CN105831390A - 富含花青素的黑米蛋白和黑米糖浆以及它们的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种联产富含花青素的黑米蛋白和黑米糖浆及其制备方法，该方法包括原料预处理、液化、过滤、蛋白制备与糖浆制备等步骤。本发明方法使淀粉转化为糖浆，不溶性的杂质转变为可溶性，再利用膜技术进行蛋白和糖浆的纯化，所得黑米蛋白的蛋白含量≥90％，原料中蛋白的提取率≥90％，花青素的提取率≥70％，而且所得黑米蛋白和黑米糖浆均富含花青素，其功能性及经济价值均远高于一般的大米蛋白和糖浆，因此具有良好的应用前景。
Description
【技术领域】
本发明属于农产品深加工技术领域。更具体地，本发明涉及富含花青素的黑米蛋白和黑米糖浆，本发明还涉及一种由黑米联产富含花青素黑米蛋白和黑米糖浆的方法。
【背景技术】
黑米是稻米中的珍贵品种，属于糯米类，糙米呈黑色或黑褐色，所含锰、锌、铜等无机盐一般比普通大米高1～3倍，还含有大米缺乏的维生素C、叶绿素、花青素、胡萝卜素及强心甙等特殊成分。现代医学证实，黑米富含花色甘类抗氧化色素，具有抗衰老作用，此外，黑米还具有滋阴补肾，健脾暖肝、补益脾胃，益气活血，养肝明目等疗效。
不同米色稻米之间蛋白质品质差异(蛋白化学值)以紫黑米蛋白质的品质最好。紫黑米蛋白氨基酸配比最好，8种人体必需氨基酸中，有3种含量最高，特别是赖氨酸和苏氨酸的含量明显高于其它色泽的稻米。中国营养学会推荐的人体必需氨基酸中包括组氨酸，紫黑米蛋白组氨酸含量相对较高。此外，紫黑米蛋白氨含量低于其它色泽稻米，表明处理过程中黑米蛋白的损失率最低，因而紫黑米的蛋白品质较好。
黑糙米蛋白质含量是11.3％～15.2％，虽比普通白米高，但从经济性角度看，直接从大米中提取蛋白质原料消耗大，不适合于大规模工业应用。而在做淀粉糖等深加工中的副产品米渣蛋白质含量一般达到约50～60％，是提取黑米蛋白的理想原料来源。
目前，高纯度植物蛋白提取方法主要是碱溶酸沉法和酶法等。碱溶酸沉法是先使用碱溶液溶解蛋白，再离心去除大部分杂质，然后调节其溶液的pH值，使大部分蛋白在等电点沉淀，再通过离心分离去除清液中的杂质。酶法是通过蛋白酶使蛋白部分水解，从而与其它物质分离，或用非蛋白酶(如淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶等)将其它杂质除去，从而达到纯化蛋白的目的。
黑米中贮藏性蛋白主要分为低分子量醇溶蛋白和高分子量谷蛋白，蛋白分子间通过二硫键和疏水基团进行交联而凝聚，在淀粉糖生产过程中，由于长时间高温作用，蛋白分子与蛋白分子之间进一步变性凝聚，蛋白分子与脂肪等分子间也会形成交联结构，从而导致蛋白溶解性大大下降，因此，提取蛋白通常使用的碱溶酸沉提纯工艺路线，提取率低，工艺损失比较大。而且碱溶酸沉法的碱溶条件是溶液的pH值一般为9～11。但是，花青素对碱性条件比较敏感，长时间处于碱性条件下会受到破坏。在淀粉糖生产过程中，灰分和脂肪等杂质都会富集到米渣中，较高的灰分不安全；脂肪会发生氧化蚝败，既是不安全因素，也影响大米蛋白粉的品质，因此必须采取相应的措施，提高黑米蛋白纯度和提取率，并尽可能保留功能性物质花青素。
为了解决现有技术存在的诸多技术缺陷，本发明人通过大量试验研究，终于完成了本发明。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种由黑米联产富含花青素黑米蛋白和黑米糖浆的方法。
本发明的目的是提供含有花青素的黑米蛋白和黑米糖浆。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的。
本发明涉及一种由黑米联产富含花青素黑米蛋白和黑米糖浆的方法。
所述方法的步骤如下：
A、原料预处理
让黑米原料在水中浸泡，再用水漂洗，然后使用磨碎机磨碎，得到的料浆再用水调节得到料浆浓度为以黑米重量计28～32％的黑米浆；
B、液化
使用无机碱水溶液将步骤A得到的黑米浆pH值调节至6.0～6.2，接着按照黑米质量的0.2％～0.6％添加高温液化酶，然后使用喷射液化器在温度103～108℃下进行液化3～5min，接着闪蒸至常压，得到一种含高温液化酶的料液；
C、过滤
步骤B得到的含高温液化酶料液趁热过滤，得到的滤饼用水洗涤至洗液中的可溶性固形物含量在以重量计2％以下，得到一种滤渣，同时收集洗涤水，它与过滤得到的滤液合并得到一种混合液；
D、蛋白制备
