CN106755204B - 稻谷加工副产品高效联产麦芽糖浆和米蛋白的方法 - 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麦芽糖浆和米蛋白的方法，以碎米和米糠为原料，包括以下处理步骤：(1)机械预处理；(2)超声波处理；(3)轻度生物活化；(4)脱支预处理；(5)α‑淀粉酶水解与液化；(6)分离：将步骤(3)所得液化液于3200r/min离心，得上清液和沉淀；(7)碎米米糠蛋白制备；(8)糖化酶改性处理；(9)碎米米糠麦芽糖浆制备。本发明可制备得到高品质的麦芽糖浆及米蛋白副产品，有利于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，具体涉及利用大米加工副产品(碎米、米糠)高效联产麦芽糖浆和米蛋白的方法。
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
针对现有技术中的问题，本发明提供一种稻谷加工副产品高效联产麦芽糖浆和米蛋白的方法，该方法可制备得到高品质的碎米米糠麦芽糖浆及米蛋白副产品，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麦芽糖浆和米蛋白的方法，以碎米和米糠为原料，包括以下处理步骤：
(1)机械预处理：原料除杂后，用粉碎机将碎米和米糠粉碎成分粉末，过70目筛，先倒入球磨中低速研磨15～25min，再倒入旋风磨中研磨20～30min，得碎米米糠粉混合物；
(2)超声波处理：将步骤(1)所得碎米米糠粉混合物按1∶6～1∶7的料液比加水混合，用超声波进行处理，处理时间12～15min，超声强度2.0～2.3w/(g.cm2)，处理温度36～40℃；
(3)轻度生物活化：将步骤(2)所得超声液于100℃灭菌，再加入占干料总重量2.5％的黑曲霉NCPF 2275ATCC 16404以及0.5FPU/g干料的纤维素复合酶，于30℃反应4～6h，得活化碎米米糠浆；
(4)脱支预处理：将步骤(3)所得活化碎米米糠浆离心取沉淀，以pH3.6的醋酸钠缓冲液为溶剂将浓度调整至2％，加入10U/g异淀粉酶，于42℃，pH3.5的条件下反应10～12h，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1.5％，煮沸50min，得脱支碎米米糠浆；
(5)α-淀粉酶水解与液化：将步骤(4)所得脱支碎米米糠浆调整为18％，同时加入碳酸氢钠调节pH值至6.2～6.5，加入6U/g碎米米糠粉的耐高温α-淀粉酶，于95℃保温50min，再加入L-苹果酸溶液调节pH值至4.5；
(6)分离：将步骤(3)所得液化液于3200r/min离心，得上清液和沉淀；
(7)碎米米糠蛋白制备：将步骤(6)所得沉淀进行干燥，先后加入异丙醇和正己烷浸提；调浆均匀后，先倒入球磨中低速研磨5～10min，再倒入胶体磨中胶磨20～30min，于2500～3500r/min离心；取沉淀，清洗干燥后，按照1∶6～1∶7的料液比加水调浆，加入酸性蛋白酶，加酶量为干料总重量的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pH值调节至12，再将所得料液于-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1500～2500r/min离心，收集上清液；真空浓缩，冷冻干燥后得碎米米糠蛋白产品；
(8)糖化酶改性处理：将糖化酶进行10～12倍稀释后，于温度30℃下进行180MPa高压处理10min；
(9)碎米米糠麦芽糖浆制备：将步骤(6)所得上清液离心脱渣后加入糖化酶，所述糖化酶与所述耐高温α-淀粉酶的加酶量比为3.5∶1，于64℃，pH4.5条件下进行糖化反应10～15h，然后按重量加入1.2～1.4％的活性炭，板框过滤，滤液在40～50℃进行离子交换，浓缩，即得麦芽糖浆产品。
具体地，所述球磨转速为70～100rpm。
优选地，步骤(5)中，加入碳酸氢钠调节pH值至6.3。
优选地，步骤(7)所述酸性蛋白酶的酶活为600000U/ml。
优选地，步骤(7)中，所述沉淀与所述异丙醇的干料重量体积比为1∶4，所述沉淀与所述正己烷的干料重量体积比为1∶5。
如无特殊说明，以上所述百分数均为重量百分数。
