的计算方法如下：

大米蛋白提取率％＝提取物中纯蛋白质的质量/原料中纯蛋白质的质量×100％

测定结果表明，根据本发明方法制备的高纯度大米蛋白的干基蛋白重量百分含量＞80％，蛋白提取率＞80％，脂肪重量百分含量＜3％，灰分重量百分含量＜3％。

[有益效果]

本发明以生产大米淀粉糖时所产生的米渣为原料，大米中主要的成分淀粉已基本除去，蛋白重量百分含量已富集到40％以上，但该蛋白已经过高温处理而变性，同时米渣中的脂肪、纤维、多糖、灰分及可溶性糖分等杂质也被富集，这些杂质的存在影响着蛋白的纯度，其中脂肪、纤维及多糖以与蛋白分子复合的形式组合在一起，简单物理方法是无法将其分离的。

本发明采用湿法粉碎、碱溶分散、皂化脱脂、酶法水解相结合，大米蛋白在制糖过程中受到高温作用，分子之间发生聚合，再经喷雾干燥，会形成紧密、坚硬的网状结构，灰分、脂肪和碳水化合物会被包裹在网格中，不易释放，湿法粉碎可以减小颗粒粒径，碱溶可以通过金属离子与蛋白质的螯合，使蛋白质分子溶胀，肽链舒展，使得杂质得以从紧密的网状结构中释放出来，与外界环境接触的面积增大，路径缩短，可以提高后续工艺中针对杂质采取的措施的作用效果，碱液皂化可以提高脂肪的水溶性，糖化酶可以将大分子的糊精水解成低聚糖，与蛋白的结合作用减弱，料液粘度降低，结合多次水洗和离心分离，去除米渣中的非蛋白杂质，得到蛋白重量百分含量大于80％、脂肪重量百分含量小于3％、灰分小于3％的大米蛋白，蛋白提取率大于80％，大大提高了米渣的附加值。

【具体实施方式】

实施例1：本发明制备高纯度大米蛋白的方法

该方法的步骤如下：

(1)调浆和磨浆

往蛋白重量百分含量41.3％的1kg米渣中加入5.25kg水，得到以米渣重量计16％的米浆，用胶体磨研磨米浆，然后通过200目筛进行过滤，得到滤液。

(2)脱脂

步骤(1)得到的滤液加热至65℃，然后加入40％重量浓度的氢氧化钠水溶液，将滤液的pH值调节到8.2，再在63℃下浸泡30min，使脂肪皂化，蛋白溶胀。

(3)酶解反应

步骤(2)的溶液在63℃下保温30min，使用1mol/L的盐酸溶液将其pH值调节到4.2，然后加入以米渣质量计0.2％糖化酶，所述糖化酶的酶活是10万IU/g，再在65℃下进行酶解反应2h，得到酶解液。

(4)分离洗涤

步骤(3)得到的酶解液在3000转/分钟转速下离心分离5min，再用等量水洗涤固相3-5次，然后弃去液相，得到0.94kg重相。

(5)灭酶灭菌

往步骤(4)得到的0.94kg重相中加入水，使所述重相达到16％重量百分浓度，然后料液煮沸30分钟进行高温处理，灭酶灭菌。

(6)喷雾干燥

使用上海世远生物设备工程有限公司生产的喷雾干燥机，控制其进口温度为172℃，出口温度为85℃，压力＞0.7MPa，将步骤(5)的料液进行干燥，得到0.41kg大米蛋白。

采用本说明书中提到的分析方法对得到的大米蛋白进行分析，结果列在表1中。

实施例2：本发明制备高纯度大米蛋白的方法

该方法的步骤如下：

(1)调浆和磨浆

往蛋白重量百分含量42.0％的1kg米渣中加入5.06kg水，得到以米渣重量计16.5％的米浆，用胶体磨研磨米浆，然后通过150目筛进行过滤，得到滤液。

(2)脱脂

步骤(1)得到的滤液加热至64℃，然后加入45％重量浓度的氢氧化钠水溶液，将滤液的pH值调节到8.3，再在60℃下浸泡30min，使脂肪皂化，蛋白溶胀。

(3)酶解反应

步骤(2)的溶液在60℃下保温40min，使用1mol/L的盐酸溶液将其pH值调节到4.3，然后加入以米渣质量计0.1％糖化酶，所述糖化酶的酶活是10万IU/g，再在62℃下进行酶解反应2h，得到酶解液。