步骤C得到的滤渣用水溶解，得到一种浓度为以重量计14～20％的料液，再使用无机酸水溶液将所述料液的pH值调节至4.5～5.0，接着加热到温度45～55℃，再添加一种为所述料浆干物质质量0.4％～0.8％的纤维素酶，在这个温度下反应1.5～2.0h，加热升温至75～85℃，使用无机碱水溶液将所述料浆的pH值调节至7.5～8.0，在这个温度下反应1.5～2.0h，然后，按照所述料浆与水的体积比1：1.0～1.5，往所述料浆中加入温度50～55℃的水进行稀释，再使用中空纤维膜过滤，过滤至截留液浓度为以所述截留液干物质计16％～20％；再让所述截留液在进风温度180～185℃与出风温度80～85℃的条件下进行喷雾干燥，得到一种富含花青素的黑米蛋白；
E、糖浆制备
将步骤C得到的混合液加热至温度60～62℃，使用无机酸水溶液将混合液的pH值调节至4.2～4.6，再添加为所述混合液干物质质量0.2～0.6％的复合糖化酶，接着在这个温度下反应24～40h，得到的糖化液再通过陶瓷膜过滤，过滤液通过电渗析器脱盐至截留液电导率低于20us/cm，然后将收集的截留液浓缩至浓度以重量计75～77％，得到一种富含花青素的黑米糖浆。
根据本发明的一种优选实施方式，在步骤A中，所述的黑米原料在温度40～45℃下浸泡6～8h。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤A中，所述黑米原料磨碎粒度是120～150目。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤B与步骤D中，所述无机碱水溶液是浓度为以重量计8～12％的NaOH水溶液。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤C中，洗涤滤饼水的温度是80～85℃。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤D与步骤E中，所述无机酸水溶液是浓度为以重量计8～12％的HCl水溶液。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤D中，所述的中空纤维膜的膜孔径是40～50nm，作用压力是0.7～0.9kPa。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤E中，所述的陶瓷膜的孔径是50～60nm，作用压力8～10KPa。
根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤E中，所述的脱盐是在操作压力1.0～2.0kPa、电压220V与电流1.5～2A的条件下进行的。
本发明还涉及由所述方法得到的黑米蛋白或黑米糖浆。所述黑米蛋白含有以重量计≥90％蛋白与6.8～7.2g/kg花青素；所述黑米糖浆含有3.2～3.8g/kg花青素。
下面将更详细地描述本发明。
本发明涉及一种由黑米联产富含花青素黑米蛋白和黑米糖浆的方法。
所述方法的步骤如下：
A、原料预处理
让黑米原料在水中浸泡，再用水漂洗，然后使用磨碎机磨碎，得到的料浆再用水调节得到料浆浓度为以黑米重量计28～32％的黑米浆；
本发明方法使用的黑米是目前市场上销售的产品，例如菏泽市谷星食品有限公司、四川昌通农业开发有限公司、齐齐哈尔美味佳园食品销售有限公司销售的产品。
黑米属于糯米类，米粒质地较紧密，为了防止在粉碎时产生瞬间高温使淀粉糊化，需要采取湿法粉碎，因此，先要将黑米浸泡在水中。
在本发明中，黑米通常在温度40～45℃下浸泡6～8h，若浸泡温度低于40℃，则需要更长的浸泡时间，若高于45℃，则淀粉会开始糊化；若浸泡时间短于6h，则米粒还是很硬，不易磨碎，若浸泡时间长于8h，则色素、水溶性物质等损失较大，因此，浸泡温度40～45℃与浸泡时间6～8h是合适的。
本发明中，浸泡的黑米需要磨碎到粒度为120～150目，若粒度小于120目，则破壁不足，不利于杂质的释放，若粒度高于150目，则磨碎设备要求过高。因此，浸泡黑米的磨碎粒度为120～150目是合适的。
本发明使用的磨碎设备是目前市场上销售的产品，例如无锡市赫普轻工设备技术有限公司、江阴龙昌机械制造有限公司、江西红星机械厂销售的产品。
本发明中，所述黑米料浆浓度为以黑米重量计28～32％，若该浓度低于28％，则料浆升温速度慢，液化效果差，若该浓度高于32％，则料液粘度大，不便于料液输送，因此，所述黑米料浆浓度为以黑米重量计28％～32％是合适的。
B、液化
使用无机碱水溶液将步骤A得到的黑米浆pH值调节至6.0～6.2，接着按照黑米质量的0.2％～0.6％添加高温液化酶，然后使用喷射液化器在温度103～108℃下进行液化3～5min，接着闪蒸至常压，得到一种含高温液化酶的料液。
在这个步骤中，所述的无机碱水溶液是浓度为以重量计8～12％的NaOH水溶液。
