CN110301522A - 一种免脱盐提高大米蛋白溶解性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种免脱盐提高大米蛋白溶解性的方法，属于食品加工技术领域，所述方法包括以下步骤：1)将大米蛋白进行粉碎获得大米蛋白粉；2)将所述大米蛋白粉与水混合后，进行高压均质获得大米蛋白匀浆；3)将所述的大米蛋白匀浆与草酸溶液混合进行脱酰胺反应获得脱酰胺后的料液；4)向所述脱酰胺后的料液中添加氢氧化钙溶液和碳酸钙悬浊液，调节所述脱酰胺后的料液的pH值至6.5～7.5，固液分离，收集液相组分为大米蛋白溶液。所述方法有效避免了可溶性盐NaCl的大量生成，通过过滤即可除去盐沉淀，免去了繁琐低效的脱盐处理流程，有利于提高生成效率，降低生产成本，减少盐溶液排放。
Description
技术领域
本发明属于食品加工技术领域，尤其涉及一种免脱盐提高大米蛋白溶解性的方法。
背景技术
大米蛋白是一种公认的低致敏蛋白，在婴幼儿食品等领域应用广泛。但由于大米蛋白质中含有大量不带电荷的极性谷氨酰胺及天冬酰胺，它们通过氢键使蛋白之间紧密相连，蛋白质结构稳定，从而导致大米蛋白的溶解度极低，同时影响到蛋白的其他功能性质，例如起泡性、乳化性及凝胶性等。因此，低溶解度极大限制了大米蛋白的深加工及其在食品工业中的应用。
研究表明，通过对蛋白质进行脱酰胺处理能改善其溶解度。脱酰胺是提高大米蛋白的溶解性最为有效的方法。脱酰胺反应原理是将天门冬氨酰胺和谷氨酰胺的中性酰胺侧链转变成带负电荷的羧酸基，从而使蛋白内氢键减少，表面负电荷增加，静电排斥增加，蛋白分子空间结构伸展，蛋白质溶解度增大。脱酰胺的方法主要有三种，一是物理处理，比如湿热条件下双螺杆挤压，但单纯物理方法效果有限；二是化学酶法，比如最为普遍、效果最佳的木瓜蛋白酶处理，但脱酰胺度仅能达到10％左右；三是化学酸法，以盐酸法最有代表性，其脱酰胺度可以达到60％以上。易翠平等人研究推荐的工艺条件组合为盐酸浓度0.2N，大米蛋白含量5％，反应时间4h，反应温度85℃，反应结束后用NaOH中和盐酸，最后再经脱盐和后续工艺得到成品蛋白。(易翠平,姚惠源.大米浓缩蛋白脱酰胺研究(Ⅰ)：酸法脱酰胺与酶法脱酰胺工艺比较与参数优化[J].食品科学,2005(1):145-149.)
酸法脱酰胺虽然是大米蛋白脱酰胺使用较多的一种方法，但反应结束后需要加入碱进行中和，不可避免的生成大量NaCl(溶于反应溶液)，可溶性盐的生成严重影响了蛋白品质且脱除困难，如何脱除或者避免这类可溶性盐的生成已经成为当前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种免脱盐提高大米蛋白溶解性的方法，所述方法通过物理预处理，再以草酸溶液进行脱酰胺反应，反应结束后以碱中和生成不溶于反应体系的盐沉淀，有效避免了可溶性盐NaCl的大量生成，本发明所述方法过滤即可除去盐沉淀，免去了繁琐低效的脱盐处理流程(传统脱盐法以透析为主，一般耗时24h以上)，有利于提高生产效率，降低生产成本，减少盐溶液排放。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种免脱盐提高大米蛋白溶解性的方法，包括以下步骤：
1)将大米蛋白进行粉碎获得大米蛋白粉；
2)将所述大米蛋白粉与水混合后，进行高压均质获得大米蛋白匀浆；
3)将所述的大米蛋白匀浆与草酸溶液混合进行脱酰胺反应获得脱酰胺后的料液；
4)向所述脱酰胺后的料液中添加氢氧化钙溶液和碳酸钙悬浊液，调节所述脱酰胺后的料液的pH值至6.5～7.5，固液分离，收集液相组分为大米蛋白溶液。
优选的，步骤3)中所述草酸溶液的终浓度为0.2～0.5mol/L。
优选的，步骤3)中所述的脱酰胺反应在密闭反应容器中进行，所述脱酰胺反应的温度为80～99℃，所述脱酰胺反应的时间为60～240min。
优选的，步骤1)中所述粉碎包括初级粉碎和二级粉碎；所述大米蛋白初级粉碎后过40目筛，收集筛下组分；对所述筛下组分进行二级粉碎，所述二级粉碎获得的大米蛋白粉的粒度为35～85μm。
优选的，所述二级粉碎采用振动球磨的方式进行。
优选的，步骤2)中所述大米蛋白粉与水的质量比为1:(10～20)。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述高压均质的温度为75～90℃，所述高压均质的压力为60～90MPa。
