CN103283934A

CN103283934A - 一种高纯度大米蛋白的制备方法

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Publication number: CN103283934A
Application number: CN2013102397961A
Authority: CN
Inventors: 杜先锋; 张舒; 徐敏
Original assignee: Anhui Agricultural University AHAU
Current assignee: Anhui Agricultural University AHAU
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2013-09-11

Abstract

一种高纯度大米蛋白的制备方法，以米渣为原料，利用胰蛋白酶水解，结合高压均质及超声波处理技术和精制工艺，对高度变性的米渣蛋白进行降解和修饰作用，大大提高了米渣蛋白溶出率和提取率，使大部分变性蛋白变成可溶性的肽被提取出来，同时增加其溶解性及起泡性。采用水洗脱糖、皂化脱脂、高压均质、超声处理、酶法水解、活性炭脱色相结合的方式提取米渣中的大米蛋白，所得产品，蛋白质回收率大于75%，蛋白含量大于90%，脂肪含量小于1%，总糖含量低于4%，灰分小于2%，大大提高了米渣的综合利用价值。

Description

一种高纯度大米蛋白的制备方法

一、技术领域

本发明属于食品生物技术领域，具体涉及高纯度大米蛋白的制备方法。

二、背景技术

大米蛋白是一种优质谷物蛋白，其氨基酸组成平衡合理，与WHO/FAO推荐的营养模式非常接近；人体利用率高，生物价（BV）可高达77，蛋白质利用率（PER）为1.36～2.56%，在各种粮食中均居第一位。更重要的是，大米蛋白具有低过敏性和高营养性，非常适合作为婴儿或是特殊人群的蛋白补充剂。然而，大米中的蛋白质含量较低，仅为8%左右，而且大米胚乳细胞内的淀粉颗粒和蛋白质结合紧密，因此从大米中提取大米蛋白的技术难度较大，成本较高，前人对其研究较少。

米渣是利用早籼稻或碎米为原料生产淀粉糖的副产品，其中大米蛋白含量高达50%以上，是提取大米蛋白的优良原料。然而，由于米渣中的大米蛋白经历了长时间的高温液化和淀粉酶水解，分子之间产生交联，蛋白质变性严重，美拉德反应（Maillard）使蛋白质与还原糖以N-糖肽键发生结合，生成的深暗色色素使米渣在外观上呈暗黄色，淀粉部分降解，以极限糊精的形式包裹大米蛋白，因此，米渣中大米蛋白已不再是天然的大米蛋白，溶解度大大降低并失去与之相关的某些功能性质，限制了其在食品中的应用。

目前，从米渣中提取大米蛋白的方法主要是酶法。酶法提取反应条件温和，营养物质基本不遭破坏，是目前解决米渣综合利用问题的有效途径。但单一的酶法提取仍存在着水解时间长，水解效率低，水解温度要求恒定等缺点，加上米渣成分复杂，蛋白的提取难度较大，使得产品出现得率较低，纯度不高，色泽较深等问题。

三、发明内容

本发明针对单一酶法提取米渣蛋白的缺陷，旨在提供一种综合运用物理与生物相结合的方法自米渣中制备高纯度大米蛋白的方法。所要解决的技术问题是在酶法提取的基础上，结合高压均质技术及超声波辅助提取技术，以提高酶解效率和蛋白提取率，得到优质的大米蛋白粉。

本发明的技术方案是以米渣为原料，采用高压均质结合超声辅助酶法提取高纯度大米蛋白，包括米渣的预处理、高压均质、超声、酶解、脱色、分离和干燥各单元过程。原料预处理采用水洗法脱糖和碱盐皂化法去脂肪，加水量为米渣质量的5-10倍，水洗温度50-80℃，水洗时间1.0-1.5h，水洗次数3-5次，所用碱盐为小苏打，加入量为1-2%；与现有技术的区别是脱糖脱脂米渣进行高压均质，料水质量比为1:5-1:10，均质压力为40-80MPa，均质次数2～3次；将均质好的米渣溶液进行超声处理，超声功率为250-600W，超声5-30min（脉冲为1-8s）；酶解采用单一酶—胰酶作为水解用酶，在温度50-70℃、pH值7-9条件下酶解2-5h，胰酶的加入量为4000～8000U/100g干米渣；酶解结束后灭酶，板框压滤得到酶解液，脱色是利用活性炭对酶解液进行脱色，在温度50-70℃条件下脱色30-60min，按活性炭质量与酶解液体积比1:4-1:7加入活性炭；吸附脱色后板框压滤分离，滤渣回收活性炭并再生，滤液喷雾干燥，控制进口温度为200-230℃，出口温度为80-100℃。