在本发明的这个步骤中，一方面，高温液化酶能够使淀粉由固态转变为液态；另一方面，高温液化处理能够使蛋白絮凝。因此，两种处理方法结合起来就能够实现淀粉与蛋白的分离。
高温液化酶是一种内切酶，能在较高的温度下迅速随机水解淀粉及糊精中的α-1,4-糖苷键，得到长短不一的短链糊精和少量低聚糖产物，从而使糊化淀粉粘度迅速降低。高温液化酶的最佳作用条件是pH6.0～6.2，温度103～108℃，用量为黑米质量的0.2％～0.6％。
本发明使用的复合糖化酶是目前市场上广泛销售的产品，例如诺维信(中国)生物技术有限公司，杰能科(中国)生物工程有限公司，无锡市雪梅酶制剂科技有限公司等销售的产品。
本发明中，液化处理是由高压喷射液化器完成的，喷射液化器是通过高压蒸汽与物料混合，使物料温度迅速上升，即使淀粉糊化，并在高温液化酶的作用下实现淀粉液化。
本发明使用的高压喷射液化器是目前市场上销售的产品，例如上海兆光喷射液化技术有限公司、天长市远安机械有限公司、安徽东方龙机械有限公司销售的产品。
本发明中，液化处理在103～108℃下保持3～5min，若液化处理时间低于3min，蛋白絮凝效果差，液化不完全，不利于过滤，若液化处理时间长于5min，则液化处理时间过长，管道抗压要求高，因此，在温度103～108℃下保温3～5min是合适的。
C、过滤
步骤B得到的含高温液化酶料液趁热过滤，得到的滤饼用水洗涤至洗液中的可溶性固形物含量在以重量计2％以下，得到一种滤渣，同时收集洗涤水，它与过滤得到的滤液合并得到一种混合液；
在这个步骤中，所述含高温液化酶料液使用板框压滤机进行趁热过滤。
在这个步骤中，所述滤饼洗涤是在板框压滤机上使用80～85℃的热水进行洗涤，直到洗液中可溶性固形物含量为2％以下。
所述的板框压滤机是目前市场上销售的产品，例如杭州国瑞压滤机有限公司、杭州坤源过滤机械有限公司、杭州兴源过滤科技股份有限公司销售的产品。
D、蛋白的制备
步骤C得到的滤渣用水溶解，得到一种浓度为以重量计14～20％的料液，再使用无机酸水溶液将所述料液的pH值调节至4.5～5.0，接着加热到温度45～55℃，再添加一种为所述料浆干物质质量0.4％～0.8％的纤维素酶，在这个温度下反应1.5～2.0h，加热升温至75～85℃，使用无机碱水溶液将所述料浆的pH值调节至7.5～8.0，在这个温度下反应1.5～2.0h，然后，按照所述料浆与水的体积比1：1.0～1.5，往所述料浆中加入温度50～55℃的水进行稀释，再使用中空纤维膜过滤，过滤至截留液浓度为以所述截留液干物质计16％～20％；再让所述截留液在进风温度180～185℃与出风温度80～85℃的条件下进行喷雾干燥，得到一种富含花青素的黑米蛋白；
在本发明中，步骤C得到的滤渣加水溶解，以便于后续工艺输送、反应及分离洗涤。
在这个步骤中，所述无机碱水溶液是浓度为以重量计8～12％的NaOH水溶液。
在本发明中，加水溶解滤渣以得到浓度为以重量计14％～20％的料液，如果该料液浓度小于14％，则反应底物浓度低导致反应效果差，且物料处理量大；如果该料液浓度高于20％时，则物料粘度大，不利于输送及分离洗涤；因此，所述料液浓度为14％～20％是合适的。
本所述的料液中，除蛋白外还含有糊精、纤维素、脂肪和灰分等杂质，其中蛋白质、纤维素和脂肪是不溶于水的，糊精和灰分是溶于水的。因此，只要使纤维素和脂肪转变成可溶于水的状态，于是就可以通过固液分离实现蛋白纯化。
本发明中，一方面使用纤维素酶分解纤维素，使大部分纤维素转变成小分子的可溶性产物。另一方面通过脂肪与碱溶液的皂化反应，使脂肪转变为可溶性的脂肪酸钠，从而可以去除大部分的脂肪。
纤维素酶应该理解是一组能协同作用于纤维素的β-1，4-葡萄糖苷键，使纤维素降解成短纤维、纤维二糖和葡萄糖的酶的总称。纤维素酶包括可任意切断纤维素分子中β-1，4-糖苷键的内切酶，从非还原性末端开始切断β-1，4-糖苷键而成纤维二糖的外切酶，以及将纤维二糖分解成葡萄糖的β-葡萄糖苷酶。
使用纤维素酶进行酶解的最佳条件如下：pH值4.5～5.0、温度45～55℃、添加量以质量计0.4％～0.8％、反应时间1.5～2.0h。
本发明使用的纤维素酶是目前市场上广泛销售的产品，例如诺维信(中国)生物技术有限公司，杰能科(中国)生物工程有限公司，无锡市雪梅酶制剂科技有限公司等销售的产品。
本发明中，最佳皂化反应条件如下：温度75～85℃、pH值7.5～8.0、反应时间1.5～2.0h。
皂化反应温度若低于75℃，则反应效果差，若高于85℃，会增加能源消耗。皂化反应pH值若低于7.5，则皂化反应不彻底，若高于8.0，则会导致花青素遭到破坏。皂化反应时间若低于1.5h，则皂化反应不彻底，若高于2.0h，则蛋白溶胀明显，料液粘度过大，因此，皂化反应的条件为温度75～85℃，pH值7.5～8.0，反应时间1.5～2h是合适的。