优选的，步骤4)中所述的氢氧化钙溶液的质量分数为0.6％～3％，所述的碳酸钙悬浊液中碳酸钙的质量为所述氢氧化钙溶液中氢氧化钙质量的0.5～2.0倍。
优选的，步骤4)中所述固液分离的方式为离心或板框过滤。
优选的，在获得所述大米蛋白溶液后，对所述大米蛋白溶液进行喷雾干燥获得高水溶性大米蛋白。
本发明的有益效果：本发明提供的免脱盐提高大米蛋白溶解性的方法通过粉碎和高压均质预处理，再以草酸溶液进行脱酰胺反应，反应结束后以氢氧化钙和碳酸钙中和料液，生成不溶于反应体系的盐沉淀，有效避免了盐酸法脱酰胺中可溶性盐NaCl的大量生成，本发明所述方法过滤即可除去盐沉淀，免去了繁琐低效的脱盐处理流程，有利于提高生成效率，降低生产成本，减少盐溶液排放。根据实施例的记载，本发明提供的方法制备的大米蛋白溶解度大于85％，且生成过程无需透析脱盐，配合管路设计可连续生产，生产周期缩短65％。
具体实施方式
本发明提供了一种免脱盐提高大米蛋白溶解性的方法，包括以下步骤：1)将大米蛋白进行粉碎获得大米蛋白粉；2)将所述大米蛋白粉与水混合后，进行高压均质获得大米蛋白匀浆；3)将所述的大米蛋白匀浆与草酸溶液混合进行脱酰胺反应获得脱酰胺后的料液；4)向所述脱酰胺后的料液中添加氢氧化钙溶液和碳酸钙悬浊液，调节所述脱酰胺后的料液的pH值至6.5～7.5，固液分离，收集液相组分为大米蛋白溶液。
在本发明中，首先将大米蛋白进行粉碎获得大米蛋白粉。本发明对所述大米蛋白的来源和具体形式没有特殊要求，采用本领域常规的大米蛋白即可，在本发明具体实施过程中，所述大米蛋白来源于湖北志清生物科技有限公司生产淀粉糖后的大米渣，所述大米蛋白的总蛋白含量为74％～76％。在本发明中，所述粉碎优选的包括初级粉碎和二级粉碎；所述大米蛋白初级粉碎后过40目筛，收集筛下组分；本发明对所述初级粉碎的方法和设备没有特殊要求，采用本领域常规的粉碎设备即可。本发明优选的对所述初级粉碎的筛下组分进行二级粉碎，所述二级粉碎获得的大米蛋白粉的粒度优选为35～85μm。在本发明中，所述二级粉碎优选的采用振动球磨处理，所述振动球磨处理优选的采用振动球磨机实现；在本发明中，所述振动球磨机的出料筛孔优选的设定为180～400目，连续粉碎并收集粉末样品；本发明对所述振动球磨机的其他参数设置没有特殊限定，采用振动球磨机的常规设置即可。本发明中，设置一级粉碎和二级粉碎(而不是一次性粉碎)的目的在于降低粉碎成本和提高粉碎效率，本发明中，所述二级粉碎确保蛋白粒度尽可能的小，不会堵塞后续高压均质设备，同时提高脱酰胺反应的比表面积，加快反应速率，节省处理时间。
本发明在获得所述大米蛋白粉后，将所述大米蛋白粉与水混合后，进行高压均质获得大米蛋白匀浆。在本发明中，所述大米蛋白粉与水的质量比优选为1:(10～20)，更优选为1:(13～19)。本发明在所述混合后，优选的对混合后的料液进行加热，本发明对所述加热的方式没有特殊限定，采用本领域常规加热方式即可，在本发明中，所述加热的最终温度优选为75～90℃。本发明在所述料液加热后，对加热后的料液进行高压均质，所述高压均质的温度优选为75～90℃，更优选为78～87℃；所述高压均质的压力优选为60～90MPa，更优选为70～80MPa。在本发明中，所述高压均质优选的采用高压均质机实现，所述高压均质的循环次数优选为2～4次。本发明中所述高压均质在是以物理操作的方法使蛋白质发生部分变性，高级结构舒展，可大大加快脱酰胺反应的速率。
本发明在获得所述大米蛋白匀浆后，将所述的大米蛋白匀浆与草酸溶液混合进行脱酰胺反应获得脱酰胺后的料液。在本发明中，所述草酸溶液的终浓度优选为0.2～0.5mol/L，更优选为0.25～0.35mol/L。在本发明中，所述的脱酰胺反应优选的在密闭反应容器中进行，所述脱酰胺反应的温度优选为80～99℃，更优选为84～98℃；在本发明中，所述脱酰胺反应的时间为优选为60～240min，更优选为120～180min。在本发明中，所述脱酰胺反应的过程中伴随搅拌，所述搅拌的转速优选为100～150rpm。本发明中，所述脱酰胺反应原理是将天门冬氨酰胺和谷氨酰胺的中性酰胺侧链转变成带负电荷的羧酸基，从而使蛋白内氢键减少，表面负电荷增加，静电排斥增加，蛋白分子空间结构伸展，蛋白质溶解度增大。大米蛋白质匀浆中加入草酸后，酰胺基团在酸性条件下以水为反应介质，酰胺键断裂，形成羧基基团，从而进行后续的脱酰胺反应。本发明以草酸溶液进行脱酰胺反应，反应结束后以碱中和草酸生成不溶于反应体系的盐沉淀，通过简单过滤即可除去盐沉淀，有效避免了传统方法造成的脱盐困难。