高压均质时优选料水质量比1:8，均质压力60MPa。

超声处理时优选功率450w，脉冲为4s，超声15min。

胰酶水解时优选55℃、pH值8条件下酶解3小时。

本发明所得到的大米蛋白产品，蛋白含量大于90%，脂肪含量小于1%，总糖含量低于4%，灰分小于2%，蛋白回收率大于75%。

本发明在利用蛋白酶水解大米蛋白基础上，结合高压均质及超声波处理技术和精制工艺，对高度变性的米渣蛋白进行降解和修饰作用，提高米渣蛋白溶出率和提取率，使大部分变性蛋白变成可溶性的肽被提取出来，同时增加其溶解性及起泡性，以扩大其应用范围。

本发明采用水洗脱糖、皂化脱脂、高压均质、超声处理、酶法水解、活性炭脱色相结合的方式提取米渣中的大米蛋白。提取率和产品纯度比单纯酶法提取得到大大提高，生产方式经济，环保，对环境无污染。

本发明采用热水洗涤法除去米渣中的小分子糖。米渣中的低聚糖来自淀粉液化工序的残留物，具有很大的吸湿性和溶解性，会随着水解反应的发生不断溶入水解液中，如不除去，不仅影响产品的纯度，也会造成产品结块，不利于贮存。水洗脱糖操作简便，成本较小。而且适当的热处理会引起原料中大米蛋白的分子结构发生改变，使那些原来在分子内部包藏而不易与酶发生作用的部位，由于分子结构松散暴露出来，从而使酶的作用位点大大增加，提高酶解速度和程度。

本发明采用碱盐皂化法脱脂。目前，去除脂肪的方法主要为有机溶剂抽提。有机溶剂抽提技术使用的乙醚（沸点为34.8℃）、正己烷（沸点为68.7℃）等有机溶剂在生产过程中易发生爆炸等安全事故。采用碱盐皂化法脱脂不仅避免了有机溶剂脱脂的安全隐患，而且工艺简单，成本较小，采用的碱盐小苏打是人们日常生活中常用的食品添加剂，不会造成产品的质量安全问题。

本发明采用高压均质处理米渣溶液。高压均质技术是一种成熟的食品加工技术，利用液体溶液流过狭缝时遭遇的强大剪切力、液体冲击到金属环上产生的强大撞击力以及压力突变产生的空穴爆炸力等各种作用力，将颗粒粗大的乳浊液或悬浮液加工成颗粒细微的稳定乳浊液或悬浮液的过程。近年来逐渐有学者将高压均质应用于胶体、蛋白等生物大分子改性的过程中。研究发现高压均质对乳球蛋白三级结构具有显著的影响，能够改变蛋白构象和功能特性，提高蛋白的溶解性，起泡性及凝胶性等。运用高压均质技术可使米渣原料充分混合、粉碎和均质化，大大提高米渣的匀细度，碎细度可达到1μm之下，从而提高酶解反应的效率。高压均质技术因其安全性好，作用时间短以及对原料营养性质影响较小，将成为以后蛋白物理改性发展的新趋势。

本发明采用超声波预处理辅助酶法提取。超声波是一种机械能量形式，具有空话作用，产生的气泡经过挤压破裂，可以瞬间产生强大的剪切力，不仅能改变大米蛋白质的分子结构，破坏蛋白质的分子内键，促使蛋白质降解，而且能改变大米蛋白的构象，促进其亲水集团愈多的暴露出来，提高其在水中的溶解度。此外，超声波的物理能量能够作用于酶分子，改变其构象，影响其催化活性，使酶的活性中心充分暴露，增加底物与之结合的机会，加速反应进程，因此该技术对有效成分的提取、高分子的降解、酶解反应等都有较好的促进作用。在食品生产过程中可以利用超声振动能量改变物质的组织结构、状态、和功能。超声波处理相对操作简单，提取周期短，与其它方法相比，仍不失为一种较为经济的辅助提取方法。

本发明采用胰酶为水解用酶，胰酶是从动物胰脏提取的粗制复合酶制剂，是人体需要的蛋白酶，没有毒害作用。米渣中除蛋白外，其余的成分主要是碳水化合物，它是因淀粉液化和过滤不彻底的糊精等残留物，淀粉和蛋白质的胶凝化作用使得它们的分离更加困难。并且一部分蛋白质具有亲油亲脂性，油脂和蛋白紧密结合在一起。而胰酶中的胰淀粉酶和胰脂肪酶则可以降解淀粉和脂肪，使得被紧密包裹的蛋白质分子暴露出更多的酶切位点，提高酶解效率。且胰酶是商业用酶，价格较低，可用于工业化生产。

