CN103099097A - 米糠中蛋白质、γ -谷维醇和维生素E复合营养成分的提取工艺 - Google Patents

米糠中蛋白质、γ -谷维醇和维生素E复合营养成分的提取工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种米糠中蛋白质、γ-谷维醇和维生素E复合营养成分的综合提取工艺,属于食品工业技术领域。米糠被誉为“天然营养宝库”,但多于80%的米糠尚未开发利用。本发明工艺以经碾磨后过100目筛的米糠为原料,用被水稀释2-10倍的牛奶为提取溶剂,根据相似相溶的原理,利用牛奶中的亲水性成分蛋白质和亲脂性小分子脂肪等,提取米糠中的蛋白质、γ-谷维醇和天然复合维生素E。本发明工艺简单,提取率高,成本低廉。以此方式得到的提取液含有丰富的动物和植物蛋白及其它多种亲水性和亲脂性营养成分,是营养全面的新型饮料。本发明工艺开发了综合利用米糠中复合营养成分的新途径,大大提高了米糠的附加值,对米糠的综合利用和保护环境具有重要的意义。

Description

米糠中蛋白质、γ -谷维醇和维生素E复合营养成分的提取工艺
技术领域
本发明属于食品工业技术领域,涉及到米糠中蛋白质、γ-谷维醇(γ-oryzanols)和维生素E(Vitamin E)复合营养成分的提取工艺。 
背景技术
米糠是将糙米进行精加工时的副产物,包括糙米的表皮层和胚芽,占稻米总重的6%~8%。研究证明米糠含有优质丰富的蛋白质、脂肪、维生素、γ-谷维醇等营养素和人体必需元素,被誉为“天然营养宝库”。中国稻谷年产量占世界稻谷总产量的35%左右,居世界首位,年产米糠约1000万吨,但仅有10%~15%的米糠用来榨油等深加工,大部分尚未充分开发。随着科学技术的发展和保健膳食意识的提高,米糠在中国和国际上已成为食品、饮料及保健品研究开发的热点。米糠蛋白质是一种营养价值很高的植物蛋白,主要是清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白,这4种蛋白质的比例大致为37∶36∶22∶5。米糠蛋白的消化率达90%以上,生物效价与牛奶中的酪蛋白相近,米糠蛋白中赖氨酸含量高于其它谷物,其氨基酸组成接近FAO/WHO推荐的理想模式。γ-谷维醇是米糠中特有的一类物质,具有很强的抗氧化性,能改善细胞壁的稳定性。γ-谷维醇的另一作用是通过在体内与胆固醇的竞争来抑制胆固醇在体内的吸收与合成,降低血液中的胆固醇含量,γ-谷维醇还具有防癌,治疗神经不平衡和月经失调的作用。米糠中由生育酚(tocopherols)和生育三烯酚(tocotrienols)组成的复合天然维生素E具有防治心血管疾病的功效和很强的抗氧化作用,其生理活性远远优于一般市面上的维生素E。日本目前研制的新型营养饮料和婴儿牛奶,很多将米糠的种种功效作为卖点,所以用米糠作原料生产的营养饮料具有广阔的国内外市场。 
因为蛋白质属亲水性大分子,而γ-谷维醇和复合维生素E是亲脂性小分子,目前米糠深加工基本上采用两种十分不同的提取工艺来提取亲水性的蛋白质和亲脂性小分子天然产物:①现有的米糠蛋白提取技术主要有碱溶酸沉法、酶法提取。碱溶酸沉法提取米糠蛋白,由于其高碱性的环境在提取过程中容易生成有毒物质和造成蛋白品质变差。酶法提取米糠蛋白虽提取率较高,但其工艺比较复杂,成本较高,同时其它天然产物营养成分,如γ-谷维醇和复合维生素E等,也被作为杂质除去;②因γ-谷维醇和复合维生素E的亲脂性,涉及到这些亲脂性成分的提取工艺都用到有机溶剂,其缺点是工艺复杂、成本高,不安全和不利于保护环境。 
发明内容
针对上述提取方法所存在的问题,本发明工艺以经碾磨后过100目筛的米糠为原料,用被水稀释2-10倍的牛奶为提取溶剂,根据相似相溶的原理,利用牛奶中的亲水性成分蛋白质和亲脂性小分子脂肪、磷脂等,提取米糠中的蛋白质、γ-谷维醇和天然复合维生素E。本发明工艺简单,提取率高,成本低廉。以此方式得到的提取液含牛奶和米糠中的复合营养成分,是营养全面的新型饮料。本发明工艺开发了综合利用米糠中复合营养成分的新途径,大大提高了米糠的附加值,对米糠的综合利用和保护环境具有重要的意义。 
