CN102907559A - 小麦水解蛋白工业化生产的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了小麦水解蛋白工业化生产的工艺，由以下步骤制得：a、把水加入到反应釜中，按20-40U/g小麦面筋蛋白粉的比例向反应釜中加入碱性蛋白酶，搅拌均匀后再向反应釜中加入小麦面筋蛋白粉，同时向反应体系中加碱，调节体系的pH9-10.0，反应5-25min后停止加碱；b、当体系的pH值在8.5-9.0时，向体系中加入胰蛋白酶，其加入量为35-60U/g小麦面筋蛋白粉，在温度40-65℃，水解30-80min；c、调节pH值7.5-8.0，向体系中加入小麦面筋蛋白粉重量计0.08-0.5%复合酶制剂，在温度25-60℃，水解1-6h；d、水解后，对酶解液进行灭酶，然后过滤，最后将滤液进行喷雾干燥。本发明优点：蛋白质消化率高，易吸收，生产工艺简单，周期短。

Description

小麦水解蛋白工业化生产的工艺

技术领域

本发明涉及一种饲用蛋白质添加剂的加工方法，尤其涉及一种小麦水解蛋白工业化生产的工艺，属于小麦深加工的综合开发应用领域。

背景技术

小麦面筋蛋白粉又称谷朊粉，是工业上生产小麦淀粉过程中的副产品，主要通过水洗分离、烘干工艺制成的一种粉末状产品，是一种价廉物美、纯天然的植物蛋白质，其蛋白质含量高达72%-85%，含有人体必须的15种氨基酸，其中谷氨酰胺含量高达30%，脯氨酸含量约为15%，营养丰富，具有重要的生理活性功能，小麦面筋蛋白粉用途广泛，在食品工业领域具有很大的应用前景。

小麦面筋蛋白主要是由麦醇溶蛋白、麦谷蛋白、麦清蛋白以及麦球蛋白等组成，其中麦醇溶蛋白分子量较小，在30000到80000 Kda之间，呈球形，是非极性单体分子，粘性极大，具有较强的延伸性，而麦谷蛋白是自然界分子量最大的植物蛋白之一，具有较强的弹性，这两种蛋白占小麦蛋白总量的80%左右，共同组成了面团的弹性和延伸性。血浆蛋白和鱼粉等动物来源蛋白因为其同质性容易引起传染性疾病，产品质量不稳定等原因被严禁使用在幼崽饲料中，因此，植物来源蛋白质越来越受到青睐。与花生蛋白和大豆蛋白相比较，小麦面筋蛋白无过敏性和苦味甘，是一种安全卫生的植物蛋白源，但由于麦醇溶蛋白和麦谷蛋白含有较多的疏水性氨基酸，分子内疏水作用区域较大，从而导致小麦面筋蛋白的溶解性较低，加水搅拌后易形成面筋团，粘度大，加酸或加碱能大大提高小麦蛋白的溶解度，但溶解之后，相比较花生蛋白和大豆蛋白，在起泡性和起泡稳定性、乳化性和乳化稳定性等方面较差，另一方面，由于仔猪、犊牛、羊及宠物等幼小动物的肠道未发育完全，胃蛋白酶分泌不足，直接喂食小麦面筋蛋白不易吸收，导致饲养效果不理想，这些缺点极大限制了小麦面筋蛋白在饲料加工过程中的应用范围。

提高小麦面筋蛋白功能特性，拓宽小麦面筋蛋白的应用范围是小麦深加工过程中的关键所在。近些年来关于小麦面筋蛋白的改性一直是研究的热点，对小麦面筋蛋白的改性处理的方法主要有化学法、物理法、基因工程法和酶法等。化学改性易于操作，是对小麦面筋蛋白氨基酸进行定向改造的一种有力工具，但由于在毒理、安全卫生和营养等方面的缺点不适于在食品领域中的应用；物理改性具有投资费用低、作用时间短、营养损失少和无毒副作用等优点，但仅仅采用物理改性的方法，不能明显的提高幼崽对小麦面筋蛋白的消化吸收率；基因工程改性法是从小麦基因角度入手，通过重组合成蛋白质的基因，来改变小麦面筋蛋白的功能性质，但是这种技术周期长、见效慢、投资大，目前仍处于实验室研究阶段；酶法改性具有反应条件温和、营养损失低、专一性强、高效、低能耗、副产物少等优点，更重要的是通过限制酶作用，使得大分子的蛋白子变成小分子蛋白、功能性多肽和活性小肽，不仅使得小麦面筋蛋白的溶解度、起泡能力、乳化能力和稳定性等功能性质得到显著提高，而且水解得到的肽不同于原来的面筋蛋白，具有新的营养、功能和生物特性，更易于机体吸收和利用。