本发明向所述获得的脱酰胺后的料液中添加氢氧化钙溶液和碳酸钙悬浊液，调节所述脱酰胺后的料液的pH值至6.5～7.5，固液分离，收集液相组分为大米蛋白溶液。在本发明中，所述的氢氧化钙溶液的质量分数优选为0.6％～3％，更优选为1.0～2.0％；所述的碳酸钙悬浊液中碳酸钙的质量优选为所述氢氧化钙溶液中氢氧化钙质量的0.5～2.0倍。在本发明中，所述碳酸钙悬浊液作用如下：一是助滤，防止体系粘结，加快后续操作离心或过滤的速度；二是部分碳酸钙与草酸发生反应，减少碱(氢氧化钙)的使用量。
在本发明中，所述固液分离的方式优选为离心或板框过滤，所述离心的离心力优选为3000～6000g，所述离心具体的为蝶式连续离心，可将固液两相连续分离。在本发明中，所述离心的作用是去除滤渣、草酸钙沉淀及其他残渣，得到溶解有大米蛋白的大米蛋白溶液。本发明在获得所述大米蛋白溶液后，对所述大米蛋白溶液进行喷雾干燥获得高水溶性大米蛋白。在本发明中，所述喷雾干燥的进口温度优选为120～200℃，所述喷雾干燥的出口温度优选为70～90℃。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种免脱盐提高大米蛋白溶解性的方法，包括以下步骤：
1.粉碎：将大米粗蛋白粉碎至40目以上获得大米粗蛋白分备用，大米粗蛋白来源于大米生产淀粉糖后的大米渣，总蛋白含量约75％。
2.振动球磨处理：将大米粗蛋白粉输入振动球磨机，出料筛孔设定为300目(约50μm)，连续粉碎并收集样品备用。
3.高压均质：将步骤2中的粉末样品添加16倍质量的水并加热至80℃，然后导入高压均质机，经65MPa压力循环3次。
4.脱酰胺处理：在步骤3得到的样品溶液中添加终浓度(添加草酸后，草酸在样品溶液中的浓度)为0.25mol/L草酸溶液，然后再密闭反应容器中搅拌并加热至85℃，搅拌维持120min。
5.沉淀：脱酰胺反应完成后，在溶液中缓慢添加氢氧化钙溶液(质量分数1.5％)和碳酸钙悬浊液(碳酸钙质量为氢氧化钙质量的0.6倍)，同步搅拌调节体系pH至7.0，使草酸生成草酸钙沉淀。
6.离心分离：将步骤5中的混合液导入碟式离心机以3000g离心加速度离心，去除滤渣、碳酸钙及其他残渣，得到溶解有大米蛋白的溶液。
7.喷雾干燥：将大米蛋白溶液导入喷雾干燥机，进口温度160℃、出口温度80℃，制备得到粉末状样品即为高水溶性大米蛋白产品。
测定制备获得的高水溶性大米蛋白产品的溶解度。
溶解度测定方法：使用pH 7.0、浓度为0.05mol/L磷酸盐缓冲液配制0.5％蛋白分散液，将提取得到的大米蛋白粉溶解后在室温下用磁力搅拌器搅1h后离心(3000g，15min)，采用微量双缩脲法测定上清液蛋白质含量。溶解度％＝(样品上清液中蛋白含量/样品中总蛋白含量)×100。对提取得到的大米蛋白进行三次平行试验，三次测量过程中上清液的蛋白质含量平均高达60.75％，样品中蛋白质含量为75％。
测定结果，制备的大米蛋白溶解度为81％，且生成过程无需透析脱盐，配合管路设计可连续生产，生产周期缩短65％以上。
实施例2
1.粉碎：将1000g大米粗蛋白粉碎至40目以上备用。
2.振动球磨处理：将粗蛋白粉输入振动球磨机，出料筛孔设定为400目(约35μm)，连续粉碎并收集样品备用。
3.高压均质：将步骤2中的粉末样品添加20倍质量的水并加热至85℃，然后导入高压均质机，经80MPa压力循环3次。
4.脱酰胺处理：在步骤3得到的样品溶液中添加0.25mol/L草酸溶液，然后再密闭反应容器中搅拌并加热至微沸腾，搅拌维持150min。
5.沉淀：脱酰胺反应完成后，在溶液中缓慢添加氢氧化钙溶液(质量分数1.5％)调节体系pH至7.0，使草酸生成草酸钙沉淀。
6.离心分离：将5中的混合液通过板框式过滤机，去除滤渣，得到溶解有大米蛋白的溶液。
7.喷雾干燥：将大米蛋白溶液导入喷雾干燥机，设定进口温度200℃、调节液体流量使出口温度维持在90℃左右，制备得到粉末状样品即为高水溶性大米蛋白产品。
该方法制备的大米蛋白溶解度大于85％，且生成过程无需透析脱盐，配合管路设计可连续生产，生产周期缩短60％以上。本实施例方法与现有技术传统酶解方法获得的蛋白溶解度以及耗时情况见表1，传统酶解方法参照，参考文献：崔沙沙,钟俊桢,方冲,et al.不同低水解度的大米蛋白溶解性与结构变化的关系[J].食品工业科技,2016,37(7):86-91.