本发明的技术方案: 
(1)提取溶剂的配制:用水稀释牛奶2-10倍配制成稀牛奶。 
(2)原料米糠的处理:米糠打粉过100目筛。 
(3)提取:将米糠粉加于米糠质量10-20倍的稀牛奶中,混合物置于搅拌器内,保持转速100转/分钟,在85℃温度下搅拌1小时。 
(4)浆渣分离:将上述搅拌后混合物,经离心分离浆渣,所得乳状液为米糠复合营养成分提取液。 
本发明的优越性在于:①提取溶剂为牛奶,提取过程中不使用有机溶剂,避免影响产品质量的安全性和对环境的污染;②用本提取工艺所得的提取液含有丰富的动物和植物蛋白及其它多种亲水性和亲脂性营养成分,营养全面、价值高;③本发明工艺简单、提取率高、成本低廉,适合大生产。 
具体实施方式
下面将结合实施实例1对本发明的有关技术问题进一步进行描述。本实例用米糠粉为提取原料,用被水稀释的牛奶为提取溶剂,提取米糠中的蛋白质、γ-谷维醇和天然复合维生素E营养成分,其骤步如下: 
(1)提取溶剂稀牛奶的制备:从超市购得400mL特仑苏纯牛奶(每100mL营养成分含量:蛋白质3.4g、脂肪4.0g、碳水化合物5.0g和钠6.2g),按1∶4的比例加冷开水制成2000mL稀牛奶。 
(2)样品1和样品2:将2000mL稀牛奶等量分成二份,每份1000mL,一份为样品1用作稀牛奶中蛋白定量分析;另一份用作提取米糠复合营养成分的提取溶剂(最终提取液为样品2)。 
(3)米糠复合营养成分提取液的制备: 
①将米糠打粉,过100目筛,称40克米糠粉加入1000mL稀牛 奶提取溶剂中混合。 
②将混合物置于搅拌器内,保持转速100转/分钟,在85℃温度下搅拌1小时。 
③将搅拌后的混合物,经离心分离浆渣,所得乳状液为米糠复合营养成分提取液。此提取液含有米糠中的蛋白质、γ-谷维醇和天然复合维生素E,同时也含有牛奶中的蛋白质和其它养营成分。 
实验结果 
本法制得的米糠复合营养成分提取液为浅灰色乳状液。 
米糠复合营养成分提取液中主要营养成分测定如下: 
表1.米糠复合营养成分提取液测定报告 
(40克米糠和200mL特仑苏纯牛奶制成的1000mL提取液) 
Figure BSA00000611005800031
表2.米糠复合营养成分提取率报告 
(40克米糠和200mL特仑苏纯牛奶制成的1000mL提取液) 
Figure BSA00000611005800041
一、米糠复合营养成分提取液中蛋白质含量测定 
采用“考马斯亮蓝蛋白测定试剂盒”测定蛋米糠复合营养成分提取液中蛋白质的含量。该法是1976年Bradford建立,试剂配制简单,操作简便快捷,反应非常灵敏,灵敏度比Lowry法还高4倍,可测定微克级蛋白质含量,测定蛋白质浓度范围为0~1000μg/mL,是一种常用的微量蛋白质快速测定方法。 
(一)材料、主要仪器和试剂 
1.实验材料 
(1)样品1:由200mL特仑苏纯牛奶制成的1000mL稀牛奶。 
(2)样品2:由200mL特仑苏纯牛奶和40克米糠制成的1000mL米糠复 
合营养成分提取物。 
2.主要仪器 
移液枪、移液管、具塞试管、试管架、烧杯、量筒、容量瓶、吸管、SK5200H超声波清洗机(上海科导超声仪器有限公司)、UV-2000型紫外可见分光光度计(尤尼柯仪器有限公司)。 
3.试剂 
考马斯亮蓝蛋白测定试剂盒(南京建成生物工程研究所第一分所)、蒸馏水。 
(二)操作步骤 
1.溶液的配制 
(1)样品溶液的配制 
精密移取样品1(稀牛奶)20mL于250mL容量瓶中,样品2(米糠复合营养成分提取液)10mL于另一250mL容量瓶中,用蒸馏水稀释定容,超声处理(功率150W,频率20KHz)20分钟,取出,放冷,即得。 
