CN103757081A - 一种燕麦水解蛋白的工业化生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燕麦水解蛋白的工业化生产方法，这种燕麦水解蛋白可以用于日用化学品功效性添加剂。该方法通过固定化酶方法，以燕麦麸皮粉与水，料水重量比1:5-1:50，加入固定化酶技术制成的复合酶，使其在溶液中质量百分浓度为0.1-5.0%，反应温度30-80℃，pH为5.0-10.0，水解时间1-13小时；然后分离出固定化酶，过滤、脱色、脱盐等工序制得燕麦水解蛋白。与传统方法相比：固定化复合酶可以多次循环利用，水解条件温和，水解效率高，不产生工业三废，符合现在对日用化学品功效性添加剂天然、环保、安全、非化学来源的新趋势。

Description

一种燕麦水解蛋白的工业化生产方法

技术领域

本发明涉及植物蛋白的综合开发应用领域，特别涉及一种燕麦水解蛋白的工业化生产方法，属日用化学品添加剂生产技术领域。

背景技术

燕麦属于禾本科燕麦属一年生草本植物，在我国种植历史悠久。（林如法，2002）燕麦中营养物质含量非常丰富，含有丰富的可溶性膳食纤维、维生素、矿物质及抗氧化成分。其中，燕麦蛋白质含量在11.3-19.9%之间，一般在16%左右，在粮食作物中居首位。燕麦中蛋白质主要是醇溶蛋白（10-15%）、球蛋白（约55%）、谷蛋白（20-25%），且燕麦中谷蛋白比小麦中谷蛋白分子量小，且不具备粘弹性，不容易成团。燕麦中蛋白质的氨基酸组成比较全面，必需氨基酸含量较其他粮食作物高两倍左右。肽是由氨基酸组成的，但它具有氨基酸所不能替代的功能，有关肽的研究已成为目前研究的热点。肽与蛋白质都是氨基酸以酰胺键互相连接在一起形成的化合物。两者的区别在于，肽的氨基酸聚合度小，蛋白质的聚合度大。肽和单个氨基酸具有不同的吸收机制，比单个氨基酸的吸收更有效，并能直接参加蛋白质合成，因此提高了生物可利用度。

蛋白质水解分为酸水解、碱水解和酶水解。酸水解和碱水解的反应过程较难控制，不易确定水解位点，水解产物一般是单个氨基酸和各种短肽。酶水解法中由于酶的作用位点确定，水解程度可控，水解产物一般为中短肽类。一般来说，水解时间越长，水解程度越大，肽的分子量越小。

燕麦麸皮是燕麦加工过程中副产品,其中含16%-30%蛋白质，是一种良好蛋白资源。到目前为止,燕麦麸皮除用作饲料外,国内外有关综合开发利用报道鲜有见到。如何对燕麦麸皮进行深加工以提高产品附加值，实现良好效益是当前一个很有意义课题。

传统方法通常采用强酸强碱进行水解，营养流失严重，且很容易造成蛋白质以及多肽的变质变性，且水解产物无特异性，副反应多，工业三废较多，产品中的副反应杂质得不到有效去除，如果将产品用于日用化妆品行业，会带来极大的安全隐患，造成消费者过敏或化妆品接触性皮炎。

目前酶法水解燕麦蛋白的相关研究主要停留在实验室阶段，且所用的水解酶不能循环利用，且通过酶法改性进行工业化规模生产水解燕麦蛋白产品鲜有报道。水解燕麦蛋白在日用化学品领域具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。本发明以燕麦麸皮为原料,进行制备燕麦麸皮浓缩蛋白研究,期望为燕麦麸皮资源再利用开辟一条新的途径。

发明内容

为满足市场需求，本发明目的在于提供一种燕麦水解蛋白的工业化生产方法。

为实现本发明目的，技术方案如下：

根据燕麦麸皮粉的特性和营养学的特点，利用酶法对燕麦麸皮粉中的蛋白进行水解，从制约燕麦中蛋白质水解的五个因素---料水比、pH、酶浓度、酶解温度和酶解时间进行条件筛选，经过条件优化、中试和工业化生产试验得到水解燕麦蛋白产品。水解燕麦蛋白产品中主要以分子量小于5000道尔顿的小分子肽存在，占总量的98%；分子量小于3000道尔顿的小分子肽占到80%以上。

