CN106009766B

CN106009766B - 一种从玉米蛋白粉中连续提取玉米黄色素与玉米醇溶蛋白的方法

Info

Publication number: CN106009766B
Application number: CN201610358357.6A
Authority: CN
Inventors: 刘红; 岳莹; 邵士俊; 梁卿; 徐健
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2017-11-17
Anticipated expiration: 2036-05-26
Also published as: CN106009766A

Abstract

本发明涉公开了一种从玉米蛋白粉中高产率、高品质连续提取分离玉米黄色素与玉米醇溶蛋白的方法，属于玉米蛋白粉深加工技术领域。本发明先采用正己烷脱脂，再通过超声避光提取，离心，得到上清液和滤渣；上清液经真空浓缩，得到红色油状玉米黄色素；滤渣经α‑淀粉酶、β‑糖苷酶酶解去淀粉处理后再进行微波提取，离心，得到玉米醇溶蛋白提取液；调节提取液pH值到蛋白等电点，水洗，沉淀，得到玉米蛋白湿粉，真空冷冻干燥，得到白色玉米醇溶蛋白产品。产品中玉米黄色素的含量为0.25mg/g~0.29mg/g，提取率为86%~94%。玉米醇溶蛋白产品中蛋白含量以质量分数计为90%~93%，玉米醇溶蛋白得率为39%~46%。

Description

一种从玉米蛋白粉中连续提取玉米黄色素与玉米醇溶蛋白的方法

技术领域

本发明涉及一种从玉米蛋白粉中连续提取分离玉米黄色素与玉米醇溶蛋白的方法，属于玉米蛋白粉深加工技术领域。

背景技术

玉米是世界三大粮食作物之一，是公认的黄金食品，目前全球产量已超过7亿吨。我国玉米种植区域和面积广，国家统计局公布的数据显示，2015年全国玉米播种面积3820万公顷（约5.7亿亩），产量可达2.29亿吨。玉米广泛用于畜禽饲料、食品和精深加工三大方向。玉米蛋白粉是湿法加工生产玉米淀粉过程中产生的副产物，年产量约220万吨，大多数玉米淀粉生产企业将玉米蛋白粉作为廉价的饲料出售，但是还有大量玉米蛋白粉随淀粉加工废液自然排放。据不完全统计，全国每年随废液自然排放的玉米蛋白粉在8万吨以上，既浪费了粮食资源又对环境造成了污染。玉米蛋白粉含有丰富的玉米黄色素和玉米醇溶蛋白。玉米黄色素主要是由β-胡萝卜素、玉米黄素(3-3’-二羟基-β-胡萝卜素)、黄体素(3-3’-二羟基-α-胡萝卜素)、和隐黄素(3-羟基-β-胡萝卜素)组成的类胡萝卜素混合物，是一种天然色素。玉米黄色素作为一类具有抗氧化剂活性的天然色素，被欧美、日本等许多国家批准为食用色素，在家禽养殖、食品和医药化工等行业具有广泛的应用价值。我国《食品添加剂使用卫生标准》（GB2760- 2007）将玉米黄色素列为食用天然色素，并规定玉米黄色素可用于人造黄油、人造奶油、糖果等方面。

