CN103833786B - 一种米糠营养和活性物质的高效提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种米糠营养和活性物质的高效提取方法。该方法包括（1）全脂米糠筛分除杂；（2）酸浸泡提取植酸；（3）高速剪切辅助复配溶剂浸提米糠毛油；（4）酶法提取米糠蛋白。本发明方法可从全脂米糠中先后高效的提取出植酸、脂肪和蛋白质，实现了全脂米糠的高值化全利用，提高其附加值，避免资源浪费。

Description

一种米糠营养和活性物质的高效提取方法

技术领域

本发明涉及一种从全脂米糠中高效提取营养和活性物质（植酸、脂肪、蛋白质）的方法，属于米糠深加工技术领域。

背景技术

米糠是稻谷加工中最重要的一类副产品。米糠不仅含有丰富的脂质（16%～22%）、粗蛋白（12%～16%），还含有多种天然活性物质，如植酸、谷维素、γ-氨基丁酸、脂多糖、生育酚等。目前我国米糠年产量已达到1800万吨，但利用率只有10%，大部分作为低价值饲料使用，造成了极大浪费。

植酸是米糠中的盐分，主要以钙镁复盐（菲汀）的形式存在。由于植酸具有抗氧化性，且与金属离子具有强烈的络合作用，故其作为稳定剂、抗氧化剂、离子去除剂等被广泛应用于食品行业中。

米糠蛋白是一种营养价值很高的植物蛋白质，其中可溶性蛋白约占70%，必需氨基酸组成接近人体需要模式，且赖氨酸和蛋氨酸含量高于大米及其它谷物含量，可弥补谷物蛋白某些氨酸酸不足的缺陷。米糠蛋白另一个突出特点是低过敏性，为婴幼儿断乳食品理想原料。

米糠油是一种营养丰富的植物油，其中不饱和脂肪酸达80％，饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸的比例为1：2.1：1.8，接近脂肪酸最佳摄入比例。同时米糠油中含有丰富的谷维素、脂溶性维生素、谷甾醇及其他植物甾醇等营养成分。

目前米糠中植酸的提取工艺较成熟，一般方法是酸溶碱沉；脂肪的提取工艺也较成熟，一般是先采用挤压膨化灭酶，然后用六号溶剂油高温浸出，所得混合油经过脱溶即得米糠毛油；但对于米糠蛋白尚无理想和成熟的的提取方案：一方面，由于米糠原料一般先进行高温脱脂，其蛋白变性严重，同时蛋白质受到植酸、纤维的束缚，使得提取率较低（提取率局限于20～30%）；另一方面，米糠中灰分、多糖含量高，使得提取纯度较低。为提高高温脱脂米糠中蛋白提取效果，需将米糠结构破坏，例如专利CN200710052196.9中采用超声波辅助提取，专利CN200710071743.8中采用复合酶提取，但这些方法均注重蛋白提取率的提高，而忽略了蛋白提取纯度。

发明内容

为了克服现有米糠营养和活性物质提取工艺存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种米糠营养和活性物质的高效提取方法。本发明方法可先后高效从全脂米糠中的提取出植酸、脂肪和蛋白质，实现了全脂米糠的高值化利用，提高其附加值，避免资源浪费。

本发明的技术方案如下：

一种米糠营养和活性物质的高效提取方法，包括以下工艺步骤：

（1）筛分除杂：将新鲜米糠过20目筛，除去混入杂质；

（2）酸浸泡提取植酸：将经步骤（1）处理的米糠按料液比1:6～1:12用浓度0.8～1.4wt%的盐酸溶液浸泡，酸浸时间3～5h，温度40～60℃，边浸泡边搅拌；于3000～5000r/min离心10～20min得残渣和上清液，水洗残渣一次后离心，合并上清液；向该上清液中加入过.100目筛浓度为5～15wt%的氢氧化钙溶液，调节pH值至4.5～5.0，再向其中加入浓度为5～15wt%的氢氧化钠溶液，调节pH值至7.0～7.5；于3000～5000r/min离心10～20min得沉淀，水洗沉淀至无色，烘干至恒重，即得植酸钙产品；

（3）高速剪切辅助复配溶剂浸提米糠毛油：先向步骤（2）中水洗后所得残渣中加入异丙醇，将浆液搅拌分散均匀，再加入正己烷浸提，所述残渣和异丙醇的干基质量体积比为1:3～1:6，所述残渣和正己烷的干基质量体积比为1:3～1:6；调浆均匀后，倒入胶体磨中胶磨10～20min，于3000～5000r/min离心10～20min得混合油和米糠粕，所得混合油经旋转蒸发回收溶剂，即得米糠毛油，所得米糠粕经真空脱溶后即得脱脂糠粕；