本发明中，在上述纤维素转变成小分子可溶性产物与脂肪转变为可溶性脂肪酸钠后，接着使用中空纤维膜将这些可溶性杂质与不溶性蛋白进行分离。
中空纤维膜是一种具有外形像纤维状，具有自支撑作用的膜，纤维管壁上布满微孔，因微孔径大小不同，于是可以选择性地拦截物料中的微粒、细菌、胶体等。
本发明中空纤维膜运行条件如下：按照所述料浆与水的体积比1：1.0～1.5，往所述料浆中加入温度50～55℃的水进行稀释，加入的水使料浆浓度稀释至5％～10％，温度降至60～65℃。若浓度低于5％，则膜两侧压差偏低，则不利于杂质在压差作用力下透过膜；若高于10％，则料液粘度较大，也不利于杂质的分散；同样地，若温度低于60℃，则膜通量过低，若高于65℃，则对膜的损坏较大。
过滤结束时，截留液浓度为以所述截留液干物质计16％～20％，若低于16％，则杂质去除率不足，若高于20％，则料液粘度大，很难再进一步纯化。
本发明中空纤维膜的膜孔径为40～50nm，作用压力是0.7～0.9kPa。若孔径小于40nm，则可溶性杂质截留率较大，不利于蛋白纯化，若高于50nm，则大部分花青素也会随杂质一起流失；同样地，若工作压力低于0.7kPa，则膜通量较低，若高于0.9kPa，则花青素通过率提高，其膜易损坏。因此上述中空纤维膜运行条件是合适的。
本发明中使用的中空纤维膜是目前市场上广泛销售的产品，例如江苏捷滤膜科技有限公司、浙大泓泉膜技术有限公司、杭州迈纳膜技术有限公司等销售的产品。
本发明采用喷雾干燥法在进风温度180～185℃与出风温度80～85℃的条件下对所述的截留液进行干燥，得到水含量为以重量计6％以下的富含花青素黑米蛋白产品。
本发明使用的喷雾干燥设备是目前市场上销售的产品，例如江苏先锋干燥工程有限公司、常州力马干燥工程有限公司、常州市第二干燥设备厂有限公司销售的产品。
E、糖浆的制备
将步骤C得到的混合液加热至温度60～62℃，使用无机酸水溶液将混合液的pH值调节至4.2～4.6，再添加为所述混合液干物质质量0.2～0.6％的复合糖化酶，接着在这个温度下反应24～40h，得到的糖化液再通过陶瓷膜过滤，过滤液通过电渗析器脱盐至截留液电导率低于20us/cm，然后将收集的截留液浓缩至浓度以重量计75～77％，得到一种富含花青素的黑米糖浆。
在这个步骤中，所述的无机酸水溶液是浓度为以重量计8～12％的HCl水溶液。
所述的复合糖化酶是一种多种酶(如β-淀粉酶、普鲁兰酶等)复合体系，β-淀粉酶能把液化淀粉从非还原性末端水解α-1,4糖苷键，也能缓慢水解α-1,6糖苷键，普鲁兰酶是一种可水解液化淀粉中的α-1,6-D-糖苷键而产生包含α-1,4-D-糖苷键的直链多糖。根据β-淀粉酶种类的不同，可以水解产生麦芽糖或者葡萄糖。
在本发明中，通过复合糖化酶使所述混合液中的大分子糊精转变为糖。复合糖化酶最佳作用条件如下：温度60～62℃、pH值4.2～4.6、添加量以干物质质量计0.2％～0.6％、反应时间24～40h。
本发明使用的复合糖化酶是是目前市场上广泛销售的产品，例如诺维信(中国)生物技术有限公司，杰能科(中国)生物工程有限公司，无锡市雪梅酶制剂科技有限公司等销售的产品。
然后，所述的糖化液通过陶瓷膜去除其中的大分子胶体。陶瓷膜是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜，在压力作用下，原料液在膜管内或膜外侧流动，小分子物质(或液体)透过膜，大分子物质(或固体)被膜截留，从而达到分离、浓缩、纯化等目的。
本发明使用陶瓷膜的孔径为50～60nm，作用压力为8～10kPa。若孔径小于50nm，则膜通量较低，若孔径大于60nm，则对大分子胶体的截留效果差；同样地，若作用压力小于8kg，则膜通量较低，若高于10kPa，则能耗较大。因此，本发明使用的陶瓷膜在孔径50～60nm与作用压力8～10kPa的条件下运行是合适的。
本发明中所使用的陶瓷膜设备是是目前市场上广泛销售的产品，例如山东四海水处理设备有限公司、安徽省科林环境生物技术有限公司、北京福斯特瑞特过滤技术有限公司等销售的产品。
在本发明中，通过陶瓷膜过滤得到的过滤液通过电渗析器进行脱盐处理。利用半透膜选择透过性以达到分离不同溶质粒子的方法称为渗析。在电场作用下进行渗析时，溶液中带电溶质粒子通过膜而迁移的现象称为电渗析。
本发明中，电渗析器运行条件如下：操作压力1.0～2.0kPa、电压220V、电流1.5～2A。操作压力若低于1.0kPa，则脱盐效果差，若高于2.0kPa，则膜易损坏。电流若低于1.5A，则离子迁移速率慢，脱盐效果差，若高于2.0A，则膜易损坏，因此作用条件为操作压力1.0～2.0kPa、电压220V、电流1.5～2A是合适的。