目前，玉米蛋白粉已经受到人们的关注与重视，并对其进行了开发和利用。中国专利CN 104774253A公开了一种通过树脂层析技术制备玉米醇溶蛋白的方法，是以玉米蛋白粉为原料，加入乙醇水溶液进行提取，过滤分离得提取液；再将玉米醇溶蛋白提取液加入树脂进行层析，除去杂质后，用含盐的乙醇水溶液洗脱出蛋白，最后经浓缩回收乙醇，洗涤、干燥得玉米醇溶蛋白成品。中国专利CN 103059116A公开了一种白色玉米醇溶蛋白的生产方法，是以玉米蛋白粉为原料，加入α-淀粉酶和糖化酶进行除淀粉处理，加入乙醇进行脱脂、初步脱色处理，过滤，将滤渣加入乙醇水溶液提取，离心分离得玉米醇溶蛋白提取液；玉米醇溶蛋白提取液加入脱色剂进行第二次脱色处理，最后经浓缩干燥得白色玉米醇溶蛋白成品。中国专利CN 101560252B公开了一种微波提取玉米醇溶蛋白的方法，是以玉米蛋白粉为原料，加入复合酶分步进行处理，过滤，将滤渣加入乙醇水溶液，微波提取，离心分离得玉米醇溶蛋白提取液，加水稀释玉米醇溶蛋白提取液的乙醇浓度得到玉米醇溶蛋白沉淀，最后经干燥得到玉米醇溶蛋白成品。中国专利CN 1218957C公开了一种提取玉米醇溶蛋白的生产方法，是在玉米等原料中加入乙醇，超声波萃取后，进行离心处理，得到上清液，浓缩后冷冻沉淀蛋白质，干燥粉碎得到玉米醇溶蛋白。专利CN20121012 9661.5 公开了一种酶法水解玉米蛋白粉制备玉米浓缩蛋白的方法。中国专利CN104892743A公开了一种从玉米蛋白粉中连续提取玉米油、醇溶蛋白、黄色素的方法，是将玉米蛋白粉粉碎、石油醚浸提、过滤、浓缩、盐洗、离心、乙醇提取、搅拌、过滤、干燥制得。该方法使用石油醚浸提，会导致玉米醇溶蛋白与玉米黄色素中残留有毒有害化学物，且得到的玉米醇溶蛋白色黄，品质较低，不能到达国际市场对玉米醇溶蛋白色度的要求。上述这些方法中，由于未能完全去除玉米醇溶蛋白中的色素，所提取的玉米醇溶蛋白色泽偏黄，产品质量不甚理想，色度达不到国际市场的应用要求，大大降低了利用价值，使得玉米醇溶蛋白在药品和食品中的应用受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种从玉米蛋白粉中高产率、高品质连续提取分离玉米黄色素与玉米醇溶蛋白的方法。

一、玉米黄色素与玉米醇溶蛋白的提取

1、脱脂处理：将玉米蛋白粉粉碎成40 ~120目的细粉；按固液比1:2~1:10g/mL分散到正己烷中，在避光下进行超声脱脂，过滤，得到脱脂玉米蛋白粉。

超声脱脂是在温度20℃~40℃、功率100W~300W、频率20KHz~60KHz下避光超声15min~120min。

2、超声提取：将脱脂玉米蛋白粉与无水乙醇按固液比为1:5~1:25g/mL混合，在避光下进行超声提取，离心，得到上清液和滤渣。

所述超声提取是在温度20℃~40℃、功率100W~300W、频率20KHz~60KHz下避光超声15min~120min；所述离心是在转速1000rpm~10000 rpm下离心5~30min。

3、玉米黄色素的提取：将上清液经真空浓缩，得到红色油状液体，即为玉米黄色素。

所述真空浓缩是在温度为35℃~45℃，真空压力为0.02 MPa~0.08MPa下浓缩10min~180 min。

4、玉米醇溶蛋白的提取：将滤渣依次经α-淀粉酶、β-糖苷酶酶解，灭酶处理后，离心弃掉上清液，得到脱淀粉脱色的玉米蛋白粉。

α-淀粉酶酶解：将滤渣与水按1:5~1:10的固液比混合，调整pH至5.0~7.0，加入滤渣质量0.05%~1.5%的α-淀粉酶，于60℃~90℃，微波功率100W~600W，搅拌回流酶解10~120min。所述α-淀粉酶的酶活力不小于15000u/g。

β-糖苷酶酶解：将α-淀粉酶酶解、灭酶后的体系降温至室温，调节pH=3.0~6.5，再加入滤渣质量0.05%~1.5%的β-糖苷酶，于30℃~60℃，微波功率100W~600W，搅拌回流酶解30min~180min。β-糖苷酶的酶活力不小于20000u/g。

所述灭酶处理是在90℃~100℃下处理5~30min。

5、玉米醇溶蛋白的分离：将脱淀粉脱色的玉米蛋白粉充分分散于体积百数为60%~95%的乙醇水溶液中，调节pH值至7~12后进行微波提取，离心，得到玉米醇溶蛋白提取液；调节玉米醇溶蛋白提取液pH值到蛋白等电点，水洗，沉淀，得到玉米蛋白湿粉，真空冷冻干燥，得到玉米醇溶蛋白产品。