该水解燕麦蛋白产品具体通过以下步骤制备得到：

①称取燕麦麸皮粉，在反应釜中与10-50℃温水混合，燕麦麸皮粉与水料水重

量比为1:5-50；

②调节pH至5.0-10.0，加入固定化酶技术制成的复合酶制剂，使其在溶液中

质量百分浓度为0.1%-5.0%，温度为30-80℃，水解1-13小时；

③分离出固定化酶，过滤、脱色、脱盐工序制得燕麦水解蛋白得到燕麦水解

蛋白水溶液。

上述生产方法中，用于固定化酶中的复合酶制剂为碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶按重量比为1：0-1：0-0.5：0-0.5复配而成。

上述生产方法中，调节pH所用的酸或碱分别为盐酸、硫酸、磷酸、柠檬酸、乳酸、醋酸、氢氧化钠、氢氧化钾或三乙醇胺。

上述生产方法中，脱色剂为活性炭或硅藻土，其添加量为燕麦麸皮粉重量的0.5%-5%，脱色时在40-90℃pH在1-7时处理10-150min。

上述生产方法中，最优工艺条件为：燕麦麸皮粉与水的重量比为1：25；加入复合酶制剂，使其在溶液中质量百分浓度为1.5%，水解温度40℃，pH为6.5，水解时间4h。

本发明创新点在于：结合燕麦蛋白的特性，通过固定化酶，多步骤联合处理的方法进行水解燕麦蛋白试验，生产用酶可以循环利用，极大提高的酶的利用度，开发出适合日用化妆品使用的燕麦水解蛋白产品。经过连续的中试试验和规模生产验证，能实现年产5000吨生产能力。产品经过日用化妆品不同剂型的测试和人群试验，在保湿、抗衰老、美白、瞬时去皱方面均有明显的效果。产品水溶性好，含盐量低，色泽浅，产品使用范围非常广泛。

本发明生产的水解燕麦蛋白产品与燕麦麸皮粉相比具有如下特点：(1)经过酶解处理后，蛋白质由不溶于水的大分子变为小分子的多肽，提高了产品的透皮吸收效果，也使其更容易用于日用化学品产品中；(2)蛋白质中的大分子蛋白质被酶解为小分子多肽，分子量小于5000道尔顿的小分子肽占到98%以上，更有利于产品的吸收；(3)燕麦蛋白中氨基酸组成齐全，以联合国粮农组织规定的标准蛋白质相比，燕麦中的氨基酸营养平衡非常好，在谷物中是独一无二的，且其人体利用率高,蛋白质功效比(PER)超过2倍,而小麦和玉米还不足1.5倍。一般认为提高粮食营养价值的办法是增加赖氨酸，如果赖氨酸增加0.2-0.3%，可使营养价值提高70-80%，达到动物性食物标准。而燕麦中赖氨酸含量达到4%，是其他谷物粮食的1.5-3倍，经常食用燕麦食品,能弥补我国传统膳食结构所导致“赖氨酸缺乏症”缺陷。

本发明优势：本发明采用多种酶协同作用、多步骤联合处理的方法水解燕麦蛋白。该工艺生产的产品是以农副产品为原料进行的深加工转化产品，附加值大，生产过程中无三废产生，环保清洁。该生产线设备配置先进、生产工艺科学合理，综合生产能力强，工业化生产连续性强。生产得到的产品稳定，各项性能指标较燕麦麸皮均有明显提高和改善。生物酶法由于水解条件温和，卫生安全，无工业三废产生，良好保持原油氨基酸组成中的营养成分，因为分子量适中，与燕麦蛋白相比水解产物的生物可利用度得到极大提高。