本发明中所使用的电渗析器是目前市场上广泛销售的产品，例如浙江翔和环保工程有限公司、浙江蓝然环境技术有限公司、江苏日泰环保工程有限公司等销售的产品。
本发明采用板式蒸发器对收集的截留液进行浓缩，得到富含花青素的黑米糖浆。所述板式蒸发器是目前市场上广泛销售的产品，例如上海神农节能环保科技股份有限公司、上海温和蒸发器有限公司、温州贝诺机械有限公司等销售的产品。
本发明还涉及采用本发明制备方法得到的黑米蛋白或黑米糖浆。
所述黑米蛋白含有以重量计≥90％蛋白与6.8～7.2g/kg花青素。
所述黑米糖浆含有3.2～3.8g/kg花青素。
原料中蛋白提取率≥90％，花青素提取率≥70％。
采用本发明方法得到的黑米蛋白和黑米糖浆进行了如下分析：
黑米蛋白的蛋白含量是采用GB5009.5-2010规定的方法测定的。
黑米蛋白的脂肪含量是采用GB/T5009.6-2003规定的方法测定的。
黑米蛋白的灰分含量是采用GB5009.4-2010规定的方法测定的。
黑米蛋白及黑米糖浆中的花青素含量是采用NY/T2640-2014规定的方法测定的。
黑米糖浆的常规指标如可溶性固形物含量、DE值、灰分等是参照GB/T20885-2007规定的方法测定的。
黑米蛋白的提取率是按照下述公式计算的：
蛋白提取率＝黑米蛋白质量×蛋白含量÷(原料质量×蛋白含量)
总花青素的提取率是按照下述公式计算的：
总花青素提取率＝(黑米蛋白质量×花青素含量+黑米糖浆质量×花青素含量)÷(原料质量×花青素含量)
本发明的方法具有下述特点：
I、与现有采用碱溶酸沉法提取蛋白相比，由于蛋白高温变性的影响，使得蛋白的碱溶性降低，而且在强碱性条件下，花青素不稳定，易分解，即使先进行花青素提取，也会导致残留花青素大部分流失，因此蛋白和花青素的提取率较低。在本发明中，利用杂质的可溶性转变，使固态蛋白与液态杂质容易分离，而且整个工艺过程中避免强碱性操作条件，因此蛋白和花青素提取率大大提高，蛋白提取率≥90％，花青素提取率≥70％，而采取碱溶酸沉法的蛋白提取率仅30％～40％，花青素提取率仅50％。
II、在蛋白纯化工艺中，本发明通过中空纤维膜来实现固液分离，以及花青素截留，与现有固液分离技术常规方法相比，如板框过滤、离心分离等相比，虽然可以实现固液分离，但花青素也会溶于水随杂质一起被分离，很难再从大量杂质中进行回收，而且这些操作大多是间歇式操作，分离的固体物料一般都会形成紧密的块状物，很难对此物料进行清洗，因此除杂效果不佳，本发明人在专利CN 10340468 8B中提出用旋流器多次分离洗涤方法实现蛋白纯化，虽然可以达到较高蛋白纯度，但与其他分离手段一样，会造成花青素大量流失。本发明采用中空纤维膜进行固液分离，料液始终处于动态循环流动，蛋白被全部截留，蛋白回收率比旋流洗涤回收率更高，其他杂质透过膜，而分子量较大花青素被截留于蛋白中，最终得到富含花青素的高蛋白含量黑米蛋白，蛋白含量≥90％，蛋白提取率≥90％，灰分含量≤2％，脂肪含量小于等于3％。
III、与常规糖浆生产技术相比，因为有花青素存在，常规糖浆生产工艺中用活性炭或者树脂吸附脱色、脱盐的工艺会造成花青素的白白浪费，本发明采用陶瓷膜过滤及电渗析法脱盐工艺，即使糖浆的主要指标达到常规糖浆的技术要求，又最大程度的保留了花青素，得到一种富含花青素的黑米糖浆，其功能性价值远超一般糖浆，因此经济价值也大大提高。
[有益效果]
本发明的有益效果是：本发明黑米为原料，通过浸泡、粉碎、液化、过滤、酶解、皂化、膜过滤，脱盐、干燥等工艺处理，使原料中的淀粉转化为糖浆，蛋白被分离纯化，得到富含花青素的黑米蛋白和黑米糖浆，所得黑米蛋白的蛋白干基含量大于90％，花青素含量约7.0g/kg，脂肪含量小于3％，灰分含量小于2％，所得黑米糖浆花青素含量约3.5g/kg，黑米原料中蛋白提取率大于90％，70％以上的花青素被保留于两个产品中，所得产品的营养性和功能性更胜普通大米蛋白和糖浆，大大提高了产品的经济价值。
【具体实施方式】
通过下述实施例将能够更好地理解本发明。
实施例1：由黑米制备富含花青素的黑米蛋白和黑米糖浆
该实施例的实施步骤如下：
A、原料预处理
以菏泽市谷星食品有限公司销售的黑米为原料，要求无霉变及明显杂质，在温度40℃的水浸泡6h，漂洗，然后使用无锡市赫普轻工设备技术有限公司销售的粉碎机粉碎至120目，得到的料浆再用水调节得到料浆浓度为以黑米重量计28％的黑米浆；
B、液化
使用浓度为以重量计10％的NaOH水溶液将步骤A得到的黑米浆pH值调节至6.0，接着按照黑米质量的0.2％添加诺维信(中国)生物技术有限公司公司销售的高温液化酶，然后使用上海兆光喷射液化技术有限公司销售的喷射液化器在温度103℃下液化5min，接着闪蒸至常压，得到一种含高温液化酶的料液；
C、过滤
