CN106561969A - 一种利用反复冻融辅助弱碱从米糠粕中提取蛋白质的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用反复冻融辅助弱碱从米糠粕中提取蛋白质的工艺方法，具体为：将脱脂米糠使用弱碱(pH7.5～9.5)按料液比1:5～1:30浸泡，并将其放入‑15～‑40℃环境下进行冷冻1～24h，在20～60℃解冻，如此反复冻融2～8次，再于20～60℃条件下进行碱提0.5～5h(pH7.5～9.5)，离心收集上清液进行酸沉，对蛋白沉淀进行干燥回收即得到米糠蛋白。目前现有的米糠蛋白提取工艺主要是碱法提取和酶法提取。碱法提取的弊端为蛋白变性程度高，后续中和用酸量大，产生废水多，环境污染严重。酶法提取的成本高，工艺相对复杂，难以实现大规模产业化应用。而本发明工艺采用反复冻融辅助弱碱提取米糠粕中的蛋白，工艺简单，不需要复杂或昂贵的设备，成本低廉，并且由于提取工艺中使用的弱碱条件明显降低了碱用量，减少了废水的产生，对环境保护也有着重要意义。

Description

一种利用反复冻融辅助弱碱从米糠粕中提取蛋白质的工艺 方法
技术领域
本发明属于蛋白质的分离提取技术领域，具体涉及一种利用反复冻融辅助弱碱从米糠粕中提取蛋白质的工艺方法。
背景技术
稻谷是中国最重要的粮食品种之一，占全国粮食总产量的一半以上。米糠是稻谷加工的重要副产品，通常占稻米重量的6～8％，但却占稻谷大约60％的营养成份，有“天然营养宝库”之称。每年中国的米糠产量能够达到一千多万吨，是一种量大而面广的资源。
米糠中蛋白质含量约为12％～20％，是一种公认的优质蛋白，具有较高的营养价值。米糠蛋白是制作高蛋白、营养食品的理想强化剂，在医药、保健品、化妆品和蛋白质工程等高新领域的应用非常广泛，提取出来的米糠蛋白作为低过敏性蛋白质原料可以添加于婴幼儿食品中，同时，米糠蛋白的消化率也较高，便于人和动物的吸收。目前，米糠蛋白并未得到广泛应用，主要原因是在自然状态下，米糠蛋白中含有较多的二硫键以及米糠中植酸、半纤维素等物质的聚集作用，使它不易溶于一般溶剂，增加了提取难度。
现有的米糠蛋白的提取方法包括碱法、酶法以及物理法。曲晓婷等采用碱法提取米糠蛋白，在pH为11.0的强碱条件下，温度40℃提取2h，可得到米糠蛋白的提取率为80.93％[曲晓婷,张名位,温其标,等.米糠蛋白提取工艺的优化及其特性研究[J].中国农业科学,2008,41(2):525-532.]。在强碱条件下提取米糠蛋白，虽然可以得到较高的提取率，但是蛋白变性程度高；而且还会加速美拉德反应导致产品呈黑褐色；更为严重的是，在高碱性条件下会产生具有毒害作用的赖-丙氨酸，影响蛋白的营养价值[Prakash J,Ramanatham G.Effect of stabilisation treatment of rice bran on functionalproperties of protein concentrates[J].Journal of the Science of Food andAgriculture,1995,67(2):181-187.]；同时，采用强碱法提取米糠蛋白，后续中和用酸量大，产生废水多，环境污染严重。国内外也有众多学者采用酶法提取米糠蛋白，涉及的酶主要包括蛋白酶、植酸酶、糖酶等，例如王晓雅等利用碱性蛋白酶，在温度60℃，pH9.5条件下提取3h，可获得米糠的蛋白的提取率为75.42％[王晓雅,朱新鹏,樊明涛,等.碱性蛋白酶提取米糠蛋白的研究[J].河南农业科学,2012,41(6):38-41.]。酶法提取米糠蛋白条件温和，效果较佳，极大限度的保护了米糠蛋白的营养价值，但酶的成本较高，后处理麻烦，不利于实现工厂化生产。