CN102165989A - 一种可溶性大米蛋白的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可溶性大米蛋白的制备方法，它包括调浆、粉碎、脱酰胺、螯合、中和、脱盐和喷雾干燥等多个步骤。本发明还涉及根据所述制备方法得到的可溶性大米蛋白，所述大米蛋白的溶解性≥70％，乳化稳定性指数≥1.2，起泡性≥60。
Description
【技术领域】
本发明属于大米蛋白精加工技术领域。更具体地，本发明涉及一种可溶性大米蛋白的制备方法，还涉及根据所述制备方法得到的可溶性大米蛋白。
【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。另外，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。此外，大米蛋白富含各类氨基酸，尤其是赖氨酸含量居谷物类食物第一位。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。但由于大米蛋白其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。
要提高大米蛋白的溶解性，就必须对其进行改性处理。目前蛋白改性的主要方法有物理、化学、酶法等。物理方法有机械处理、挤压、冷冻等，具有无毒副作用、作用时间短以及对产品营养性质影响较小等优点，但由于设备的局限性等原因，很多性能的改变不能单独依靠物理法实现。化学方法就是通过改变蛋白质的结构、静电荷和疏水基，改善蛋白的性质，可选择改性的途径多，且成本较低、适合进行大规模生产，因而受到重视。乙酰化、琥珀酰化、磷酸化、去酰胺化等是常用的化学改性方法。酶法就是利用酶在一定条件下对蛋白分子进行催化水解，使蛋白质大分子降解成不同链长的小分子，蛋白质经酶水解以后，除了其功能性质明显改变以外，水解生成的肽类更容易被人体吸收消化，但是如果水解程度较小，性能改善不明显，而水解程度较大，就会生成肽类，使料液有苦涩味，又需其它风味酶修饰，成本增加，因此水解程度不易控制，且成本相对较高。
CN200810244118.3提出了一种利用蛋白质-多糖接枝耦联技术改善大米蛋白功能性质的方法，它以大米蛋白为原料，采用不同的糖基供体，以湿法对其进行糖基化属性，通过大米蛋白与糖的接枝反应，实现大米蛋白溶解性、乳化性、起泡性等的改善和充分利用。在该方法中，大米蛋白-葡萄糖反应产物的溶解性S％随着时间而变化，在反应1 5分钟时达到最高，为90.3％。
CN200910311765.6提出了一种具有高可溶性的大米蛋白的制备方法，它以碎米为原料，将碱提酸沉法分离出的大米蛋白经复合酶多位点定向改性、与多糖接枝共聚、喷雾干燥等工序制备得到高溶解度的大米蛋白，其溶解指数NSI≥85％。
CN201010162913.5提出了一种蛋白质谷氨酰胺酶对大米蛋白和米谷蛋白改性的方法，该方法包括大米蛋白或米谷蛋白与磷酸盐缓冲溶液形成蛋白质分散溶液，再加入蛋白质谷氨酰胺酶获得一定酶与底物比例的体系，然后在一定的反应温度下进行酶解，然后通过透析、真空冷冻干燥等步骤得到最终产品。该方法能使大米蛋白或米谷蛋白溶解度得到提高，并且其乳化性、起泡性和凝胶性等功能性质均有所改善。
但是，这些现有技术或者通过复杂的接枝耦联技术，或者通过酶技术实现对大米蛋白改性，这些技术对实施条件要求严格，成本高，因此推广应用受到极大的限制。
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可溶性大米蛋白的制备方法。
本发明的另一个目的是提供根据所述方法制备得到的可溶性大米蛋白。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的。
本发明涉及一种可溶性大米蛋白的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)调浆
按照水与大米蛋白的重量比1∶6-8，将蛋白含量70-90％(重量)的大米蛋白与水搅拌混合均匀，得到一种料液；
(2)粉碎
步骤(1)得到的料液进行微射流粉碎，得到超细大米蛋白液；
(3)脱酰胺
往步骤(2)得到的超细大米蛋白液中加入盐酸，使其盐酸浓度达到0.05-1.5mol/L，再进行反应；