步骤B得到的含高温液化酶料液使用杭州国瑞压滤机有限公司销售的板框压滤机趁热过滤，得到的滤饼用温度80℃的水洗涤至洗液中的可溶性固形物含量在以重量计2％以下，得到一种滤渣，同时收集洗涤水，它与过滤得到的滤液合并得到一种混合液；
D、蛋白的制备
将步骤C得到的滤渣用水溶解，得到一种浓度为以重量计14％的料液，再使用浓度以重量计10％的HCl水溶液将所述料液的pH值调节至4.5，接着加热至温度45℃，再添加一种为所述料浆干物质质量0.4％的诺维信(中国)生物技术有限公司销售的纤维素酶，在这个温度下反应1.5h，加热升温至75℃，使用浓度为以重量计10％的NaOH溶液将所述料浆的pH值调节至7.5，在这个温度下反应1.5h，然后，按照所述料浆与水的体积比1：1.0，往所述料浆中加入温度50℃的水进行稀释，再使用江苏捷滤膜科技有限公司销售的中空纤维膜过滤，过滤至截留液浓度为以所述截留液干物质计16％；再让所述截留液在江苏先锋干燥工程有限公司销售的喷雾干燥机中在进风温度180℃与出风温度80℃的条件下进行喷雾干燥，得到一种富含花青素的黑米蛋白；
E、糖浆的制备
将步骤C得到的混合液加热至温度60℃，使用浓度为以重量计10％的HCl水溶液将混合液的pH值调节至4.2，再添加为所述混合液干物质质量0.2％的复合糖化酶，接着在这个温度下反应40h，得到的糖化液再通过山东四海水处理设备有限公司销售的陶瓷膜过滤，过滤液通过浙江翔和环保工程有限公司销售的电渗析器脱盐至截留液电导率低于20us/cm，然后将收集的截留液用上海神农节能环保科技股份有限公司销售的板式蒸发器浓缩至浓度以重量计75％，得到一种富含花青素的黑米糖浆。
采用本说明书中描述的分析方法测定，本实施例制备黑米蛋白的蛋白含量为86.1％、灰分含量1.92％、脂肪含量2.56％，花青素含量7.09g/kg，蛋白提取率90.8％，本实施例制备的黑米糖浆的花青素含量为3.60g/kg，黑米蛋白和黑米糖浆中的花青素的总提取率为71.3％。
实施例2：由黑米制备富含花青素的黑米蛋白和黑米糖浆
该实施例的实施步骤如下：
A、原料预处理
让齐齐哈尔美味佳园食品销售有限公司销售的黑米原料在温度45℃的水中浸泡8h，再用水漂洗，然后使用江西红星机械厂销售的粉碎机粉碎至150目，得到的料浆再用水调节得到料浆浓度为以黑米重量计32％的黑米浆；
B、液化
使用浓度为以重量计10％的NaOH水溶液将步骤A得到的黑米浆pH值调节至6.2，接着按照黑米质量的0.6％添加杰能科(中国)生物工程有限公司销售的高温液化酶，然后使用安徽东方龙机械有限公司销售的喷射液化器在温度108℃下进行液化5min，接着闪蒸至常压，得到一种含高温液化酶的料液；
C、过滤
步骤B得到的含高温液化酶料液用杭州兴源过滤科技股份有限公司销售的板框压滤机趁热过滤，得到的滤饼用温度85℃的水洗涤至洗液中的可溶性固形物含量在以重量计2％以下，得到一种滤渣，同时收集洗涤水，它与过滤得到的滤液合并得到一种混合液；
D、蛋白的制备
步骤C得到的滤渣用水溶解，得到一种浓度为以重量计20％的料液，再使用浓度为以重量计10％的HCl水溶液将所述料液的pH值调节至5.0，接着加热到温度55℃，再添加一种为所述料浆干物质质量0.8％的杰能科(中国)生物工程有限公司销售的纤维素酶，在这个温度下反应2.0h，加热升温至85℃，使用浓度为以重量计10％的NaOH水溶液将所述料浆的pH值调节至8.0，在这个温度下反应2.0h，然后，按照所述料浆与水的体积比1：1.5，往所述料浆中加入温度55℃的水进行稀释，再使用杭州迈纳膜技术有限公司销售的中空纤维膜过滤，过滤至截留液浓度为以所述截留液干物质计20％；再让所述截留液在常州市第二干燥设备厂有限公司销售的喷雾干燥机中在进风温度185℃与出风温度85℃的条件下进行喷雾干燥，得到一种富含花青素的黑米蛋白；
E、糖浆的制备
将步骤C得到的混合液加热至温度62℃，使用浓度为以重量计10％的HCl水溶液将混合液的pH值调节至4.6，再添加为所述混合液干物质质量0.6％的杰能科(中国)生物工程有限公司销售的复合糖化酶，接着在这个温度下反应24h，得到的糖化液再通过北京福斯特瑞特过滤技术有限公司销售的陶瓷膜过滤，过滤液通过江苏日泰环保工程有限公司销售的电渗析器脱盐至截留液电导率低于20us/cm，然后将收集的截留液用温州贝诺机械有限公司销售的板式蒸发器浓缩至浓度以重量计77％，得到一种富含花青素的黑米糖浆。
采用本说明书中描述的分析方法测定，本实施例制备黑米蛋白的蛋白含量为86.8％、灰分含量1.87％、脂肪含量2.50％，花青素含量7.01g/kg，蛋白提取率90.4％，本实施例制备的黑米糖浆的花青素含量为3.58g/kg，黑米蛋白和黑米糖浆中的花青素的总提取率为70.4％。
实施例3：由黑米制备富含花青素的黑米蛋白和黑米糖浆