物理法提取米糠蛋白的方法是采用反复冻融处理、超声波处理、微波处理等机械处理方式破坏植物细胞结构，使蛋白得以释放的一种提取方法，物理法比较简单，但提取效果往往不佳，Tang采用低温冻融法从米糠中提取蛋白，首先米糠于-20℃条件下冷冻24h，再于45℃条件下提取3.5h，然而提取率仅为12％[Tang S,Hettiararchy NS,Shellhammer TH.Protein extraction from heat-stabilized defatted ricebran.1.Physical processing and enzyme treatments.Journal of Agricultural andFood Chemistry,2002,50:7444–7448.]。也有学者采用物理法结合化学方法或酶法提取米糠蛋白，也取了一定的进展，例如于雷利用超声辅助双酶法提取米糠蛋白，在功率为220W条件下超声20min，再用α-淀粉酶和蛋白酶进行酶解，在最优条件下米糠蛋白的提取率可达到80.83％[于雷,张薇,乔筱童,等.超声波辅助双酶法与碱法提取米糠蛋白功能特性的比较研究.食品科技,2014,11:256-261.]，该工艺虽然蛋白提取率较高，但此工艺既需要超声设备，又需要价格相对较高的酶，因此工艺成本较高，不利于工业化规模的生产。又如Xia等通过喷射蒸煮结合淀粉酶处理，料液比1:15，pH9.0,搅拌1h条件下对米糠进行复合提取，米糠蛋白的提取率为50.0％[Xia N，Wang JM,Yang XQ,et al.Preparation andcharacterization of protein from heat-stabilized rice bran using hydrothermalcooking combined with amylase pretreatment.Journal of Food Engineering,2012,110:95-101.]。Zhang等通过碱性蛋白酶结合碱法提取，在pH10.0，50℃的条件下提取2h，最终蛋白提取率为44.79％[Zhang HJ,Zhang H,Wang L,et al.Preparation andfunctional properties of rice bran proteins from heat-stabilized defattedrice bran.Food Research International,2012,47:359-363.]。综上所述，现已报道的米糠蛋白提取方法中，存在着工艺成本高、蛋白提取率低、废水排放量高等诸多问题，不利于米糠蛋白的工业化生产。
发明内容
本发明目的在于克服现有米糠蛋白提取技术的缺陷，提供一种利用反复冻融辅助弱碱从米糠粕中提取蛋白质的工艺方法。该方法简单有效，不需要复杂或昂贵的设备，成本低廉，并且由于提取工艺中使用的弱碱条件明显降低了碱用量，可以减少废水的产生，对环境保护也有着重要意义。
本发明的技术方案如下：
(1)反复冻融：将脱脂米糠使用弱碱(pH7.5～9.5)按料液比1:5～1:30浸泡，并将其放入-15～-40℃环境下进行冷冻1～24h，在20～60℃解冻，如此反复冻融2～8次，每次冻融后都使用0.1M浓度的NaOH或HCl调料液pH值，使其维持在7.5～9.5；
(2)碱提：将步骤(1)处理好的料液于20～60℃条件下进行碱提0.5～5h(pH7.5～9.5)，边提取边搅拌，于3000～5500r/min离心15～25min得残渣和上清液，残渣水洗一次后离心，合并上清液；
(3)酸沉：将步骤(2)的上清液调至pH值4.0～5.0进行酸沉，3000～5500r/min离心15～25min，对蛋白沉淀收集并进行干燥回收得到米糠蛋白产品；
作为优选，步骤(1)中的料液比为1:10～1:15，反复冻融次数为4～5次。
作为优选，步骤(2)中的提取温度为40～45℃，pH为8.5～9.0，提取时间为1～2h。
作为优选，步骤(3)中的干燥方法为真空冷冻干燥，喷雾干燥或冷冻喷雾干燥。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明利用反复冻融辅助弱碱从米糠粕中提取蛋白质，提取率可达到63.1％，而在相同条件下，单独采用弱碱法提取米糠粕蛋白，提取率为51.6％，本发明工艺比单独使用弱碱提取法使蛋白提取率提高了22.3％。
