CN86108557A - 以含蛋白质的废料为原料酶法提取蛋白质水解物的方法及其产品 - Google Patents

Abstract

以含蛋白质的废料为原料酶法提取蛋白质水解物的方法及其产品。该方法的特征在于加入蛋白水解酶与含蛋白质的底物反应，过滤除去不溶物，反应液用喷雾干燥法得蛋白粉。若反应液呈酸性或碱性，则干燥前先用离子交换树脂中和。本法所生产的蛋白除作食用外，还可代替市售精制蛋白胨作为微生物培养基组分，从而为食品，发酵和制药工业提供廉价原料。

Description

本发明是关于用酶法从含蛋白质的废料中提取蛋白水解物的方法及其产品，具体地讲，本发明的方法是以含蛋白质的废料为原料，通过加入蛋白酶使之与含蛋白质的废料反应，经过蛋白酶水解所述废料中的蛋白质，然后过滤除去不溶物，再将所获的富含蛋白质的液体干燥，得到不含盐份或含极少量盐份的蛋白质粉末。

在发酵废渣中通常均含有丰富的蛋白质，由于发酵工业的迅速发展，全世界每年所产生的发酵废渣的数量是巨大的，但长期以来发酵工业的废渣一直未得到良好的利用，这不仅浪费了极为丰富的蛋白质资源，而且排放数量如此之大的发酵废渣也是危害环境及生态平衡的重要因素之一。此外，豆饼、菜籽饼、米糠和蚕蛹等富含蛋白质的废料也一直未得到有效的利用。

在现有的技术中，从发酵废渣中提取蛋白质的方法有两类：一是以机械分离为主的物理方法;另一是以碱水提取蛋白质的化学方法。

在EP0050330号专利中揭示了一种以机械分离为主的物理方法，该方法是将湿的啤酒糟放在一个通入热空气的旋转桶中迅速脱水干燥，并部分地被粉碎，然后用筛网过筛分成不同筛分，其中有富含蛋白质（也含有麸皮）的筛分，也有富含麸皮（其中也含有蛋白质）的筛分。这类以机械分离为主的物理方法的缺点是不能使蛋白质与麸皮充分分开，所获的蛋白质纯度不高，使产品的应用范围受到限制。

在SU-863630号专利中揭示了一种以碱水从酒糟中提取蛋白质的化学方法。在该方法中，是将蒸馏后的热酒糟（约40-50℃）趁热加入酒糟重量0.5%的苛性钠，在45℃保温2小时，然后趁热过滤除去滤渣，滤液在57℃下真空浓缩至原体积的三分之一，然后加入三倍体积的乙醇，混匀后静置8小时，过滤收集滤渣，向滤渣中加入5倍体积的水，搅匀后静置，经过滤收集沉淀，干燥，得到食用蛋白。在该方法中，1公斤干釀酒酵母渣可提取蛋白质产品45克，产率为4.5%。该方法的缺点是工艺流程长，消耗大量的乙醇，蛋白质收获率不高，而且排放出碱性高浓度有机废水污染环境。

由于现有的从发酵废渣中提取蛋白质的方法只适用于从釀酒酵母渣中回收蛋白质，而且同时这些方法中还存在着上述的种种缺点，因而是不能令人满意的。再者，随着近些年来粮食危机，环境污染等世界性问题的日益加剧，这就更迫切地需要有一种能迅速高效地从含蛋白质废料提取蛋白质的方法，并要求该方法工艺简单，所获蛋白质的质量好、产率高，同时，在整个工艺过程中不排放有害物质，不带来环境污染的危害。

在这种形势下，本发明者通过对已有方法的研究以及经过大量的实验，发现通过选用蛋白酶与含蛋白质废料反应，可以成功地解决这些问题，从而完成了本发明。

根据本发明的方法，含蛋白质废料先与蛋白水解酶在对所用酶为最适的反应条件下进行反应，然后用常规的过滤方法除去不溶物，将所获的滤液干燥，获得回收到的蛋白质。

在本发明的方法的另一方面，由于加入了蛋白水解酶，则使所述废料中的蛋白质能与麸皮等不溶性物质完全分开，而且由于蛋白水解酶与蛋白质的反应完全，从而保证了产品的质量和获得高产率的蛋白质水解物。

