CN113943769A - 一种糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法 - Google Patents

一种糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法，包括如下步骤：第一步，将糯米糠通过碱提酸沉法获取可溶性蛋白沉淀、水提液和糯米糠残渣；第二步，对第一步的糯米糠残渣提取多肽；第三步，对第一步的水提液和第二步的糯米糠残渣提取膳食纤维；第四步，对第三步中提取的膳食纤维进行醇析处理，得到可溶性膳食纤维。本发明的有益效果是：通过本发明的提取方法，提取的米糠蛋白占总蛋白量的97.9％，提取的可溶性膳食纤维占总膳食纤维素的34.89％，超声辅酶工艺下得到的可溶性膳食纤维相关理化性能明显好于单独水提工艺。

Description

一种糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法
技术领域
本发明涉及糯米糠提取加工领域，更具体地说涉及一种糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法。
背景技术
糯米糠是稻谷加工的主要副产物之一。按照糯米糠占稻谷的5％估算，我国可年产糯米糠1000万t以上，约占全世界总量的1/3。糯米糠是一种量大面广的可再生资源，联合国工业发展组织把糯米糠称为一种未充分利用的原料。
糯米糠蛋白平均含量为14％，必需氨基酸完全，氨基酸组成接近FAO/WHO推荐模式值，其中赖氨酸、色氨酸、苏氨酸含量高于玉米，生物效价与牛奶中的酪蛋白相近，消化率达90％以上，是一种营养价值很高的植物蛋白；且属低过敏性，适于婴幼儿食用。糯米糠蛋白应用广泛，其可作为畜禽饲料的营养因子、面包制作的起泡剂及风味增强剂，还可以生产有生物活性的抗氧化肽和蛋白饮料。
糯米糠中的碳水化合物含量较高，其中主要成分是膳食纤维，而粗纤维含量不高，故有效能值较高。膳食纤维因此拥有较高粘度、良好的持水性和膨胀力被广泛用于肉类、烘焙类、乳品等多种食品加工中以提升品质，增强营养。此外，其还具有良好的阴阳离子交换和吸附作用，能有效降低血压和血脂，改善糖尿病，降低心脏病风险。糯米糠中膳食纤维的含量约为物料的23％-30％，脱脂糯米糠中膳食纤维大部分为水不溶性膳食纤维，可溶性膳食纤维仅占物料的7％-13％。可溶性膳食纤维在糯米糠中虽然含量少，但其功能特性和抗氧化性都优于不溶性膳食纤维。
我国是粮油产量大国，糯米糠的年产量更是位居世界之首。但相比于其他发达国家，我国对糯米糠资源的开发利用还处于初级水平，能够被利用的糯米糠资源低于20％，引起极大的资源浪费。其中，具有生物活性的糯米糠蛋白及膳食纤维的提取也因产量低、纯度差等问题未能投入大规模工业生产。
而现有技术中，糯米糠蛋白和膳食纤维提取的生产工艺研究较少，虽然针对与其相近的米糠研究较多，但由于糯米糠与米糠比较，糯米糠的水分和脂肪含量与米糠相近，其蛋白质、总膳食纤维含量比米糠含量低，灰分、粗纤维、可溶性多糖含量比米糠的含量高，因此，糯米糠蛋白和膳食纤维提取的工艺与米糠的提取工艺是存在区别的。其次，涉及米糠膳食纤维与米糠蛋白单独制备生产技术有许多种，但均只涉及米糠膳食纤维或米糠蛋白的单独制备工艺，单独制备工艺会存在原料利用率低的问题，由于糯米糠蛋白的存在会影响糯米糠膳食纤维的制备，制备膳食纤维的前提就是先去除糯米糠蛋白，因此造成膳食纤维与蛋白联产生产的技术屏障。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
一种糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法，包括如下步骤：
第一步，将糯米糠通过碱提酸沉法获取可溶性蛋白沉淀、酸沉后的上清液和糯米糠残渣；
第二步，对所述第一步的糯米糠残渣提取多肽；
