CN112790326A - 一种复合酶稳定米糠的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种复合酶稳定米糠的方法，属于粮食加工领域。该方法主要通过酶水解并结合热加工处理米糠，具体包括将纤维素酶、半纤维素酶和α‑淀粉酶等糖基水解酶中的至少一种进行复配成复合酶溶液，并利用复合酶溶液对米糠进行酶解处理，酶解结束后，采用湿热法、微波法或者挤压膨化等方法中的至少一种对米糠进行热加工钝酶处理，从而制备得到稳定化米糠。本发明从减少米糠结合态脂肪酶角度出发，采用糖基水解酶来催化米糠中结合态脂肪酶向游离态脂肪酶转变，从而有效地提高米糠脂肪酶的钝化效率。本发明拓宽了采用酶法稳定米糠的思路。通过本发明制得的米糠具有脂肪酶残留活力低、货架期长等特点，可直接应用到食品、化妆品等行业。

Description

一种复合酶稳定米糠的方法
技术领域
本发明属于粮食加工领域，具体涉及一种复合酶稳定米糠的方法。
背景技术
米糠是大米加工过程中产生的副产物，约占稻米质量的8％，其由稻米的种皮、外胚乳、糊粉层和胚等的混合物组成，富含蛋白质、油脂、膳食纤维、维生素、矿物质以及谷维素、γ-氨基丁酸、酚类物质等营养和活性成分。因此，米糠素有“天然营养宝库”之称，是一种极具开发价值的副产物资源。
我国年产米糠约1300万吨，然而，长期以来，米糠资源并未得到有效开发利用，仅不到10％的量用于榨油或价值较高营养物质的提取生产，而90％以上的米糠用于牲畜饲料，造成了极大的资源浪费。在当下提倡保障粮食安全的大环境下，加大米糠的食品化利用具有重要意义。
制约米糠开发利用的最大瓶颈是米糠不耐贮藏，极易酸败变质的特性，米糠除了含有大量油脂外，还含有活性脂肪酶和脂肪氧合酶，在酶的作用下油脂被快速水解、氧化并生大量脂肪酸以及“哈喇味”，导致米糠酸价迅速提高并引起感官品质的恶化。因此，米糠的稳定化处理是实现其资源利用的关键。
目前，一系列的方法如低温储藏法、辐射处理法、微波处理法、挤压膨化法、湿热法、蛋白酶水解法等被用于米糠稳定化。这些方法尽管都能够一定程度地钝化脂肪酶活性，延长其酸败时间，但是仍然不能彻底灭活脂肪酶。米糠中脂肪酶分为游离态和结合态，常规的蛋白酶处理或者热处理方法对游离态脂肪酶具有较好的钝化效果，但对结合态脂肪酶则效果欠佳，导致现有技术难以完全克服米糠酸败变质的产业瓶颈，影响了米糠的高附加值开发。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种复合酶稳定米糠的方法。该方法主要通过酶水解并结合热加工处理米糠，具体包括将纤维素酶、半纤维素酶和α-淀粉酶等糖基水解酶中的一种或几种进行复配成复合酶溶液，并利用复合酶溶液对米糠进行酶解处理，酶解结束后，采用湿热法、微波法或者挤压膨化等方法中的一种或几种对米糠进行热加工钝酶处理，从而制备得到稳定化米糠。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种复合酶稳定米糠的方法，包括如下步骤：
(1)将糖基水解酶用蒸馏水溶解成5～25％(w/w)的糖基水解酶溶液；
(2)新鲜制备米糠原料，按米糠重量的2～8％(w/w)加入糖基水解酶溶液，使用雾化装置均匀喷晒糖基水解酶溶液至米糠中，并不断搅拌；
(3)将酶解米糠原料置于温度50～80℃和湿度50～70％的环境中孵育3～5h，孵育过程中，每15～30min(优选每30min)对原料进行翻整；
(4)酶解结束后，对酶解米糠进行热加工钝酶处理，得到稳定化米糠。
所述的糖基水解酶为纤维素酶、半纤维素酶和α-淀粉酶中的至少一种；
优选的，所述的糖基水解酶为纤维素酶、半纤维素酶和α-淀粉酶。
优选的，所述的纤维素酶、半纤维素酶和α-淀粉酶的重量比为50～70：20～40：5～20；
进一步的，所述的纤维素酶、半纤维素酶和α-淀粉酶的重量比为按照55～65：25～35：10～15；更进一步为55～65：25～30：10～15；
所述的纤维素酶的酶活为5000U/g，半纤维素酶的酶活为3000U/g，α-淀粉酶的酶活为10000U/g；
优选的，步骤(1)中所述的糖基水解酶溶液的浓度为10～20％(w/w)。
