CN106520879B - 稻谷加工副产品高效联产环糊精和米蛋白的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种稻谷加工副产品高效联产环糊精和米蛋白的方法，以碎米和米糠为原料，(1)机械活化；(2)超声波联合低浓度纤维素酶处理；(3)分离：将步骤(2)所得碎米米糠浆于2500～3200r/min离心，得上清液和沉淀；(4)碎米米糠蛋白提取；(5)碎米米糠环糊精提取：A.脱支处理；B.4‑α‑糖基转移酶和糖化酶改性处理；C.改性4‑α‑糖基转移酶和改性糖化酶复合酶处理；D.沉淀环糊精，冷冻干燥后即得环糊精成品。本发明可制备得到高品质的碎米米糠环糊精及米蛋白副产品，进一步提高大米加工副产品的利用价值。
Description
技术领域
本发明属于食品精加工和制糖技术领域，具体涉及大米加工副产品(碎米、米糠)高效联产环糊精和米蛋白的方法。
背景技术
稻谷是我国的主要粮食作物，在碾制过程中会产生10～15％碎米，目前我国每年大米加工产生的碎米约为1700万吨，由于碎米硬度低、碎米淀粉易溶于水、糊化度高、蒸煮特性差、食用品质远低于同一品种整米等因素，很少被直接用于蒸煮米饭。碎米中主要成分为淀粉，含量高达70％-80％，蛋白含量等营养物质与大米相近，约8％，碎米营养品质好，不存在生理障碍因子，是生产婴幼儿食品的理想原料，但价格仅为大米的1/3-1/2，目前我国对碎米资源的利用主要集中在传统食品开发以及充饲料和工业原料上，尚未得到更进一步的增值开发和利用。
此外，稻谷在加工成精米的过程中还要去掉外壳和占总重约10％的果皮、种皮、外胚层、糊粉层和胚，生成稻谷加工的主要副产品及即米糠。米糠中含有淀粉、脂质和粗蛋白，还含有多种天然活性成分，比如植酸、谷维素、γ-氨基丁酸、脂多糖、生育酚等。其中的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基酸不足的缺陷。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。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。
综上所述，如何使碎米和米糠资源得到最大化利用并提高大米加工副产品的综合利增值空间是一个亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种稻谷加工副产品高效联产环糊精和米蛋白的方法，该方法可制备得到高品质的碎米米糠环糊精及米蛋白副产品，进一步提高大米加工副产品的利用价值。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
稻谷加工副产品高效联产环糊精和蛋白质的方法，该方法以碎米和米糠为原料，包括以下处理步骤：
(1)机械活化：用粉碎机将碎米和米糠粉碎成分粉末，过70目筛后，先倒入球磨中低速研磨5～10min，再倒入多级旋风磨中研磨20～30min，得机械活化碎米米糠粉混合物；
(2)超声波联合低浓度纤维素酶处理：将步骤(1)所得混合物以1∶7～1∶8的料液比加水混合，用超声波进行超声处理，处理时间15～20min，超声强度2.0～2.3W/(g.cm2)，处理温度35～38℃，超声结束，向超声液中加入终浓度0.1～0.3U/ml的纤维素酶反应20～30min；酶解完毕，用蒸馏水冲洗干净，加水调浆制成浓度为10～15％的碎米米糠浆；
(3)分离：将步骤(2)所得碎米米糠浆于2500～3200r/min离心，得上清液和沉淀；