(4)螯合
往步骤(3)的反应溶液中加入以其蛋白质量计0.5-1.5％(重量)三聚磷酸钠，接着进行反应；
(5)中和
用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸氢钠水溶液将步骤(4)的反应溶液的pH值中和到6.5-7.0；
(6)脱盐
采用电渗析技术对步骤(5)得到的溶液进行脱盐处理，使脱盐液的电导率达到280-320μs/m；
(7)喷雾干燥
经过步骤(6)脱盐处理后的溶液进行喷雾干燥，得到所述的可溶性大米蛋白。
根据本发明的一种优选实施方式，步骤(2)中所述微射流粉碎的微射流的压力是25000psi，流速为400ml/min。
根据本发明的另一种优选实施方式，步骤(2)中步骤(1)得到的料液经微射流粉碎至蛋白颗粒粒径≤10μm。
根据本发明的另一种优选实施方式，步骤(3)中加入的盐酸浓度是0.10～0.12mol/L。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤(3)中，步骤(2)得到的溶液与盐酸在80-85℃下反应5-7h。
根据本发明的另一种优选实施方式，步骤(4)的反应温度是75-80℃，反应时间是0.5-1.5h。
根据本发明的另一种优选实施方式，步骤(4)中的氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸氢钠水溶液的浓度是35-45％(重量)。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤(6)中，电渗析处理时的电压是20V，溶液的流量是60L/h，处理时间为1h。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤(7)中，喷雾干燥的进风温度为165-180℃，出风温度为75-85℃。
本发明还涉及一种根据以上制备方法得到的可溶性大米蛋白，所述可溶性大米蛋白的溶解性≥70％，乳化稳定性指数≥1.2，起泡性≥60。
下面将更详细地描述本发明。
本发明涉及一种可溶性大米蛋白的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)调浆
按照水与大米蛋白重量比1∶6-8，将蛋白含量70-90％(重量)的大米蛋白与水搅拌混合均匀，得到一种料液。
本发明使用的大米蛋白是食品级大米蛋白，其中蛋白含量为70-90％，例如可以是武汉市金德戈糖业有限公司、云南普洱永吉生物技术有限公司生产销售的大米蛋白粉。
(2)粉碎
步骤(1)得到的料液经微射流粉碎，得到超细大米蛋白液，蛋白颗粒粒径≤10μm。
本发明所述的微射流是一种超细粉碎技术，是指通过携带有巨大能量的高压微射流以某种方式作用在被粉碎的物料上，并在物料的裂隙和节理面产生压力瞬变，从而使物料粉碎。采用此技术得到的超细粉末具有一般颗粒所没有的特殊理化性质，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化学反应活性等。
在本发明方法中，采用微射流技术所要求的压力25000psi，流速400ml/min，最终得到颗粒粒径≤10μm的大米蛋白。
本发明方法可以使用的微射流粉碎设备例如是青岛即墨市超微粉碎机厂公司生产的超微粉碎机。
(3)脱酰胺
脱酰胺改性是植物蛋白改性中常用的一种方法，脱酰胺的蛋白质与未改性样品比较，溶解度、乳化与乳化稳定性、发泡与发泡稳定性及持水性等均有改善。而酸法脱酰胺是酸提供H+将-NH2键打断，脱去NH2。酸法改性蛋白质方法简单，对植物蛋白质的乳化性、溶解性等性质有较大程度的提高。
在本发明方法中，往步骤(2)得到的超细大米蛋白液中加入盐酸，使其溶液中盐酸浓度达到0.1mol/L，再进行反应。
根据本发明，盐酸浓度、反应温度以及反应时间等三个因素会对脱酰胺的效果产生影响。
在本发明方法中，使用的盐酸浓度是0.05～0.15mol/L。如果盐酸浓度低于这一范围，会造成H+含量较低，脱酰胺效果不佳；当浓度高于这一范围时，会出现蛋白过度水解。
步骤(2)得到的溶液与盐酸在80-85℃下反应5-7h。
如果反应温度高于这一温度范围，会造成蛋白疏水基团闭合，不能和酸充分接触；如果反应温度低于这一温度范围，则会造成蛋白过度变性，疏水基团聚合导致蛋白溶解度下降。