优选的，步骤(2)中，按照米糠重量的3～6％(w/w)加入糖基水解酶溶液；
优选的，步骤(2)中，所述的不断搅拌的时间为20～40min，进一步为25～35min。
优选的，步骤(3)中，置于温度60～70℃和湿度55～65％的环境中孵育3.5～4.5h。
优选的，步骤(4)中，采用湿热法、微波法和挤压膨化法中的至少一种对酶解米糠进行热加工钝酶处理。
所述的湿热法的处理条件为121℃、10～30min；进一步为121℃、10～15min；
所述的微波法的处理条件为450～500W、2～5min；进一步为500W、2～5min。
所述的挤压膨化法的处理条件为机筒温度120～140℃、螺杆转速150～250r/min；进一步为机筒温度130℃、螺杆转速200r/min。
通过以上步骤能够获得脂肪酶活性钝化率更高、稳定性更好的米糠原料。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明提供了一种复合酶稳定米糠的方法，使用该方法能够有效提高热处理钝化米糠脂肪酶效率，延长米糠利用货架期，促进米糠在食品、化妆品行业中的应用。
(2)本发明打破了利用蛋白酶酶解脂肪酶的米糠稳定化常规，从减少米糠结合态脂肪酶角度出发，采用糖基水解酶(纤维素酶、淀粉酶等)来催化米糠中结合态脂肪酶向游离态脂肪酶转变，从而有效地提高米糠脂肪酶的钝化效率。本发明拓宽了采用酶法稳定米糠的思路。通过本发明制得的米糠具有脂肪酶残留活力低、货架期长等特点，可直接应用到食品、化妆品等行业。
附图说明
图1是不同糖基水解酶对米糠中游离态脂肪酶和结合态脂肪酶活力占比影响。
图2是不同处理组中游离态脂肪酶和结合态脂肪酶活力占比以及对脂肪酶残余活力影响；其中，A：不同处理组中游离态脂肪酶和结合态脂肪酶活力占比，B：不同处理方式对脂肪酶残余活力影响；对照组为未经复合酶处理、未稳定的米糠，样品1组为未经复合酶处理的稳定化米糠，样品2组为复合酶处理的稳定化米糠；不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)。
图3是不同处理组中游离态脂肪酶和结合态脂肪酶活力占比以及对米糠酸价影响；其中，A：不同处理组中游离态脂肪酶和结合态脂肪酶活力占比，B：不同处理方式对米糠酸价影响；对照组为未经复合酶处理、未稳定的米糠，样品1组为未经复合酶处理的稳定化米糠，样品2组为复合酶处理的稳定化米糠；不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)。
图4是不同处理方式对米糠脂肪酶残余活力和酸价影响；其中，对照组为未经复合酶处理、未稳定的米糠，样品1组为未经复合酶处理的稳定化米糠，样品2组为复合酶处理的稳定化米糠；不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。本发明的实施例中使用的米糠由广东海纳农业有限公司提供，所用纤维素酶、半纤维素酶和α-淀粉酶等购于Sigma公司，酶活力分别为5000U/g、3000U/g和10000U/g。
实施例1
分别取纤维素酶、半纤维素酶或α-淀粉酶配置成10％(w/w)的单酶溶液。制备新鲜米糠原料，按米糠重量的3％(w/w)加入单酶溶液，使用雾化装置均匀喷晒单酶溶液至米糠中，并不断搅拌35min。随后，将酶解米糠原料置于温度70℃和湿度65％的环境中孵育3.5h，孵育过程中，每隔30min对原料进行翻整。酶解结束后，使用50mM磷酸盐缓冲液反复提取米糠中游离脂肪酶，并测定米糠中总脂肪酶和游离脂肪酶活力，分别计算得到结合态脂肪酶和游离态脂肪酶活力。
由图1对照组可见，米糠中脂肪酶存在游离态和结合态两种类型，活力占比分别为65％和35％，经纤维素酶、半纤维素酶或α-淀粉酶处理后，米糠中可提取的游离态脂肪酶活力占比分别提高至81％、73％和70％，结合态脂肪酶活力占比分别下降至19％、27％和30％。该结果表明，使用单一一种糖基水解酶都能够提高米糠中游离态脂肪酶活力占比，但比较三种不同糖基水解酶影响结果发现，纤维素酶具有更加有效地催化米糠中结合态脂肪酶向游离态脂肪酶转变的特性。
实施例2
