CN112300294B - 一种通过发酵法提取紫米中淀粉与蛋白质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种通过发酵法提取紫米中淀粉与蛋白质的方法，经过紫米预处理、接种、发酵培养、成品分离最终得到紫米淀粉和紫米蛋白质。本发明的方法可以得到富含乳酸菌的蛋白质粉及淀粉，蛋白质纯度高，方法快速简单，降低了生产成本，减少对产品的污染，改善了产品的风味，为紫米中蛋白质与淀粉的分离提供科学依据，也为紫米的开发利用提供新思路。

Description

一种通过发酵法提取紫米中淀粉与蛋白质的方法

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种通过发酵法提取紫米中淀粉与蛋白质的方法。

背景技术

紫米，又称紫糯米，是一种天然“营养型”、“功能型”、“效益型”珍稀谷类，是中国消费量最大的功能稻米。紫米有滋阴补肾、健脾暖肝、明目活血、抗癌和预防心脏病等作用，在中国传统医学中被用于增强肾功能、防治贫血、促进血液循环、消除瘀血、防治糖尿病和改善视力。

紫米与普通稻米相比，蛋白质的含量相当高，苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和精氨酸的含量均有所提高。蛋白中的第一限制氨基酸是赖氨酸，相比于大米蛋白，紫米蛋白含有较多的赖氨酸，因此紫米蛋白的质量更优于普通的大米蛋白。另外，紫米中淀粉含量也相当高，达到了70.1%左右，能够充分的保证人体所需热量的来源。

目前关于紫米的研究主要集中在有关紫米多酚类物质，紫米蛋白及淀粉研究的报道较少。现有技术中对蛋白的分离提取方法主要包括碱法提取、酶法提取，传统的碱法提取污染严重，具有很大的安全隐患，通过蛋白酶水解的方法获得的水解液也都存在明显的苦涩味，导致蛋白质产品口感差。

对蛋白质与淀粉分离提取的传统方法已经不能满足人们对无污染，无毒性，高营养价值，口感好的蛋白与淀粉产品开发的需求，因此，随着生物技术的发展，深入对提取紫米中蛋白质与淀粉的工艺研究具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种通过发酵法提取紫米中淀粉与蛋白质的方法。本发明的方法可以得到富含乳酸菌的的蛋白质粉及淀粉，减少对产品的污染，改善了产品的口感，为紫米中蛋白质与淀粉的提取提供科学依据，也为紫米的开发利用提供新思路。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种通过发酵法提取紫米中淀粉与蛋白质的方法，包括下述步骤：

紫米预处理：将紫米粉碎，过第一目数的筛网，得到第一紫米粉，加入蒸馏水浸泡，得到第一紫米浆液，将所述第一紫米浆液离心，得到上清液和第二紫米粉，将所述第二紫米粉过第二目数的筛网，得到第三紫米粉，备用；

接种：向所述第三紫米粉加入蒸馏水，搅拌均匀，用pH调节剂调节pH至5~7，得到第二紫米浆液，向所述第二紫米浆液中加入碳源和氮源，接种副干酪乳杆菌；

发酵培养：发酵时间为72h~120h；

成品分离：发酵结束后，分离发酵液和沉淀，发酵液经碱中和，浓缩，干燥后得蛋白质粉，沉淀经干燥后得到淀粉。

本发明的方法可以得到富含乳酸菌的蛋白质粉及淀粉，蛋白质纯度高，方法快速简单，降低了生产成本，减少对产品的污染，改善了产品的口感，为紫米中蛋白质与淀粉的提取提供科学依据，也为紫米的开发利用提供新思路。