(2)考马斯亮蓝应用液的配制 
移取考马斯亮蓝贮备液用蒸馏水1∶4稀释,即得。 
2.测定管 
Figure BSA00000611005800051
混匀,静置10分钟,于595nm波长下,用1cm光径比色杯,蒸馏水调零,测各管吸光度A值。 
(三)测定结果(本实验重复三次) 
测得各管A值一览表 
Figure BSA00000611005800052
(四)计算 
样品1:由200mL特仑苏纯牛奶制成的1000mL稀牛奶,每mL相当0.2mL特仑苏纯牛奶 
样品2:由200mL特仑苏纯牛奶和40克米糠制成的1000mL米糠复合营养成分提取物,每mL相当0.2mL特仑苏纯牛奶和40mg米糠。 
蛋白含量计算公式: 
样品蛋白含量=(测定管A值-空白管A值)/(标准管A值-空白管A值)x标准管浓度x稀释倍数 
1.牛奶蛋白含量(样品1) 
第1次实验:(0.502-0.370)/(0.504-0.370)x 0.563x 250/20 
           =6.932mg蛋白/mL稀牛奶 
第2次实验:(0.505-0.372)/(0.504-0.372)x 0.563x 250/20 
           =7.091mg蛋白/mL稀牛奶 
第3次实验:(0.505-0.370)/(0.506-0.370)x 0.563x 250/20 
           =6.986mg蛋白/mL稀牛奶 
牛奶中蛋白含量:(6.932mg/mL+7.091mg/mL+6.986mg/mL)/3 
                =7.003±0.081mg/mL(平均值±SD) 
2.米糠复合营养成分提取液总蛋白含量测定(样品2): 
第1次实验:(0.490-0.370)/(0.504-0.370)x0.563x 250/10 
           =12.604mg蛋白/mL 
第2次实验:(0.494-0.372)/(0.504-0.372)x 0.563x 250/10 
           =13.025mg蛋白/mL 
第3次实验:(0.490-0.370)/(0.506-0.370)x0.563x 250/10 
           =12.419mg蛋白/mL 
提取液总蛋白含量:(12.604mg/mL+13.025mg/mL+12.419mg/mL)/3 
           =12.683±0.311mg/mL(平均值±SD) 
3.米糠复合营养成分提取液中米糠蛋白计算: 
(1)米糠复合营养成分提取液中米糠蛋白含量 
米糠蛋白含量计算公式: 
米糠提取液米糠蛋白含量=样品2中总蛋白-样品1中牛奶蛋白 
第1次实验数据:12.604mg/mL-7.003mg/mL=5.601mg蛋白/mL 
第2次实验数据:13.025mg/mL-7.003mg/mL=6.022mg蛋白/mL 
第3次实验数据:12.419mg/mL-7.003mg/mL=5.416mg蛋白/mL 
米糠蛋白含量:(5.601mg/mL+6.022mg/mL+5.416mg/mL)/3 
              =5.680±0.311mg/mL(平均值±SD) 
(2)米糠复合营养成分提取液中米糠蛋白提取率 
第1次实验:5.601mg/mL=5.601mg蛋白/40mg米糠=14.00% 
第2次实验:6.022mg/mL=6.022mg蛋白/40mg米糠=15.06% 
第3次实验:5.416mg/mL=5.416mg蛋白/40mg米糠=13.54% 
提取液中米糠蛋白提取率:(14.00%+15.06%+13.54%)/3 
                        =14.20±0.78%(平均值±SD) 
二、米糠复合营养成分提取液中γ-谷维醇和复合维生素E的含量测定 
