CN102516375A - 高变性米糠蛋白的亚临界水提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种亚临界水提取米糠蛋白的方法，该方法所需时间短，环境友好，过程简单，并能最大限度地提高米糠蛋白提取得率。一种高变性米糠蛋白的亚临界水提取方法，依次包括第一次萃取、第一次离心、第二次萃取、沉淀蛋白、水洗、喷雾干燥的过程，最后收集干粉即为米糠蛋白粉。本发明具有米糠蛋白提取得率高、提取时间短、环境友好、操作简单的优点，所得产品质量优于热碱水浸提法和酶水解法。

Description

高变性米糠蛋白的亚临界水提取方法

技术领域：

本发明属于植物蛋白加工领域。

背景技术：

我国是稻谷生产大国，稻谷年产量约2亿吨，米糠作为稻谷加工的副产物，其年产量在1000万吨以上，约占世界总产量的1/3。米糠是稻谷制米过程中，被碾去的表皮层部分，由外果皮、中果皮、交联层、种皮及糊粉层组成，富含近百种营养成分和数十种功能性生物活性因子，具有非常高的开发价值。现代研究证明，米糠是稻谷籽粒的精华所在，它集中了64％的营养成分。其中米糠含蛋白质约12％，其必需氨基酸组成平衡合理，其中赖氨酸含量较高，蛋白消化率达90％，是唯一可以免于过敏实验的谷物蛋白。然而，在我国仅有10～15％的米糠用于精深加工，如榨油或提取植酸钙、肌醇、谷维素等，大部分米糠主要作为畜禽饲料，这就造成了资源的极大浪费。

米糠蛋白的营养和药理特性已被广泛认可，但目前为止，米糠浓缩蛋白和分离蛋白并没有商品化，主要原因有：1)米糠蛋白是一种混合蛋白，其中1/3以上的蛋白不能在水、盐、乙醇中溶解；2)米糠蛋白聚合度高，分子间二硫键的交联使蛋白溶解性差；3)米糠中植酸和纤维含量高，它们与蛋白质结合，使蛋白不易与其它成分分离。因此，如何提高米糠蛋白的溶出率和改善其功能特点，成为国内外研究的热点。依据米糠榨油工艺和稳定化处理方法的区别，可以分为高温糠粕和低温糠粕两大类。其中低温糠粕因油脂产率低和能耗高，在国内尚未工业化，只有北大荒米业集团与韩国希杰公司的中试车间在进行相关的研究工作，其它企业生产的糠粕均为高温糠粕。高温糠粕因经过了高温处理，米糠稳定性得以保证，但是其中所含的蛋白已经高度变性，属于高变性蛋白，采用一般的提取方法已经无法实现工业化生产。

关于米糠蛋白的提取方法主要有化学提取法(碱法提取)、物理提取法(冻融法、超声法、高速搅拌法和高压法)和酶提取法(糖酶、植酸酶、蛋白酶)。碱法提取方法简单，但碱液浓度低时，蛋白提取率过低，而碱液浓度过高，会使美拉德反应加快，不但影响产品风味和色泽，同时会产生不利反应而降低蛋白质营养价值；酶法提取具有反应条件温和、蛋白提取率高等优点，但是有提取时间长，加工成本高等缺点，而且会引入外源性酶蛋白；目前采用的物理法提取也存在着提取率低、设备投资较高等缺点。

发明内容：

本发明的目的是提供一种亚临界水提取米糠蛋白的方法，该方法所需时间短，环境友好，过程简单，并能最大限度地提高米糠蛋白提取得率。

所述目的是通过如下方案实现的：

一种高变性米糠蛋白的亚临界水提取方法，其特征在于依次包括以下过程：

原料粉碎：将脱脂米糠粉碎过60目筛；

第一次萃取：将脱脂粉碎的米糠装入萃取釜中，按照水料比为10～25∶1(mL/g)的比例泵入pH8.0的水；亚临界水萃取压力控制在5～20MPa，萃取温度为100～200℃，萃取时间为10～60分钟，冷却，得到含米糠蛋白的提取液；