表1本实施例方法与现有技术方法获得的蛋白溶解度、耗时情况对比
| 对比项目 | 传统盐酸法 | 本方法(免脱盐) |
| 预处理时间 | 2h | 4h |
| 脱酰胺时间 | 3-4h | 2-2.5h |
| 脱盐时间 | 大于24h | 去除沉淀，小于1h |
| 干燥时间 | <1h | <1h |
| 总时间 | 30-31h | 8-8.5h |
| 溶解度 | 65.93％ | 80％以上 |
为了提高蛋白溶解度，目前生产中最常用盐酸进行脱酰胺反应，不可避免的生成大量NaCl(溶于反应溶液)，严重影响了蛋白品质且脱盐过程复杂。脱盐一般使用溶液透析或层析柱脱盐(凝胶过滤)的方法，将蛋白质与小分子的盐类物质进行分离。前者是将带有盐的蛋白溶液装入透析袋中，然后投入流动的清水中，使盐分子缓慢穿过透析袋流入清水而蛋白保留在透析袋。透析法耗时长，一般需要24h以上，且需要大量的缓冲液。参考彭清辉对酶碱法提取的大米蛋白酸法脱酰胺改性的工艺研究，使用酸法脱酰胺的条件为盐酸浓度为0.2mol/L；大米蛋白含量为3％；反应温度为80℃和反应时间为4h。在此条件下脱酰胺为53.9，水解度为5.71。参考文献：彭清辉.大米蛋白的提取及其酸法脱酰胺改性方法研究[D].湖南农业大学,2009.
由此可见，本发明所述方法过滤即可除去盐沉淀，免去了繁琐低效的脱盐处理流程，有利于提高生成效率，降低生产成本，减少盐溶液排放，并且本发明所述方法获得的大米蛋白溶解度高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种免脱盐提高大米蛋白溶解性的方法，包括以下步骤：
1)将大米蛋白进行粉碎获得大米蛋白粉；
2)将所述大米蛋白粉与水混合后，进行高压均质获得大米蛋白匀浆；
3)将所述的大米蛋白匀浆与草酸溶液混合进行脱酰胺反应获得脱酰胺后的料液；
4)向所述脱酰胺后的料液中添加氢氧化钙溶液和碳酸钙悬浊液，调节所述脱酰胺后的料液的pH值至6.5～7.5，固液分离，收集液相组分为大米蛋白溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述草酸溶液的终浓度为0.2～0.5mol/L。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述的脱酰胺反应在密闭反应容器中进行，所述脱酰胺反应的温度为80～99℃，所述脱酰胺反应的时间为60～240min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述粉碎包括初级粉碎和二级粉碎；所述大米蛋白初级粉碎后过40目筛，收集筛下组分；对所述筛下组分进行二级粉碎，所述二级粉碎获得的大米蛋白粉的粒度为35～85μm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述二级粉碎采用振动球磨的方式进行。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述大米蛋白粉与水的质量比为1:(10～20)。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述高压均质的温度为75～90℃，所述高压均质的压力为60～90MPa。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中所述的氢氧化钙溶液的质量分数为0.6％～3％，所述的碳酸钙悬浊液中碳酸钙的质量为所述氢氧化钙溶液中氢氧化钙质量的0.5～2.0倍。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中所述固液分离的方式为离心或板框过滤。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获得所述大米蛋白溶液后，对所述大米蛋白溶液进行喷雾干燥获得高水溶性大米蛋白。
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