CN114032274A - 一种内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，该方法首先对芝麻进行浸泡和脱皮，低温烘干后进行冷榨得到冷榨芝麻油和脱皮芝麻粕；对脱皮芝麻粕进行加水磨浆，得到芝麻浆，调节芝麻浆的pH值至4～5，激活内源性蛋白酶，在30～70℃下水解得到芝麻浆水解物，然后离心除去水解物中的不溶物，得到含有小肽和游离氨基酸的液相，将液相进一步加工成芝麻肽产品。本发明不使用任何有机溶剂和商业酶制剂，加工工艺简单易行、成本低；由于芝麻皮的脱除，出油率明显提高，可制取附加值高的芝麻肽产品。

Description

一种内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法
技术领域
本发明属于油料的油脂和蛋白加工技术领域，具体地说涉及一种内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法。
背景技术
芝麻作为我国四大油料之一，营养功能价值高。芝麻中的主要成分是油脂，含量在50％左右，还含有20％左右的蛋白质。与其它大多数植物蛋白相比，芝麻蛋白的特点在于富含含硫氨基酸和色氨酸，作为饮食，可补充其它植物蛋白的不足。
除了脱皮芝麻和芝麻酱产品，我国芝麻(包括国产和进口)主要用于制油。不过由于加工技术的限制，富含蛋白的副产物——芝麻饼粕的低值化严重。传统的芝麻油制取工艺多采用高温炒籽之后的水代法和压榨法(主要是热榨)。带皮且高温加工会使得芝麻饼粕色泽深，而且蛋白质有效氨基酸破坏显著，一般只用作饲料或肥料，严重影响了芝麻饼粕的利用价值。近年来，有企业采用冷榨工艺制取芝麻油，并同时获得蛋白变性程度较低的芝麻粕，但通常是带皮冷榨，这也不利于芝麻蛋白的提取及后续的加工利用。
水酶法技术加工条件温和，可实现油脂和蛋白质的综合利用，因此，越来越受到研究者和产业的研究和关注。对于现有的芝麻水酶法加工技术，首先是将芝麻(不脱皮)磨碎，加水制取分散液，加入酶制剂(主要为蛋白酶)进行水解，离心分离得到油脂乳状物(或游离油+油脂乳状物)、含有蛋白水解物的液相和沉淀，也有一些水酶法技术是以脱皮芝麻为原料获取。通过文献查阅，目前对于芝麻油脂和蛋白提取和分离的最佳水酶法加工条件为：使用Neutrase和Pectinex Ultra SPL(包含果胶酶、半纤维素酶和纤维素酶)在它们各自最佳的水解条件进行水解，通过离心分离得到游离油和芝麻蛋白水解物，油脂得率在90％左右(以芝麻中的总油脂计)，蛋白得率在50％左右(以芝麻中的总蛋白计)。
然而，上述技术为了提高芝麻油脂和蛋白的提取率，在使用蛋白酶的基础上，还需使用含有纤维素酶和果胶酶等的酶制剂，这将提高加工成本，并需要多次的调碱和调酸，增加了酸碱用量，从而限制了水酶法技术在芝麻加工中的运用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，以解决已有水酶法提取芝麻油脂和蛋白时需要添加酶制剂及需要反复调碱调酸所导致的加工成本高、工艺繁琐的问题。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
本发明涉及一种内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，首先对芝麻进行浸泡和脱皮，低温烘干后进行冷榨得到冷榨芝麻油和脱皮芝麻粕；对脱皮芝麻粕进行加水磨浆，得到芝麻浆，调节芝麻浆的pH值至4～5，激活内源性蛋白酶，在30～70℃下水解得到芝麻浆水解物，然后离心除去水解物中的不溶物，得到含有小肽和游离氨基酸的液相，将液相进一步加工成芝麻肽产品。
优选地，其具体包括以下步骤：
(1)芝麻脱皮：芝麻在20～50℃下浸泡30min～4h后进行脱皮，清洗后置于40～80℃条件下烘干0.5～6h；
(2)冷榨：将步骤(1)所得烘干的脱皮芝麻进行液压冷榨，得到冷榨芝麻油和脱皮芝麻粕；
(3)芝麻浆制备：在步骤(2)所得的脱皮芝麻粕中加水，磨浆，得到芝麻浆；
(4)内源性蛋白酶水解：将步骤(3)所得芝麻浆的pH值调至4～5，激活内源性蛋白酶，在30～70℃下酶解2～12h得到芝麻浆水解物；
(5)离心分离：对步骤(4)所得芝麻浆水解物进行离心，得到液相和沉淀，所述的液相中含有小肽和游离氨基酸；
(6)基于液相加工形成芝麻肽产品。
优选地，所述步骤(1)中，烘干后脱皮芝麻的水分含量低于5％。
优选地，所述步骤(2)中，冷榨参数为：入料温度20～60℃，榨膛温度20～60℃，压榨压力5～15t，压榨时间10～30min，压榨次数1～3次。
优选地，所述步骤(3)中，脱皮芝麻粕与水的体积比为1：5～15。
优选地，所述步骤(4)中，调节pH的试剂为盐酸、维生素C、苹果酸、柠檬酸、柠檬汁、磷酸、乳酸中的一种或两种以上的任意组合；所述的酶解的过程中，孵育温度为40～60℃，孵育时间为4～8h。
优选地，所述步骤(5)中，离心转速为2000～10000rpm，时间为1～20min；离心选用的设备为卧式螺旋离心机、碟式离心机或管式离心机。
优选地，所述步骤(6)中制备的芝麻肽产品为芝麻肽饮品，芝麻肽饮品的制备方式为：对所得液相加入配料进行调配，杀菌或灭菌得芝麻肽饮品；
所述的对所得液相进行调配时，所用的配料包括苹果汁、果葡糖浆、蔗糖、麦芽糖浆、低聚果糖、三氯蔗糖、赤藓糖醇、木糖醇、麦芽糖醇和甘露糖醇中的一种或两种以上的任意组合；
所述的杀菌为巴氏杀菌，温度70～100℃，时间15min～2h；
所述的灭菌为UHT灭菌，温度135～140℃，时间3～8s。
优选地，所述步骤(6)中制备的芝麻肽产品为芝麻肽粉产品，芝麻肽粉产品的制备方式为：对液相进行膜浓缩，喷雾干燥得芝麻肽粉产品；所述的喷雾干燥的参数为：进风温度为150～170℃，出风温度为70～80℃。
优选地，在所述步骤(5)中离心分离前，将芝麻浆水解物的pH值调节至7.0，或者在所述步骤(6)加工形成芝麻肽产品前，将液相的pH值调节至7.0；
调节pH时所用的pH调节剂包括小苏打、苏打、氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸三钠中的一种或两种以上的任意组合。
本发明提供了一种内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法。芝麻皮(占芝麻籽粒的15％左右)不但蛋白含量低(8％左右)，还含有大量的草酸钙和粗纤维，它们会影响压榨的出油率和芝麻油品质，尤其是会影响后续内源性蛋白酶对芝麻蛋白的水解和所得芝麻肽产品品质(如口感、得率和水解程度等)，因此，本发明首先对芝麻进行脱皮处理，接着对脱皮芝麻进行冷榨制取芝麻油，对得到的芝麻粕加水磨浆制取芝麻浆，通过人为调酸激活芝麻内源性蛋白酶，水解芝麻蛋白生成肽和游离氨基酸。通过对芝麻浆水解物离心处理，可去除水解物中的不溶性成分(形成沉淀)，所得澄清透明的液相富含小肽和游离氨基酸。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
1.本发明涉及的内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法是对脱皮芝麻粕进行加水磨浆，得到芝麻浆，调节芝麻浆的pH值至4～5，激活内源性蛋白酶，在30～70℃下水解得到芝麻浆水解物，然后离心除去水解物中的不溶物，得到含有小肽和游离氨基酸的液相，整个过程不使用任何有机溶剂和商业酶制剂，是一种绿色环保、成本低的油脂和蛋白加工技术，实现了芝麻油脂和蛋白质的高值、高效利用，对于环保、大健康和芝麻产业发展具有极其重要的现实意义。
2.本发明涉及的内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法在冷榨获取芝麻油之前，对芝麻进行浸泡和脱皮处理，如此，通过冷榨可明显提高出油率。
附图说明
图1是本发明实施例1中所得芝麻蛋白水解物的分子量分布图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明作进一步说明，但发明的保护范围并不限于此。本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本发明实质精神的简单变化或者替换均应属于本发明所要求的保护范围。
实施例1
一种内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，具体包括下述步骤：
(1)20g芝麻在室温浸泡2h后脱皮，得到脱皮芝麻，在50℃下烘干4h；
(2)将上述烘干的脱皮芝麻冷榨，压榨参数为：压力10t，时间30min，压榨一次，得到冷榨芝麻油和脱皮芝麻粕，出油率为43％(以脱皮芝麻对应的原始芝麻计)；所得芝麻粕松散、无板结；由于本发明所使用芝麻的油脂含量在50％左右，即此条件下的油脂得率为86％；
(3)在上述芝麻粕中加去离子水使总重为200g，磨浆3min，过滤得到芝麻浆；
(4)利用20％苹果酸溶液将上述芝麻浆的pH值调为4.5，以激活内源性蛋白酶，并在50℃的温度下孵育6h，酶解得到芝麻浆水解物；
(5)将上述芝麻浆水解物进行离心(4000rpm，5min)，得到液相和沉淀；通过测定和计算可得，液相(澄清透明)的蛋白质含量为1.44％，占脱皮芝麻蛋白的69％，TCA-NSI为81％(说明液相中81％的蛋白是小肽和游离氨基酸)；对于上述液相，通过SEC-HPLC分析了其分子量分布，如图1所示，可发现该水解物主要含有小于1450Da的小肽和游离氨基酸；
(6)在液相中加入苹果汁(液相/苹果汁＝9/1，w/w)，离心除杂，巴氏杀菌(80℃、30min)，即得酸性芝麻肽饮品。
实施例2
一种内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，包括下述步骤：
(1)30g芝麻在室温浸泡4h后脱皮，得到脱皮芝麻，在60℃下烘干2h；
(2)对上述烘干的脱皮芝麻进行冷榨，冷榨参数为：压力10t，时间20min，压榨两次，出油率为45％(油脂得率90％)；所得芝麻粕松散、无板结；
(3)在上述芝麻粕中加去离子水使总重为200g，磨浆2min，过滤得到芝麻浆1和渣1；在渣1中加入100g去离子水，磨浆2min，过滤得到芝麻浆2和渣2；将芝麻浆1和2混合，得到芝麻浆；
(4)利用50％柠檬酸将上述芝麻浆的pH值调至4.5，以激活内源性蛋白酶，并在50℃下孵育6h，酶解得到芝麻浆水解物；
(5)将上述芝麻浆水解物进行离心(3000rpm，10min)，得到液相和重相；通过测定和计算可得，液相(澄清透明)的蛋白质含量为1.53％，占脱皮芝麻蛋白的71％，TCA-NSI为80％；
(6)在液相中加入2％蔗糖和1％赤藓糖醇，离心除杂，巴氏杀菌(70℃、50min)，即得酸性芝麻肽饮品。
实施例3
一种内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，包括下述步骤：
(1)2kg芝麻在室温浸泡2h后脱皮，得到脱皮芝麻，在70℃下烘干1h；
(2)对上述烘干的脱皮芝麻进行冷榨，冷榨参数为：压力15t，时间40min，压榨三次，出油率为47％(油脂得率94％)；所得芝麻粕松散、无板结；
(3)在上述芝麻粕中加水进行磨浆，用水量为10kg，过滤得到芝麻浆；
(4)利用6mol/L盐酸将上述芝麻浆pH调为4.5，以激活内源性蛋白酶，在50℃下酶解12h得到芝麻浆水解物；
(5)利用4mol/LNaOH将上述芝麻浆水解物pH调至7.0，利用管式离心机去除重相，得到澄清透明的液相；
(6)对于上述液相，利用纳滤膜(截留分子量100Da)进行浓缩并除盐，浓缩至固形物含量为15％，喷雾干燥(进风温度170℃、出风温度80℃)，即得芝麻肽粉产品。
实施例4
一种内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，包括下述步骤：
(1)60g芝麻在室温浸泡4h后脱皮，得到脱皮芝麻，在40℃下烘干6h；
(2)对上述烘干的脱皮芝麻进行冷榨，冷榨参数为：压力15t，时间10min，压榨两次，出油率为44％(油脂得率88％)；所得芝麻粕松散、无板结；
(3)在上述芝麻粕中加去离子水使总重为300g，磨浆2min，过滤得到芝麻浆1和渣1；在渣1中加入150g去离子水，磨浆1min，过滤得到芝麻浆2和渣2；在渣2中加入150g去离子水，磨浆1min，过滤得到芝麻浆3和渣3；将芝麻浆1～3混合，得到芝麻浆；
(4)利用50％柠檬酸溶液将上述芝麻浆pH调至5.0，以激活内源性蛋白酶，在60℃下孵育6h，酶解得到芝麻浆水解物；
(5)将芝麻浆水解物进行离心(8000rpm，1min)，得到液相和重相；通过测定和计算可得，液相(澄清透明)的蛋白质含量为1.23％，占脱皮芝麻蛋白的65％，TCA-NSI为76％；
(6)在液相中加入0.01％三氯蔗糖和3％果葡糖浆，包装，巴氏杀菌(90℃、20min)，即得酸性芝麻肽饮品。
实施例5
一种内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，包括下述步骤：
(1)60g芝麻在室温浸泡4h后脱皮，得到脱皮芝麻，在80℃下烘干30min；
(2)对上述烘干的脱皮芝麻进行冷榨，冷榨参数为：压力15t，时间30min，压榨一次，出油率为44％(油脂得率88％)；所得芝麻粕松散、无板结；
(3)在芝麻粕中加去离子水使总重为600g，磨浆3min，不过滤得到含渣的芝麻浆；
(4)将上述含渣的芝麻浆利用2mol/L盐酸将pH调至4.5，以激活内源性蛋白酶，在50℃下孵育7h，酶解得到芝麻浆水解物；
(5)将上述水解物进行离心(3000rpm，15min)，得到液相和重相；通过测定和计算可得，液相(澄清透明)的蛋白质含量为1.42％，占脱皮芝麻蛋白的68％，TCA-NSI为79％；
(6)利用2mol/L苏打溶液将上述液相的pH调节至7.0，加入3％蔗糖和1％低聚果糖并混匀，离心除杂，UHT灭菌(135℃、5s)，即得中性芝麻肽饮品。
对比例1
本对比例涉及内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，包括下述步骤：
(1)30g芝麻在室温浸泡4h后脱皮，得到脱皮芝麻，在80℃下烘干4h；
(2)对上述烘干的脱皮芝麻进行冷榨，冷榨参数为：压力10t，时间20min，压榨两次；出油率为46％(油脂得率92％)；所得芝麻粕松散、无板结；
(3)在上述芝麻粕中加去离子水使总重为200g，磨浆2min，过滤得到芝麻浆1和渣1；在渣1中加入100g去离子水，磨浆2min，过滤得到芝麻浆2和渣2；将芝麻浆1和2混合，得到芝麻浆；
(4)利用50％苹果酸将上述芝麻浆的pH调至4.5，孵育6h；孵育后的芝麻浆离心(4000rpm，5min)，分成液相和重相。
相比于实施例1～5，本对比例将步骤(1)中脱皮芝麻的烘干温度调至80℃，通过测定和计算可得，液相的蛋白质含量仅为0.56％，仅占脱皮芝麻中蛋白的22％，TCA-NSI为15％，芝麻肽的提取含量明显低于实施例1～5，其原因是：烘干温度越高、烘干时间越长，芝麻粕中的内源性蛋白酶活性越低，甚至失活。
对比例2
本对比例涉及内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，包括下述步骤：
(1)60g芝麻在室温浸泡3h后脱皮，得到脱皮芝麻，在40℃下烘干6h；
(2)对上述烘干后的脱皮芝麻进行冷榨，冷榨参数为：压力15t，时间10min，压榨两次，出油率为43％(油脂得率86％)；所得芝麻粕松散、无板结；
(3)在芝麻粕中加入去离子水使总重为300g，磨浆2min，过滤得到芝麻浆1和渣1；在渣1中加入150g去离子水，磨浆1min，过滤得到芝麻浆2和渣2；在渣2中加入150g去离子水，磨浆1min，过滤得到芝麻浆3和渣3；将芝麻浆1～3混合，得到芝麻浆；
(4)将芝麻浆分成3等份，1份不调节pH(pH为6.8左右)，另外2份利用50％柠檬酸溶液将pH分别调为3.5和5.5，将3份芝麻浆在50℃下孵育6h，酶解得到3份芝麻浆水解物；
(5)对上述3份所得芝麻浆水解物进行离心(4000rpm，5min)，得到液相；
未调pH的芝麻浆在离心后除了液相和沉淀，还出现了上浮，并且液相浑浊(说明液相中含有油脂)，液相中的蛋白质仅占脱皮芝麻蛋白的11％；对于调节至pH 5.5和3.5的芝麻浆来说，离心后分成液相和沉淀，但是所得液相中的蛋白质分别占脱皮芝麻蛋白的54％和48％，也明显低于实施例1～5所得液相中的蛋白质占脱皮芝麻蛋白比例。
造成上述现象的原因是：当pH 3.5和pH 5.5，尤其是pH 6.8时，偏离了芝麻内源性蛋白酶的最适pH 4～5，因此，芝麻浆在上述pH孵育6h和离心后，液相中的蛋白质占脱皮芝麻蛋白的百分比降低。
对比例3
本对比例涉及一种芝麻油的冷榨方法，具体是：取20g带皮芝麻，清洗烘干后，直接进行冷榨，压榨参数为：压力10t，时间30min，压榨一次，该压榨参数与实施例1相同，但出油率为38％；其原因是因为本对比例没有对芝麻进行脱皮处理，芝麻皮占芝麻籽粒的15％左右，不但蛋白含量低(8％左右)，还含有大量的草酸钙和粗纤维，导致带皮冷榨芝麻油的出油率低。
根据上述实施例和对比例可知，该发明技术不使用任何商业酶制剂和有机溶剂，酸碱用量相比于现有水酶法技术，也可明显减少。相比于现有芝麻加工技术，本发明明显提高了芝麻的出油率，尤其是可实现芝麻蛋白的高值、高效利用，对于环保、大健康和芝麻产业发展具有极其重要的现实意义。还需说明的是：随着芝麻脱皮技术的进步，干法脱皮所得脱皮芝麻也适用于该发明技术。
最后需要说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，其特征在于：首先对芝麻进行浸泡和脱皮，低温烘干后进行冷榨得到冷榨芝麻油和脱皮芝麻粕；对脱皮芝麻粕进行加水磨浆，得到芝麻浆，调节芝麻浆的pH值至4～5，激活内源性蛋白酶，在30～70℃下水解得到芝麻浆水解物，然后离心除去水解物中的不溶物，得到含有小肽和游离氨基酸的液相，将液相进一步加工成芝麻肽产品。
2.根据权利要求1所述内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：
(1)芝麻脱皮：芝麻在20～50℃下浸泡30min～4h后进行脱皮，清洗后置于40～80℃条件下烘干0.5～6h；
(2)冷榨：将步骤(1)所得烘干的脱皮芝麻进行液压冷榨，得到冷榨芝麻油和脱皮芝麻粕；
(3)芝麻浆制备：在步骤(2)所得的脱皮芝麻粕中加水，磨浆，得到芝麻浆；
(4)内源性蛋白酶水解：将步骤(3)所得芝麻浆的pH值调至4～5，激活内源性蛋白酶，在30～70℃下酶解2～12h得到芝麻浆水解物；
(5)离心分离：对步骤(4)所得芝麻浆水解物进行离心，得到液相和沉淀，所述的液相中含有小肽和游离氨基酸；
(6)基于液相加工形成芝麻肽产品。
3.根据权利要求2所述内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，烘干后脱皮芝麻的水分含量低于5％。
4.根据权利要求2所述内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，冷榨参数为：入料温度20～60℃，榨膛温度20～60℃，压榨压力5～15t，压榨时间10～30min，压榨次数1～3次。
5.根据权利要求2所述内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，脱皮芝麻粕与水的体积比为1：5～15。
6.根据权利要求2所述内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，调节pH的试剂为盐酸、维生素C、苹果酸、柠檬酸、柠檬汁、磷酸、乳酸中的一种或两种以上的任意组合；所述的酶解的过程中，孵育温度为40～60℃，孵育时间为4～8h。
7.根据权利要求2所述内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，其特征在于：所述步骤(5)中，离心转速为2000～10000rpm，时间为1～20min；离心选用的设备为卧式螺旋离心机、碟式离心机或管式离心机。
8.根据权利要求2所述内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，其特征在于：所述步骤(6)中制备的芝麻肽产品为芝麻肽饮品，芝麻肽饮品的制备方式为：对所得液相加入配料进行调配，杀菌或灭菌得芝麻肽饮品；
所述的对所得液相进行调配时，所用的配料包括苹果汁、果葡糖浆、蔗糖、麦芽糖浆、低聚果糖、三氯蔗糖、赤藓糖醇、木糖醇、麦芽糖醇和甘露糖醇中的一种或两种以上的任意组合；
所述的杀菌为巴氏杀菌，温度70～100℃，时间15min～2h；
所述的灭菌为UHT灭菌，温度135～140℃，时间3～8s。
9.根据权利要求2所述内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，其特征在于：所述步骤(6)中制备的芝麻肽产品为芝麻肽粉产品，芝麻肽粉产品的制备方式为：对液相进行膜浓缩，喷雾干燥得芝麻肽粉产品；所述的喷雾干燥的参数为：进风温度为150～170℃，出风温度为70～80℃。
10.根据权利要求2所述的内源性蛋白酶水解制取芝麻肽的方法，其特征在于：在所述步骤(5)中离心分离前，将芝麻浆水解物的pH值调节至7.0，或者在所述步骤(6)加工形成芝麻肽产品前，将液相的pH值调节至7.0；
调节pH时所用的pH调节剂包括小苏打、苏打、氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸三钠中的一种或两种以上的任意组合。
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