将纤维素酶、半纤维素酶和α-淀粉酶按照65：25：10重量份进行复配混合，并用蒸馏水溶解成10％(w/w)的复合酶溶液。制备新鲜米糠原料，按米糠重量的3％(w/w)加入复合酶溶液，使用雾化装置均匀喷晒复合酶溶液至米糠中，并不断搅拌35min。随后，将酶解米糠原料置于温度70℃和湿度65％的环境中孵育3.5h，孵育过程中，每隔30min对原料进行翻整。酶解结束后，使用50mM磷酸盐缓冲液反复提取米糠中游离脂肪酶，并测定米糠中总脂肪酶和游离脂肪酶活力，分别计算得到结合态脂肪酶和游离态脂肪酶活力。进一步采用湿热法对米糠进行稳定化处理，湿热处理条件为121℃、15min，制备得到稳定化米糠。利用碱滴定法测定米糠脂肪酶残余活性，以未经复合酶处理的米糠作为阳性对照(记为样品1组)，未经复合酶处理、湿热处理的米糠为阴性对照(记为对照组)，进行3次重复，结果如图2所示。
由图2A对照组可见，米糠中脂肪酶存在游离态和结合态两种类型，活力占比分别为65％和35％，经复合酶处理后，米糠中可提取的游离态脂肪酶活力占比提高至约90％，而结合态脂肪酶活力占比降低至约10％，该结果表明，使用复合酶酶解处理能够有效促进米糠中结合态脂肪酶向游离态脂肪酶转变，且催化转变效果比单一一种酶处理效果更佳，说明复合酶处理具有协同增效作用。
此外，图2B比较了湿热处理对不同处理组中米糠脂肪酶残余活力影响，由图可见，相比于对照组，经过湿热处理的样品1组和样品2组其脂肪酶活力都显著降低，脂肪酶残余活力分别为21％和5％；对比样品1组和样品2组可发现，使用复合酶处理的样品2组其脂肪酶活性钝化率更高，说明经复合酶处理后的米糠脂肪酶对热更加敏感，更容易灭活。
这些结果表明，复合酶酶解米糠能够有效促进米糠中结合态脂肪酶向游离态脂肪酶转变，提高米糠中游离态脂肪酶的活力占比，从而有利于热加工对米糠脂肪酶的钝化效率。
实施例3
将纤维素酶、半纤维素酶和α-淀粉酶按照60：30：10重量份进行复配混合，并用蒸馏水溶解成15％(w/w)的复合酶溶液。新鲜制备米糠原料，按米糠重量的4.5％(w/w)加入复合酶溶液，使用雾化装置均匀喷晒复合酶溶液至米糠中，并不断搅拌30min。随后，将酶解米糠原料置于温度65℃和湿度60％的环境中孵育4h，孵育过程中，每隔30min对原料进行翻整。酶解结束后，使用100mM磷酸盐缓冲液反复提取米糠中游离脂肪酶，并测定米糠中总脂肪酶和游离脂肪酶活力，分别计算得到结合态脂肪酶和游离态脂肪酶活力。进一步采用微波加热法对米糠进行稳定化处理，微波处理条件为500W、2min，制备得到稳定化米糠，并将米糠置于37℃贮藏3个月，测定其酸价变化，以未经复合酶处理的米糠作为阳性对照(记为样品1组)，未经复合酶处理、微波处理的米糠为阴性对照(记为对照组)，进行3次重复，结果如图3所示。
由图3A对照组可见，米糠中脂肪酶存在游离态和结合态两种类型，活力占比分别为65％和35％，经复合酶处理后，米糠中可提取的游离态脂肪酶活力占比提高至93％，而结合态脂肪酶活力占比降低至约7％，相比于对照组，游离态脂肪酶活力占比提高了28个百分点，这与复合酶能够有效促进米糠中结合态脂肪酶向游离态脂肪酶转变有关，且催化转变效果比单一一种酶处理效果更佳，即复合酶处理具有协同增效作用。
此外，不同处理组米糠37℃贮藏3个月过程中的酸价变化结果如图3B所示，由图可见，对照组米糠其酸价值随贮藏时间显著增加，贮藏3个月后，其酸价值达到2490mgNaOH/100g米糠，相比于第0天增加了近7倍；比较样品1组和样品2组可得，贮藏90天后其酸价值分别增加了140％和25％，即经复合酶处理的米糠其贮藏稳定性更佳。
这些结果表明，复合酶酶解米糠能够有效促进米糠中结合态脂肪酶向游离态脂肪酶转变，从而促进热加工对米糠脂肪酶的钝化效率，提升米糠贮藏稳定性和货架期。
实施例4
将纤维素酶、半纤维素酶和α-淀粉酶按照55：30：15重量份进行复配混合，并用蒸馏水溶解成20％(w/w)的复合酶溶液。新鲜制备米糠原料，按米糠重量的6％(w/w)加入复合酶溶液，使用雾化装置均匀喷晒复合酶溶液至米糠中，并不断搅拌25min。随后，将酶解米糠原料置于温度60℃和湿度55％的环境中孵育4.5h，孵育过程中，每隔30min对原料进行翻整。酶解结束后，采用挤压膨化对米糠进行稳定化处理，挤压膨化处理条件为机筒温度130℃、螺杆转速200r/min，制备得到稳定化米糠。利用碱滴定法测定米糠脂肪酶残余活性，并将米糠置于37℃贮藏3个月，测定其酸价变化，以未经复合酶处理的米糠作为阳性对照(记为样品1组)，未经复合酶处理、挤压膨化处理的米糠为阴性对照(记为对照组)，进行3次重复，结果如图4所示。