微波提取：40℃~90℃，微波功率为100W~600W，搅拌回流微波萃取10~120min，搅拌转速为200rpm~1800rpm。

所述干燥为真空冷冻干燥，冷冻温度为-20℃~-10℃，干燥温度为-60℃~-30℃，真空压力为0.2kPa~0.9kPa，干燥时间为60 min~360 min。

二、玉米黄色素与玉米醇溶蛋白的检测

1、玉米黄色素含量与提取率的测定

（1）β-胡萝卜素最大吸收波长的确定：准确称取β-胡萝卜素30 mg溶解于100mL无水乙醇中。以无水乙醇做空白参比，在紫外可见分光光度计200nm~800nm波长处进行扫描，确定最大吸收波长λ_max为450nm。

（2）标准曲线的制作：准确称取β-胡萝卜素30 mg，配制成浓度为0.3 mg/mL的标准溶液，分别吸取1~6mL，用无水乙醇定容至50mL。在λ_max450nm处测其吸光度值，用最小二乘法做线性回归，得标准曲线及标准曲线回归方程。

（3）玉米黄色素的含量计算：在λ_max450nm处测得吸光度值，根据标准曲线求得玉米黄色素中β-胡萝卜素含量（mg/mL），利用下列公式计算玉米蛋白粉中玉米黄色素的含量或浓缩色素中玉米黄色素的含量（A）（单位mg/g）：

A=稀释倍数×C×V/所用玉米蛋白粉质量或所用色素质量（g）

C——β-胡萝卜素含量（mg/mL）

V——提取液的体积（mL）。

（4）玉米黄色素提取率的计算：

提取率（%）=浓缩色素中玉米黄色素的含量/原料中玉米黄色素含量×100%。

（5）测定结果：产品中玉米黄色素的含量为0.25mg/g~0.29mg/g，提取率为86%~94%。

2、玉米醇溶蛋白含量及得率的测定

测定方法：采用凯氏定氮法(GB/T5009.5-2010)。

测定结果：玉米醇溶蛋白产品中蛋白含量以质量分数计为90%~93%，远远高于市售国产玉米醇溶蛋白产品（蛋白含量83.26%）；玉米醇溶蛋白得率为39%~46%。

综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下特点：

1、本发明采用正己烷脱脂，室温超声避光提取玉米黄色素，解决了普通加热方法提取玉米黄色素遇高温易分解以及见光不稳定的问题，提高了玉米黄色素的纯度与品质；

2、本发明采用α-淀粉酶与β-糖苷酶酶解去淀粉处理，可以减少玉米醇溶蛋白中的杂质，同时可以去除玉米蛋白粉中的水溶性色素，提高了玉米醇溶蛋白的蛋白含量与产品品质。

3、本发明采用微波技术进行提取，解决了普通加热方法提取时提取率低，提取时间长、能耗较高等问题；

4、本发明提供的玉米醇溶蛋白为白色固体，将使得玉米醇溶蛋白的应用不再需要受到其特有颜色的限制，将更广泛应用于食品与医药行业，显著提高了玉米蛋白粉的附加值，有利于玉米蛋白粉的综合开发利用。

5、本发明根据玉米蛋白粉中不同组分的功能特性、理化性质来设计提取工艺步骤，该方法实现了连续提取工艺得到高纯度的玉米黄色素与玉米醇溶蛋白，实现了对玉米蛋白粉的综合利用，提高了玉米蛋白粉的经济效益。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明分离提取玉米黄色素与玉米醇溶蛋白的方法以及产品的性能作进一步说明。

实施例1

将玉米蛋白粉粉碎，过80目筛；称取筛下玉米蛋白粉100g，与400mL正己烷（固液比1:4）混合，在避光、温度5℃、功率300W、频率60KHz下超声处理60min；过滤，得到脱脂玉米蛋白粉；再将脱脂玉米蛋白粉与900mL的无水乙醇（固液比1:9）混合后，避光超声提取（温度5℃、功率300W、频率60KHz下超声处理60min。）；离心（转速8000rpm，时间20min），得到上清液和滤渣。

上清液在温度40℃，真空压力0.06MPa下浓缩60 min，得到红色油状液体，即为玉米黄色素。经检测，该色素中玉米黄色素的含量为0.265mg/g，提取率为87.17%。