本发明的另一突出优点是在整个工艺过程中，没有危害环境的废物排出，因而本方法安全可行。

本发明的目的是提供一种从含蛋白废料中提取大量优质蛋白质的方法。

本发明的另一目的是提供无盐或低盐的蛋白质。

本发明的另一目的是为食品工业提供大量的优质蛋白质。

本发明的另一目的是将所获的蛋白质用于微生物培养和发酵工业以及医药工业。

本发明的这些目的以及其他目的可清楚地见于以下的详述中。

本发明的以含蛋白质废料为原料酶法提取蛋白水解物的方法包括：

（1）在含蛋白废料中加入蛋白酶;

（2）除去固体不溶物;和

（3）干燥所获的反应液。

本发明方法中所选用的原料是含蛋白废料，举例有酒糟，如啤酒糟、黄酒糟、高粱酒糟、玉米酒糟、葡萄酒糟以及酒精酒糟，其他的糟渣如醋渣、饴糖渣、井岗霉素渣、青霉素渣、四环素渣、土霉素渣、麦糠如米糠、饼粕如向日葵粕，豆饼、棉子饼、菜籽饼、花生饼、芝麻饼、蓖麻籽饼、大麻子饼、胡麻饼、椰子饼以及蚕蛹等和类似的物质。

在本发明的方法中，优选的原料是含水量占60%以上的酒糟。如果所选取的原料的含水量太低，则不利于酶与原料之间的反应，因而应当补充水份使其含水量至少为60%。

在本发明方法中所用的酶是蛋白水解酶，其作用是使蛋白质中的肽键被打开，适用于这一目的的蛋白水解酶种类很多，举例有微生物酶如枯草杆菌碱性蛋白酶，枯草杆菌中性蛋白酶，地衣形芽孢杆菌碱性蛋白酶;植物酶如菠萝蛋白酶，木瓜蛋白酶，和动物酶如胃蛋白酶，胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶。其中优选的是枯草杆菌碱性蛋白酶，枯草杆菌中性蛋白酶和菠萝蛋白酶。

在本发明的方法中，所使用的酶量一般至少为反应底物的十万分之五，优选千分之五至百分之五。但具体的用量应根据所用酶的种类而定，本专业领域的技术人员是可以根据他们有关酶学的知识来确定具体的用量。如果酶量太低，则反应不完全而且反应时间加长;如果酶量过高，则带来不必要的花费。

在加入所需量的适宜的蛋白水解酶之前，如果需要的话，应对反应底物的PH进行调整，使反应底物的PH值到达所用蛋白酶的最适PH范围之内，具体的调节方法可依实际情况选用苛性钠或盐酸，反应温度依据所用的蛋白水解酶而确定，即选择对所用酶为最适的温度。反应时间依所用底物的量，所用酶量，反应时的PH值，温度等条件而确定，即要使反应迅速彻底的进行为好。

在确定所选用的酶量，反应条件如反应底物的PH值，反应温度和反应时间时，本专业领域的技术人员可以根据表1中给出的数据并结合他们自己的知识来确定。再者，在整个反应过程中，如果反应底物的PH值发生了变化，则可根据具体情况来选用苛性钠或盐酸调整到优选的范围内并保持到反应完成。