第三步，对所述第一步的酸沉后的上清液和所述第二步中提取多肽后的上清液和残渣提取膳食纤维；
第四步，对所述第三步中提取的所述膳食纤维进行醇析处理，得到可溶性膳食纤维。
优选地，所述第一步中碱提酸沉法获取可溶性蛋白沉淀和酸沉后的上清液的具体步骤如下：
步骤一，将糯米糠加水提取，调节pH，离心获得上清液和糯米糠残渣；
步骤二，对所述步骤一中的上清液进行调节pH后静置酸沉、离心，获得酸沉后的上清液和固体物质；
步骤三，对所述步骤二中的固体物质进行水洗中和、冷冻干燥，获得可溶性蛋白沉淀。
由上述任一方案优选的是，所述步骤一中碱提的pH为9.5，提取温度为50℃，米糠和水的料液比为1:10(g/mL)，提取时间为2h。
由上述任一方案优选的是，所述第二步中对糯米糠残渣提取多肽的具体步骤如下：
S1，对糯米糠残渣进行复合酶解，灭酶后离心获得上清液；
S2，对所述步骤一中的上清液进行调节pH后静置酸沉、离心，获得多肽酸沉离心后上清液、固体物和残渣；
S3，对所述步骤二中获得的固体物进行水洗中和、冷冻干燥，获得蛋白肽粉。
由上述任一方案优选的是，所述步骤S1中酶解反应的温度为55℃，pH值为6.0。
由上述任一方案优选的是，所述步骤S1中酶解选用复合蛋白酶。
由上述任一方案优选的是，该复合蛋白酶由纤维素酶和木瓜蛋白酶组成，所述纤维素酶和所述木瓜蛋白酶的比例为7:3。
由上述任一方案优选的是，所述第三步中对水提液提取膳食纤维的具体步骤如下：
步骤1，将所述第一步中获得的酸沉后的上清液与所述S2中所述多肽酸沉离心后上清液混合得到混合液，向所述混合液中加入所述S2中复合酶解后的米糠残渣沉淀混合得到混合物，对混合物进行水浴浸提得到水提液；
步骤2，对所述步骤1中得到的水提液进行超声波辅酶酶解，灭酶，过滤得到液体；
步骤3，对所述步骤2中的液体进行真空浓缩、醇析、真空抽滤，获得固体；
步骤4，对所述步骤3中获得的固体进行清洗、烘干，获得可溶性膳食纤维成品。
由上述任一方案优选的是，所述步骤1中获取水提液的温度为80℃，时间为2h，所述残渣与所述混合液的料液比为1:15(g/ml)。
由上述任一方案优选的是，所述步骤2的超声波辅酶酶解的超声温度为50℃，超声功率为50W，纤维素酶添加量为9000U/g，pH为4.5，超声时间为35min。
本发明的有益效果为：
本发明以糯米加工的副产物糯米糠为原材料，分别提取其中的蛋白质和可溶性膳食纤维(SDF)，对相应的工艺参数进行优化，提高了糯米糠的蛋白质、SDF的产率。
通过本发明的提取方法，提取的米糠蛋白占总蛋白量的97.9％，提取的可溶性膳食纤维占总膳食纤维素的34.89％，超声辅酶工艺下得到的可溶性膳食纤维(SDF)相关理化性能明显好于单独水提工艺。
附图说明
图1是提取方法流程图；
图2是浸提pH值对蛋白提取率的影响；
图3是浸提时间对蛋白提取率的影响；
图4是浸提温度对蛋白提取率的影响；
图5是料液比对蛋白提取率的影响；
图6是加酶量对多肽提取率及DPPH自由基清除率的影响；
图7是酶解时间对多肽提取率及DPPH自由基清除率的影响；
图8是酶解温度对多肽提取率及DPPH自由基清除率的影响；
图9是酶解pH值对多肽提取率及DPPH自由基清除率的影响；
图10是米糠蛋白(肽)粉在不同温度条件下的持水性；
图11是米糠蛋白(肽)粉在不同pH下的溶解性；
图12是米糠蛋白(肽)粉在不同pH下的乳化性及乳化稳定性；
图13是米糠蛋白(肽)粉在不同pH下的起泡性及起泡稳定性；
图14是不同蛋白(肽)粉浓度对DPPH自由基的清除效果；
图15是pH对SDF得率及纯度的影响；
图16是水提温度对SDF得率及纯度的影响；
图17是水提时间对SDF得率及纯度的影响；
图18是料液比对SDF得率及纯度的影响；
图19是加酶量对SDF得率的影响；
图20是超声时间对SDF得率的影响；
图21是SDF在不同温度下的溶解度；