(4)碎米米糠蛋白提取：将步骤(3)所得上清液减压浓缩成相对密度为1.25～1.30的浓缩液，加入酸性蛋白酶，加酶量为所述沉淀干基质量的0.5～1.0％，于50～55℃反应5～7h，所得料液置于沸水中灭酶，离心取上层酶解液；用氢氧化钠溶液将该酶解液的pH值调节至11～12，将所得料液于-25～-15℃进行冷冻直至完全冻结；将冻结料液粉碎，直至其完全变为液体，用盐酸中和液体pH值至中性，于1500～2000r/min离心，收集上清液；真空浓缩，冷冻干燥后得碎米米糠蛋白成品；
(5)碎米米糠环糊精提取：
A.脱支处理：取步骤(3)所得沉淀，以pH 3.6的醋酸-醋酸钠缓冲液为溶剂配制成1.5％的溶液，加入6.5～8.5U/g的异淀粉酶，于40～42℃，pH3.2～3.5的条件下反应9～11h，沸水浴灭酶；在所得脱支反应液中加入5～6倍体积的无水乙醇，离心取沉淀，再向沉淀物中加入Tris-HCl缓冲液至沉淀重量百分浓度为1～1.5wt％，煮沸50～60min，得脱支淀粉液；
B.4-α-糖基转移酶和糖化酶改性处理：将4-α-糖基转移酶和糖化酶分别进行10～12倍稀释后，于25～35℃，150～280MPa高压处理，处理时间10～12min，分别得到改性4-α-糖基转移酶和改性糖化酶；
C.复合酶处理：向步骤A所得脱支淀粉液中加入8～10U/g的改性4-α-糖基转移酶，在65～68℃，pH7.2～7.5的条件下反应10～20h，沸水浴灭酶；再倒入3.5倍体积的醋酸-醋酸钠缓冲液混匀后，加入0.5U/ml的改性糖化酶，在55℃，pH5.5的条件下反应5h，沸水浴灭酶，离心取上清液；
D.沉淀环糊精：向上述上清液中加入7倍体积的无水乙醇，离心取沉淀，去除残留水分和乙醇，冷冻干燥后即得碎米米糠环糊精成品。
具体地，步骤(1)所述球磨转速为70～100rpm。
优选地，步骤(4)所述酸性蛋白酶的酶活为600000U/ml。
优选地，步骤(5)中，所述4-α-糖基转移酶的改性条件为：温度28℃下进行280MPa高压处理12min。
优选地，步骤(5)中，所述糖化酶的改性条件为：温度30℃下进行180MPa高压处理10min。
本发明的有益效果为：与传统的以优质淀粉(木薯淀粉、大米淀粉、玉米淀粉等)为原料单一制备环糊精的工艺相比，本发明申请人采用大米的主要加工副产品——碎米和米糠为原料，经过不断摸索工艺参数条件，开发出一种高效联产环糊精和米蛋白的方法：基于原料的特殊性质独创机械活化(先低速球磨后多级旋风磨研磨，摩擦力、剪切力和高频振动结合作用)、超声和低浓度纤维素酶处理相结合的特殊预处理工艺，严格控制处理和反应程度，经处理原料反应比表面积增大，表面活性增强，有利于后续生化反应而有助于提高环糊精和米蛋白的提取率；在提取环糊精前先进行脱支预处理，可提高底物转化率，同时发现分别于特定压力条件下对4-α-糖基转移酶和糖化酶进行改性处理，能改变酶的构象，暴露更多的催化部位，从而提高催化活性和效率；提取蛋白过程中采用碱性条件下先冷冻再粉碎解冻的工艺，能改变碎米蛋白构象，降低蛋白聚集程度，增加暴露的亲水基团，提高蛋白质溶解性能。本发明工艺环糊精转化率达到32％以上，同时制备得到可达婴幼儿食品及医药级别的具有高溶解性和良好起泡乳化性的高品质蛋白副产品，显著提高了碎米米糠资源的利用价值，拓展了大米加工副产品的综合利增值空间，具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例，详细说明本发明的具体实施方式。
如无特殊说明，下列实施例所述各原料均为市售商品，所述各试验方法和实验仪器如无特殊说明均属本领域常规。
实施例1
取大米加工副产品混合物(碎米1000g，米糠1000g)作为处理原料，具体包括以下步骤：
(1)机械活化：用粉碎机将碎米和米糠粉碎成分粉末，过70目筛后，先倒入球磨中低速研磨25min，球磨转速为100rpm，再倒入多级旋风磨中研磨30min，得机械活化碎米米糠粉混合物；