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)为原料单一制备麦芽糖浆的工艺(调浆、液化、糖化、过滤、离交、浓缩等)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麦芽糖浆和米蛋白的方法：基于原料的特殊性质独创机械粉碎、超声与轻度生物活化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蛋白质和麦芽糖浆的提取率，在液化前采用脱支预处理进一步改善底物的转化率；提取蛋白时，采用异丙醇/正己烷浸提、球磨低速研磨、胶体磨胶磨和酸性蛋白酶水解相结合的步骤层层递进，先脱油再提取蛋白，显著提高蛋白提取率，最后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；对糖化酶采用特定高压改性，发现能改变酶的构象，暴露更多的催化部位，从而提高催化活性和效率。本发明可制备得到DE值为55～60％的麦芽糖浆，同时获得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，但不对本发明的权利要求做任何限定。
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。
如无特殊说明，以下所述百分数均为重量百分数。
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)机械预处理：原料除杂后，用粉碎机将碎米和米糠粉碎成分粉末，过70目筛，先倒入球磨中低速研磨15min，球磨转速70rpm，再倒入旋风磨中研磨30min，得碎米米糠粉混合物；
(2)超声波处理：将步骤(1)所得碎米米糠粉混合物按1∶6的料液比加水混合，用超声波进行处理，处理时间15min，超声强度2.3w/(g.cm2)，处理温度36℃；
(3)轻度生物活化：将步骤(2)所得超声液于100℃灭菌，再加入占干料总重量2.5％的黑曲霉NCPF 2275ATCC 16404以及0.5FPU/g干料的纤维素复合酶，于30℃反应6h，得活化碎米米糠浆；
(4)脱支预处理：将步骤(3)所得活化碎米米糠浆离心取沉淀，以pH3.6的醋酸钠缓冲液为溶剂将浓度调整至2％，加入10U/g异淀粉酶，于42℃，pH3.5的条件下反应10h，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1.5％，煮沸50min，得脱支碎米米糠浆；
(5)α-淀粉酶水解与液化：将步骤(4)所得脱支碎米米糠浆调整为18％，同时加入碳酸氢钠调节pH值至6.2，加入6U/g碎米米糠粉的耐高温α-淀粉酶，于95℃保温50min，再加入L-苹果酸溶液调节pH值至4.5；
(6)分离：将步骤(3)所得液化液于3200r/min离心，得上清液和沉淀；
(7)碎米米糠蛋白制备：将步骤(6)所得沉淀进行干燥，先后加入异丙醇和正己烷浸提，沉淀与异丙醇的干料重量体积比为1∶4，沉淀与正己烷的干料重量体积比为1∶5；调浆均匀后，先倒入球磨中低速研磨10min，球磨转速80rpm，再倒入胶体磨中胶磨20min，于3500r/min离心；取沉淀，清洗干燥后，按照1∶6的料液比加水调浆，加入酸性蛋白酶，酶活600000U/ml，加酶量为干料总重量的1.0％，于50℃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pH值调节至12，再将所得料液于-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2500r/min离心，收集上清液；真空浓缩，冷冻干燥后得碎米米糠蛋白产品一；
(8)糖化酶改性处理：将糖化酶进行10倍稀释后，于温度30℃下进行180MPa高压处理10min；
(9)碎米米糠麦芽糖浆制备：将步骤(6)所得上清液离心脱渣后加入糖化酶，所述糖化酶与所述耐高温α-淀粉酶的加酶量比为3.5∶1，于64℃，pH4.5条件下进行糖化反应10h，然后按重量加入1.4％的活性炭，板框过滤，滤液在40℃进行离子交换，浓缩，即得麦芽糖浆产品一。
实施例2
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)机械预处理：原料除杂后，用粉碎机将碎米和米糠粉碎成分粉末，过70目筛，先倒入球磨中低速研磨20min，球磨转速80rpm，再倒入旋风磨中研磨25min，得碎米米糠粉混合物；
(2)超声波处理：将步骤(1)所得碎米米糠粉混合物按1∶6.5的料液比加水混合，用超声波进行处理，处理时间13min，超声强度2.2w/(g.cm2)，处理温度38℃；