(4)螯合
蛋白质的磷酸化作用是无机磷酸(Pi)与蛋白质上特定的氧原子(Ser、Thr、Tyr的-OH)或氮原子(Lys的ε-氨基，His的咪唑环1，3位N，Arg的胍基末端N)形成-C-O-Pi或-C-N-Pi的酯化反应，后者对酸不稳定，在pH≤7的环境下发生水解，前者在食品的pH范围(3-7)内是稳定的，所以适合蛋白质的改性。
本发明采用的磷酸化试剂是三聚磷酸钠。往步骤(3)的反应溶液中加入以其蛋白质量计0.5-1.5％(重量)三聚磷酸钠，在反应温度75-80℃条件下反应0.5-1.5h。
如果三聚磷酸钠的量小于0.5％(重量)，则会不足以使蛋白之间形成交联网络；如果三聚磷酸钠的量高于1.5％(重量)，则会造成料液粘度增大，产品灰分过高。因此，三聚磷酸钠的量是以其蛋白质量计0.5-1.5％(重量)，优选地，0.6-1.2％(重量)，更优选地，0.8-1.0％(重量)，
如果反应温度高于这一温度范围，会造成磷酸盐与蛋白质的交联结构不稳定；如果反应温度低于这一温度范围，则会造成蛋白质不易与金属离子发生反应。
(5)中和
用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸氢钠水溶液将步骤(4)的反应溶液的pH值调节到6.5-7.0。
使用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸氢钠水溶液的浓度是35-45％(重量)。优选地，本发明使用氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠水溶液。更优选地，本发明使用氢氧化钠或碳酸钠水溶液。
(6)脱盐
采用电渗析技术对步骤(5)得到的溶液进行脱盐处理，使出料的电导率达到280-320μm/s。
电渗析利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子(如离子)的方法称为渗析。在电场作用下进行渗析时，溶液中的带电的溶质粒子(如离子)通过膜而迁移的现象称为电渗析，利用电渗析进行提纯和分离物质的技术称为电渗析法。目前，电渗析法广泛地应用于各种水处理中。
根据本发明的方法，电渗析处理的电压是20v，溶液的流量是60L/h，处理时间为1h。
本发明方法使用的电渗析器是水处理技术领域中广泛使用的，目前市场上销售的产品，例如可以是浙江大港飞英环境科技工程有限公司公司生产的电渗析装置。
(7)喷雾干燥
经过步骤(6)脱盐处理后的溶液进行喷雾干燥，得到所述的可溶性大米蛋白。
通过喷雾干燥机，控制其进口温度为165-180℃，出口温度为75-85℃。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。
对于采用本发明方法制备得到的大米蛋白，采用福林-酚法和凯氏定氮法方法测定了溶解性，采用浊度方法测定了乳化性，采用膨胀率方法测定了起泡性。
(1)溶解性
根据本发明，溶解性应该理解是每单位原料中，溶解性的蛋白质含量占总蛋白质含量的质量分数。
将大米蛋白样品用pH7.0 0.05mol/L磷酸二氢钾-氧化钠缓冲液配成1％浓度溶液，在25℃下搅拌1h，然后以3000r/min速度离心20min，再用福林-酚法(文献大连轻工业学院等编《食品分析》中国轻工业出版社。1994.10)测定上清液中的蛋白质含量，由酪蛋白作出标准曲线方程。
蛋白质的溶解度性(％)＝上清液中蛋白质含量/原料中总的蛋白质含量×100％
(2)乳化性
根据本发明，乳化性应该理解是蛋白质能够稳定乳状液的性质。
取0.1％浓度的蛋白溶液21ml，加入9ml大豆色拉油；在12000r/min转速下搅拌1min；用注射器从底部取0.1ml乳状液，迅速与5ml 0.1％十二烷基硫酸钠(SDS)溶液混合均匀，在500nm波长下比色，记录吸光度(E0)；10min后再从底部取0.1ml乳状液，同样稀释，比色，记录吸光度(Et)。
蛋白质的乳化能力用下式表示：
ESI＝E0×t/(E0-Et)
式中：
ESI为乳化稳定性指数(min)
E0为乳状液稀释后的初始吸光度；
Et为乳状液放置时间t后，稀释比色的吸光度。
(3)起泡性
根据本发明，起泡性应该理解是帮助分散气相的形成和稳定的性质。