图22是SDF红外光谱图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
一、联产提取工艺的研究
1、联产提取工艺流程
Figure BDA0003316843850000051
2、联产工艺中关于米糠蛋白及多肽的提取工艺研究
2.1材料与设备
2.1.1试验材料及试剂
糯米糠、纤维素酶(50000U/g)、木瓜蛋白酶(1500000U/g)、氢氧化钠(分析级)、盐酸(分析级)、磷酸(分析级)。
2.1.2主要仪器设备
TG16G高速离心机、HH-501超级恒温水浴锅、紫外分光光度计、pHS-3C-02pH计、85-2恒温磁力搅拌器、真空冷冻干燥机、电子天平、先行者精密电子称、高速均质机、组织搅拌机。
2.2试验方法
2.2.1碱溶酸沉法提取米糠蛋白工艺的优化
以糯米糠为原材料，依次探究pH值8、8.5、9.0、9.5、10；提取时间1.5、2、2.5、3、3.5h；提取温度35、40、45、50、55℃；料液比1:5、1:8、1:10、1:15、1:20对蛋白质提取率的影响。
(1)糯米糠蛋白在不同浸提pH值下的提取率
由图1可知，浸提液的pH值对糯米糠蛋白提取率影响显著，pH在8.0-8.5之间，蛋白提取率迅速升高，pH>8.5之后提取率上升趋势变缓，pH9.5时蛋白质提取率达到60.23％，pH>9.5之后蛋白提取率略有下降。原因是米糠蛋白中水溶性蛋白高达70％，不溶性的谷蛋白也可溶于稀碱溶液，且碱性环境让蛋白质与水分子之间作用增强，蛋白质溶解度随之升高，蛋白提取率增加；但过碱的环境会使蛋白质发生不可逆变性，产生赖-丙氨酸等有毒物质。因此，选择碱提pH 9.5最为合适。
(2)糯米糠蛋白在不同浸提时间下的提取率
由图2可知，随着浸提时间的增加，蛋白提取率不断上升，1.5-2.5h之间增量较缓，2.5-3h之间增长迅速，3h时提取率达到62.68％。之后，随着时间的增长，蛋白质提取速率趋于平缓。这是由于提取时间较短的情况下，蛋白质与其他组分未能完全分离，随着提取时间的增加，蛋白质不断溶出，并最终达到稳态。此外，提取时间过长也会破坏蛋白，所以综合经济性的考虑，选择浸提时间3.0h。
(3)糯米糠蛋白在不同浸提温度下的提取率
由图3可知，随着浸提温度的增加，蛋白提取率不断上升，35-40℃之间增量较缓，40-50℃之间增长迅速，50℃时提取率达到峰值67.71％，之后随着温度升高，提取率呈下降趋势。这是由于温度较低时，分子运动缓慢，溶质扩散速度较慢，随着温度的不断上升，分子运动加快，扩散速率提升，与此同时束缚蛋白质的纤维素也被分解，释放出大量蛋白质，使得提取率上升。但温度过高，会促使淀粉糊化和蛋白质空间结构的改变，蛋白聚集形成大分子物质，阻碍溶出，使得提取率降低。因此，选择浸提时间为50℃。
(4)糯米糠蛋白在不同料液比下的提取率
由图4可知，料液比对蛋白提取率的影响图形近似倒V型。随着料液比的提升，蛋白质提取率不断升高，在1:10时蛋白提取率达到最大值68.55％，当料液比继续增加后，蛋白质提取率不断下降。这是因为料液比过低时，溶液的黏度较高，不利于蛋白质的溶出；料液比过高又使得酸沉阶段部分蛋白无法完全降解，且从经济性的角度，高料液比不符合环保工艺生产的要求，综上所述，选择浸提的料液比为1:10(g/mL)。
(5)小结
在最优工艺碱提工艺：pH9.5，50℃，料液比1:10(g/mL)提取2h，最终蛋白提取率达到68.55％，剩余固体残渣占比为65％，其中蛋白质含量为11.8％。
2.2.2复合酶法提取残渣蛋白工艺的优化
以碱提得到的糯米糠残渣为原料，依次探究加酶量2、3、4、5、6、7％；酶解时间1.5、2.5、3.5、4.5、5.5h；酶解温度40、45、50、55、60℃；pH值5、5.5、6、6.5、7.5对蛋白质提取率以及DPPH·自由基清除率的影响。
(1)加酶量对残渣蛋白及DPPH·清除率的影响