称取滤渣50g，加入1000mL水混合，调整pH=5.5，加入0.5gα-淀粉酶，在微波功率为300W，微波温度75℃下反应60min，升温至100℃灭酶5min；待温度降到室温后调节pH=4.0，再加入0.5g的β-糖苷酶，在微波功率为300W，微波温度45℃下反应60min，升温至100℃灭酶10min，再冷却至室温，离心去除上清液，得到脱淀粉脱色的玉米蛋白粉；然后添加70%的乙醇溶液500mL，调节pH=8后进行微波提取，微波提取条件为温度65℃，微波功率为300W，搅拌回流微波萃取60min，搅拌转速为1200rpm。微波提取后离心得到玉米醇溶蛋白提取液，调节pH值到蛋白等电点（pH=6.2），添加大量水进行水洗，沉淀得到玉米蛋白湿粉。将玉米醇溶蛋白湿粉进行真空冷冻干燥，冷冻温度为-18℃，干燥温度为-55℃，真空压力为0.6kPa，干燥时间为360 min，得到21.93g白色玉米醇溶蛋白，得率为43.86%，玉米醇溶蛋白中蛋白含量为92.56%。

实施例2

将玉米蛋白粉粉碎，过60目筛；称取筛下玉米蛋白粉100g，与500ml正己烷（固液比1:5比例）混合，避光下超声处理（超声温度40℃，功率300W，超声频率为60KHZ，超声45min），以去除脂肪，过滤，得到脱脂玉米蛋白粉。再将脱脂玉米蛋白粉与1500mL的无水乙醇（固液比1:15）混合后，避光超声提取（超声温度40℃，功率300W，超声频率为60KHZ，超声45min）；离心（转速5000rpm，时间25min）得到上清液和滤渣。

上清液在温度45℃，真空压力0.06MPa下浓缩180 min，得到红色油状液体，即为玉米黄色素。经检测，该黄色素中玉米黄色素的含量为0.258mg/g，提取率为86.58%。

称取滤渣50g，加入400mL水混合，调整pH=6.0，加入0.25g的α-淀粉酶，在微波功率为300W，微波温度65℃下反应90 min；升温至100℃灭酶5min；待温度降到室温后调节pH=5.0，再加入0.5%0.25g的β-糖苷酶，在微波功率为300W，微波温度55℃下反应120 min；升温至100℃灭酶10 min，冷却至室温。离心去除上清液，得到脱淀粉脱色的玉米蛋白粉。然后添加80%的乙醇溶液1000mL，调节pH=10，进行微波提取：微波提取条件为温度55℃，微波功率为200W，搅拌回流微波萃取120 min，搅拌转速为1500rpm。微波提取后离心，得到玉米醇溶蛋白提取液，调节pH值到蛋白等电点（pH值6.2），添加大量水进行水洗，沉淀得到玉米蛋白湿粉。将玉米醇溶蛋白湿粉进行真空冷冻干燥（冷冻温度为-15℃，干燥温度为-50℃，真空压力为0.6kPa，干燥时间为270 min。），得到19.74g白色玉米醇溶蛋白，得率为39.48%。玉米醇溶蛋白中蛋白含量为90.62%。

实施例3

将玉米蛋白粉粉碎，过100目筛；称取筛下玉米蛋白粉200g，与1200ml正己烷（固液比1:6比例）混合，避光下超声处理（超声温度30℃，功率200W，超声频率为50KHz，超声120min。）以去除脂肪，过滤，得到脱脂玉米蛋白粉。再将脱脂玉米蛋白粉与2000mL的无水乙醇（固液比1:10）混合后，避光超声提取（超声温度30℃，功率200W，超声频率为50KHz，超声120min。）；离心（转速10000rpm，时间15min）得到上清液和滤渣。

上清液在温度40℃，真空压力0.06MPa下浓缩70min，得到红色油状液体，即为玉米黄色素。经检测，该色素中玉米黄色素的含量为0.289mg/g，提取率为93.23%。