(3)轻度生物活化：将步骤(2)所得超声液于100℃灭菌，再加入占干料总重量2.5％的黑曲霉NCPF 2275ATCC 16404以及0.5FPU/g干料的纤维素复合酶，于30℃反应5h，得活化碎米米糠浆；
(4)脱支预处理：将步骤(3)所得活化碎米米糠浆离心取沉淀，以pH3.6的醋酸钠缓冲液为溶剂将浓度调整至2％，加入10U/g异淀粉酶，于42℃，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1.5％，煮沸50min，得脱支碎米米糠浆；
(5)α-淀粉酶水解与液化：将步骤(4)所得脱支碎米米糠浆调整为18％，同时加入碳酸氢钠调节pH值至6.3，加入6U/g碎米米糠粉的耐高温α-淀粉酶，于95℃保温50min，再加入L-苹果酸溶液调节pH值至4.5；
(6)分离：将步骤(3)所得液化液于3200r/min离心，得上清液和沉淀；
(7)碎米米糠蛋白制备：将步骤(6)所得沉淀进行干燥，先后加入异丙醇和正己烷浸提，沉淀与异丙醇的干料重量体积比为1∶4，沉淀与正己烷的干料重量体积比为1∶5；调浆均匀后，先倒入球磨中低速研磨8min，球磨转速70rpm，再倒入胶体磨中胶磨25min，于3000r/min离心；取沉淀，清洗干燥后，按照1∶6.5的料液比加水调浆，加入酸性蛋白酶，酶活600000U/ml，加酶量为干料总重量的0.8％，于53℃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pH值调节至12，再将所得料液于-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产品二；
(8)糖化酶改性处理：将糖化酶进行11倍稀释后，于温度30℃下进行180MPa高压处理10min；
(9)碎米米糠麦芽糖浆制备：将步骤(6)所得上清液离心脱渣后加入糖化酶，所述糖化酶与所述耐高温α-淀粉酶的加酶量比为3.5∶1，于64℃，pH4.5条件下进行糖化反应12h，然后按重量加入1.3％的活性炭，板框过滤，滤液在45℃进行离子交换，浓缩，即得麦芽糖浆产品二。
实施例3
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)机械预处理：原料除杂后，用粉碎机将碎米和米糠粉碎成分粉末，过70目筛，先倒入球磨中低速研磨25min，球磨转速70rpm，再倒入旋风磨中研磨20min，得碎米米糠粉混合物；
(2)超声波处理：将步骤(1)所得碎米米糠粉混合物按1∶7的料液比加水混合，用超声波进行处理，处理时间12min，超声强度2.0w/(g.cm2)，处理温度40℃；
(3)轻度生物活化：将步骤(2)所得超声液于100℃灭菌，再加入占干料总重量2.5％的黑曲霉NCPF 2275ATCC 16404以及0.5FPU/g干料的纤维素复合酶，于30℃反应4h，得活化碎米米糠浆；
(4)脱支预处理：将步骤(3)所得活化碎米米糠浆离心取沉淀，以pH3.6的醋酸钠缓冲液为溶剂将浓度调整至2％，加入10U/g异淀粉酶，于42℃，pH3.5的条件下反应12h，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1.5％，煮沸50min，得脱支碎米米糠浆；
(5)α-淀粉酶水解与液化：将步骤(4)所得脱支碎米米糠浆调整为18％，同时加入碳酸氢钠调节pH值至6.5，加入6U/g碎米米糠粉的耐高温α-淀粉酶，于95℃保温50min，再加入L-苹果酸溶液调节pH值至4.5；
(6)分离：将步骤(3)所得液化液于3200r/min离心，得上清液和沉淀；
(7)碎米米糠蛋白制备：将步骤(6)所得沉淀进行干燥，先后加入异丙醇和正己烷浸提，沉淀与异丙醇的干料重量体积比为1∶4，沉淀与正己烷的干料重量体积比为1∶5；调浆均匀后，先倒入球磨中低速研磨5min，球磨转速70rpm，再倒入胶体磨中胶磨30min，于2500r/min离心；取沉淀，清洗干燥后，按照1∶7的料液比加水调浆，加入酸性蛋白酶，酶活为600000U/ml，加酶量为干料总重量的0.5％，于55℃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pH值调节至12，再将所得料液于-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产品三；
(8)糖化酶改性处理：将糖化酶进行10～12倍稀释后，于温度30℃下进行180MPa高压处理10min；