（4）酶法提取米糠蛋白：向步骤（3）所得脱脂糠粕中加水调浆，料液比1:6～1:10；加入酸性蛋白酶，加酶量为所述米糠粕干基质量的1.5～3%，于40～60℃反应4～6h；反应结束后将料液置于沸水中灭酶，离心取上层酶解液，真空浓缩至可溶性固形物含量在15%，冷冻干燥得米糠蛋白。

其进一步的技术方案为：

步骤（2）中水洗后所得残渣的水分含量为50～70%。

步骤（3）所述高速剪切装置还选自其他可对物料进行匀质、粉碎的装置。

步骤（3）所述旋转蒸发回收溶剂过程如下：先于真空度0.06Mpa、50℃旋转蒸发回收所述正己烷，再于真空度0.07MPa、60℃旋转蒸发回收所述异丙醇，最后于真空度0.1MPa、60℃条件下脱水，转速保持75r/min。

步骤（3）所述真空脱溶过程中真空度为0.1MPa，温度为50℃。

步骤（4）所述酸性蛋白酶酶活为700000U/mL。

发明的有益技术效果如下：

本发明创造性之处在于提供了一种从米糠中高效提取营养和活性物质的工艺，通过筛分除杂，酸浸泡提取植酸，高速剪切辅助溶剂浸提提取米糠毛油以及酶法提取米糠蛋白，可先后获得植酸钙、米糠毛油和米糠蛋白三种产品，其中植酸提取率＞80%，脱脂糠粕残油量＜2%，米糠出油率达15%，米糠蛋白提取率＞40%，米糠蛋白纯度＞50%。

第一步，由于新鲜米糠中混有较多稻壳、碎米、外来物等杂质，这些杂质灰分和淀粉含量高，其中灰分会影响后续产品质量，淀粉会使酸浸过程中的浸泡液浑浊，影响植酸提取，因此首先进行筛分除杂，有效地保证了后续加工质量。

第二步，采用酸浸泡法，在提取植酸的同时使脂肪酶变性失活。在酸、热作用下，糊粉层细胞壁葡聚糖结构被破坏，主要存在于糊粉层中的植酸被溶出，采用两步沉淀法，通过加入氢氧化钙补充钙离子后，再加入氢氧化钠调节pH至中性，得到植酸钙沉淀；由于较长时间处在不适宜的温度和pH条件下，米糠中的脂肪酶发生不可逆变性而失活，避免了后续加工过程中脂肪可能会发生的酸败变质；在酸浸泡过程中，盐类、可溶性多糖、水溶性色素等杂质主要分布于上清液中，而大部分脂肪、蛋白被保留在残渣中，从而形成较好的组分分配，为后续脂肪、蛋白质的分离创造了较好条件。

第三步，通过高速剪切辅助复配溶剂浸提的方法，对残渣中的脂肪进行分离。通过高速剪切作用，在增大溶剂与米糠中脂肪接触程度的同时，已受损的细胞结构受到进一步破坏，使得主要存在于糊粉层、胚芽中的脂肪更易被溶剂萃取出来；采用的溶剂为正己烷，辅以异辛烷，在胶体磨剪切均质过程中会出现乳化作用，残渣与溶剂能够较好地接触混匀，从而使得脱脂糠粕中残油量低；在此过程中，米糠的粒度也因高速剪切带来的粉碎作用而降低，同时纤维结构被破坏，为后续蛋白提取创造了较好条件。

第四步，采用酶法提取脱脂糠粕中的蛋白质，由于在第二步中已将与蛋白质结合的植酸提取出来，在第三步中已将与蛋白质结合的纤维结构破坏，使得酸性蛋白酶能够较好地与蛋白质作用，氨基酸之间的肽键被破坏，蛋白聚集体分子量降低，大部分蛋白被溶出，最后经过浓缩、冷冻干燥得到米糠蛋白。