(2)超声波联合低浓度纤维素酶处理：将步骤(1)所得混合物以1∶7的料液比加水混合，用超声波进行超声处理，处理时间15min，超声强度2.3w/(g.cm2)，处理温度35℃，超声结束，向超声液中加入终浓度0.1U/ml的纤维素酶反应30min；酶解完毕，用蒸馏水冲洗干净，加水调浆制成浓度为15％的碎米米糠浆；
(3)分离：将步骤(2)所得碎米米糠浆于3200r/min离心，得上清液和沉淀；
(4)碎米米糠蛋白提取：将步骤(3)所得上清液减压浓缩成相对密度为1.25的浓缩液，加入酶活为600000U/ml的酸性蛋白酶，加酶量为沉淀干基质量的0.5％，于55℃反应7h，所得料液置于沸水中灭酶，离心取上层酶解液；用氢氧化钠溶液将该酶解液的pH值调节至11，将所得料液于-25℃进行冷冻直至完全冻结；将冻结料液粉碎，直至其完全变为液体，用盐酸中和液体pH值至中性，于2000r/min离心，收集上清液；真空浓缩，冷冻干燥后得碎米米糠蛋白成品；
(5)碎米米糠环糊精提取：
A.脱支处理：取步骤(3)所得沉淀，以pH 3.6的醋酸-醋酸钠缓冲液为溶剂配制成1.5％的溶液，加入8.5U/g的异淀粉酶，于42℃，pH3.2的条件下反应9h，沸水浴灭酶；在所得脱支反应液中加入6倍体积的无水乙醇，离心取沉淀，再向沉淀物中加入Tris-HCl缓冲液至沉淀重量百分浓度为1.5wt％，煮沸50min，得脱支淀粉液；
B.4-α-糖基转移酶和糖化酶改性处理：将4-α-糖基转移酶和糖化酶分别进行12倍稀释，4-α-糖基转移酶于25℃，280MPa高压处理12min，糖化酶于25℃，150MPa高压处理10min，分别得到改性4-α-糖基转移酶和改性糖化酶；
C.复合酶处理：向步骤A所得脱支淀粉液中加入10U/g的改性4-α-糖基转移酶，在68℃，pH7.2的条件下反应20h，沸水浴灭酶；再倒入3.5倍体积的醋酸-醋酸钠缓冲液混匀后，加入0.5U/ml的改性糖化酶，在55℃，pH5.5的条件下反应5h，沸水浴灭酶，离心取上清液；
D.沉淀环糊精：向上述上清液中加入7倍体积的无水乙醇，离心取沉淀，去除残留水分和乙醇，冷冻干燥后即得碎米米糠环糊精成品。
实施例2
原料同实施例1，具体包括以下步骤：
(1)机械活化：用粉碎机将碎米和米糠粉碎成分粉末，过70目筛后，先倒入球磨中低速研磨20min，球磨转速为90rpm，再倒入多级旋风磨中研磨25min，得机械活化碎米米糠粉混合物；
(2)超声波联合低浓度纤维素酶处理：将步骤(1)所得混合物以1∶7的料液比加水混合，用超声波进行超声处理，处理时间18min，超声强度2.2w/(g.cm2)，处理温度36℃，超声结束，向超声液中加入终浓度0.2U/ml的纤维素酶反应25min；酶解完毕，用蒸馏水冲洗干净，加水调浆制成浓度为12％的碎米米糠浆；
(3)分离：将步骤(2)所得碎米米糠浆于3000r/min离心，得上清液和沉淀；
(4)碎米米糠蛋白提取：将步骤(3)所得上清液减压浓缩成相对密度为1.28的浓缩液，加入酶活为600000U/ml的酸性蛋白酶，加酶量为沉淀干基质量的0.8％，于52℃反应6h，所得料液置于沸水中灭酶，离心取上层酶解液；用氢氧化钠溶液将该酶解液的pH值调节至11，将所得料液于-20℃进行冷冻直至完全冻结；将冻结料液粉碎，直至其完全变为液体，用盐酸中和液体pH值至中性，于1800r/min离心，收集上清液；真空浓缩，冷冻干燥后得碎米米糠蛋白成品；
(5)碎米米糠环糊精提取：
A.脱支处理：取步骤(3)所得沉淀，以pH 3.6的醋酸-醋酸钠缓冲液为溶剂配制成1.5％的溶液，加入7U/g的异淀粉酶，于40～42℃，pH3.3的条件下反应10h，沸水浴灭酶；在所得脱支反应液中加入5.5倍体积的无水乙醇，离心取沉淀，再向沉淀物中加入Tris-HCl缓冲液至沉淀重量百分浓度为1.5wt％，煮沸55min，得脱支淀粉液；