由图5可知，随着复合蛋白酶添加量的增加，米糠蛋白提取率也不断增加，在加酶量为5％时达到55.89％，大于5％之后，蛋白提取率又明显下降。这是由于在正常、不含抑制剂的体系中，酶促反应速率与酶浓度呈正比，但随着酶添加量的进一步增加，提取的蛋白质分子与酶形成了复合体系，产生了竞争性抑制，使酶的活力受到了抑制，酶解效果反而下降。DPPH自由基清除率的趋势变化与蛋白提取率相似，蛋白含量越高，DPPH自由基的清除作用越高。
(2)酶解时间对残渣蛋白提取率及DPPH·清除率的影响
由图6可知，随着酶解时间的增加，米糠蛋白的提取率不断增加，DPPH自由基清除率在1.5-4.5h之间不断增加，但到达5.5h时，清除率呈降低趋势。前期酶解时间过短，底物与酶反应不充分，随着酶解时间的增加，底物与酶充分反应，蛋白质含量趋于稳定，但酶解时间过长，蛋白质活性基团可能会进一步被水解，从而降低与DPPH自由基的结合能力，使抗氧化性降低。故综合考虑，选择酶解时间为4.5h。
(3)酶解温度对残渣蛋白提取率及DPPH·清除率的影响
由图7可知，随着温度的升高，米糠蛋白的提取率不断增加，DPPH自由基清除率与其趋势相仿。温度控制在40-55℃之间，米糠蛋白提取率和DPPH自由基清除率明显增加，在55℃时达到分别达到最大值65.23％和38.81％，之后随着温度升高，蛋白提取率及DPPH自由基清除率明显下降，这是由于高温使得复合蛋白酶失活，蛋白含量降低，清除效率也明显下降。故选择酶解温度为55℃。
(4)酶解pH值对残渣蛋白提取率及DPPH·清除率的影响
由图8可知，酶解pH值对蛋白提取率及DPPH自由基清除率影响显著，pH在5.0-6.0之间时蛋白提取率及DPPH自由基清除率明显上升，6.0时分别达到最大值68.48％和39.98％。大于6.0后，逐渐下降，由此可以断定纤维素酶与木瓜蛋白酶复配的复合酶最适酶解的pH值为6.0。
2.2.3功能性测定
(1)米糠蛋白在不同温度条件下的持水性
由图9可知，不同温度下，糯米糠蛋白的持水性呈现波动趋势。在20-70℃之间，持水性呈现先上升后下降的趋势，在30℃时持水性最高为3.34g/g，60℃时持水性急剧下降。在80℃时，持水性又略微回升，但仍明显低于50℃时的性能。
(2)米糠蛋白在不同pH值条件下的溶解性
由图10可知，pH对糯米糠蛋白的溶解性有直接的影响，整体趋势呈现先下降后上升的趋势。在强酸和强碱的环境下溶解度较高，且相比较强酸环境，强碱环境更利于糯米糠蛋白的溶解，其溶解度约为70％，pH4-6之间的溶解度整体较低，pH为5.0时溶解度最低为1.29％。这是因为米糠中的两种可溶性蛋白清蛋白、球蛋白等电点在这个范围内，水化作用最弱，分子之间相互碰撞沉淀，溶解度下降；在强酸和强碱的环境下米糠蛋白中的二硫键断裂结构改变，与植酸、纤维素结合的蛋白被分解，同时破坏了蛋白分子的次级键，尤其是氢键，并且某些极性基团发生解离，使蛋白质分子表面的分子带有相同电荷，促进了蛋白质与结合物的分离，从而增加了米糠蛋白的溶解性。
(3)米糠蛋白在不同pH值条件下的乳化性及乳化稳定性
由图11可知，随着pH的变化，米糠蛋白乳化性及乳化稳定性呈现先下降后上升的趋势。蛋白质分子中具有亲水基团和亲油基团，具有使油相与水相充分接触混匀形成乳浊液的能力，乳化稳定性则是让油水乳浊液保持稳定的能力。糯米糠蛋白在强碱和强酸性环境下乳化性和乳化稳定性较好，在等电点附近最小，且碱性条件下更佳，这是因为氢氧根离子的作用，使羧基数量增多，增加了分子间的静电斥力，加厚了离散双电层，使溶液界面膜增厚，同时有利于胶束的形成，乳化性得以增加。
(4)米糠蛋白在不同pH值下的起泡性及起泡稳定性
由图12可知，pH对米糠蛋白起泡性和起泡稳定性有明显影响，其变化趋势与pH对溶解度和乳化相关性能的变化趋势一致。根据相关研究表明，溶解性的好坏对蛋白质的起泡性和泡沫稳定性关联很大。随着pH值的增大，米糠蛋白的表面负电荷增多，提高了蛋白质分子的亲水性，同时，蛋白质分子之间的排斥作用也有利于米糠蛋白分子内部的疏水基团暴露出来，增加了蛋白质的表面疏水性，进而提高了蛋白质的起泡性，同时这也说明起泡性与蛋白质的溶解性存在着一定的联系。
2.4抗氧化性能比较
由图13可知，碱提后和复合酶酶解后得到的蛋白质都对DPPH自由基有一定的清除效果，且随着蛋白浓度的增加，清除DPPH自由基能力不断增强，浓度较低时，清除率增加的比较缓慢，浓度升高，清除率明显上升。IC50通常用来表示抗氧化性能的高低，由图可知，当自由基清除率达到50％时，碱提和复合酶解两种工艺对应的蛋白浓度分别为0.87和0.68mg/mL，由此可以说明采用酶解得到的蛋白质抗氧化性能明显增加，这是因为用复合酶解可能是因为大分子蛋白结构被分解成小分子多肽更利于与自由基结合从而抗氧化性增强，因而有可能抑制自由基对人体的伤害。
综上，对糯米糠蛋白提取工艺进行单因素实验优化，同时对产品相关理化性质及抗氧化特性进行测定，结果如下：以蛋白质提取率为指标，对碱溶酸沉法提取工艺进行优化，在50℃，pH9.5,料液比1:10(g/mL)的条件下提取2h，蛋白提取率可达68.55％；碱提后的混合液进行固液分离得到干基含量为65％、蛋白含量为11.8％的米糠残渣，以蛋白提取率和DPPH自由基清除率为指标，继续对其进行复合酶酶解工艺优化，最终在55℃，pH6.0，添加5％的纤维素酶和木瓜蛋白酶(7：3)的条件下提取4.5h，蛋白提取率和抗氧化性能可达68.48％和39.98％，通过计算可得，最终糯米糠蛋白提取率可达97.7％。
3、联产工艺中米糠可溶性膳食纤维的提取工艺研究
3.1材料与设备
3.1.1试验材料及试剂
糯米糠、纤维素酶(50000U/g)、苯酚(分析级)、浓硫酸(分析级)、盐酸(分析级)、氢氧化钠。
3.1.2主要仪器设备
HH-501超级恒温水浴锅、pHS-3C-02pH计、85-2恒温磁力搅拌器、HC电子天平、先行者精密电子称、电子控温烘箱、紫外分光光度计、RE-52AA旋转蒸发仪、SHZ-D循环水式多用真空泵、红外光谱仪、大功率超声清洗机、DF-101Z集热式恒温加热磁力搅拌器、亿利自动净水机、OHRUS涡旋振荡器。
3.2试验方法
3.2.1水浸提米糠可溶性膳食纤维工艺优化
以糯米糠为原材料，依次探究pH值5.0、6.0、7.0、8.0、9.0；提取温度40、50、60、70、80、90℃；提取时间30、60、120、180、240min；料液比1:5、1:8、1:10、1:15、1:20对可溶性膳食纤维得率以及纯度的影响。
(1)糯米糠在不同pH值下的SDF得率及纯度
由图14可知，可溶性膳食纤维的得率及纯度随着水提pH的增大，呈现先上升后下降的变化趋势，在酸性条件下得率较低，在碱性环境下得率较高，pH8.0时可溶性膳食纤维得率和纯度分别达到20.12％和10.78％，之后随着pH值的升高可溶性膳食纤维的得率和纯度又随之下降。这是由于在碱性条件下，纤维素链内的氢键和糖苷键部分断裂，使得纤维素的聚合度和机械强度下降，得率上升；碱性环境较强时水解比较充分，降解生产的单糖以及小分子寡糖的增加，乙醇不能将其完全沉淀，故得率下降。因此，选择水提pH为8.0最为合适。
(2)糯米糠在不同温度下的SDF得率及纯度的影响
由图15可知，随着温度的升高SDF得率呈现先上升后下降的趋势，SDF纯度呈现波动式上升趋势。在40-80℃之间，SDF得率上升趋势明显，在80℃时得率达到26.84％，之后得率下降，SDF纯度在40-60℃之间明显上升，60-90℃波动明显，但80℃时SDF纯度仍大于60℃时为18.63％。这是因为，随着温度的不断增加，分子热运动速率加快，得率上升；但温度过高，浸提水溶液的黏度增加，阻碍溶质的扩散，得率下降，同时也会使分解出的小分子多糖物质降解，纯度降低。因此，水提温度选择为80℃。
(3)糯米糠在不同时间下的SDF得率及纯度
由图16可知，水提时间对SDF得率及纯度也有明显的影响，随着时间的延长，SDF得率和时间都呈现先上升后下降的趋势，在30-120min时SDF得率和纯度不断上升，随着时间延长至120min之后，SDF得率和纯度反而下降，这可能是因为在碱性环境下浸提时间过长，造成SDF结构的破坏，在后续的工艺中不能完全沉降或无法沉降，致使提取率和纯度降低。故选择水提时间为120min。
(4)糯米糠在不同料液比下的SDF得率及纯度
由图17可知，随着料液比的增加，SDF得率和纯度都呈现先上升后下降的趋势。SDF得率在1:5-1:20之间时明显上升，之后轻微下降，料液比为1:20时达到最大值31.84％；SDF纯度在1:5-1:15之间呈陡坡式上升趋势，1:15之后不断下降，1:15时达到最大值27.88％。这是由于料液比较低时，整个体系黏度较大，不易于分子运动，致使得率较低；随着料液比的增加，得率不断上升，达到一定比例时整个体系呈现稳态，得率趋于稳定，但较高的料液比也会使其他的蛋白、淀粉成分溶出，致使纯度下降，也不利于后续的超声辅酶处理。所以综合考虑，选择料液比1:15进行水浸提。
3.3.2超声辅酶制备米糠可溶性膳食纤维工艺优化
以糯米糠为原材料，在进行水提和蛋白酶解工艺后，以纤维素酶水解辅助超声的方法进行膳食纤维提取，在pH4.8、超声温度50℃左右、超声功率50W的条件下依次探究纤维素酶量3000、5000、7000、9000、11000U/g；提取时间5、15、25、35、45℃对可溶性膳食纤维得率的影响。
(1)糯米糠在不同加酶量下的SDF得率
由图18可知，随着纤维素酶添加量的增加，SDF得率呈现上升趋势。加酶量在3000-9000U/g之间，SDF得率明显上升最高可达32.53％，随着酶添加量的继续增加，SDF得率反而下降。这是由于，较低的加酶量不能充分酶解底物，纤维素等物质溶出速率较慢致使得率较低，而较高的加酶量又会将对SDF的聚合度，增加提取难度使得得率下降[34]。故选择纤维素酶的添加量为9000U/g。
(2)糯米糠在不同超声时间下的SDF得率
由图19可知，随着超声时间的延长，SDF得率逐渐增加，超声处理时间达到35min时，SDF得率可达34.89％，超过35min之后，SDF得率反而下降。这是由于超声时间过短，植物细胞内部紧密结合的结构未能彻底疏松，不能加速酶解致使得率较低，而超声时间过长，超声清洗机产生的强烈振动作用会破坏SDF的结构，致使得率下降。故选择超声时间为35min。
3.3理化特性测定
最优水浸提工艺得到的可溶性膳食纤维记为B-SDF，经过最佳超声辅酶工艺提取的可溶性膳食纤维记为A-SDF。
3.3.1持水力、膨胀力
表1持水性、膨胀力的比较
Figure BDA0003316843850000111
从表1可以看出，采用超声辅酶后，膳食纤维的持水力和膨胀力都得到了一定程度的提高，持水力上升17.1％，膨胀力上升幅度为43.8％。这说明米糠经过超声辅酶后，纤维结构发生明显改变，分子链断裂，聚合度下降，大分子物质得以降解，制得的膳食纤维颗粒形态细小、结构疏松、表面积增加，亲水基团暴露，有较好的持水力与膨胀力。同时，膨胀力和持水力都表征着膳食纤维的水合性能，在应用方面：膳食纤维持水力的提高，可使其作为食品添加剂来防止食品脱水收缩，改善配方面食的质地和粘度；膨胀力的提高，可使其复水后体积膨大，增强食用后的饱腹感。
3.3.2色差分析
表2色差分析
Figure BDA0003316843850000121
从表2可以看出，经过超声辅酶提取后的膳食纤维L值更大，亮度明显增加，通过计算可得ΔE＝2.91；从肉眼来看，最佳水浸提工艺提取出来的膳食纤维呈现棕灰色，而超声辅酶后提取出的膳食纤维呈现米黄色，这可能是由于水提是在碱性环境下进行的，而超声辅酶根据纤维素的最适酶解pH调整在酸性范围进行处理，综上来看酸性环境提取出的膳食纤维颜色明显浅于碱性环境所提取出的，也更利于工业生产和适用使用。
3.3.3溶解度测定
由图20可知，水浸提和超声辅酶两种工艺提取出的糯米糠可溶性膳食纤维的溶解度随着温度的升高都呈现上升趋势，且用超声辅酶进一步处理后得到的可溶性膳食纤维的溶解度明显高于没有经过该工序处理的样品。由此，我们可以推断，纤维素酶将纤维素大分子降解，分子集团暴露，更有利于与水分子结合。且溶解度随着温度的升高而上升，且上升速度先快后慢。
3.3.4红外光谱分析
超声辅酶提取的可溶性膳食纤维红外光谱测定结果如图21所示，从图中可以看出，纤维素和半纤维素中包含多羟基基团，在3299cm-1左右出现宽吸收峰使O-H的伸缩振动所致。1651.91cm-1处出现糖醛类C＝O的伸缩振动峰，说明该组分含有糖醛酸。在1018.58cm-1和1077.96cm-1处的吸收峰是吡喃糖环的2种C-O伸缩振动引起的，其中一种C-O-H，另一种是半纤维素和纤维素C-O-C。该组分在898cm-1处有弱小尖峰，是β-吡喃环C-H的弯曲振动特征峰，可以推断该可溶性膳食纤维中含有β-型糖苷键。
综上，对超声辅酶和水浸提两种工艺下得到的SDF理化性质进行比较，最后通过红外光谱图对提取出的可溶性膳食纤维组分进行微观分析。现将结果阐述如下：
以SDF纯度和得率为指标对水浸提工艺进行优化，得到最佳工艺参数为：pH8.0、水提温度80℃、水提时间2h、料液比为1:15(g/mL)，此时SDF纯度和达到31.84％和21.88％，继续向水提液中添加3750U/g的碱性蛋白酶并在pH8.5、50℃酶解1h，之后以SDF得率为指标对超声辅酶工艺进行优化，确定最佳工艺参数为超声温度50℃、超声功率50W、纤维素酶添加量9000U/g、pH4.5、超声时间35min，最终得率为34.58％，比单纯只进行水浸提提高了约10％。同时，经超声辅酶工艺处理得到的SDF相关水合性能及溶解度都有一定程度的提升，色度也更适合于工业生产，红外图谱显示其组分中含有明显多糖物质。
二、一种糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法
一种糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法，包括如下步骤：
第一步，将糯米糠通过碱提酸沉法获取可溶性蛋白沉淀、水提液和糯米糠残渣；具体步骤如下：步骤一，将糯米糠加水提取，调节pH，离心获得上清液和糯米糠残渣，其中，碱提的pH为9.5，提取温度为50℃，料液比1:10(g/mL)，提取时间为2h；步骤二，对所述步骤一中的上清液进行调节pH后静置酸沉、离心，获得固体物质；步骤三，对所述步骤二中的固体物质进行水洗中和、冷冻干燥，获得可溶性蛋白沉淀。
第二步，对所述第一步的糯米糠残渣提取多肽；具体步骤如下：S1，对糯米糠残渣进行复合酶解，灭酶后离心获得上清液，其中，酶解反应的温度为55℃，pH值为6.0，酶解选用复合蛋白酶，该复合蛋白酶由纤维素酶和木瓜蛋白酶组成，所述纤维素酶和所述木瓜蛋白酶的比例为7:3；S2，对所述步骤一中的上清液进行调节pH后静置酸沉、离心，获得固体物；S3，对所述步骤二中获得的固体物进行水洗中和、冷冻干燥，获得蛋白肽粉。
第三步，对所述第一步的水提液和所述第二步的糯米糠残渣提取膳食纤维；具体步骤如下：步骤1，将所述第一步中获得的糯米糠残渣水浴浸提，获得的水提液与所述第一步中获得的水提液混合，然后调节两个水提液混合后液体的pH，进行蛋白酶酶解，灭酶，其中，获取水提液的温度为80℃，时间为2h，料液比为1:15(g/ml)；步骤2，进行超声波辅酶酶解，灭酶，过滤得到液体，其中，所述步骤2的超声波辅酶酶解的超声温度为50℃，超声功率为50W，纤维素酶添加量为9000U/g，pH为4.5，超声时间为35min；步骤3，对所述步骤2中的液体进行真空浓缩、醇析、真空抽滤，获得固体；步骤4，对所述步骤3中获得的固体进行清洗、烘干，获得可溶性膳食纤维成品。
第四步，对所述第三步中提取的所述膳食纤维进行醇析处理，得到可溶性膳食纤维。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，将糯米糠通过碱提酸沉法获取可溶性蛋白沉淀、酸沉后的上清液和糯米糠残渣；
第二步，对所述第一步的糯米糠残渣提取多肽；
第三步，对所述第一步的酸沉后的上清液和所述第二步中提取多肽后的上清液和残渣提取膳食纤维；
第四步，对所述第三步中提取的所述膳食纤维进行醇析处理，得到可溶性膳食纤维。
2.根据权利要求1所述的糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法，其特征在于：所述第一步中碱提酸沉法获取可溶性蛋白沉淀和酸沉后的上清液的具体步骤如下：
步骤一，将糯米糠加水提取，调节pH，离心获得上清液和糯米糠残渣；
步骤二，对所述步骤一中的上清液进行调节pH后静置酸沉、离心，获得酸沉后的上清液和固体物质；
步骤三，对所述步骤二中的固体物质进行水洗中和、冷冻干燥，获得可溶性蛋白沉淀。
3.根据权利要求2所述的糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法，其特征在于：所述步骤一中碱提的pH为9.5，提取温度为50℃，米糠和水的料液比为1:10(g/mL)，提取时间为2h。
4.根据权利要求1所述的糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法，其特征在于：所述第二步中对糯米糠残渣提取多肽的具体步骤如下：
S1，对糯米糠残渣进行复合酶解，灭酶后离心获得上清液；
S2，对所述步骤一中的上清液进行调节pH后静置酸沉、离心，获得多肽酸沉离心后上清液、固体物和复合酶解后的米糠残渣沉淀；
S3，对所述步骤二中获得的固体物进行水洗中和、冷冻干燥，获得蛋白肽粉。
5.根据权利要求4所述的糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法，其特征在于：所述步骤S1中酶解反应的温度为55℃，pH值为6.0。
6.根据权利要求5所述的糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法，其特征在于：所述步骤S1中酶解选用复合蛋白酶。
7.根据权利要求6所述的糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法，其特征在于：该复合蛋白酶由纤维素酶和木瓜蛋白酶组成，所述纤维素酶和所述木瓜蛋白酶的比例为7:3。
8.根据权利要求1所述的糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法，其特征在于：所述第三步中对水提液提取膳食纤维的具体步骤如下：
步骤1，将所述第一步中获得的酸沉后的上清液与所述S2中所述多肽酸沉离心后上清液混合得到混合液，向所述混合液中加入所述S2中复合酶解后的米糠残渣沉淀混合得到混合物，对混合物进行水浴浸提得到水提液；
步骤2，对所述步骤1中得到的水提液进行超声波辅酶酶解，灭酶，过滤得到液体；
步骤3，对所述步骤2中的液体进行真空浓缩、醇析、真空抽滤，获得固体；
步骤4，对所述步骤3中获得的固体进行清洗、烘干，获得可溶性膳食纤维成品。
9.根据权利要求8所述的糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法，其特征在于：所述步骤1中获取水浴浸提的温度为80℃，时间为2h，所述残渣与所述混合液加水的料液比为1:15(g/ml)。
10.根据权利要求9所述的糯米糠蛋白、多肽及可溶性膳食纤维的联产提取方法，其特征在于：所述步骤2的超声波辅酶酶解的超声温度为50℃，超声功率为50W，纤维素酶添加量为9000U/g，pH为4.5，超声时间为35min。
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