优选的是，在所述紫米预处理步骤中，所述第一目数为100~200。

上述任一方案中优选的是，在所述紫米预处理步骤中，所述第二目数为100~200。

上述任一方案优选的是，在所述紫米预处理步骤中，所述蒸馏水的体积与所述紫米的质量的比为（20~40）：1 mL/g。

上述任一方案优选的是，在所述紫米预处理步骤中，所述浸泡的时间为

1h~3h，温度为30℃~50℃。

上述任一方案优选的是，在所述接种步骤中，所述蒸馏水的体积与所述

第三紫米粉的质量的比为（1~3）：4mL/g。

上述任一方案优选的是，在所述接种步骤中，所述pH调节剂包括柠檬酸-

柠檬酸钠、醋酸-醋酸钠或醋酸-醋酸铵中的至少一种。

上述任一方案优选的是，在所述接种步骤中，所述碳源包括蔗糖、麦芽糖、糊精中的至少一种。

上述任一方案优选的是，在所述接种步骤中，所述氮源包括氯化铵、尿素、蛋白胨中的至少一种。

上述任一方案优选的是，在所述接种步骤中，所述碳源与所述第三紫米粉的质量比为0.1~0.25。

上述任一方案优选的是，在所述接种步骤中，所述氮源与所述第三紫米粉的质量比为0.005~0.05。

上述任一方案优选的是，在所述接种步骤中，所述副干酪乳杆菌与所述第三紫米粉的质量比为0.05~0.15。

上述任一方案优选的是，在所述发酵培养步骤中，温度为30~50℃。

上述任一方案优选的是，在成品分离步骤中，所述碱包括碳酸钠、碳酸氢

钠中的至少一种。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；以下实施例中所用的原材料、仪器和设备等，均可通过市场购买获得或者可通过现有方法获得；所述试剂用量，如无特殊说明，均为常规实验操作中试剂用量；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

一方面，本发明实施例提供了一种通过发酵法提取紫米中淀粉与蛋白质的方法，包括下述步骤：

紫米预处理：将紫米粉碎，过第一目数的筛网，得到第一紫米粉，加入蒸馏水浸泡，得到第一紫米浆液，将所述第一紫米浆液离心，得到上清液和第二紫米粉，将所述第二紫米粉过第二目数的筛网，得到第三紫米粉，备用；

接种：向所述第三紫米粉中加入蒸馏水，搅拌均匀，用pH调节剂调节pH至5~7，得到第二紫米浆液，向所述第二紫米浆液中加入碳源和氮源，接种副干酪乳杆菌；

发酵培养：发酵时间为72h~120h；

成品分离：发酵结束后，分离发酵液和沉淀，发酵液经碱中和，浓缩，干燥后得蛋白质粉，沉淀经干燥后得到淀粉。

本发明的方法可以得到富含乳酸菌的蛋白质粉及淀粉，得率高，纯度高，方法快速简单，降低了生产成本，减少对产品的污染，改善了产品的口感，为紫米中蛋白质与淀粉的提取提供科学依据，也为紫米的开发利用提供新思路。

进一步地，在所述紫米预处理步骤中，所述第一目数为100~200，例如第一目数可以为100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或200等。目数越大，紫米粉越细，紫米中可溶性物质溶解度越大，得到的第一紫米浆液中蛋白质与淀粉的纯度越高。

进一步地，在所述紫米预处理步骤中，所述第二目数为100~200，例如第二目数可以为100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或200等。本发明意外地发现，只有第二目数在上述范围内，紫米蛋白质与淀粉的得率最高，当目数变小，紫米粉粒径变大，发酵不完全，导致紫米蛋白质与淀粉的得率降低；当目数变大，紫米粉粒径变小，淀粉得率下降明显。

进一步地，在所述紫米预处理步骤中，所述蒸馏水的体积与所述紫米的质量的比为（20~40）：1 mL/g，例如所述蒸馏水的体积与所述紫米的质量的比可以为20:1mL/g、25:1mL/g、30:1mL/g、35：1mL/g或40：1mL/g等。

进一步地，在所述紫米预处理步骤中，所述浸泡的时间为1h~3h，温度为

30℃~50℃，例如浸泡的时间可以为1h、1.5h、2h、2.5h或3h等，温度可以为30℃、35℃、40℃、45℃或50℃。

进一步地，在所述接种步骤中，所述蒸馏水的体积与所述第三紫米粉的质量的比为（1~3）：4mL/g，例如蒸馏水的体积与第三紫米粉的质量的比可以为1：4mL/g、1：2mL/g或3：4mL/g等。当蒸馏水过量或者不足时，蛋白质和淀粉的得率均降低，只有蒸馏水的体积与紫米粉的质量的比在（1~3）：4mL/g范围内时，蛋白质和淀粉的得率最高。

进一步地，在所述接种步骤中，所述pH调节剂包括柠檬酸-柠檬酸钠、醋

酸-醋酸钠或醋酸-醋酸铵中的至少一种。

进一步地，在所述接种步骤中，所述碳源包括蔗糖、麦芽糖、糊精中的至

少一种。

进一步地，在所述接种步骤中，所述氮源包括氯化铵、尿素、蛋白胨中的至少一种。

本发明经过大量试验，意外地发现当所述碳源为蔗糖且所述氮源为氯化铵时，蛋白质和淀粉的得率最高，将所述碳源和/或所述氮源替换为其它物质时，蛋白质和淀粉的得率均下降。

进一步地，在所述接种步骤中，所述碳源与所述第三紫米粉的质量比为0.1~0.25，例如碳源与紫米粉的质量比可以为0.1、0.15、0.2或0.25等。

进一步地，在所述接种步骤中，所述氮源与所述第三紫米粉的质量比为0.005~0.05，例如氮源与第三紫米粉的质量比可以为0.005、0.01、0.015、0.02、0.03、0.04或0.05等。