具体实施方式

下面的实例对本发明作进一步的说明。

实施例1

称取燕麦麸皮粉100kg，在反应釜中与2500kg50℃温水混合，调节pH至6.5，然后加入固定化复合蛋白酶，使其在溶液中质量百分浓度为1.5%，在温度40℃中水解4h，随后分离出固定化酶，过滤、脱色、脱盐等工序制得燕麦水解蛋白得到燕麦水解蛋白水溶液产品。水解所用复合酶制剂为：碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶（均购自诺维信（中国）生物技术有限公司）以1:0.3:0.2:0.2质量比复配而成。过滤脱色采用活性炭，其添加量为水解燕麦蛋白重量的2%，在温度为60℃，pH为7时进行脱色处理90min。

以实例1的生产工艺生产的产品进行分子量测定，实验结果如表1。

表1 本发明生产的水解燕麦蛋白中多肽分子量分布结果

分子量范围	面积	%面积百分比
			5000～10000	90913.14	1.127418
3000～5000	1149553	14.25566
			1000～3000	5059938	62.74852
<1000	1763432	21.8684

注：以上数据为水解燕麦蛋白可溶性部分检测的分子量分布结果

根据上表可以看出分子量在5000Da以下的占到98.873%，分子量在3000Da以下的占到84.617%，分子量在1000-3000Da之间的占到62.748%。

实施例2

称取燕麦麸皮粉100kg，在反应釜中与3000kg40℃温水混合，调节pH至8.0，然后加入固定化复合蛋白酶，使其在溶液中质量百分浓度为0.5%，在温度40℃中水解6h，随后分离出固定化酶，过滤、脱色、脱盐等工序制得燕麦水解蛋白得到燕麦水解蛋白水溶液产品。水解所用复合酶制剂为：碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶（均购自诺维信（中国）生物技术有限公司）以1:0.5:0.1:0.1质量比复配而成。过滤脱色采用硅藻土，其添加量为水解燕麦蛋白重量的2%，在温度为50℃，pH为6时进行脱色处理60min。

实施例3

称取燕麦麸皮粉100kg，在反应釜中与4200kg，50℃温水混合，调节pH至7.0，然后加入固定化复合蛋白酶，使其在溶液中质量百分浓度为0.5%，在温度50℃中水解8h，随后分离出固定化酶，过滤、脱色、脱盐等工序制得燕麦水解蛋白得到燕麦水解蛋白水溶液产品。水解所用复合酶制剂为：碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶（均购自诺维信（中国）生物技术有限公司）以1:0.3:0.2:0.2质量比复配而成。过滤脱色采用活性炭，其添加量为水解燕麦蛋白重量的3%，在温度为70℃，pH为5时进行脱色处理80min。

Claims (5)

1.一种燕麦水解蛋白的工业化生产方法，其特征在于，由以下步骤制得：

①称取燕麦麸皮粉，在反应釜中与10-50℃温水混合，燕麦麸皮粉与水料水重量比为1:5-50；

②调节pH至5.0-10.0，加入固定化酶技术制成的复合酶制剂，使其在溶液中质量百分浓度为0.1%-5.0%，温度为30-80℃，水解1-13小时；

③分离出固定化酶，过滤、脱色、脱盐工序制得燕麦水解蛋白得到燕麦水解蛋白水溶液。

2.根据权利要求1所述的一种燕麦水解蛋白的工业化生产方法，其特征在于，用于固定化酶中的复合酶制剂为碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶按重量比为1：0-1：0-0.5：0-0.5复配而成。

3.根据权利要求1所述的一种燕麦水解蛋白的工业化生产方法，其特征在于，调节pH所用的酸或碱分别为盐酸、硫酸、磷酸、柠檬酸、乳酸、醋酸、氢氧化钠、氢氧化钾或三乙醇胺。

4.根据权利要求1所述的一种燕麦水解蛋白的工业化生产方法，其特征在于，脱色剂为活性炭或硅藻土，其添加量为燕麦麸皮粉重量的0.5%-5%，脱色时在40-90℃ pH在1-7时处理10-150min。

5.根据权利要求1-4任一所述一种燕麦水解蛋白的工业化生产方法，其特征在于，最优工艺条件为：燕麦麸皮粉与水的重量比为1：25；加入复合酶制剂，使其在溶液中质量百分浓度为1.5%，水解温度40℃，pH为6.5，水解时间4h。