将大米蛋白样品用pH7.0 0.05mol/L磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲液配成1％浓度溶液，取100ml倒入高速组织捣碎机中，在10000r/min转速下搅拌1min；转入250ml量筒，尽快记录泡沫体积(V0)。
蛋白质的起泡性根据下式计算：
FC(％)＝(V0-100)/100×100％。
式中：
FC代表起泡能力(Foaming Capacity)；
V0代表泡沫体积。
测定结果表明，根据本发明方法制备得到的大米蛋白的溶解性≥70％，乳化稳定性指数≥1.2，起泡性≥60。
[有益效果]
与现有技术相比，本发明方法具有如下有益效果：
本发明采用物理与化学方法相结合进行蛋白质改性，首先通过微射流粉碎技术，使蛋白颗粒的粒径小于10μm，使蛋白的疏水基团暴露出来，增大作用面积，而且此时的颗粒度超越了人舌可分辨出颗粒物的极限，料液可感爽滑；本发明在较温和的条件下进行酸法脱酰胺，避免在高酸、高温条件下，原料中的非蛋白成分，如脂肪等也会发生不良反应，生成有毒有害物质；螯合反应可通过金属离子与蛋白结合成盐，进一步增加蛋白质的溶解性，且在调节溶液pH值时，在蛋白的等电点时不发生蛋白的凝沉，磷酸根对蛋白也有一定的凝胶作用，通过上述处理，使得大米蛋白的溶解性、乳化性、起泡性等性能比现有技术分别提高140.1％、32.6％、79.4％，拓宽大米蛋白在食品行业中的应用面。
【具体实施方式】
实施例1：本发明可溶性大米蛋白的制备方法
该方法的步骤如下：
(1)调浆
按照水与大米蛋白重量比1∶6，将蛋白含量80％的1kg大米蛋白与6kg水搅拌混合均匀，得到料液。
(2)粉碎
步骤(1)得到的料液经微射流粉碎至蛋白颗粒粒径≤10μm，其中，微射流的压力是25000psi，流速为400ml/min。
(3)脱酰胺
往步骤(2)得到的溶液中加入浓度为37％浓盐酸，使溶液中盐酸浓度为0.1mol/L，溶液与浓盐酸在85℃下反应6h。
(4)螯合
往步骤(3)的反应溶液中加入以其蛋白质量计0.5％三聚磷酸钠，接着在77℃下反应1.5h。
(5)中和
用40％NaOH溶液将步骤(4)的反应溶液的pH值调节到6.5；
(6)脱盐
采用电渗析技术对步骤(5)得到的溶液进行脱盐处理，使出料的电导率达到300μS/cm，其中，电渗析处理时的电压是20v，溶液的流量是60L/h，处理时间为1h。
(7)喷雾干燥
通过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℃，将经过步骤(6)脱盐处理后的溶液进行喷雾干燥，得到0.86kg大米蛋白。
采用本申请书中提到的分析对得到的大米蛋白的溶解性、乳化性、起泡性进行分析，结果列在表1中。
实施例2：本发明可溶性大米蛋白的制备方法
该方法的步骤如下：
(1)调浆
按照水与大米蛋白重量比1∶7，将蛋白含量70％的1kg大米蛋白与7kg水搅拌混合均匀，得到料液。
(2)粉碎
步骤(1)得到的料液经微射流粉碎至蛋白颗粒粒径≤10μm，其中，微射流的压力是25000psi，流速为400ml/min。
(3)脱酰胺
往步骤(2)得到的溶液中加入浓度为37％浓盐酸，使溶液中盐酸浓度为0.1mol/L，溶液与浓盐酸在83℃下反应7h。
(4)螯合
往步骤(3)的反应溶液中加入以其蛋白质量计1％三聚磷酸钠，接着在75℃下反应1h。
(5)中和
用45％NaOH溶液将步骤(4)的反应溶液的pH值调节到6.7。
(6)脱盐
采用电渗析技术对步骤(5)得到的溶液进行脱盐处理，使出料的电导率达到300μS/cm，其中，电渗析处理时的电压是20v，溶液的流量是60L/h，处理时间为1h。
(7)喷雾干燥
通过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70℃，将经过步骤(6)脱盐处理后的溶液进行喷雾干燥，得到0.81kg大米蛋白。
采用本申请书中提到的分析对得到的大米蛋白的溶解性、乳化性、起泡性进行分析，结果列在表1中。
实施例3：本发明可溶性大米蛋白的制备方法
该方法的步骤如下：
(1)调浆
按照水与大米蛋白重量比1∶8，将蛋白含量90％的1kg大米蛋白与8kg水搅拌混合均匀，得到料液。
(2)粉碎