进一步地，在所述接种步骤中，所述副干酪乳杆菌与所述第三紫米粉的质量比为0.05~0.15，例如副干酪乳杆菌与紫米粉的质量比可以为0.05、0.1或0.15等。当副干酪乳杆菌过多时，蛋白质的纯度降低，口感下降，当副干酪乳杆菌过少时，蛋白质的得率和淀粉的得率均降低，副干酪乳杆菌与紫米粉的质量比只有在上述范围内，才能得到纯度高、口感好、得率高的蛋白质。

进一步地，在所述接种步骤中，所述副干酪乳杆菌为副干酪乳杆菌AR-93，该菌株已于2014年7月11日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，其保藏编号为CGMCC NO .9443，所述副干酪乳杆菌AR-93在发酵过程中能够产生大量胞外多糖，可以改善蛋白质的润滑感和口感。接种采用本领域技术人员的常规操作进行。

本发明经过大量试验，研究了利用其它乳酸菌发酵提取紫米中蛋白质与淀粉的情况，例如嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌和青春双歧杆菌，蛋白质与淀粉的得率均不到70%。

进一步地，在所述发酵培养步骤中，温度为30℃~50℃，例如温度可以为

30℃、35℃、40℃、45℃或50℃等。

进一步地，在成品分离步骤中，所述碱包括碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种。

本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。

紫米淀粉得率（％）＝成品中测得的淀粉含量/原料紫米中测得的淀粉含量x100％。

紫米淀粉纯度（％）=成品中淀粉的克数/成品克数(干基)x100％。

紫米蛋白质得率（％）＝成品中测得的蛋白质含量/原料紫米中测得的蛋白质含量x100％。

紫米蛋白质纯度（％）＝成品中蛋白的克数/成品克数(干基)x100％。

下述实施例和对比例中的副干酪乳杆菌为副干酪乳杆菌AR-93。

实施例1

本实施例利用副干酪乳杆菌发酵从紫米中提取蛋白质和淀粉，包括如下步骤：

（1）紫米预处理：将紫米经粉碎机磨成粉之后，过100目筛，加入液料比30:1(mL/g)的蒸馏水进行浸泡，在温度为35℃的条件下浸泡1.5h，然后置于离心机中，在4000r/min的条件下离心30min，除去可溶性糖得到紫米粉，加入液料比20:1(mL/g)的75％乙醇溶液，在40℃的恒温水浴锅内水浴90min进行脱色处理，过滤，干燥，过100目筛得到脱色处理后的紫米粉。

（2）接种：称取200g经过步骤（1）脱色处理后的紫米粉，加入100ml蒸馏水，充分搅拌，水浴加热至40 ℃，同时用0.1mol/L的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液调节pH至6.6，得到紫米浆液；向紫米浆液中加入30g蔗糖和2g氯化铵；接种副干酪乳杆菌，接种量为15g。

（3）发酵培养：在37 ℃条件下培养96h。

（4）成品分离：发酵结束后，离心分离发酵液和沉淀，发酵液经碳酸氢钠中和，浓缩，经冷冻干燥后得到粉末状物质，该粉末状物质即为本实施例所得蛋白质成品。沉淀用去离子水洗涤至中性，然后置于30～40℃下热风干燥，得到淀粉成品。

采用本领域常用的淀粉含量测定和蛋白质含量测定方法，结合淀粉和蛋白质的得率和纯度计算方法，得到的紫米淀粉得率为80%，紫米淀粉纯度为

83.2%，紫米蛋白质得率为91.25%，紫米蛋白质纯度为83%（干基）。

由上述结果可以看出，本实施例制备得到的蛋白质和淀粉的得率高，且蛋白质的纯度高，蛋白质的得率远远优于采用本领域中现有技术分离得到的蛋白质。

实施例2

本实施例利用副干酪乳杆菌发酵从紫米中提取蛋白质和淀粉，包括如下步骤：

（1）紫米预处理：将紫米经粉碎机磨成粉之后，过150目筛，加入液料比20:1(mL/g)的蒸馏水进行浸泡，在温度为40℃的条件下浸泡2h，然后置于离心机中，在4000r/min的条件下离心50min，除去可溶性糖得到紫米粉，加入液料比20:1(mL/g)的75％乙醇溶液，在40℃的恒温水浴锅内水浴90min进行脱色处理，过滤，干燥，过150目筛得到脱色处理后的紫米粉。

