CN104472851A

CN104472851A - 一种酶法处理富硒大米生产富硒蛋白粉的方法

Info

Publication number: CN104472851A
Application number: CN201410690328.0A
Authority: CN
Inventors: 潘磊庆; 孙晔; 屠康; 李罗华
Original assignee: Nanjing Agricultural University
Current assignee: Nanjing Agricultural University
Priority date: 2014-11-24
Filing date: 2014-11-24
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2034-11-24
Also published as: CN104472851B

Abstract

本发明涉及一种酶法处理富硒大米生产富硒蛋白粉的方法，属于食品加工领域。使用碱性蛋白酶处理富硒大米，制备富硒蛋白。通过研究温度、pH、液固比、加酶量、时间对富硒蛋白提取率的影响，以及正交试验确定了碱性蛋白酶提取富硒蛋白的最佳条件，得到富硒蛋白的提取率为69.0％，得到的蛋白粉的蛋白质纯度为91.1％，硒含量为0.529mg/kg。

Description

一种酶法处理富硒大米生产富硒蛋白粉的方法

技术领域

本发明是一种基于酶法处理富硒大米生产富硒蛋白粉的方法，属于农产品深加工领域。

背景技术

研究表明，硒在自然环境中的分布是不均匀的，据不完全统计，全世界有42个国家或地区缺硒。我国也存在硒毒地区和缺硒地区，多数为缺硒少硒地区，其中全国22个省中缺硒、贫硒县高达72％，我国约2/3的地区近7亿人口处于缺硒状态。因此开发有机硒强化食品，已成为目前我国富硒保健食品开发的重要内容。近年，我国富硒稻米种植面积不断扩大，但是富硒稻米的深加工仍处于一种满足口粮大米需求的初级加工状态，在观念、规模、技术和经济效益等方面都与发达国家存在很大差距。目前，市场上稻米深加工的主要产品有大米淀粉糖类和蛋白粉类。上述淀粉糖类和蛋白粉类产品的原料都是针对普通大米的深加工，然而富硒大米的深加工需要考虑加工工艺对硒含量的影响。

根据已有的专利检索，1999年专利“天然富硒植物蛋白营养粉(98114045.9)”、2013年专利“一种富硒红茶绿茶芝麻酥及其制备方法(201310306435.4)”、2013年专利“一种富硒的保健食品(201310620332.5)”、报道了富硒产品的开发，2014年专利“一种适宜中老年群体食用的富硒蛋白粉及其生产方法(201410104539.1)”报道了富硒蛋白粉的生产，该专利是通过在原料中加入硒的方法实现。已有的报道没有关于以富硒稻米为原料，酶法生产富硒蛋白粉的报道。

本项目可通过对富硒稻米及生产中产生的碎米深加工处理，生产富硒蛋白，并通过对生产工艺的优化，减少深加工中硒的流失，从而提高富硒稻米的经济附加值及硒元素的利用率，提升我国富硒稻米深加工的高科技含量和综合利用水平。

发明内容

本发明的目的在于利用富硒稻米加工过程的碎米，使用碱性蛋白酶处理富硒大米，得到富硒蛋白粉。

上述目的通过以下方案实现：

富硒大米→粉碎(过100目筛)→调浆、pH→加酶→恒温水浴、酶解→离心→取上清液→灭酶(90℃，10min)→旋转蒸发→热风干燥。

制备方法为：称取一定量富硒大米，粉碎成大米粉，根据实验条件，用不同pH值的Na₂CO₃-NaHCO₃缓冲液调浆，加酶，在既定温度下水浴加热，并不断搅拌，同时每隔一段时间调节浆液pH，以保证pH恒定。水解完毕后，在4000r/min下离心10min，取上清液在100℃下灭酶10min。再经旋转蒸发、热风干燥，得到富硒蛋白。首先研究各单因素(温度、pH、液固比、加酶量、时间)对富硒蛋白提取率的影响，根据单因素试验结果，以蛋白质提取率为指标，选择时间、温度、加酶量三个因素进行正交试验。结果表明：蛋白质提取率先随温度的升高而增大，当温度达50℃时，蛋白质提取率最大，继续升高温度，蛋白质提取率显著下降。在pH值7～10的范围内，蛋白质提取率随pH的增加而增大。这是因为，碱性蛋白酶的最适pH为碱性，在一定的碱性范围内，蛋白质提取率随pH的增加而增大。加水量的多少影响酶与蛋白质互相作用机率的大小及传质速度。当液固比较低时，有利于蛋白质与酶之间的接触，但液固比小，则料液的粘度大，传质速度降低，且增加了搅拌难度。加酶量较低时，提取率随加酶量的增加而增大，但当加酶量超过1.0％，提取率不再增加。开始一段时间，蛋白质提取率随温度的延长而增加，但当时间达4h后，随着时间的进一步延长，提取率趋于平缓。最终确定碱性蛋白酶提取富硒蛋白的最佳工艺条件为：温度45℃，pH 9，固液比9∶1，加酶量1％，时间4h。在此条件下，蛋白质提取率为69.0％，纯度为91.1％，硒含量为0.529mg/kg，开发的富硒蛋白粉的硒含量比富硒米提高了10倍。