综上，本发明首次提出了通过酸浸，在实现米糠中植酸达到高提取率的同时，脂肪酶发生不可逆变性而失活，这为米糠综合利用前处理提供了新的思路；其次，首次提出了通过高速剪切辅助溶剂浸提提取米糠中的脂肪，脱脂糠粕残油量低，这为从高水分、热敏性油料中提取脂肪提供了新的思路。本发明中各工艺步骤之间互为铺垫，层层递进，米糠中植酸、脂肪、蛋白被逐一高效提取出来，工艺连贯性强，实现了全脂米糠的全利用，提高其附加值，避免了资源浪费。

附图说明

图1为本发明高效提取工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图，并通过实施例对本发明进行具体说明。

实施例1

以新鲜全脂米糠（江西金农生物科技有限公司产品）为原料，本实施例提取工艺步骤如下：

（1）筛分除杂：将200g新鲜全脂米糠过20目筛，除去混有的外来物、稻壳、碎米等杂质；

（2）酸浸泡提取植酸：将经步骤（1）处理的米糠置于酶反应器中，加入浓度1.0wt%的盐酸溶液浸泡，酸浸时间为4h，温度为50℃，料液比为1:10，搅拌器搅拌速率为180r/min；于3000r/min离心10min得残渣和上清液，加入1600mL水洗洗残渣一次，再次离心后合并上清液；向上清液中加入过100目筛浓度为10wt%的氢氧化钙溶液，边加边缓慢搅拌，调节pH值至4.8，然后加入浓度为10wt%的氢氧化钠溶液，调节pH至7.5，于3000r/min离心10min取沉淀，水洗沉淀至无色，将沉淀于60℃烘箱中烘至恒重，得到植酸钙产品21.6g。

参考国标GB/T5009.153-2003测得新鲜全脂米糠植酸含量为6.2%，植酸钙中植酸含量为48.7%，计算得出植酸提取率为81.0%；对于脂肪酶活力，参考国标GB/T5523-2008测得新鲜全脂米糠脂肪酶活动度为76.7mg/g，将残渣加水后调至中性，离心取沉淀冻干，测得酸浸泡后脂肪酶活动度为5.1mg/g，酶活动度降低了93.4%；得到残渣398.2g，通过105℃恒温恒重法测得其水分含量为68%。

（3）高速剪切辅助复配溶剂浸提米糠毛油：先向步骤（2）中水洗后所得残渣中加入异丙醇，将浆液搅拌分散均匀后，再加入正己烷，其中残渣：异丙醇（W:V）=1:3，残渣：正己烷（W：V）=1:3；调浆均匀后，倒入胶体磨中胶磨10min，于3000r/min离心10min得到混合油和米糠粕，所得混合油先于真空度0.06MPa、50℃的条件下旋转蒸发回收正己烷，再于真空度0.07MPa、60℃旋转蒸发回收异丙醇，最后于真空度0.1MPa、60℃条件下脱水，转速保持75r/min，制得米糠毛油30.2g，米糠出油率为15.1%；所得米糠粕经真空脱溶（0.1MPa，50℃）后得到脱脂糠粕，测得残油量为1.9%。

（4）酶法提取米糠蛋白：向步骤（3）所得脱脂糠粕中加水调浆，料液比为1:8，加入酸性蛋白酶（酶活为700000U/mL），加酶量为所述米糠粕干基质量的1.5%，于50℃反应4h；反应结束，放置于沸水中灭酶10min；于3000r/min离心10min取上层酶解液，在50℃、0.1MPa真空度条件下浓缩至可溶性固形物含量在15%，冷冻干燥得到20.7g米糠蛋白。

参考国标GB/T5009.5-2010中凯式定氮法（N×5.95）测定上述米糠蛋白中蛋白含量（即纯度）为54.4%，而米糠中蛋白含量为13.6%，计算得出蛋白提取率为41.4%。

实施例2

以新鲜全脂米糠（同上）为原料，本实施例提取工艺步骤如下：

（1）筛分除杂：将200g新鲜全脂米糠过20目筛，除去混有的外来物、稻壳、碎米等杂质；

（2）酸浸泡提取植酸：将经步骤（1）处理的米糠置于酶反应器中，加入浓度1.0wt%的盐酸溶液浸泡，酸浸时间为3h，温度为60℃，料液比为1:10，搅拌器搅拌速率为180r/min；于3000r/min离心10min得残渣和上清液，加入1600mL水洗洗残渣一次，再次离心后合并上清液；向上清液中加入过100目筛浓度为10wt%的氢氧化钙溶液，边加边缓慢搅拌，调节pH值至4.6，然后加入浓度为10wt%的氢氧化钠溶液，调节pH至7.5，于3000r/min离心10min取沉淀，水洗沉淀至无色，将沉淀于60℃烘箱中烘至恒重，得到植酸钙产品21.4g。