B.4-α-糖基转移酶和糖化酶改性处理：将4-α-糖基转移酶和糖化酶分别进行10倍稀释，4-α-糖基转移酶于28℃，280MPa高压处理12min，糖化酶于30℃，180MPa高压处理10min，分别得到改性4-α-糖基转移酶和改性糖化酶；
C.复合酶处理：向步骤A所得脱支淀粉液中加入10U/g的改性4-α-糖基转移酶，在66℃，pH7.4的条件下反应15h，沸水浴灭酶；再倒入3.5倍体积的醋酸-醋酸钠缓冲液混匀后，加入0.5U/ml的改性糖化酶，在55℃，pH5.5的条件下反应5h，沸水浴灭酶，离心取上清液；
D.沉淀环糊精：向上述上清液中加入7倍体积的无水乙醇，离心取沉淀，去除残留水分和乙醇，冷冻干燥后即得碎米米糠环糊精成品。
实施例3
原料同实施例1，具体包括以下步骤：
(1)机械活化：用粉碎机将碎米和米糠粉碎成分粉末，过70目筛后，先倒入球磨中低速研磨15min，球磨转速为70rpm，再倒入多级旋风磨中研磨20min，得机械活化碎米米糠粉混合物；
(2)超声波联合低浓度纤维素酶处理：将步骤(1)所得混合物以1∶8的料液比加水混合，用超声波进行超声处理，处理时间20min，超声强度2.0w/(g.cm2)，处理温度38℃，超声结束，向超声液中加入终浓度0.3u/ml的纤维素酶反应20min；酶解完毕，用蒸馏水冲洗干净，加水调浆制成浓度为10％的碎米米糠浆；
(3)分离：将步骤(2)所得碎米米糠浆于2500r/min离心，得上清液和沉淀；
(4)碎米米糠蛋白提取：将步骤(3)所得上清液减压浓缩成相对密度为1.30的浓缩液，加入酶活为600000U/ml的酸性蛋白酶，加酶量为沉淀干基质量的1.0％，于50℃反应5h，所得料液置于沸水中灭酶，离心取上层酶解液；用氢氧化钠溶液将该酶解液的pH值调节至12，将所得料液于-15℃进行冷冻直至完全冻结；将冻结料液粉碎，直至其完全变为液体，用盐酸中和液体pH值至中性，于1500r/min离心，收集上清液；真空浓缩，冷冻干燥后得碎米米糠蛋白成品；
(5)碎米米糠环糊精提取：
A.脱支处理：取步骤(3)所得沉淀，以pH 3.6的醋酸-醋酸钠缓冲液为溶剂配制成1.5％的溶液，加入6.5U/g的异淀粉酶，于40℃，pH3.5的条件下反应11h，沸水浴灭酶；在所得脱支反应液中加入5倍体积的无水乙醇，离心取沉淀，再向沉淀物中加入Tris-HCl缓冲液至沉淀重量百分浓度为1wt％，煮沸60min，得脱支淀粉液；
B.4-α-糖基转移酶和糖化酶改性处理：将4-α-糖基转移酶和糖化酶分别进行10倍稀释后，4-α-糖基转移酶于25℃，150MPa高压12min，糖化酶于35℃，200MPa高压处理12min，分别得到改性4-α-糖基转移酶和改性糖化酶；
C.复合酶处理：向步骤A所得脱支淀粉液中加入10U/g的改性4-α-糖基转移酶，在65℃，pH7.5的条件下反应10h，沸水浴灭酶；再倒入3.5倍体积的醋酸-醋酸钠缓冲液混匀后，加入0.5U/ml的改性糖化酶，在55℃，pH5.5的条件下反应5h，沸水浴灭酶，离心取上清液；
D.沉淀环糊精：向上述上清液中加入7倍体积的无水乙醇，离心取沉淀，去除残留水分和乙醇，冷冻干燥后即得碎米米糠环糊精成品。
成品测定
采用凯氏定氮法测定实施例1～实施例3所得碎米米糠蛋白成品中粗蛋白含量，计算碎米米糠蛋白提取率，对蛋白质性能进行测定，结果参见表1；同时测定实施例1～实施例3所得碎米米糠环糊精的转化率，结果参见表2：
表1碎米米糠蛋白质提取率及性能分析
| 项目 | 提取率(％) | 溶解性(％) | 起泡性 | 乳化性 |
| 实施例1 | 46.5 | 95.8 | 14.2 | 0.44 |
| 实施例2 | 48.9 | 96.1 | 15.3 | 0.41 |