有益效果

硒是人体不可缺少的微量元素之，它能增强人体的免疫功能，并具有防癌、抗癌的作用，对糖尿病、心脑血管疾病能起到预防和治疗作用。蛋白粉能提供多种氨基酸，帮助身体制造新的组织；通过血液向细胞输送氧和各种营养素；调节体内水分平衡；为免疫系统制造对抗细菌和感染的抗体。富硒蛋白粉不仅能补充营养蛋白质，又能补充硒元素，本发明得到的富硒蛋白粉，属于天然有机硒蛋白粉，相比其他无机硒添加保健品，本富硒蛋白粉吸收好，生物利用率高。

附图说明

图1：温度对富硒蛋白提取率的影响

图2：pH对富硒蛋白提取率的影响

图3：液固比对富硒蛋白提取率的影响

图4：加酶量对富硒蛋白提取率的影响

图5：提取时间对富硒蛋白提取率的影响

具体实施方式

一种基于酶法处理富硒大米生产富硒蛋白粉的方法，通过分析富硒大米里面蛋白质和硒的含量，确定富硒大米硒的含量与国家标准的规定含量一致性程度，通过分析发现，本发明所用的的富硒米采用传统的凯式定氮方法测得含量为6.91％。国家对富硒大米含量的要求为0.04-0.30mg/kg，本富硒大米的硒含量用氢化物原子荧光光谱法测定为0.052mg/kg，虽然含量不高，但是达到了国家规定的富硒大米的标准，也说明所采用的样品含有硒元素，为后面的进一步研究打下的基础。生产富硒蛋白粉的具体实施方式如下：

1、碱性蛋白酶提取蛋白质最佳工艺的确定

1.1单因素试验结果

1.1.1温度对富硒蛋白提取率的影响

固定pH 8.0，液固比8∶1，加酶量为0.8％，反应时间为4h，考察温度分别为35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃时的蛋白质提取率，结果如图1。

由图1可知，蛋白质提取率先随温度的升高而增大，当温度达50℃时，蛋白质提取率最大，继续升高温度，蛋白质提取率显著下降。原因是温度会影响酶的活力，在一定温度范围内，酶活力随温度升高而提高，但当温度超过酶的最适作用范围，酶逐渐失活而使提取率降低。同时，当温度达55℃时，淀粉发生糊化，使料液变为粘度极强的淀粉糊，影响蛋白质的溶出，且由于粘度增加，使之后的离心变得困难。

1.1.2 pH对富硒蛋白提取率的影响

固定温度为50℃，液固比8∶1，加酶量为0.8％，反应时间为4h，考察pH分别为7.0、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0时的蛋白质提取率，结果如图2。

由图2可知，在pH值7-10的范围内，蛋白质提取率随pH的增加而增大。这是因为，碱性蛋白酶的最适pH为碱性，在一定的碱性范围内，蛋白质提取率随pH的增加而增大。但随pH增加，蛋白质制品褐色加深。且当pH值为9时，提取率增加不明显，所以综合考虑，选定最适pH值为9。

1.1.3液固比对富硒蛋白提取率的影响

固定温度为50℃，pH 8.0，加酶量为0.8％，反应3h，考察液固比分别为5∶1、6∶1、7∶1、8∶1、9∶1、10∶1时的蛋白质提取率，结果如图3。

加水量的多少影响酶与蛋白质互相作用机率的大小及传质速度。当液固比较低时，有利于蛋白质与酶之间的接触，但液固比小，则料液的粘度大，传质速度降低，且增加了搅拌难度。提高液固比，溶液粘度降低，传质速度加快。对碱性蛋白酶来说，在一定范围内，蛋白质提取率随液固比的提高而增大。但液固比过大，会增加干燥过程的能量消耗。因此，综合考虑，液固比为9∶1时较合适。

1.1.4加酶量对富硒蛋白提取率的影响

固定温度为55℃，pH 8.0，液固比8∶1，反应时间3h，考察加酶量分别为0.2％、0.5％、0.8％、1.0％、2.0％、3.0％时的蛋白质提取率，结果如图4。

由图4可知，加酶量较低时，提取率随加酶量的增加而增大，但当加酶量超过1.0％，提取率不再增加。这是因为，随着加酶量的增加，碱性蛋白酶与底物的结合增加，但当全部底物均与蛋白酶结合时，提取率不再增加，所以提取率随加酶量的增加而变得平缓。最适加酶量为1.0％。