γ-谷维醇和复合维生素E都属于亲脂性小分子化合物,所以用同一HPLC分析样品。样品按照发明人方念伯论文所描述的方法来制备。(Quantification of Vitamin E and γ-Oryzanol Componentsin Rice Germ and Bran Using LC-MS/MS.J.Agric.Food Chem.2007,55:7308-7313) 
(一)HPLC分析样品的制备 
200mL米糠提取液(相当40mL特仑苏纯牛奶和8克米糠制成的提取液)被冷冻干燥成冻干粉,冻干粉放于80mL100%甲醇在室温下浸泡和振摇24小时,混合物用布氏漏斗和Whaterman 4号滤纸过滤,得甲醇提取液和残渣。残渣顺次用100%甲醇(80mL),80%甲醇(80mL)和50%甲醇(80mL)重复提取3次,合并4次提取液。合并提取液用低压旋转蒸发仪常温浓缩至无甲醇,然后冷冻干燥制成亲脂性小分子化合物富集提取物、直接供HPLC分析。实验重复三次:实验1,冻干粉4.915g,富集提取物2.251g;实验2,冻干粉5.012g,富集提取物2.334g;实验3,冻干粉4.901g,富集提取物2.263g。 
亲脂性小分子化合物富集提取物得率为: 
实验1:2.251g/4.915g(45.80%,富集提取物/提取液冻干粉) 
实验2:2.334g/5.012g(46.57%,富集提取物/提取液冻干粉) 
实验3:2.263g/4.901g(46.17%,富集提取物/提取液冻干粉) 
提取率(平均值±SD):4.943±0.060g/200mL(冻干粉/米糠提取液) 
2.283±0.045g/200mL(富集提取物/米糠提取液) 
11.403±0.235mg/mL(富集提取物/米糠提取液) 
(1mL米糠提取液相当于0.2mL牛奶和40mg米糠) 
(二)γ-谷维醇和复合维生素E含量测定 
按照发明人方念伯论文所描述的方法,来测定γ-谷维醇和复合维生素E含量。(Quantification of Vitamin E and γ-Oryzanol Componentsin Rice Germ and Bran Using LC-MS/MS.J.Agric.Food Chem.2007,55:7308-7313) 
HPLC分析样品溶于100%甲醇中,浓度为10mg/mL,用0.45μm膜过滤,然后进样10μL供HPLC分析。HPLC为Agilent 1100series仪品,分析柱为150x 4.6mm i.d.,5μm的Eclipse XDB-C8柱(Agilent Technologies,Wilmington,DE),流速为0.8mL/min。HPLC的两相溶剂为:0.1%甲酸乙腈为B流动相,0.1%甲酸水为A流动相。HPLC的梯度(以A为基础流动相):从1分钟到15分钟20-70%B,从15分钟到20分钟70-85%B,从20分钟到30分钟85-90%B,从30分钟到70分钟90-100%B,从30分钟到70分钟100%B,然后从75分钟到80分钟回到起始浓度。检测DAD波长设在320±10nm和290±10nm。 
进样量:10μLx10mg/mL=100μg=0.1mg富集提取物 
相当于1mL÷(11.403mg÷0.1mg)=8.770μL米糠提取液 
相当于0.2mL÷(11.403mg÷0.1mg)=1.754μL纯牛奶 
相当于40mg÷(11.403mg÷0.1mg)=0.350mg米糠 
成分含量:表3中各成分含量是按照发明人方念伯上述论文所描述的方法,通过各成分UV峰面积和标准品的标准曲线计算得出的。γ-谷维醇的定量基于γ-谷维醇各成分的320±10nm UV峰面积,维生素E的定量基于维生素E各成分的290±10nm UV峰面积。在换算每mL米糠复合营养成分提取液中各成分含量时,按1mL米糠复合营养成分提取液相当于0.2mL纯牛奶和40mg米糠来计算。γ-谷维醇为稻谷的特有成份,其提取率按“γ-谷维醇/米糠”计算;因原料牛奶(液态)和米糠(固态)中均含有复合维生素E,故无法计算提取率。 