称取滤渣50g，加入500mL水混合，调整pH=6.5，加入0.5g的α-淀粉酶，在微波功率为300W，微波温度55℃下反应120 min，升温至100℃灭酶5 min；待温度降到室温后调节pH=5.5，再加入1%0.5g的β-糖苷酶，在微波功率为300W，微波温度60℃下反应120 min，升温至100℃灭酶5 min，再冷却至室温；离心去除上清液，得到脱淀粉脱色的玉米蛋白粉；然后添加90%的乙醇溶液1000mL，调节pH=10后进行微波提取，微波提取条件为温度60℃，微波功率为300W，搅拌回流微波萃取90 min，搅拌转速为1800rpm。微波提取后离心得到玉米醇溶蛋白提取液，调节pH值到蛋白的等电点（pH=6.2），添加大量水进行水洗，沉淀得到玉米蛋白湿粉；将玉米醇溶蛋白湿粉进行真空冷冻干燥（冷冻温度为-20℃，干燥温度为-40℃，真空压力为0.9kPa，干燥时间为360min），得到22.89g白色玉米醇溶蛋白，得率为45.78%。该玉米醇溶蛋白中蛋白含量为91.87%。

Claims

1.一种从玉米蛋白粉中连续提取分离玉米黄色素与玉米醇溶蛋白的方法，包括如下步骤：

（1）脱脂处理：将玉米蛋白粉粉碎成40 ~120目的细粉；按固液比1:2~1:10g/mL分散到正己烷中，在避光下进行超声脱脂，过滤，得到脱脂玉米蛋白粉；超声脱脂是在温度20℃~40℃、功率100W~300W、频率20kHz ~60kHz 下避光超声15min~120min；

（2）超声提取：将脱脂玉米蛋白粉与无水乙醇按固液比为1:5~1:25g/mL混合，在避光下进行超声提取，离心，得到上清液和滤渣；所述超声提取是在温度20℃~40℃、功率100W~300W、频率20kHz ~60kHz 下避光超声15min~120min；

（3）玉米黄色素的提取：将上清液经真空浓缩，得到红色油状液体，即为玉米黄色素；

（4）玉米醇溶蛋白的提取：将滤渣依次经α-淀粉酶、β-糖苷酶酶解，灭酶处理后，离心弃掉上清液，得到脱淀粉脱色的玉米蛋白粉；

α-淀粉酶酶解：将滤渣按1:8~1:10的固液比与水混合，调整pH至5.0~7.0，加入滤渣质量0.05%~1.5%的α-淀粉酶，于60℃~90℃，微波功率100W~600W，搅拌回流酶解10~120min；所述α-淀粉酶的酶活力不小于15000u/g；

β-糖苷酶酶解：将α-淀粉酶酶解、灭酶后的体系降温至室温，调节pH=3.0~6.5，再加入滤渣质量0.05%~1.5%的β-糖苷酶，于30℃~60℃，微波功率100W~600W，搅拌回流酶解30min~180min；所述β-糖苷酶的酶活力不小于20000u/g；

（5）玉米醇溶蛋白的分离：将脱淀粉脱色的玉米蛋白粉充分分散于体积百分数60%~95%的乙醇水溶液中，调节pH值至7~12后进行微波提取，离心，得到玉米醇溶蛋白提取液；调节玉米醇溶蛋白提取液pH值到蛋白等电点，水洗，沉淀，得到玉米蛋白湿粉，真空冷冻干燥，得到玉米醇溶蛋白产品；所述微波提取是在40℃~90℃，微波功率为100W~600W，搅拌回流微波萃取10~120min，搅拌转速为200rpm~1800rpm。

2.如权利要求1所述从玉米蛋白粉中连续提取分离玉米黄色素与玉米醇溶蛋白的方法，其特征在于：步骤（2）中所述离心是在转速1000rpm~10000 rpm下离心5~30min。

3.如权利要求1所述从玉米蛋白粉中连续提取分离玉米黄色素与玉米醇溶蛋白的方法，其特征在于：步骤（3）所述真空浓缩是在温度为35℃~45℃，真空压力为0.02 MPa~0.08MPa下浓缩10 min~180 min。

4.如权利要求1所述从玉米蛋白粉中连续提取分离玉米黄色素与玉米醇溶蛋白的方法，其特征在于：步骤（4）中所述灭酶处理是在90℃~100℃下处理5~30min。

5.如权利要求1所述从玉米蛋白粉中连续提取分离玉米黄色素与玉米醇溶蛋白的方法，其特征在于：步骤（5）中所述干燥为真空冷冻干燥，冷冻温度为-20℃~-10℃，干燥温度为-60℃~-30℃，真空压力为0.2kPa~0.9kPa，干燥时间为60 min~360 min。