1.1.5提取时间对富硒蛋白提取率的影响

固定温度为55℃，液固比8∶1，pH 8.0，加酶量为0.8％，考察反应时间分别为2h、3h、4h、5h、6h时的蛋白质提取率，结果如图5。

由图5可知，开始一段时间，蛋白质提取率随温度的延长而增加，但当时间达4h后，随着时间的进一步延长，提取率趋于平缓。分析原因是开始酶活力较高，且未溶出的蛋白质较多，所以随着时间延长，酶与底物反应时间增加，即提取率增加。但随时间继续延长，酶活力相对下降，同时蛋白酶有更多的机会作用于已经被溶出的蛋白质和多肽，相对作用那些不溶性的蛋白质的机会下降。

1.2正交试验结果

为了确定提取富硒蛋白的最佳工艺，根据单因素试验的结果，以蛋白质提取率为指标，选择时间、温度、加酶量作为三个考察因素，每个因素作三个水平，采用L₉(3⁴)正交表进行试验，pH恒定为9，液固比为9∶1。因素水平和正交试验结果列于表1和表2。

表1 正交试验因素水平表

表2 L₉(3⁴)正交试验结果

由极差分析结果可以看出，3个因素对蛋白质提取率的影响大小依次为：B(温度)＞C(加酶量)＞A(时间)。确定A、B、C的最优水平组合为B₁C₃A₁，即温度为45℃，加酶量为2％，时间为3h。

表3 正交试验结果方差分析表

从正交试验方差分析表(见表3)可看出，温度的F＞F_0.05＝19，而时间和加酶量的F＜F_0.05，说明温度对蛋白质提取率有显著影响，时间和加酶量对蛋白质提取率影响不显著，这与前面的分析结果一致。

1.3最佳工艺条件

按照正交试验的最优水平进行实验，结果为：蛋白质提取率为69.02％，硒含量为0.519mg/kg。从蛋白质提取率来看，最优组合的蛋白质提取率比正交试验中9组的蛋白质提取率都高，但蛋白制品硒含量比第4组低。综合考虑，选择正交实验第4组为最佳工艺条件。即最佳工艺条件为：温度45℃、pH9.0、液固比9∶1、时间4h、加酶量1.0％时，富硒蛋白的提取率为69.0％，纯度为91.1％，硒含量为0.529mg/kg。

2、富硒蛋白粉提取工艺流程

2.1原料

以富硒米或者加工废料富硒碎米为原料，干净。

2.2粉碎

用粉碎机粉成粉末，过100目筛。

2.3调浆，调pH

加入软化水，用3mol/L的NaOH调pH为9.0左右，在45℃恒温搅拌2h。然后以1500r/min的速度离心分离10min，去下层渣，留下层清液。用3mol/L的柠檬酸将上层清液pH调为4.5，然后以1500r/min的速度离心分离10min，去上层清液，留下层蛋白质沉淀。

2.4煮沸

将所得蛋白质沉淀溶于水中，将其放入100℃的恒温水浴中加热30min。

2.5加酶、酶解

将上述溶液降温至37℃，然后放入恒温水浴中，加入一定量的Na₂SO₄调pH为6.5左右，且不停的搅拌，加入1％碱性蛋白酶，固液比为9∶1，酶水解4h，停止酶解。

2.6灭酶

水解液中加入柠檬酸，调节pH＝4.0至4.5，使酶失活，冷却。将水解液以1500r/min的速度离心10min，去下层沉淀，留上层清液。

2.7脱臭脱色

在上述溶液中加入其重量0.5％的活性炭，在30℃的水浴中保持3.5h且持续搅拌。将此液体用循环水真空泵抽滤得水解蛋白质的清液。

2.8真空浓缩、喷雾干燥

将上述清液放入真空浓缩器中真空浓缩3h，再进行喷雾干燥即得成品。

Claims

1.一种酶法处理富硒大米生产富硒蛋白粉的方法，其特征在于，富硒蛋白粉的提取工艺为：富硒大米→过100目筛粉碎→调浆、pH→加酶→恒温水浴、酶解→离心→取上清液→90℃10min灭酶→旋转蒸发→热风干燥；其中，碱性蛋白酶提取富硒蛋白的最佳条件为：温度45℃、pH9.0、液固比9∶1、时间4h、加酶量1.0％，富硒蛋白的提取率为69.0％，纯度为91.1％，硒含量为0.529mg/kg。

2.如权利要求1所述的一种酶法处理富硒大米生产富硒蛋白粉的方法，其特征在于，富硒大米中硒含量为0.052mg/kg，得到的蛋白粉中硒含量为0.529mg/kg。