步骤(1)得到的料液经微射流粉碎至蛋白颗粒粒径≤10μm，其中，微射流的压力是25000psi，流速为400ml/min。
(3)脱酰胺
往步骤(2)得到的溶液中加入浓度为37％浓盐酸，使溶液中盐酸浓度为0.1mol/L，溶液与浓盐酸在80℃下反应5h。
(4)螯合
往步骤(3)的反应溶液中加入以其蛋白质量计1.5％三聚磷酸钠，接着在80℃下反应0.5h。
(5)中和
用35％NaOH溶液将步骤(4)的反应溶液的pH值调节到7.0；
(6)脱盐
采用电渗析技术对步骤(5)得到的溶液进行脱盐处理，使出料的电导率达到300μS/cm，其中，电渗析处理时的电压是20v，溶液的流量是60L/h，处理时间为1h。
(7)喷雾干燥
通过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75℃，将经过步骤(6)脱盐处理后的溶液进行喷雾干燥，得到0.8kg大米蛋白。
采用本申请说明书中提到的分析方法对得到的大米蛋白的溶解性、乳化性、起泡性进行分析，其结果列在表1中。
表1：采用本发明方法得到的大米蛋白性能测定结果
*增加％表示与表中列出现有技术测定值相比增加百分数。
Claims (10)
1.一种可溶性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
按照水与大米蛋白的重量比1∶6-8，将蛋白含量70-90％(重量)的大米蛋白与水搅拌混合均匀，得到一种料液；
(2)粉碎
步骤(1)得到的料液进行微射流粉碎，得到超细大米蛋白液；
(3)脱酰胺
往步骤(2)得到的超细大米蛋白液中加入盐酸，使其盐酸浓度达到0.05-1.5mol/L，再进行反应；
(4)螯合
往步骤(3)的反应溶液中加入以其蛋白质量计0.5-1.5％(重量)三聚磷酸钠，接着进行反应；
(5)中和
用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸氢钠水溶液将步骤(4)的反应溶液的pH值中和到6.5-7.0；
(6)脱盐
采用电渗析技术对步骤(5)得到的溶液进行脱盐处理，使脱盐液的电导率达到280-320μs/m；
(7)喷雾干燥
经过步骤(6)脱盐处理后的溶液进行喷雾干燥，得到所述的可溶性大米蛋白。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中，所述微射流粉碎的微射流压力是25000psi，流速为400ml/min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中，步骤(1)得到的料液经微射流粉碎至蛋白颗粒粒径≤10μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中加入的盐酸浓度是0.05-1.5mol/L。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中，步骤(2)得到的溶液与盐酸在80-85℃下反应5-7h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)的反应温度是75-80℃，反应时间是0.5-1.5h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中，氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸氢钠水溶液的浓度浓度是35-45％(重量)。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(6)中，电渗析处理的电压是20v，溶液的流量是60L/h，处理时间为1h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(7)中，喷雾干燥的进风温度为165-180℃，出风温度为75-85℃。
10.一种根据权利要求1-9中任一权利要求所述的制备方法得到的可溶性大米蛋白，其特征在于所述可溶性大米蛋白的溶解性≥70％，乳化稳定性指数≥1.2，起泡性≥60。
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