酶法改性是一种有前途的改性方法，对酶法改性的研究主要体现在酶制剂的选择、工艺条件的改变和功能性质的提高等方面。齐军茹等（中性蛋白酶对小麦面筋蛋白的水解改性研究. 郑州工程学院学报，2001年04期，46-49.）使用中性蛋白酶水解小麦面筋蛋白性，研究表明在较低的水解水平内，小麦面筋蛋白的乳化能力和起泡能力有很大改善。赵冬艳等（木瓜蛋白酶提高谷朊粉乳化性的研究. 粮食与饲料工业，2005年11期，23-25.）研究了木瓜蛋白酶对小麦面筋蛋白水解特性，实验结果表明：酶浓度25 μL/g，pH 7.0，水解度3.5%时，小麦面筋蛋白的功能性质明显的改善。Popineau等（Foaming and emulsifying properties of fractions of gluten peptides obtained by limited enzymatic hydrolysis and ultrafiltration. Journal of Cereal Science, 2002, 3, 327-335.）通过胰蛋白酶限制性水解小麦面筋蛋白，并用无机超滤膜分离水解产物，得出水解产物具有稳定的起泡性和较高的乳化性。Drago等（Foaming properties of enzymatically hydrolysed wheat gluten, Cereal Science, 2000, 32, 114-135.）用来自米曲霉的蛋白酶水解小麦面筋蛋白发现，随着水解度 (DH)的不断上升，蛋白的溶解度、乳化性和起泡性不断提高，但是当DH超过一定值后, 乳化性和起泡性有会出现明显的下降，Kong等（Enzymatic preparation and functional properties of wheat gluten hydrolysates. Food Chemistry, 2007, 101, 615-620.）用碱性蛋白酶水解小麦面筋蛋白时也发现类似的结果：当水解度控制在5%时，水解蛋白具有最高的乳化性和起泡性。王艳等（小麦面筋蛋白酶解特性研究. 食品工业科技，2006年05期，90-93.）采用风味蛋白酶对小麦面筋蛋白进行深度水解，水解度可以达到28.03%，得到的蛋白水解液没有苦味，蛋白质提取率可达52%。张锐昌等（酶解谷朊粉制备小麦肽的研究. 食品研究与开发，2006年06期，4-6.）采用胃蛋白酶水解小麦蛋白，得出胃蛋白酶水解的最佳工艺条件：温度41℃，pH 2.00，底物浓度2%，加酶量1500 U/g，小麦蛋白的水解度为9.4%。

由以上研究报道可以看出，现阶段酶法改性的研究较多的选用单一的酶制剂和单一的水解工艺，往往只能达到改善小麦面筋蛋白某一方面或几方面的性质，并不能很好的对其进行改性。为了综合提高小麦面筋蛋白的溶解度、消化吸收率、乳化性、起泡性以及生物活性，本发明选用多种酶制剂协同水解，多种水解工艺联合处理的方法对小麦面筋蛋白进行改性，通过放大实验研究，工业化生产饲用小麦水解蛋白，进一步开发小麦面筋蛋白的市场潜力，扩大小麦面筋蛋白在食品工业范围内的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种小麦水解蛋白工业化生产的工艺，采用多种酶制剂协同水解、多种水解工艺联合处理的方法工业化生产饲用小麦水解蛋白的新工艺。

本发明采用的技术方案是：

小麦水解蛋白工业化生产的工艺，由以下步骤制得：

a、把水加入到反应釜中，加热到50-65℃，称取小麦面筋蛋白粉，按20-40 U/g小麦面筋蛋白粉的比例向反应釜中加入碱性蛋白酶，搅拌均匀后再向反应釜中加入小麦面筋蛋白粉，小麦面筋蛋白粉和水重量比1: 2.5-15，同时向反应体系中加碱，调节体系的pH 9-10.0，反应5-25 min后停止加碱；

b、当体系的pH值在8.5-9.0时，向体系中加入胰蛋白酶，其加入量为35-60 U/g小麦面筋蛋白粉，在温度40-65℃，水解30-80 min；

c、调节pH值7.5-8.0，向体系中加入小麦面筋蛋白粉重量计0.08-0.5%复合酶制剂，在温度25-60℃，水解1-6 h；

d、水解后，对酶解液进行灭酶，灭酶条件为90-100℃，保持5-10 min，灭酶后将酶解液冷却至常温，然后过滤，最后将滤液进行喷雾干燥。

所述的复合酶制剂为木瓜蛋白酶、大豆多肽水解酶、风味蛋白酶和酶稳定剂以1: 1.5-3: 0.05-0.24: 0.01-0.03的重量比复配而成。 

所述的碱性蛋白酶的酶活为2.4 AU/g，胰蛋白酶的酶活为1.6 AU/g，复合酶制剂的酶活为1.8-2.6 AU/g。

a步骤中调节体系pH值所用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或磷酸氢二钠，碱的浓度为1-4 mol/L。