本发明采用活性炭脱色。米渣酶解液一般呈明亮的橙黄色，如不进行脱色处理，所得的产品呈蛋黄色，感官质量差，影响其进一步加工与使用。经活性炭吸附脱色与喷雾干燥后，能得到乳白色的产品。而且脱色过程中，还能脱除一些苦味和一些小分子杂质。另外，活性炭价格便宜，脱色工艺简单，处理量大，而且易再生，非常适合大规模工业化生产。

本发明所得产品，蛋白质回收率大于75%，蛋白含量大于90%，脂肪含量小于1%，总糖含量低于4%，灰分小于2%，相对于单纯使用蛋白酶酶解，回收率和蛋白提取率都大大提高，增强了米渣的综合利用价值。

四、附图说明

图1：米渣原料和米渣蛋白产品的超微结构SEM电镜图。图中A为米渣SEM电镜图，B为米渣蛋白SEM电镜图。

图2：米渣原料和米渣蛋白产品的红外光谱图。

五、具体实施方式

非限定实施例叙述如下：

1）预处理：向反应罐中注入50L水，加入100.0g碳酸氢钠，待充分溶解后，投入5.0kg原料，60℃下搅拌反应1.0h，使原料中的可溶性糖充分溶出，料渣重复水洗三次。反应结束后，通过板框压滤去除水洗液。

2）高压均质：将水洗过的米渣，按原料损失10%计算，反应罐中加入36L水，搅拌进入高压均质机进行均质。均质压力为60MPa，循环均质3次。

3）超声波处理：均质过的米渣溶液进入超声波发生器中进行超声。450W下超声15min（脉冲为4s）。

4）酶解：待反应体系温度达到55℃后，搅拌下用30%NaOH溶液调pH值至8，再加入67.5g胰酶（市售的胰酶酶活3000～4000u/g），55℃反应3.0h，反应结束后，立即升温至90℃，灭酶10min。水解液的水解度为11～13%。

5）脱色：待反应罐中温度降至60℃时，加入1.5kg活性炭，搅拌脱色30min，脱色结束后，立即通过板框压滤除去活性炭，得到微黄透明的水解液。

6）干燥：使用喷雾干燥法对水解液进行干燥，最后即得米渣蛋白成品。其中，喷雾干燥的工艺条件为：

进料浓度：5～10%

进料温度：40～60℃

进风温度：200～220℃

出风温度：85～95℃

23、产品的性质分析

（1）产品得率和纯度的分析

本发明中产品的蛋白质回收率和蛋白质纯度，按下式计算：

蛋白质的测定采用GB5009.5-2010食品中蛋白的测定方法测定。

分析结果显示，大米蛋白产品的纯度大于90%，蛋白质回收率大于75%。

（2）产品的微观结构分析

将经干燥的样品喷金处理扫描电镜下放大5000倍进行观察。见图1。

对产品和原料的微观结构进行对照分析，发现大米蛋白产品的微观结构呈现出大小不一的具有凹凸表面的球形颗粒状。这种球状形态增加了产物与水接触的表面积，溶剂更易渗入颗粒内部，使产品具有良好的溶解性。同时，一部分颗粒之间出现了粘结现象，这是由于原料中残留的小分子糖所造成，这些多羟基的糖分子增加了大米蛋白产品的溶解性。

（3）产品红外光谱分析

将经干燥的样品，通过溴化钾压片法进行红外光谱分析。见图2。

分析结果显示，米渣原料在1054cm^-1波段出现了一个很小的振动吸收峰，是由游离糖上的-OH振动所引起的，在大米蛋白产品中并未出现，这证明，水洗脱糖对原料中的游离糖具有显著的脱除效果。

Claims

1.一种高纯度大米蛋白的制备方法，以米渣为原料，包括米渣的预处理、高压均质、超声、酶解、脱色、分离和干燥各单元过程，其特征在于：将预处理后的米渣进行高压均质，料水质量比1:5～1:10，均质压力为40～80MPa，均质次数2～3次；将均质好的米渣溶液进行超声处理，超声功率为250～600W，脉冲为1～8s，超声5～30min；超声结束后用胰酶水解，在50～70℃、pH值7～9条件下酶解2～5h，胰酶的加入量为4000～8000U/100g干米渣；酶解结束后90℃灭酶，分离得到酶解液；酶解液用活性炭于50～70℃条件下脱色30～60min，按活性炭质量与酶解液体积比1:4～1:7加入活性炭；脱色后固液分离，滤液经喷雾干燥得到米蛋白。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：高压均质料水质量比为1:8，均质压力60MPa。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：超声功率450w，脉冲为4s，超声15min。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：胰酶水解于55℃、pH值8条件酶解3小时。