第一次离心：将提取液离心5500r/min，10分钟，收集上清液；

第二次萃取：将第一次离心后收集的沉淀物转入萃取釜中，按照第一次萃取用水量的60％的比例泵入pH8.0的水；亚临界水萃取压力控制在5～20MPa，萃取温度为100～200℃，萃取时间为10～40分钟，冷却，得到含米糠蛋白的提取液，然后与第一次离心的上清液混合备用；

沉淀蛋白：向上述混合上清液加入2M盐酸，使其终点pH为4.4～4.5，搅拌均匀后自然沉降60min，离心沉淀得粗蛋白；

水洗：按照粗蛋白质量的5～8倍加入去离子水，在萃取罐中搅拌洗涤，水温控制45～50℃；然后5500r/min离心10分钟，收集沉淀物即为精制蛋白；

将精制蛋白溶于净水中，开启搅拌装置，使固形物质量达到10～15％，然后用高压泵送入喷雾干燥塔，喷雾压力3～5MPa，进风温度150～180℃，出口温度60～80℃；

收集干粉即为米糠蛋白粉。

采用该法可达到的以干基计的蛋白提取率(米糠蛋白粉/米糠量)可达85％以上，蛋白含量大于90％，水分含量小于5％。

本发明的优点：

(1)米糠蛋白提取得率高，较之传统的热碱水浸提法，提取得率提高50％以上；较之酶水解法，提取得率提高20％以上。

(2)提取时间短，经过高温高压处理得到的亚临界水，对米糠蛋白具有更好的溶出性能，提取时间一般在5～60分钟。

(3)环境友好，亚临界水提取以水为提取溶剂，不会环境带来污染。

(4)操作简单，物料无需干燥处理，直接将物料和水置于萃取釜中后，在一定压力和温度下萃取一定时间后，冷却即得米糠蛋白的提取液。

(5)产品质量优于热碱水浸提法和酶水解法。

具体实施方式：

本发明利用亚临界水进行高变性脱脂米糠中蛋白质的提取，与传统碱法提取相比较，此方法有着更高的蛋白提取率。亚临界水即将水加热至沸点以上，临界点以下，并控制系统压力使水保持为液态，这种状态的水被称为亚临界水(subcritical water)，又称超热水和高温水，是一种无毒价格低廉的溶剂，常温常压下水是极性很大的溶剂，只能溶解极性的有机物质，对中等极性和非极性的物质溶解度极小。但通过对水的温度和压力的控制可以改变水的极性、表面张力和粘度，增加有机物在水中的溶解度。在适当压力下，当水温加热到100-250℃之间时，水仍然保持液体状态，但水的极性随温度的变化而改变，与常温常压水相比更类似于有机溶剂。目前利用亚临界水萃取对环境样品、污水和土壤进行预处理用于分析领域的研究报道较多，近年来国内外已有利用亚临界水萃取天然活性成分如挥发油、黄酮、多酚、菇烯、皂苷以及蒽酮类物质的相关报道，但蛋白类物质的亚临界水萃取专利未见报道。

鉴于亚临界水萃取对蛋白成分的回收率高，萃取时间短而且无加工助剂消耗，而且原料无需干燥，简化了样品预处理，无环境污染，无有机溶剂残留，且具有高效、省时和成本低等优点。

实施例1

取脱脂米糠粉10kg，投入萃取釜，加入250LpH8.0的水于萃取釜中，控制萃取釜内压力为5MPa，温度为140℃，萃取50min后，冷却，5500r/min离心10min，收集上清液；将第一次离心后收集的沉淀物转入萃取釜中，加入150L pH8.0的水，控制萃取釜内压力为5MPa，温度为140℃，萃取30min后，冷却，5500r/min离心10min，收集上清液；合并两次离心的上清液混合备用。

向上述混合上清液加入2M盐酸，使其终点pH为4.4，搅拌均匀后自然沉降60min，离心沉淀得粗蛋白；加入30L去离子水，在萃取罐中搅拌洗涤，水温控制45℃。然后5500r/min离心10分钟，收集沉淀物即为精制蛋白。