d步骤中灭酶后将酶解液冷却至常温，然后过滤，过滤是用100-120目的滤网除去未反应的面筋颗粒。

d步骤中喷雾干燥，采用进风温度120-150℃，出风温度65-90℃，均质压力20-35 MPa，成品粒度80-120目。

本发明的创新点在于采用多种酶制剂协同水解、多种水解工艺联合处理的方法，充分结合小麦面筋蛋白的蛋白结构、蛋白酶的酶切位点、动物营养吸收等特点，开发出了一种新型的功能性小麦蛋白水解产品。经过大量的中试实验和生产实践，能够实现年产2万吨。本发明生产工艺简单，周期短，不产生工业“三废”，绿色环保。

本发明产品为小麦水解蛋白，是通过酶解、过滤、喷雾干燥制成的一种米黄色粉末状小麦肽，以功能性多肽( ≥ 60%)，活性小肽(≥ 20%)以及小分子蛋白（≤ 20%）组成（见表1，附图1），产品口感柔，水解程度适宜，游离氨基酸含量低，反应条件温和，营养损失低，水解产品具有较高的溶解度和消化率。

表1 本发明产品肽分子量分布

 

产品具有较高的乳化能力和起泡能力。产品的乳化性和乳化稳定性结果列于表2；产品的起泡性和泡沫稳定性结果列于表3。

表2 本发明产品的乳化性和乳化稳定性

表3 本发明产品的起泡性和泡沫稳定性

作为无抗原的优质植物蛋白来源，该水溶性小麦功能蛋白具有以下优点1) 蛋白质消化率可达95%，可以替代动物蛋白；2) 较高的谷氨酰胺含量（见表4），高达31.69%。大量研究表明谷氨酰胺对动物，特别是幼仔动物的生长发育具有有利作用，在应激或限饲条件下(仔猪断奶时)，谷氨酸盐是幼仔生长的主要限制性因素，饲喂谷氨酸盐，可显著改善小肠的消化道形态和免疫应答；3) 保护肠道绒毛，改善断乳后仔猪的消化能力，促进肠道上皮细胞的再生和减少腹泻；4) 增强机体消化系统的免疫力；5）易吸收：本发明产品基本是分子量在500-5000道尔顿的小肽，实验证明，小分子肽不需要消化，能以完整的形式直接被小肠吸收，吸收率可达到95%-100%；6）有特殊的风味（风味蛋白、氨基酸和少量脂类），对幼畜具有良好的诱食效果。本发明产品的成分分析列于表5。

表4 本发明产品氨基酸组成

 表5 本发明产品成分分析

附图说明

图1为本发明所得产品的分子量分布图。

具体实施方式

下述实施例仅用于说明本发明，但并不能限定本发明的保护范围。

实施例1

1）把10000 kg的水加入到反应釜中，加热到55℃，先按20 U/g小麦面筋蛋白粉的比例向反应釜中加入碱性蛋白酶，搅拌均匀后再向反应釜中加入1000 kg小麦面筋蛋白粉，同时向反应体系中加1mol/L的氢氧化钠，调节体系的pH 9.5，反应15 min后停止加氢氧化钠；

2）当体系的pH值为8.5时，向体系中加入胰蛋白酶，其加入量为55 U/g小麦面筋蛋白粉，在温度50℃条件下，水解60 min；

3）调节pH值8.0，向体系中加入0.8 kg复合酶制剂，在温度60℃条件下，水解3 h，复合酶制剂为木瓜蛋白酶、大豆多肽水解酶、风味蛋白酶和酶稳定剂以1: 1.5: 0.08: 0.01的重量比复配而成；

4）95℃灭酶5 min，然后用100目滤网过滤；

5）最后将滤液在进风温度130℃，出口温度65℃，均质压力25 MPa条件下进行喷雾干燥，成品粒度控制在80-120目之间。

实施例2

1）把10000 kg的水加入到反应釜中，加热到60℃，先按30 U/g小麦面筋蛋白粉的比例向反应釜中加入碱性蛋白酶，搅拌均匀后再向反应釜中加入2000 kg小麦面筋蛋白粉，同时向反应体系中加2mol/L氢氧化钾，调节体系的pH 10，反应20 min后停止加氢氧化钾；

2）当体系的pH值为9.0时，向体系中加入胰蛋白酶，其加入量为40 U/g小麦面筋蛋白粉，在温度55℃条件下，水解35 min；

3）调节pH值8.0，向体系中加入1.8 kg的复合酶制剂，在温度60℃条件下，水解4 h，水解复合酶制剂为木瓜蛋白酶、大豆多肽水解酶、风味蛋白酶和酶稳定剂以1: 2: 0.12: 0.02的重量比复配而成；

4）95℃灭酶5 min，然后用100目滤网过滤；

5）最后将滤液在进风温度140℃，出口温度70℃，均质压力30 MPa条件下进行喷雾干燥，成品粒度控制在80-120目之间。

实施例3

把10000 kg的水加入到反应釜中，加热到55℃，先按40 U/g小麦面筋蛋白粉的比例向反应釜中加入碱性蛋白酶，搅拌均匀后再向反应釜中加入2500 kg小麦面筋蛋白粉，同时向反应体系中加4mol/L的磷酸氢二钠，调节体系的pH 9，反应25 min后停止加磷酸氢二钠；

2）当体系的pH值在8.5时，向体系中加入胰蛋白酶，其加入量为60 U/g小麦面筋蛋白粉，在温度50℃条件下，水解60 min；

3）调节pH值7.5，向体系中加入2.3 kg的复合酶制剂，在温度60℃条件下，水解3 h，水解复合酶制剂为木瓜蛋白酶、大豆多肽水解酶、风味蛋白酶和酶稳定剂以1: 2.2: 0.18: 0.03的重量比复配而成；

4）100℃灭酶5 min，然后用100目滤网过滤；

5）最后将滤液在进风温度150℃，出口温度80℃，均质压力25 MPa条件下进行喷雾干燥，成品粒度控制在80-120目之间。

以上所述的碱性蛋白酶的酶活为2.4 AU/g，胰蛋白酶的酶活为1.6 AU/g，复合酶制剂的酶活为1.8-2.6 AU/g。

以上所用原料均为市售品，酶稳定剂采用型号SG02，原料来源广泛，成本较低。

Claims (6)

1.小麦水解蛋白工业化生产的工艺，其特征在于，由以下步骤制得：

a、把水加入到反应釜中，加热到50-65℃，称取小麦面筋蛋白粉，按20-40 U/g小麦面筋蛋白粉的比例向反应釜中加入碱性蛋白酶，搅拌均匀后再向反应釜中加入小麦面筋蛋白粉，小麦面筋蛋白粉和水重量比1: 2.5-15，同时向反应体系中加碱，调节体系的pH 9-10.0，反应5-25 min后停止加碱；

b、当体系的pH值在8.5-9.0时，向体系中加入胰蛋白酶，其加入量为35-60 U/g小麦面筋蛋白粉，在温度40-65℃，水解30-80 min；

c、调节pH值7.5-8.0，向体系中加入小麦面筋蛋白粉重量计0.08-0.5%复合酶制剂，在温度25-60℃，水解1-6 h；

d、水解后，对酶解液进行灭酶，灭酶条件为90-100℃，保持5-10 min，灭酶后将酶解液冷却至常温，然后过滤，最后将滤液进行喷雾干燥。

2.根据权利要求1所述的小麦水解蛋白工业化生产的工艺，其特征在于:所述的复合酶制剂为木瓜蛋白酶、大豆多肽水解酶、风味蛋白酶和酶稳定剂以1: 1.5-3: 0.05-0.24: 0.01-0.03的重量比复配而成。

3.根据权利要求1或2所述的小麦水解蛋白工业化生产的工艺，其特征在于:所述的碱性蛋白酶的酶活为2.4 AU/g，胰蛋白酶的酶活为1.6 AU/g，复合酶制剂的酶活为1.8-2.6 AU/g。

4.根据权利要求1所述的小麦水解蛋白工业化生产的工艺，其特征在于:a步骤中调节体系pH值所用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或磷酸氢二钠，碱的浓度为1-4 mol/L。

5.根据权利要求1所述的小麦水解蛋白工业化生产的工艺，其特征在于：d步骤中灭酶后将酶解液冷却至常温，然后过滤，过滤是用100-120目的滤网除去未反应的面筋颗粒。

6.根据权利要求1所述的小麦水解蛋白工业化生产的工艺，其特征在于：d步骤中喷雾干燥，采用进风温度120-150℃，出风温度65-90℃，均质压力20-35 MPa，成品粒度80-120目。

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