表3.HPLC检测的成分含量 
Figure BSA00000611005800091
1.γ-谷维醇含量计算 
第1次实验:0.791μg/100μg(γ-谷维醇/富集提取物) 
           =0.791μg/0.350mg(γ-谷维醇/米糠) 
           =2.260μg/mg(γ-谷维醇/米糠) 
           =0.226%(γ-谷维醇/米糠) 
γ-谷维醇含量:40mg/mL x 0.226%=0.090mg/mL米糠提取液第2次实验:0.762μg/100μg(γ-谷维醇/富集提取物) 
      =0.762μg/0.350mg(γ-谷维醇/米糠) 
      =2.177μg/mg(γ-谷维醇/米糠) 
      =0.218%(γ-谷维醇/米糠) 
γ-谷维醇含量:40mg/mL x 0.218%=0.087mg/mL米糠提取液第3次实验:0.858μg/100μg(γ-谷维醇/富集提取物) 
      =0.858μg/0.350mg(γ-谷维醇/米糠) 
=2.451μg/mg(γ-谷维醇/米糠) 
=0.245%(γ-谷维醇/米糠) 
γ-谷维醇含量:40mg/mL x 0.245%=0.098mg/mL米糠提取液提取率(平均值±SD):2.296±0.141mg/g(γ-谷维醇/米糠) 
                0.230±0.014%(γ-谷维醇/米糠) 
含量(平均值±SD):(0.090mg/mL+0.087mg/mL+0.098mg/mL)/3 
                  =0.092±0.006mg/mL(γ-谷维醇/米糠提取液) 
2.复合维生素E含量计算 
第1次实验:0.105μg/100μg(复合维生素E/富集提取物) 
           =0.105μg/8.770μL(复合维生素E/米糠提取液) 
复合维生素E含量:0.012mg/mL米糠提取液 
第2次实验:0.087μg/100μg(复合维生素E/富集提取物) 
           =0.087μg/8.770μL(复合维生素E/米糠提取液) 
复合维生素E含量:0.010mg/mL米糠提取液 
第3次实验:0.095μg/100μg(复合维生素E/富集提取物) 
           =0.092μg/8.770μL(复合维生素E/米糠提取液) 
复合维生素E含量:0.011mg/mL米糠提取液 
含量(平均值±SD):(0.012mg/mL+0.010mg/mL+0.011mg/mL)/3 
                  =0.011±0.001mg/mL(复合维生素E/米糠提取液)。 

Claims (2)

1.一种米糠中复合营养成分的提取工艺,此复合营养成分包括米糠中的蛋白质、γ-谷维醇(γ-oryzanols)和维生素E(Vitamin E)。其工艺为:①米糠打粉过100目筛,②用水稀释牛奶2-10倍,③将米糠粉加于米糠质量10-25倍的稀释牛奶中,④保持转速100转/分钟,在85℃温度下搅拌1小时,⑤离心分离浆渣。所得乳状溶液为米糠复合营养成分提取液。
2.根据权力要求1所述的米糠中蛋白质、γ-谷维醇和复合维生素E营养成分的提取工艺,其特征在于以牛奶为溶剂,根据相似相溶的原理,利用牛奶中的亲水性成分蛋白质和亲脂性小分子脂肪、磷脂,提取米糠中的蛋白质、γ-谷维醇和天然复合维生素E,以此方式得到的提取液含牛奶和米糠中的复合营养成分,是营养全面的新型饮料。
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