（2）接种：称取200g经过步骤（1）脱色处理后的紫米粉，加入150ml蒸馏水，充分搅拌，水浴加热至40 ℃，同时用0.1mol/L的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液调节pH至6，得到紫米浆液；向紫米浆液中加入20g蔗糖和3g氯化铵；接种副干酪乳杆菌，接种量为20g。

（3）发酵培养：在40℃条件下培养110h。

（4）成品分离：发酵结束后，离心分离发酵液和沉淀，发酵液经碳酸氢钠中和，浓缩，经冷冻干燥后得到粉末状物质，该粉末状物质即为本实施例所得蛋白质成品。沉淀用去离子水洗涤至中性，然后置于30～40℃下热风干燥，得到淀粉成品。

采用本领域常用的淀粉含量测定和蛋白质含量测定方法，结合淀粉和蛋白质的得率和纯度计算方法，得到的紫米淀粉得率为84.29%，紫米淀粉纯度为84.9%，紫米蛋白质得率为93.1%，紫米蛋白质纯度为85%（干基）。

由上述结果可以看出，本实施例制备得到的蛋白质和淀粉的得率高，且蛋白质的纯度高，蛋白质的得率远远优于采用本领域中现有技术分离得到的蛋白质。

实施例3

本实施例利用副干酪乳杆菌发酵从紫米中提取蛋白质和淀粉，包括如下步骤：

（1）紫米预处理：将紫米经粉碎机磨成粉之后，过200目筛，加入液料比20:1(mL/g)的蒸馏水进行浸泡，在温度为40℃的条件下浸泡2h，然后置于离心机中，在4000r/min的条件下离心50min，除去可溶性糖得到紫米粉，加入液料比20:1(mL/g)的75％乙醇溶液，在40℃的恒温水浴锅内水浴90min进行脱色处理，过滤，干燥，过200目筛得到脱色处理后的紫米粉。

（2）接种：称取200g经过步骤（1）脱色处理后的紫米粉，加入50ml蒸馏水，充分搅拌，水浴加热至40 ℃，同时用0.1mol/L的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液调节pH至6，得到紫米浆液；向紫米浆液中加入40g蔗糖和3g氯化铵；接种副干酪乳杆菌，接种量为30g。

（3）发酵培养：在40℃条件下培养110h。

（4）成品分离：发酵结束后，离心分离发酵液和沉淀，发酵液经碳酸氢钠中和，浓缩，经冷冻干燥后得到粉末状物质，该粉末状物质即为本实施例所得蛋白质成品。沉淀用去离子水洗涤至中性，然后置于30～40℃下热风干燥，得到淀粉成品。

采用本领域常用的淀粉含量测定和蛋白质含量测定方法，结合淀粉和蛋白质的得率和纯度计算方法，得到的紫米淀粉得率为89.28%，紫米淀粉纯度为87.5%，紫米蛋白质得率为96.8%，紫米蛋白质纯度为87%（干基）。

由上述结果可以看出，本实施例制备得到的蛋白质和淀粉的得率高，且蛋白质的纯度高，蛋白质的得率远远优于采用本领域中现有技术分离得到的蛋白质。

实施例4

本实施例利用副干酪乳杆菌发酵从紫米中提取蛋白质和淀粉，包括如下步骤：

（1）紫米预处理：将紫米经粉碎机磨成粉之后，过200目筛，加入液料比20:1(mL/g)的蒸馏水进行浸泡，在温度为50℃的条件下浸泡1h，然后置于离心机中，在6000r/min的条件下离心40min，除去可溶性糖得到紫米粉，加入液料比20:1(mL/g)的75％乙醇溶液，在40℃的恒温水浴锅内水浴90min进行脱色处理，过滤，干燥，过200目筛得到脱色处理后的紫米粉。

（2）接种：称取200g经过步骤（1）脱色处理后的紫米粉，加入50ml蒸馏水，充分搅拌，水浴加热至40 ℃，同时用0.1mol/L的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液调节pH至5，得到紫米浆液；向紫米浆液中加入20g蔗糖和3g氯化铵；接种副干酪乳杆菌，接种量为30g。

（3）发酵培养：在45℃条件下培养110h。

（4）成品分离：发酵结束后，离心分离发酵液和沉淀，发酵液经碳酸氢钠中和，浓缩，经冷冻干燥后得到粉末状物质，该粉末状物质即为本实施例所得蛋白质成品。沉淀用去离子水洗涤至中性，然后置于30～40℃下热风干燥，得到淀粉成品。