该实施例的实施步骤如下：
A、原料预处理
让四川昌通农业开发有限公司销售的黑米原料在温度43℃的水中浸泡7h，再用水漂洗，然后使用江阴龙昌机械制造有限公司销售的粉碎机粉碎至140目，得到的料浆再用水调节得到料浆浓度为以黑米重量计30％的黑米浆；
B、液化
使用浓度为以重量计10％的NaOH水溶液将步骤A得到的黑米浆pH值调节至6.1，接着按照黑米质量的0.4％添加无锡市雪梅酶制剂科技有限公司销售的高温液化酶，然后使用天长市远安机械有限公司销售的喷射液化器在温度105℃下进行液化4min，接着闪蒸至常压，得到一种含高温液化酶的料液；
C、过滤
步骤B得到的含高温液化酶料液用杭州坤源过滤机械有限公司销售的板框压滤机趁热过滤，得到的滤饼用温度83℃的水洗涤至洗液中的可溶性固形物含量在以重量计2％以下，得到一种滤渣，同时收集洗涤水，它与过滤得到的滤液合并得到一种混合液；
D、蛋白的制备
步骤C得到的滤渣用水溶解，得到一种浓度为以重量计17％的料液，再使用浓度为以重量计10％的HCl水溶液将所述料液的pH值调节至4.8，接着加热到温度50℃，再添加一种为所述料浆干物质质量0.6％无锡市雪梅酶制剂科技有限公司销售的纤维素酶，在这个温度下反应1.8h，加热升温至80℃，使用浓度为以重量计10％的NaOH水溶液将所述料浆的pH值调节至7.7，在这个温度下反应1.8h，然后，按照所述料浆与水的体积比1：1.2，往所述料浆中加入温度53℃的水进行稀释，再使用浙大泓泉膜技术有限公司销售的中空纤维膜过滤，过滤至截留液浓度为以所述截留液干物质计18％；再让所述截留液在用常州力马干燥工程有限公司销售的喷雾干燥机中在进风温度182℃与出风温度82℃的条件下进行喷雾干燥，得到一种富含花青素的黑米蛋白；
E、糖浆的制备
将步骤C得到的混合液加热至温度61℃，使用浓度为以重量计10％的HCl水溶液将混合液的pH值调节至4.4，再添加为所述混合液干物质质量0.4％的无锡市雪梅酶制剂科技有限公司销售的复合糖化酶，接着在这个温度下反应36h，得到的糖化液再通过安徽省科林环境生物技术有限公司销售的陶瓷膜过滤，过滤液通过浙江蓝然环境技术有限公司销售的电渗析器脱盐至截留液电导率低于20us/cm，然后将收集的截留液在上海温和蒸发器有限公司销售的板式蒸发器中浓缩至浓度以重量计76％，得到一种富含花青素的黑米糖浆
采用本说明书中描述的分析方法测定，本实施例制备黑米蛋白的蛋白含量为85.8％、灰分含量1.95％、脂肪含量2.61％，花青素含量7.11g/kg，蛋白提取率91.2％，本实施例制备的黑米糖浆的花青素含量为3.63g/kg，黑米蛋白和黑米糖浆中的花青素的总提取率为72.4％。
对比实施例1：根据现有技术制备黑米蛋白和黑米糖浆
参照CN104789615A、发明名称“一种生物酶法从黑米中生产黑米花青素、黑米糖浆、黑米蛋白的联产方法”描述的方法制备，具体按照该申请说明书的实例一操作如下：
取1kg黑米，粉碎成细粉，加入8倍量水，用盐酸调节pH5.0，加入淀粉酶，在温度70℃下保温4h，过滤，滤液通过AB-8大孔吸附树脂，下柱液浓缩至密度1.30，得黑米糖浆821g。树脂用纯化水5倍量洗涤，再用80％乙醇解析，解析液50℃减压浓缩至密度1.10，喷雾干燥，得黑米花青素，11.2g，含量25.8％。滤渣加入4倍量水，用柠檬酸调节pH4.8,50℃保温4h,过滤，滤饼加4％氢氧化钠溶液8倍量，70℃保温提取2h,过滤，滤液用盐酸调节pH3.5，加热至85℃，静置，过滤，滤饼，置70-80℃干燥，得黑米蛋白80g，蛋白含量75％。
按照实施例1的公式由米渣原料量与制备可食用大米蛋白量计算出其蛋白回收率是82.4％。
实施例1-3与对比实施例1的结果汇集于表1和表2中。
表1：蛋白、灰分、脂肪含量与蛋白提取率结果
| 蛋白干基含量 | 灰分 | 脂肪含量 | 蛋白提取率 | |
| 实施例1 | 91.1％ | 1.92％ | 2.56％ | 90.8％ |
| 实施例2 | 90.5％ | 1.87％ | 2.50％ | 90.4％ |
| 实施例3 | 90.8％ | 1.95％ | 2.61％ | 91.2％ |
| 对比实施例1 | 75％ | 3.11％ | 4.85％ | 38.6％ |
表2：花青素及其提取率结果
| 蛋白花青素含量 | 糖浆花青素含量 | 总花青素提取率 | |
| 实施例1 | 7.09g/kg | 3.60g/kg | 71.3％ |
| 实施例2 | 7.01g/kg | 3.58g/kg | 70.4％ |
| 实施例3 | 7.11g/kg | 3.63g/kg | 72.4％ |
| 对比实施例1 | 1.64g/kg | 0.21g/kg | 48.1％ |