(4)分离洗涤

步骤(3)得到的酶解液在4000转/分钟转速下离心分离10min，再用等量水洗涤固相3-5次，然后弃去液相，得到0.9kg重相。

(5)灭酶灭菌

往步骤(4)得到的0.9kg重相中加入水，使所述重相达到16％重量百分浓度，然后料液煮沸30分钟进行高温处理，灭酶灭菌。

(6)喷雾干燥

使用上海世远生物设备工程有限公司生产的喷雾干燥机，控制其进口温度为180℃，出口温度为80℃，压力＞0.7MPa，将步骤(5)的料液进行干燥，得到0.42kg大米蛋白。

采用本说明书中提到的分析方法对得到的大米蛋白进行分析，结果列在表1中。

实施例3：本发明制备高纯度大米蛋白的方法

该方法的步骤如下：

(1)调浆和磨浆

往蛋白重量百分含量40.7％的1kg米渣中加入4.9kg水，得到以米渣重量计17％的米浆，用胶体磨研磨米浆，然后通过250目筛进行过滤，得到滤液。

(2)脱脂

步骤(1)得到的滤液加热至63℃，然后加入35％重量浓度的氢氧化钠水溶液，将滤液的pH值调节到8.5，再在65℃下浸泡30min，使脂肪皂化，蛋白溶胀。

(3)酶解反应

步骤(2)的溶液在65℃下保温20min，使用1mol/L的盐酸溶液将其pH值调节到4.5，然后加入以米渣质量计0.3％糖化酶，所述糖化酶的酶活是10万IU/g，再在60℃下进行酶解反应2h，得到酶解液。

(4)分离洗涤

步骤(3)得到的酶解液在2000转/分钟转速下离心分离15min，再用等量水洗涤固相3-5次，然后弃去液相，得到0.85kg重相。

(5)灭酶灭菌

往步骤(4)得到的0.85kg重相中加入水，使所述重相达到17％重量百分浓度，然后料液在115-121℃下超高温瞬时处理4-6s进行高温处理，灭酶灭菌。

(6)喷雾干燥

使用上海世远生物设备工程有限公司生产的喷雾干燥机，控制其进口温度为165℃，出口温度为75℃，压力＞0.7MPa，将步骤(5)的料液进行干燥，得到0.41kg大米蛋白。

采用本说明书中提到的分析方法对得到的大米蛋白进行分析，结果列在表1中。

表1：采用本发明方法与现有技术制备大米蛋白的分析结果

Claims (4)

1.一种高纯度大米蛋白的制备方法，其特征在于所述方法包括下述步骤：

(1)调浆和磨浆

往蛋白重量百分含量大于40%的米渣中加入水，得到米渣重量计为15-20%的米浆，再用胶体磨研磨，然后进行过滤，得到滤液；

(2)脱脂

把步骤(1)得到的滤液加热至60-68℃，然后加入重量百分浓度为35-45%的氢氧化钠水溶液，将所述滤液的pH值调节至8.2-8.5，再在这个条件下进行脂肪皂化反应25-35min，蛋白溶胀；

(3)酶解反应

步骤(2)得到的脱脂溶液在63-65℃下保温20-40min，再使用盐酸或硫酸将其pH值调节到4.2-4.5，再加入以米渣质量计0.1-0.3%的糖化酶在温度60-65℃下进行酶解反应1.5-2.5h，糖化酶酶活是10万IU/g，得到酶解液；

(4)分离洗涤

步骤(3)得到的酶解液在2000-4000转/分钟转速下进行离心分离5-15min，得到的固相再用与酶解液等量的水洗涤3-5次，弃去洗液，收集洗涤固相；

(5)灭酶灭菌

往步骤(4)得到的洗涤固相中加入水，使所述固相含量达到16-17%，然后进行高温处理，灭酶灭菌；

(6)喷雾干燥

步骤(5)的料液通过喷雾干燥器进行干燥，得到所述的高纯度大米蛋白。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)的米浆通过150-250目筛。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中，将料液煮沸30分钟，或者在115-121℃下超高温瞬时处理4-6s，进行高温处理，灭酶灭菌。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(6)中，喷雾干燥的进风温度为165-180℃，出风温度为75-85℃，压力＞0.7MPa。