| 实施例3 | 45.9 | 94.7 | 14.9 | 0.40 |
由上表数据可知，实施例1～实施例3所述方法具有较高的蛋白质提取率，可制备得到具有高溶解性及理想起泡乳化性的功能性质良好的高品质碎米米糠蛋白质。
表2碎米米糠环糊精转化率
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 环糊精转化率(％) | 32.7％ | 34.5％ | 32.7％ |
由上表数据可知，实施例1～实施例3所述方法具有较为理想的环糊精转化率。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.稻谷加工副产品高效联产环糊精和米蛋白的方法，其特征在于：以碎米和米糠为原料，包括以下处理步骤：
(1)机械活化：用粉碎机将碎米和米糠粉碎成分粉末，过70目筛后，先倒入球磨中低速研磨15～25min，再倒入多级旋风磨中研磨20～30min，得机械活化碎米米糠粉混合物；
(2)超声波联合低浓度纤维素酶处理：将步骤(1)所得混合物以1∶7～1∶8的料液比加水混合，用超声波进行超声处理，处理时间15～20min，超声强度2.0～2.3w/(g.cm2)，处理温度35～38℃，超声结束，向超声液中加入终浓度0.1～0.3U/ml的纤维素酶反应20～30min；酶解完毕，用蒸馏水冲洗干净，加水调浆制成浓度为10～15％的碎米米糠浆；
(3)分离：将步骤(2)所得碎米米糠浆于2500～3200r/min离心，得上清液和沉淀；
(4)碎米米糠蛋白提取：将步骤(3)所得上清液减压浓缩成相对密度为1.25～1.30的浓缩液，加入酸性蛋白酶，加酶量为所述沉淀干基质量的0.5～1.0％，于50～55℃反应5～7h，所得料液置于沸水中灭酶，离心取上层酶解液；用氢氧化钠溶液将该酶解液的pH值调节至11～12，将所得料液于-25～-15℃进行冷冻直至完全冻结；将冻结料液粉碎，直至其完全变为液体，用盐酸中和液体pH值至中性，于1500～2000r/min离心，收集上清液；真空浓缩，冷冻干燥后得碎米米糠蛋白成品；
(5)碎米米糠环糊精提取：
A.脱支处理：取步骤(3)所得沉淀，以pH3.6的醋酸-醋酸钠缓冲液为溶剂配制成1.5％的溶液，加入6.5～8.5U/g的异淀粉酶，于40～42℃，pH3.2～3.5的条件下反应9～11h，沸水浴灭酶；在所得脱支反应液中加入5～6倍体积的无水乙醇，离心取沉淀，再向沉淀物中加入Tris-HCl缓冲液至沉淀重量百分浓度为1～1.5wt％，煮沸50～60min，得脱支淀粉液；
B.4-α-糖基转移酶和糖化酶改性处理：将4-α-糖基转移酶和糖化酶分别进行10～12倍稀释后，4-α-糖基转移酶于温度28℃下进行280MP高压处理12min，糖化酶于温度30℃下进行180MPa高压处理10min，分别得到改性4-α-糖基转移酶和改性糖化酶；
C.复合酶处理：向步骤A所得脱支淀粉液中加入8～10U/g的改性4-α-糖基转移酶，在65～68℃，pH7.2～7.5的条件下反应10～20h，沸水浴灭酶；再倒入3.5倍体积的醋酸-醋酸钠缓冲液混匀后，加入0.5U/ml的改性糖化酶，在55℃，pH5.5的条件下反应5h，沸水浴灭酶，离心取上清液；
D.沉淀环糊精：向上述上清液中加入7倍体积的无水乙醇，离心取沉淀，去除残留水分和乙醇，冷冻干燥后即得环糊精成品。
2.根据权利要求1所述的稻谷加工副产品高效联产环糊精和米蛋白的方法，其特征在于：步骤(1)所述球磨转速为70～100rpm。
3.根据权利要求1所述的稻谷加工副产品高效联产环糊精和米蛋白的方法，其特征在于：步骤(4)所述酸性蛋白酶的酶活为600000U/ml。
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