参考国标GB/T5009.153-2003测得新鲜全脂米糠植酸含量为6.2%，植酸钙中植酸含量为48.9%，计算得出植酸提取率为84.4%；对于脂肪酶活力，参考国标GB/T5523-2008测得新鲜全脂米糠脂肪酶活动度为76.7mg/g，将残渣加水后调至中性，离心取沉淀冻干，测得酸浸泡后脂肪酶活动度为5.5mg/g，酶活动度降低了92.9%；得到残渣395.4g，通过105℃恒温恒重法测得其水分含量为69%。

（3）高速剪切辅助复配溶剂浸提米糠毛油：先向步骤（2）中水洗后所得残渣中加入异丙醇，将浆液搅拌分散均匀后，再加入正己烷，其中残渣：异丙醇（W:V）=1:4，残渣：正己烷（W：V）=1:4；调浆均匀后，倒入胶体磨中胶磨15min，于3000r/min离心10min得到混合油和米糠粕，所得混合油先于真空度0.06MPa、50℃旋转蒸发回收正己烷，再于真空度0.07MPa、60℃旋转蒸发回收异丙醇，最后于真空度0.1MPa、60℃条件下脱水，转速保持75r/min，制得米糠毛油29.5g，米糠出油率为14.8%；所得米糠粕经真空脱溶（0.1MPa，50℃）后得到脱脂糠粕，测得残油量为1.6%。

（4）酶法提取米糠蛋白：向步骤（3）所得脱脂糠粕中加水调浆，料液比为1:10，加入酸性蛋白酶（酶活为700000U/mL），加酶量为所述米糠粕干基质量的2%，于40℃反应6h；反应结束，放置于沸水中灭酶10min；于3000r/min离心10min取上层酶解液，在50℃、0.1MPa真空度下浓缩至可溶性固形物含量在15%，冷冻干燥得到21.3g米糠蛋白。

参考国标GB/T5009.5-2010中凯式定氮法（N×5.95）测定上述米糠蛋白中蛋白含量（即纯度）为55.4%，而米糠中蛋白含量为13.6%，计算得出蛋白提取率为43.4%。

实施例3

以新鲜全脂米糠（同上）为原料，本实施例提取工艺步骤如下：

（1）筛分除杂：将200g新鲜全脂米糠过20目筛，除去混有的外来物、稻壳、碎米等杂质；

（2）酸浸泡提取植酸：将经步骤（1）处理的米糠置于酶反应器中，加入浓度1.4wt%的盐酸溶液浸泡，酸浸时间为5h，温度为40℃，料液比为1:8，搅拌器搅拌速率为180r/min；于3000r/min离心10min得残渣和上清液，加入1600mL水洗洗残渣一次，再次离心后合并上清液；向上清液中加入过100目筛浓度为10wt%的氢氧化钙溶液，边加边缓慢搅拌，调节pH值至5.0，然后加入浓度为10wt%的氢氧化钠溶液，调节pH至7.5，于3000r/min离心10min取沉淀，水洗沉淀至无色，将沉淀于60℃烘箱中烘至恒重，得到植酸钙产品21.7g。

参考国标GB/T5009.153-2003测得新鲜全脂米糠植酸含量为6.2%，植酸钙中植酸含量为48.3%，计算得出植酸提取率为84.6%；对于脂肪酶活力，参考国标GB/T5523-2008测得新鲜全脂米糠脂肪酶活动度为76.7mg/g，将残渣加水后调至中性，离心取沉淀冻干，测得酸浸泡后脂肪酶活动度为5.9mg/g，酶活动度降低了92.3%；得到残渣396.4g，通过105℃恒温恒重法测得其水分含量为67%。

（3）高速剪切辅助溶剂浸提提取米糠毛油：先向步骤（2）中水洗后所得残渣中加入异丙醇，将浆液搅拌分散均匀后，再加入正己烷，其中残渣：异丙醇（W:V）=1:6，残渣：正己烷（W：V）=1:6；调浆均匀后，倒入胶体磨中胶磨20min，于3000r/min离心10min得到混合油和米糠粕，所得混合油先于真空度0.06MPa、50℃旋转蒸发回收正己烷，再于真空度0.07MPa、60℃的条件下回收异丙醇，最后于真空度0.1MPa、60℃条件下脱水，转速保持75r/min，制得米糠毛油30.7g，计算得出米糠出油率为15.3%；所得米糠粕经真空脱溶（0.1MPa，50℃）后得到脱脂糠粕，测得残油量为1.3%。