采用本领域常用的淀粉含量测定和蛋白质含量测定方法，结合淀粉和蛋白质的得率和纯度计算方法，得到的紫米淀粉得率为86.43%，紫米淀粉纯度为86.9%，紫米蛋白质得率为95.6%，紫米蛋白质纯度为85%（干基）。

由上述结果可以看出，本实施例制备得到的蛋白质和淀粉的得率高，且蛋白质的纯度高，蛋白质的得率远远优于采用本领域中现有技术分离得到的蛋白质。

对比例1

本对比例利用副干酪乳杆菌发酵从紫米中提取蛋白质和淀粉，包括如下步骤：

与实施例1的不同之处在于：在步骤（1）中，过40目筛得到脱色处理后的紫米粉，其余步骤与实施例1相同。

采用本领域常用的淀粉含量测定和蛋白质含量测定方法，结合淀粉和蛋白质的得率和纯度计算方法，得到的紫米淀粉得率为70%，紫米淀粉纯度为48%，紫米蛋白质得率为70%，紫米蛋白质纯度为82%（干基）。

由上述结果可以看出，本对比例制备得到的蛋白质和淀粉的得率均下降明显且淀粉的纯度很低。

对比例2

本对比例利用副干酪乳杆菌发酵从紫米中提取蛋白质和淀粉，包括如下步骤：

与实施例1的不同之处在于：在步骤（1）中，过300目筛得到脱色处理后的紫米粉，其余步骤与实施例1相同。

采用本领域常用的淀粉含量测定和蛋白质含量测定方法，结合淀粉和蛋白质的得率和纯度计算方法，得到的紫米淀粉得率为61%，紫米淀粉纯度为83%，紫米蛋白质得率为84%，紫米蛋白质纯度为72%（干基）。

由上述结果可以看出，本对比例制备得到的蛋白质和淀粉的得率均下降，尤其是淀粉的得率下降幅度很大，淀粉的纯度几乎不变，蛋白质的纯度下降明显。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种通过发酵法提取紫米中淀粉与蛋白质的方法，其特征在于，包括下

述步骤：

紫米预处理：将紫米粉碎，过第一目数的筛网，得到第一紫米粉，加入蒸馏水浸泡，得到第一紫米浆液，将所述第一紫米浆液离心，得到上清液和第二紫米粉，将所述第二紫米粉过第二目数的筛网，得到第三紫米粉，备用，

所述第一目数为100~200，所述第二目数为100~200；

接种：向所述第三紫米粉中加入蒸馏水，搅拌均匀，用pH调节剂调节pH至5~7，得到第二紫米浆液，向所述第二紫米浆液中加入碳源和氮源，接种副干酪乳杆菌，所述副干酪乳杆菌与所述第三紫米粉的质量比为0.05~0.15；

发酵培养：发酵时间为72h~120h；

成品分离：发酵结束后，分离发酵液和沉淀，发酵液经碱中和，浓缩，干燥后得到蛋白质粉，沉淀经干燥后得到淀粉。

2.根据权利要求1所述的提取紫米中淀粉与蛋白质的方法，其特征在于，

在所述紫米预处理步骤中，所述蒸馏水的体积与所述紫米的质量的比为（20~ 40）：1mL/g。

3.根据权利要求1所述的提取紫米中淀粉与蛋白质的方法，其特征在于，

在所述紫米预处理步骤中，所述浸泡的时间为1h~3h，温度为30℃~50℃。

4.根据权利要求1所述的提取紫米中淀粉与蛋白质的方法，其特征在于，

在所述接种步骤中，所述蒸馏水的体积与所述第三紫米粉的质量的比为（1~3）：4mL/g。

5.根据权利要求1所述的提取紫米中淀粉与蛋白质的方法，其特征在于，

在所述接种步骤中，

所述pH调节剂包括柠檬酸-柠檬酸钠、醋酸-醋酸钠或醋酸-醋酸铵中的至

少一种；

所述碳源包括蔗糖、麦芽糖、糊精中的至少一种；

所述氮源包括氯化铵、尿素、蛋白胨中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的提取紫米中淀粉与蛋白质的方法，其特征在于，

在所述接种步骤中，

所述碳源与所述第三紫米粉的质量比为0.1~0.25；

所述氮源与所述第三紫米粉的质量比为0.005~0.05。

7.根据权利要求1所述的提取紫米中淀粉与蛋白质的方法，其特征在于，在所述发酵培养步骤中，温度为30~50℃。

8.根据权利要求1所述的提取紫米中淀粉与蛋白质的方法，其特征在于，

在成品分离步骤中，所述碱包括碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种。