图4A比较了挤压膨化处理对不同处理组中米糠脂肪酶残余活力影响，由图可见，相比于对照组，经过挤压膨化处理的样品1组和样品2组其脂肪酶活力都显著降低，脂肪酶残余活力分别为32％和9％；对比样品1组和样品2组可发现，使用复合酶处理的样品2组其脂肪酶活性钝化率更高，说明经复合酶处理后的米糠脂肪酶对热更加敏感，更容易灭活。
此外，不同处理组米糠37℃贮藏3个月过程中的酸价变化结果如图4B所示，由图可见，对照组米糠其酸价值随贮藏时间显著增加，贮藏3个月后，其酸价值达到2550mgNaOH/100g米糠，相比于第0天增加了7倍；比较样品1组和样品2组可得，贮藏90天后其酸价值分别增加了197％和55％，即经复合酶处理的米糠其贮藏稳定性更佳。
这些结果表明，复合酶酶解米糠能够有效提升米糠脂肪酶钝化效率，延长米糠贮藏稳定性和货架期。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合酶稳定米糠的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将糖基水解酶用蒸馏水溶解成5～25％w/w的糖基水解酶溶液；所述的糖基水解酶为纤维素酶、半纤维素酶和α-淀粉酶中的至少一种；
(2)新鲜制备米糠原料，按米糠重量的2～8％w/w加入糖基水解酶溶液，均匀喷晒糖基水解酶溶液至米糠中，并不断搅拌；
(3)将酶解米糠原料置于温度50～80℃和湿度50～70％的环境中孵育3～5h，孵育过程中，每15～30min对原料进行翻整；
(4)酶解结束后，对酶解米糠进行热加工钝酶处理，得到稳定化米糠。
2.根据权利要求1所述的复合酶稳定米糠的方法，其特征在于：
所述的糖基水解酶为纤维素酶、半纤维素酶和α-淀粉酶。
3.根据权利要求2所述的复合酶稳定米糠的方法，其特征在于：
所述的纤维素酶、半纤维素酶和α-淀粉酶的重量比为50～70：20～40：5～20。
4.根据权利要求3所述的复合酶稳定米糠的方法，其特征在于：
所述的纤维素酶、半纤维素酶和α-淀粉酶的重量比为按照55～65：25～35：10～15。
5.根据权利要求1～4任一项所述的复合酶稳定米糠的方法，其特征在于：
所述的纤维素酶的酶活为5000U/g，半纤维素酶的酶活为3000U/g，α-淀粉酶的酶活为10000U/g。
6.根据权利要求1～4任一项所述的复合酶稳定米糠的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的糖基水解酶溶液的浓度为10～20％w/w；
步骤(2)中，按照米糠重量的3～6％w/w加入糖基水解酶溶液。
7.根据权利要求1～4任一项所述的复合酶稳定米糠的方法，其特征在于：
步骤(2)中，所述的不断搅拌的时间为20～40min；
步骤(3)中，置于温度60～70℃和湿度55～65％的环境中孵育3.5～4.5h。
8.根据权利要求1～4任一项所述的复合酶稳定米糠的方法，其特征在于：
步骤(4)中，采用湿热法、微波法和挤压膨化法中的至少一种对酶解米糠进行热加工钝酶处理。
9.根据权利要求8所述的复合酶稳定米糠的方法，其特征在于：
所述的湿热法的处理条件为121℃、10～30min；
所述的微波法的处理条件为450～500W、2～5min；
所述的挤压膨化法的处理条件为机筒温度120～140℃、螺杆转速150～250r/min。
10.根据权利要求9所述的复合酶稳定米糠的方法，其特征在于：
所述的湿热法的处理条件为121℃、10～15min；
所述的微波法的处理条件为500W、2～5min；
所述的挤压膨化法的处理条件为机筒温度130℃、螺杆转速200r/min。
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