将精制蛋白溶于净水中，开启搅拌装置，使固形物含量达到10～15％，然后用高压泵送入喷雾干燥塔，喷雾压力5MPa，进风温度180℃，出口温度78℃。收集干粉即为米糠蛋白粉。称重得蛋白粉1.01kg，蛋白含量90.6％，水分含量4.5％。

实施例2

取脱脂米糠粉10kg，投入萃取釜，加入100LpH8.0的水于萃取釜中，控制萃取釜内压力为20MPa，温度为200℃，萃取60min后，冷却，5500r/min离心10min，收集上清液；将第一次离心后收集的沉淀物转入萃取釜中，加入150L pH8.0的水，控制萃取釜内压力为20MPa，温度为200℃，萃取40min后，冷却，5500r/min离心10min，收集上清液；合并两次离心的上清液混合备用。

向上述混合上清液加入2M盐酸，使其终点pH为4.5，搅拌均匀后自然沉降60min，离心沉淀得粗蛋白；加入30L去离子水，在萃取罐中搅拌洗涤，水温控制50℃。然后5500r/min离心10分钟，收集沉淀物即为精制蛋白。

将精制蛋白溶于净水中，开启搅拌装置，使固形物含量达到10～15％，然后用高压泵送入喷雾干燥塔，喷雾压力3MPa，进风温度150℃，出口温度80℃。收集干粉即为米糠蛋白粉。称重得蛋白粉1.08kg，蛋白含量90.2％，水分含量4.8％。

实施例3

取脱脂米糠粉10kg，投入萃取釜，加入180LpH8.0的水于萃取釜中，控制萃取釜内压力为10MPa，温度为100℃，萃取10min后，冷却，5500r/min离心10min，收集上清液；将第一次离心后收集的沉淀物转入萃取釜中，加入150L pH8.0的水，控制萃取釜内压力为10MPa，温度为100℃，萃取10min后，冷却，5500r/min离心10min，收集上清液；合并两次离心的上清液混合备用。

向上述混合上清液加入2M盐酸，使其终点pH为4.4，搅拌均匀后自然沉降60min，离心沉淀得粗蛋白；加入30L去离子水，在萃取罐中搅拌洗涤，水温控制48℃。然后5500r/min离心10分钟，收集沉淀物即为精制蛋白。

将精制蛋白溶于净水中，开启搅拌装置，使固形物含量达到10～15％，然后用高压泵送入喷雾干燥塔，喷雾压力4MPa，进风温度165℃，出口温度70℃。收集干粉即为米糠蛋白粉。称重得蛋白粉1.06kg，蛋白含量90.4％，水分含量4.7％。

本实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高变性米糠蛋白的亚临界水提取方法，其特征在于依次包括以下过程：

第一次萃取：将脱脂粉碎的米糠装入萃取釜中，按照水料比为10～25∶1(mL/g)的比例泵入pH8.0的水；亚临界水萃取压力控制在5～20MPa，萃取温度为100～200℃，萃取时间为10～60分钟，冷却，得到含米糠蛋白的提取液；

第一次离心：将提取液离心5500r/min，10分钟，收集上清液；

第二次萃取：将第一次离心后收集的沉淀物转入萃取釜中，按照第一次萃取用水量的60％的比例泵入pH8.0的水；亚临界水萃取压力控制在5～20MPa，萃取温度为100～200℃，萃取时间为10～40分钟，冷却，得到含米糠蛋白的提取液，然后与第一次离心的上清液混合备用；

沉淀蛋白：向上述混合上清液加入2M盐酸，使其终点pH为4.4～4.5，搅拌均匀后自然沉降60min，离心沉淀得粗蛋白；

水洗：按照粗蛋白质量的5～8倍加入去离子水，在萃取罐中搅拌洗涤，水温控制45～50℃；然后5500r/min离心10分钟，收集沉淀物即为精制蛋白；

将精制蛋白溶于净水中，开启搅拌装置，使固形物质量达到10～15％，然后用高压泵送入喷雾干燥塔，喷雾压力3～5MPa，进风温度150～180℃，出口温度60～80℃；

收集干粉即为米糠蛋白粉。

2.根据权利要求1所述的高变性米糠蛋白的亚临界水提取方法，其特征在于在第一次萃取之前进行原料粉碎：将脱脂米糠粉碎过60目筛。