根据表1的测定结果可知，本发明实施例1-3的平均蛋白含量比对比实施例1的蛋白含量高约15％，实施例1-3的灰分和脂肪含量也远低于对比实施例1，蛋白提取率远高于对比实施例1。由表2的测定结果可知，即使先从米中提取花色素，再用剩余物质制备黑米蛋白和黑米糖浆，由于蛋白中的花青素遭破坏，糖浆经树脂吸附处理，对比实施例1的花青素含量明显低于实施例1～3。这些结果充分说明，与现有技术的方法相比，本发明黑米蛋白和黑米糖浆制备方法具有非常明显的优势，不仅蛋白含量高，蛋白提取率高，而且蛋白和糖浆中均富含花青素，功能性及经济价值均远高于一般的大米蛋白和糖浆，因此，本发明的联产富含花青素的黑米蛋白和黑米糖浆的制备方法具有非常良好的应用前景。
Claims (10)
1.一种由黑米联产富含花青素黑米蛋白和黑米糖浆的方法，其特征在于所述方法的步骤如下：
A、原料预处理
让黑米原料在水中浸泡，再用水漂洗，然后使用磨碎机磨碎，得到的料浆再用水调节得到料浆浓度为以黑米重量计28～32％的黑米浆；
B、液化
使用无机碱水溶液将步骤A得到的黑米浆pH值调节至6.0～6.2，接着按照黑米质量的0.2％～0.6％添加高温液化酶，然后使用喷射液化器在温度103～108℃下进行液化3～5min，接着闪蒸至常压，得到一种含高温液化酶的料液；
C、过滤
步骤B得到的含高温液化酶料液趁热过滤，得到的滤饼用水洗涤至洗液中的可溶性固形物含量在以重量计2％以下，得到一种滤渣，同时收集洗涤水，它与过滤得到的滤液合并得到一种混合液；
D、蛋白制备
步骤C得到的滤渣用水溶解，得到一种浓度为以重量计14～20％的料液，再使用无机酸水溶液将所述料液的pH值调节至4.5～5.0，接着加热到温度45～55℃，再添加一种为所述料浆干物质质量0.4％～0.8％的纤维素酶，在这个温度下反应1.5～2.0h，加热升温至75～85℃，使用无机碱水溶液将所述料浆的pH值调节至7.5～8.0，在这个温度下反应1.5～2.0h，然后，按照所述料浆与水的体积比1：1.0～1.5，往所述料浆中加入温度50～55℃的水进行稀释，再使用中空纤维膜过滤，过滤至截留液浓度为以所述截留液干物质计16％～20％；再让所述截留液在进风温度180～185℃与出风温度80～85℃的条件下进行喷雾干燥，得到一种富含花青素的黑米蛋白；
E、糖浆制备
将步骤C得到的混合液加热至温度60～62℃，使用无机酸水溶液将混合液的pH值调节至4.2～4.6，再添加为所述混合液干物质质量0.2～0.6％的复合糖化酶，接着在这个温度下反应24～40h，得到的糖化液再通过陶瓷膜过滤，过滤液通过电渗析器脱盐至截留液电导率低于20us/cm，然后将收集的截留液浓缩至浓度以重量计75～77％，得到一种富含花青素的黑米糖浆。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤A中，所述的黑米原料在温度40～45℃下浸泡6～8h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤A中，所述黑米原料磨碎粒度是120～150目。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤B与步骤D中，所述无机碱水溶液是浓度为以重量计8～12％的NaOH水溶液。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤C中，洗涤滤饼水的温度是80～85℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤D与步骤E中，所述无机酸水溶液是浓度为以重量计8～12％的HCl水溶液。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤D中，所述的中空纤维膜的膜孔径是40～50nm，作用压力是0.7～0.9kPa。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤E中，所述的陶瓷膜的孔径是50～60nm，作用压力8～10KPa。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤E中，所述的脱盐是在操作压力1.0～2.0kPa、电压220V与电流1.5～2A的条件下进行的。
10.根据权利要求1-9中任一项权利要求所述的黑米蛋白或黑米糖浆，其特征在于所述黑米蛋白含有以重量计≥90％蛋白与6.8～7.2g/kg花青素；所述黑米糖浆含有3.2～3.8g/kg花青素。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |