CN102948607A - 一种汽爆-复合酶法制备米糠蛋白的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽爆-复合酶法制备米糠蛋白的方法，首先调节米糠含水率为10%~60%，汽爆压力为1.5Mpa~4.0MPa，保持压力为60~300s，然后进行减压释放；再在上述工艺条件下进行二次汽爆处理；将二次汽爆处理后的米糠转入酶解罐，按1:2~1:6的比例加入纯净水，然后用1M食品级盐酸调节pH值3.5~6.0，再加入复合酶；将提取后的浆液转入压滤机，进行浆渣分离，所得残渣加入等量纯净水，用1M NaOH溶液调节pH值7.0~9.5，然后进行二次压滤；调节pH值4.2~5.5沉淀蛋白。本发明高温米糠中蛋白的回收率可达87%以上。经干燥后制得的蛋白粉的蛋白含量大于90%。

Description

一种汽爆-复合酶法制备米糠蛋白的方法

技术领域

本发明涉及一种汽爆-复合酶法制备米糠蛋白的方法，属于米糠蛋白制备方法技术领域。

背景技术

米糠是稻米生产过程中产生的副产物之一，从植物形态学上讲，它包括种皮、果皮、糊粉层、外胚乳层以及它们之间的几个亚层，这就是严格意义上的米糠。但在实际生产中产生的米糠通常还混有大米胚芽和少量碎米。米糠的重量占稻米重量的6%~8%，含有14~24%的油脂、12~18%的蛋白质和膳食纤维、维生素、植酸、二十八烷醇、γ-谷维醇等其它活性成分。作为一种未被完全开发利用的农副产品，目前我国米糠资源拥有量在1000万吨左右，资源十分丰富，是一种量大面广的可再生资源。

米糠中的蛋白质包括清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白，与其它谷类、豆类的蛋白相比，米糠蛋白有着更高的赖氨酸含量和非常低的致敏性，所以被认为是一种可应用于婴儿食品的优质蛋白。未变性的米糠蛋白由34~40%的清蛋白、33~39%的球蛋白、3~8%的醇溶蛋白和19~25%的谷蛋白组成，理论上应该具有比较高的蛋白提取率。但实际上，由于米糠中不仅含有高达14~24%的由多不饱和脂肪酸组成的油脂。还具有较高的脂肪氧化酶活力水平，加之磨米过程产生的高温，所以米糠一经产生，脂肪的氧化过程就开始了。生产过程中，为了防止米糠油脂的氧化所导致的过氧化值升高和其它氧化产物的产生，必须将米糠进行稳定化处理。工业上常用的稳定化处理方法主要包括加热法（干热和湿热）和挤压膨化法以及近年来出现的低温处理法，前两种方法是以加热或生热过程达到将脂肪氧化酶灭活或钝化的目的，但是由此也就导致了米糠蛋白的变性程度大幅提高，NSI值大幅下降。低温处理法虽然不会导致蛋白的进一步变性，但是加工成本过高，大大制约了它的工业化应用。所以目前制米业产生的米糠99%以上都属高温米糠，其蛋白的水提取率仅有30%左右。

米糠蛋白常用提取方法包括碱提取法、酶提取法（蛋白酶法和非蛋白酶法）、亚临界水提取法和物理辅助法等。

碱提取法是最常用的提取方法，早在1966年Cagampa对于未变性的米糠，pH值＞7时，其溶解度随pH升高而显著上升，当pH＞12时，蛋白质提取率高达90%。RavinGanasamb用碱提取法和等电点沉淀法分别提取了对热稳定米糠和不稳定米糠中蛋白质，实验得出当pH等于8时，对热不稳定米糠蛋白和对热稳定米糠蛋白都有最大氮溶解率。不稳定米糠蛋白浓缩液含71.5%的蛋白质，而稳定蛋白浓缩液含50.9%的蛋白质。但1985Kolar等人研究发现高碱环境下，蛋白质水解产物会发生变性，同时由于加速了美拉德反应，蛋白颜色加深，而且与蛋白质共同沉淀的非蛋白质物质的提取率增加，蛋白质纯度下降。

酶提取法包括蛋白酶法和非蛋白酶法两类，是上世纪80年代后备受关注的蛋白提取方法。蛋白酶法利用蛋白酶破坏氨基酸之间的肽键，降低蛋白及其聚集体的分子量，以提高其溶解性。但是由于米糠中纤维结构的阻碍，要想达到较高的提取率将会导致部分蛋白的过度水解，由此造成后续分离过程的困难；非蛋白酶法主要是植酸酶、纤维素酶和木聚糖酶的作用，破坏纤维结构和植酸与蛋白间的连接达到提高蛋白溶出率的目的。两者都可以在较温和的条件下提高蛋白溶出率，而且副产物较少，但是溶解率的提高幅度并不理想。

Issara Sereewatthanawut等人研究了脱脂米糠的亚临界水法提取米糠蛋白。与传统碱法提取相比较，此方法有着更高的蛋白产量，而且通常情况下产量随着温度和反应时间的增加而增加。然而，此类方法不但有较高的能耗产生和对设备要求过高，而且水温度过高时会发生热降解产物。超声波辅助法虽能对提取过程有所帮助，但是提高幅度极为有限。

现有关于米糠蛋白的提取方法方面的研究和发明主要集中在碱法提取或碱法结合酶降解、等电点沉淀，以及复合酶法提取等方面。其中，中国专利申请号为200710158932.9、公开日为2008年7月16日、名称为“一种食用米糠油和米糠蛋白联合生产的方法”、专利号为ZL200710071743.8、名称为“用复合酶提取米糠蛋白的方法”、专利号为ZL200710052196.9，名称为“米糠多糖和米糠蛋白的提取方法”、专利申请号为201110102062.X，公开日为2011年9月14日，名称为“利用脱脂米糠联产制备米糠膳食纤维和米糠蛋白的方法”、专利号为ZL200810047556.0，名称为“米糠蛋白提取工艺”和专利申请号为201110132846.7，名称为“一种米糠蛋白的制备方法”分别公开了从米糠中提取米糠蛋白的方法，但上述方法尚存在着一定的问题：

1、碱法提取无论与什么样的下游分离技术相结合，都无法回避碱性条件下蛋白质水解产物发生变性，蛋白颜色加深，以及与蛋白质共同沉淀的非蛋白质物质的提取率增加而导致蛋白质纯度下降的问题。

2、上述专利（申请）中蛋白提取率较高的提取方法所选择的米糠均为低温米糠。

3、复合酶法确有其破坏植物细胞壁，提高蛋白溶出率的作用，但是植酸酶、半纤维素酶和纤维素酶对细胞组织的破坏能力有限，要提高蛋白溶出率还需依赖蛋白酶的辅助，这样就无法回避蛋白过度水解导致的下游分离困难的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决非蛋白酶法中涉及的半纤维素酶和纤维素酶对细胞组织的破坏能力较低的问题，进而提供一种汽爆-复合酶法制备米糠蛋白的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种汽爆-复合酶法制备米糠蛋白的方法，一、首先将高温米糠进行粉碎、预净化，去除其中的高密度杂质（包括金属屑等），调节米糠含水率为10%~60%，汽爆压力为1.5Mpa~4.0MPa，保持压力为60~300s，然后进行减压释放；再将上述汽爆后的米糠，在汽爆压力为1.5Mpa~4.0MPa、保持压力为60~300s的条件下进行二次汽爆处理；

二、将二次汽爆处理后的米糠转入酶解罐，按米糠：纯净水=1:2~6的比例加入纯净水，然后用1M食品级盐酸调节pH值3.5~6.0，再按下列比例加入复合酶：植酸酶100~2000U/100g_米糠干基、木聚糖酶200~5000U/100g_米糠干基、纤维素酶10~50U/100g_{米糠干 基}；充分搅拌30min，升温至35~55℃酶解处理1~3小时；然后加入1M NaOH溶液，调节pH值7.0~9.5，充分搅拌提取1~2小时；

三、将提取后的浆液转入压滤机，进行浆渣分离，所得残渣加入等量纯净水，用1M NaOH溶液调节pH值7.0~9.5，充分搅拌提取1~2小时，然后进行二次压滤；合并两次滤液，经板式换热器将料液冷却到5~10℃，加入1M盐酸，调节pH值4.2~5.5沉淀蛋白；用管式离心机在分离因素12000~20000的条件下离心分离，收集沉淀物即为粗蛋白；

四、所述粗蛋白重新溶于pH值7.0~8.0的NaOH溶液中，喷雾干燥即得米糠蛋白。

本发明高温米糠中蛋白的回收率可达87%以上。经干燥后制得的蛋白粉的蛋白含量大于90%。

本发明是一种采用汽爆法结合复合酶处理的分离效率高、能耗低的米糠蛋白的提取方法。本发明对于提高稻米加工产业的综合效益具有深远的意义。本发明提取的蛋白可望在婴幼儿食品、乳品行业和饮料行业中发挥重要作用。

具体实施方式

下面将对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

本实施例所涉及的一种汽爆-复合酶法制备米糠蛋白的方法，其步骤为：一、首先将一定量高温米糠进行粉碎、预净化，去除其中的高密度杂质（包括金属屑等），调节米糠含水率10%~60%，汽爆压力1.5Mpa~4.0MPa，保持压力60~300s，然后进行减压释放；再将上述汽爆后的米糠，在汽爆压力1.5Mpa~4.0MPa、保持压力60~300s的条件下进行二次汽爆处理；

二、将二次汽爆处理后的米糠转入酶解罐，按1:2~1:6的比例加入纯净水，然后用1M食品级盐酸调节pH值3.5~6.0，按下列比例加入复合酶：植酸酶100~2000U/100g_{米糠干 基}、木聚糖酶200~5000U/100g_米糠干基、纤维素酶10~50U/100g_米糠干基；充分搅拌30min，升温至35~55℃酶解处理1~3小时；然后加入1M NaOH溶液，调节pH值7.0~9.5，充分搅拌提取1~2小时；

三、碱提取后的浆液转入压滤机，进行浆渣分离，所得残渣加入等量纯净水，用1M NaOH溶液调节pH值7.0~9.5，充分搅拌提取1~2小时，然后进行二次压滤；合并两次滤液，经板式换热器将料液冷却到5~10℃，加入1M盐酸，调节pH值4.2~5.5沉淀蛋白；用管式离心机在分离因素12000~20000的条件下离心分离，收集沉淀物即为粗蛋白；

四、沉淀重新溶于pH值7.0~8.0的NaOH溶液中，喷雾干燥即得米糠蛋白。

所述步骤一中，调节米糠含水率为25%，汽爆压力为2MPa，保持压力100s。

所述步骤二中，按1:5的比例加入纯净水，然后用1M食品级盐酸调节pH值为4.8。

所述步骤二中，加入复合酶：植酸酶1000U/100g_米糠干基、木聚糖酶2000U/100g_{米糠 干基}、纤维素酶30U/100g_米糠干基。

所述步骤二中，升温至50℃酶解处理2小时。

所述步骤三中，所得残渣加入等量纯净水，用1M NaOH溶液调节pH值为8，充分搅拌提取1.5小时，然后进行二次压滤。

所述步骤三中，用管式离心机在分离因素12000的条件下离心分离。

所述步骤四中，粗蛋白重新溶于pH值7.2的NaOH溶液中。

实施例1

称取200Kg高温米糠，经粮食磁选机处理后粉碎、过20目筛。然后向米糠中喷洒雾化水25Kg，室温搅拌吸水2小时。在汽爆机中调节汽爆压力2.0Mpa，保持压力100s，然后进行减压释放；再将上述汽爆后的米糠，在汽爆压力1.5Mpa，保持压力80s的条件下进行二次汽爆处理。将经二次汽爆处理后的米糠用传送带转入酶解罐，加入纯净水900Kg，然后用1M食品级盐酸调节pH4.8，加入植酸酶2，000，000U、木聚糖酶2，000，000U、纤维素酶50，000U。充分搅拌30min，升温至50℃酶解处理2小时；然后加入1M NaOH溶液进行碱提取，调节pH9.0，充分搅拌提取1小时。

碱提取后的浆液转入压滤机，进行浆渣分离。所得残渣加入500Kg纯净水，用1MNaOH溶液调节pH9.0，充分搅拌提取1小时，然后进行二次压滤。合并两次滤液，经板式换热器将料液冷却到10℃，加入1M盐酸，调节pH4.8沉淀蛋白。用管式离心机在分离因素12000的条件下离心分离，收集粗蛋白沉淀物计量约70Kg。然后向粗蛋白中加入300Kg pH7.2的NaOH溶液中，充分搅拌后，进行喷雾干燥。控制进风温度180±5℃，出口温度80℃，塔内微负压状态，进行喷雾干燥。所得蛋白粉27.2Kg，其中蛋白含量为91.5%，水分含量为4.5%，灰分约为4%。

本发明所述的汽爆处理(Steam Explosion Process，SEP)方法是将原料在高温高压下用水或水蒸汽等经一定时间处理之后，立即降至常压的一种处理方法。一般采用160～260℃饱和水蒸汽加热原料至0.69～4.83MPa，作用时间为几秒到几分钟。研究证实，在高温蒸汽的作用下，纤维类废物中的半纤维素发生自水解作用而可溶化，木质素也发生部分降解，半纤维素、木质素和纤维素被有效分离。加上突然减压喷放对植物细胞壁立体结构的机械破坏作用，汽爆后的物料使得随后的纤维素水解转化率得到较大提高。

本发明的基本技术路线是原料米糠经汽爆处理后，通过半纤维素酶、纤维素酶的降解作用，解除细胞壁和纤维对蛋白的约束，并能使与纤维结合的蛋白分离，达到提高蛋白溶出率的目的，从而解决蛋白提取率低、蛋白纯度低的问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种汽爆-复合酶法制备米糠蛋白的方法，其特征在于，

一、首先将高温米糠进行粉碎、预净化，去除其中的高密度杂质，调节米糠含水率为10~60%，汽爆压力为1.5~4.0MPa，保持压力为60~300s，然后进行减压释放；再将上述汽爆后的米糠，在汽爆压力为1.5~4.0MPa、保持压力为60~300s的条件下进行二次汽爆处理；

二、将二次汽爆处理后的米糠转入酶解罐，按1:2~1:6的比例加入纯净水，然后用1M食品级盐酸调节pH值3.5~6.0，再按下列比例加入复合酶：植酸酶100~2000U/100g米糠干基、木聚糖酶200~5000U/100g_米糠干基、纤维素酶10~50U/100g_米糠干基；充分搅拌30min，升温至35~55℃酶解处理1~3小时；然后加入1M NaOH溶液，调节pH值7.0~9.5，充分搅拌提取1~2小时；

三、将提取后的浆液转入压滤机，进行浆渣分离，所得残渣加入等量纯净水，用1M NaOH溶液调节pH值7.0~9.5，充分搅拌提取1~2小时，然后进行二次压滤；合并两次滤液，经板式换热器将料液冷却到5~10℃，加入1M盐酸，调节pH值4.2~5.5沉淀蛋白；用管式离心机在分离因素12000~20000的条件下离心分离，收集沉淀物即为粗蛋白；

四、所述粗蛋白重新溶于pH值7.0~8.0的NaOH溶液中，喷雾干燥即得米糠蛋白。

2.根据权利要求1所述的汽爆-复合酶法制备米糠蛋白的方法，其特征在于，所述步骤一中，调节米糠含水率为25%，汽爆压力为2MPa，保持压力100s。

3.根据权利要求1所述的汽爆-复合酶法制备米糠蛋白的方法，其特征在于，所述步骤二中，按1:5的比例加入纯净水，然后用1M食品级盐酸调节pH值为4.8。

4.根据权利要求1所述的汽爆-复合酶法制备米糠蛋白的方法，其特征在于，所述步骤二中，加入复合酶：植酸酶1000U/100g_米糠干基、木聚糖酶2000U/100g_米糠干基、纤维素酶30U/100g_米糠干基。

5.根据权利要求1所述的汽爆-复合酶法制备米糠蛋白的方法，其特征在于，所述步骤二中，升温至50℃酶解处理2小时。

6.根据权利要求1所述的汽爆-复合酶法制备米糠蛋白的方法，其特征在于，所述步骤三中，所得残渣加入等量纯净水，用1M NaOH溶液调节pH值为8，充分搅拌提取1.5小时，然后进行二次压滤。

7.根据权利要求1所述的汽爆-复合酶法制备米糠蛋白的方法，其特征在于，所述步骤三中，用管式离心机在分离因素12000的条件下离心分离。

8.根据权利要求1所述的汽爆-复合酶法制备米糠蛋白的方法，其特征在于，所述步骤四中，粗蛋白重新溶于pH值7.2的NaOH溶液中。