(9)碎米米糠麦芽糖浆制备：将步骤(6)所得上清液离心脱渣后加入糖化酶，所述糖化酶与所述耐高温α-淀粉酶的加酶量比为3.5∶1，于64℃，pH4.5条件下进行糖化反应15h，然后按重量加入1.2％的活性炭，板框过滤，滤液在50℃进行离子交换，浓缩，即得麦芽糖浆产品三。
碎米米糠蛋白成品测定
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：
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 | 45.5 | 95.8 | 15.4 | 0.41 |
| 实施例2 | 46.7 | 97.0 | 15.9 | 0.52 |
| 实施例3 | 45.1 | 96.3 | 15.2 | 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。
碎米米糠麦芽糖浆成品测定
淀粉、糊精及可溶性糖测定：样品经乙醚脱脂，再用乙醇处理，过滤、酶水解、酸水解后直接滴定法测定。
DE值(以葡萄糖计)＝还原糖含量(％)/干物质含量(％)×100
表2碎米米糠麦芽糖浆DE值测定
由上表数据可知，实施例1～实施例3方法可制备得到平均DE值＞55％的麦芽糖浆。
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 (1)
1.稻谷加工副产品高效联产麦芽糖浆和米蛋白的方法，其特征在于：以碎米和米糠为原料，包括以下处理步骤：
(1)机械预处理：原料除杂后，用粉碎机将碎米和米糠粉碎成粉末，过70目筛，先倒入球磨中低速研磨15～25min，再倒入旋风磨中研磨20～30min，得碎米米糠粉混合物；
(2)超声波处理：将步骤(1)所得碎米米糠粉混合物按1∶6～1∶7的料液比加水混合，用超声波进行处理，处理时间12～15min，超声强度2.0～2.3w/(g.cm2)，处理温度36～40℃；
(3)轻度生物活化：将步骤(2)所得超声液于100℃灭菌，再加入占干料总重量2.5％的黑曲霉NCPF 2275ATCC 16404以及0.5FPU/g干料的纤维素复合酶，于30℃反应4～6h，得活化碎米米糠浆；
(4)脱支预处理：将步骤(3)所得活化碎米米糠浆离心取沉淀，以pH3.6的醋酸钠缓冲液为溶剂将浓度调整至2％，加入10U/g异淀粉酶，于42℃，pH3.5的条件下反应10～12h，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1.5％，煮沸50min，得脱支碎米米糠浆；
(5)α-淀粉酶水解与液化：将步骤(4)所得脱支碎米米糠浆调整为18％，同时加入碳酸氢钠调节pH值至6.3，加入6U/g碎米米糠粉的耐高温α-淀粉酶，于95℃保温50min，再加入L-苹果酸溶液调节pH值至4.5；
(6)分离：将步骤(5)所得液化液于3200r/min离心，得上清液和沉淀；
(7)碎米米糠蛋白制备：将步骤(6)所得沉淀进行干燥，先后加入异丙醇和正己烷浸提；调浆均匀后，先倒入球磨中低速研磨5～10min，再倒入胶体磨中胶磨20～30min，于2500～3500r/min离心；取沉淀，清洗干燥后，按照1∶6～1∶7的料液比加水调浆，加入酸性蛋白酶，加酶量为干料总重量的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pH值调节至12，再将所得料液于-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1500～2500r/min离心，收集上清液；真空浓缩，冷冻干燥后得碎米米糠蛋白产品；
(8)糖化酶改性处理：将糖化酶进行10～12倍稀释后，于温度30℃下进行180MPa高压处理10min；
(9)碎米米糠麦芽糖浆制备：将步骤(6)所得上清液离心脱渣后加入糖化酶，所述糖化酶与所述耐高温α-淀粉酶的加酶量比为3.5∶1，于64℃，pH4.5条件下进行糖化反应10～15h，然后按重量加入1.2～1.4％的活性炭，板框过滤，滤液在40～50℃进行离子交换，浓缩，即得麦芽糖浆产品；
所述球磨转速为70～100rpm；
步骤(7)所述酸性蛋白酶的酶活为600000U/ml；
步骤(7)中，所述沉淀与所述异丙醇的干料重量体积比为1∶4，所述沉淀与所述正己烷的干料重量体积比为1∶5。
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