(2)本发明的工艺简单有效，制备条件较温和，不需要昂贵的设备，生产成本低，可大规模工业化生产；本发明工艺提取的米糠蛋白质量好；并且由于提取工艺中使用的弱碱条件，不但提高了蛋白产品的质量，而且明显降低了提取过程中碱用量，减少了废水的产生，对环境保护也有着重要意义。
具体实施方式
在具体实施例中，脱脂米糠均由新鲜米糠采用正己烷(物料与溶剂质量比为1:3)反复脱脂三次处理得到的。
实施例1反复冻融次数对弱碱提取米糠蛋白的影响
使用弱碱(pH9.0)按料液比1:15浸泡米糠粕，并将其放入-20℃环境下进行冷冻，在40℃解冻，如此反复冻融2～8次，每次冻融后都使用NaOH或HCl调节料液的pH值使其维持在9.0，比较反复冻融次数对弱碱提取米糠粕蛋白的影响，如表1所示。
表1反复冻融次数对弱碱提取米糠蛋白的影响
冻融次数 提取率(％)
2 15.68
3 21.24
4 25.49
5 25.02
6 23.17
7 23.16
8 23.01
实施例2利用反复冻融辅助弱碱法从米糠粕中提取蛋白
使用弱碱(pH8.0)按料液比1:10浸泡米糠粕，并将其放入-20℃环境下进行冷冻，在40℃解冻，如此反复冻融4次，每次冻融后都使用NaOH或HCl调节料液的pH值使其维持在8.0。然后将料液放入恒温振荡器中，以160r/min、35℃条件下进行碱提1h，蛋白提取率为56.37％。
实施例3利用反复冻融辅助弱碱法从米糠粕中提取蛋白
使用弱碱(pH9.0)按料液比1:15浸泡米糠粕，并将其放入-20℃环境下进行冷冻，在40℃解冻，如此反复冻融4次，每次冻融后都使用NaOH或HCl调节料液的pH值使其维持在9.0。然后将料液放入恒温振荡器中，以200r/min、45℃条件下进行碱提1.5h，蛋白提取率为63.1％。而在相同条件下，单独采用弱碱法提取米糠粕蛋白，提取率为51.6％，本发明工艺利用反复冻融辅助弱碱从米糠粕中提取蛋白质，使蛋白提取率提高了22.3％。

Claims (5)

1.一种利用反复冻融辅助弱碱从米糠粕中提取蛋白质的工艺方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)反复冻融：将脱脂米糠使用弱碱pH7.5～9.5按料液比1:5～1:30浸泡，并将其放入-15～-40℃环境下进行冷冻1～24h，在20～60℃解冻，如此反复冻融2～8次，每次冻融后都使用0.1M浓度的NaOH或HCl调料液pH值，使其维持在7.5～9.5；
(2)碱提：将步骤(1)处理好的料液于20～60℃条件下进行碱提0.5～5h(pH7.5～9.5)，边提取边搅拌，于3000～5500r/min离心15～25min得残渣和上清液，残渣水洗一次后离心，合并上清液；
(3)酸沉：将步骤(2)的上清液调至pH值4.0～5.0进行酸沉，3000～5500r/min离心15～25min，对蛋白沉淀收集并进行干燥回收得到米糠蛋白产品。
2.根据权利要求1所述的一种利用反复冻融辅助弱碱从米糠粕中提取蛋白质的工艺方法，其特征在于，所述步骤(1)中，料液比为1:10～1:15，反复冻融次数为4～5次。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用反复冻融辅助弱碱从米糠粕中提取蛋白质的工艺方法，其特征在于，所述步骤(2)中，提取温度为40～45℃，pH为8.5～9.0，提取时间为1～2h。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用反复冻融辅助弱碱从米糠粕中提取蛋白质的工艺方法，其特征在于，所述步骤(3)中，干燥方法为真空冷冻干燥，喷雾干燥或冷冻喷雾干燥。
5.根据权利要求3所述的一种利用反复冻融辅助弱碱从米糠粕中提取蛋白质的工艺方法，其特征在于，所述步骤(3)中，干燥方法为真空冷冻干燥，喷雾干燥或冷冻喷雾干燥。
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