（4）酶法提取米糠蛋白：向步骤（3）所得脱脂糠粕中加水调浆，料液比为1:6，加入酸性蛋白酶（酶活为700000U/mL），加酶量为所述米糠粕干基质量的2.5%，于60℃反应4h；反应结束，放置于沸水中灭酶10min；于3000r/min离心10min取上层酶解液，在50℃、真空度为0.1MPa下浓缩至可溶性固形物含量在15%，冷冻干燥得到21.7g米糠蛋白。

参考国标GB/T5009.5-2010中凯式定氮法（N×5.95）测定上述米糠蛋白中蛋白含量（即纯度）为54.7%，而米糠中蛋白含量为13.6%，计算得出蛋白提取率为43.7%。

综合上述实验数据可得，本发明提取工艺可先后高效提取出全脂米糠中的的植酸、脂肪和蛋白质，其中植酸提取率达80%以上（提取植酸同时使脂肪酶发生不可逆变性而失活），脱脂米糠残油量低于2%，米糠出油率达15%，米糠蛋白提取率达到40%以上，纯度达到50%以上，可实现全脂米糠的全利用，提高其附加值，避免资源浪费。

以上实施例所涉及各试剂均为市售商品，所述各试验方法如无特殊说明均为本领域常规方法，所涉及各实验仪器设备均为本领域常规设备。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种米糠营养和活性物质的高效提取方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

（1）筛分除杂：将新鲜米糠过20目筛，除去混入杂质；

（2）酸浸泡提取植酸：将经步骤（1）处理的米糠按料液比1:6~1:12用浓度0.8~1.4wt%的盐酸溶液浸泡，酸浸时间3~5h，温度40~60℃，边浸泡边搅拌；于3000~5000r/min离心10~20min得残渣和上清液，水洗残渣一次后离心，合并上清液；向该上清液中加入过100目筛浓度为5~15wt%的氢氧化钙溶液，调节pH值至4.5~5.0，再向其中加入浓度为5~15wt%的氢氧化钠溶液，调节pH值至7.0~7.5；于3000~5000r/min离心10~20min得沉淀，水洗沉淀至无色，烘干至恒重，即得植酸钙产品；

（3）高速剪切辅助复配溶剂浸提米糠毛油：先向步骤（2）中水洗后所得残渣中加入异丙醇，将浆液搅拌分散均匀，再加入正己烷浸提，所述残渣和异丙醇的干基质量体积比为1:3~1:6，所述残渣和正己烷的干基质量体积比为1:3~1:6；调浆均匀后，倒入胶体磨中胶磨10~20min，于3000~5000r/min离心10~20min得混合油和米糠粕，所得混合油经旋转蒸发回收溶剂，即得米糠毛油，所得米糠粕经真空脱溶后即得脱脂糠粕；

（4）酶法提取米糠蛋白：向步骤（3）所得脱脂糠粕中加水调浆，料液比1:6~1:10；加入酸性蛋白酶，加酶量为所述米糠粕干基质量的1.5~3%，于40～60℃反应4~6h；反应结束后将料液置于沸水中灭酶，离心取上层酶解液，真空浓缩至可溶性固形物含量在15%，冷冻干燥得米糠蛋白。

2.根据权利要求1所述米糠营养和活性物质的高效提取方法，其特征在于：步骤（2）中水洗后所得残渣的水分含量为50~70%。

3.根据权利要求1所述米糠营养和活性物质的高效提取方法，其特征在于：

步骤（3）所述高速剪切装置还选自其他可对物料进行匀质、粉碎的装置。

4.根据权利要求1所述米糠营养和活性物质的高效提取方法，其特征在于

步骤（3）所述旋转蒸发回收溶剂过程如下：先于真空度0.06Mpa、50℃旋转蒸发回收所述正己烷，再于真空度0.07MPa、60℃旋转蒸发回收所述异丙醇，最后于真空度0.1MPa、60℃条件下脱水，转速保持75r/min。

5.根据权利要求1所述米糠营养和活性物质的高效提取方法，其特征在于：步骤（3）所述真空脱溶过程中真空度为0.1MPa，温度为50℃。

6.根据权利要求1所述米糠营养和活性物质的高效提取方法，其特征在于：步骤（4）所述酸性蛋白酶酶活为700000U/mL。