在本发明的方法中，当蛋白水解酶与底物在适宜的反应条件下反应完全之后，以过滤和（或）离心的方法除去固体不溶物。过滤方法可采用常规的过滤例如滤网过滤，尼龙布过滤，减压过滤等等本专业技术人员所熟知的过滤方法。离心则采用常规的离心方法，选用500-5000转/分的转速。在本发明的方法中，过滤和（或）离心的目的是要除去固体不溶物，其中优选先过滤然后再离心的方式。除去固体不溶物，收集上清液，如上清液为中性液体，则经干燥后可直接获得无盐粉末状蛋白水解物产品。如果上清液呈酸性或碱性，则要加入已处理好的离子交换树脂进行中和。对于酸性上清液，选用OH^-型强碱性阴离子交换树脂（如上海树脂厂生产的711树脂和上海有机化学研究所生产的201树脂）进行中和;对于碱性上清液，选用H⁺型强酸性阳离子交换树脂（例如上海树脂厂生产的732树脂和上海有机化学研究所生产的1号树脂）进行中和。中和完成后，过滤除去树脂。中和后的上清液经干燥可直接得到粉末状的无盐蛋白水解产物。干燥的方法可采用常规的干燥方法如加热烘干，真空干燥以及喷雾干燥等等方法。但本发明方法中优选的是喷雾干燥。例如使用上海前卫机械厂生产的压力喷雾干燥机，江苏省无锡县喷雾干燥机厂生产的高速离心喷雾干燥机，经喷雾干燥后，直接得到粉末状的无盐蛋白水解物。

用本发明方法制成的粉末状无盐蛋白水解物具有较高的蛋白质含量以及很好的溶解性能。它可以用于食品工业，如用作食品蛋白强化剂，作为糖果，饮料的原料等，此外，还可以代替市售精制蛋白胨用于微生物培养，从而为发酵工业，医用以及兽用疫苗的生产和微生物杀虫剂的生产等提供大量理想的原料。以本发明方法生产的蛋白质水解产物作为微生物生长培养基，则微生物的生长状况比以市售精制蛋白胨作为培养基的生长状况好的多（参见下述的微生物培养试验及其结果）。

以下是为了更为详细具体地说明本发明的几个实施例，但应当理解的是，这些实施例在任何方面都不是对本发明范围的限制，而只是说明性的实施例。

例1，从干啤酒糟提取蛋白

向500克干啤酒糟中加入1750ml蒸馏水，混匀并煮沸3分钟，用8%苛性钠水溶液调节该混合物的PH值至8～9（大约用75ml苛性钠溶液），使混合物温度降至55℃，仔细向混合物中加入枯草杆菌碱性蛋白酶硫酸铵糊2.5g，55℃下进行反应。当反应液PH值下降时，不时加入8%苛性钠溶液维持PH8～9，直至反应液PH值不再下降为止，共用去苛性钠溶液125ml，然后，将反应物经20目滤网除去固体不溶物，再用4，000转/分的速度离心10分钟去渣，收集上清液。向上清液中加入已处理好的氢离子型强酸性阳离子交换树脂（732树脂或1号树脂），搅拌，使反应液呈中性，用20目滤网除去树脂后，反应液经高速离心喷雾干燥机喷雾干燥，得酒糟蛋白干粉123g，产率为24.6%。

例2，从湿啤酒糟提取蛋白

向3公斤含水量为75%的湿啤酒糟中，逐渐加入2N盐酸溶液，使反应物达PH1.8，并使温度达37℃，加入胃蛋白酶0.2g，搅匀后，37℃保温反应。在反应过程中不断加入2N盐酸使PH值维持在1.8。如例1所述过滤，离心，然后向上清液中分批加入氢氧离子型强碱性阴离子交换树脂（711树脂或201树脂）中和反应液至PH7，经20目滤网除去树脂后，喷雾干燥得到酒糟蛋白干粉185g，产率为6.2%。

例3，从黄酒糟提取蛋白

向2公斤含水量为65%的黄酒糟中，加入新配制的菠萝蛋白酶溶液（～5万单位/ml）40ml，45℃保温2小时，按例1所述方法过滤，离心，喷雾干燥，得酒糟蛋白干粉194g，产率为9.7%。

例4，从高梁酒糟提取蛋白

向2公斤含水量为60%的高梁酒糟中加入新配制的枯草杆菌中性蛋白酶液200ml（含干酶制剂5g），50℃保温4小时，按例1所述方法过滤，离心，喷雾干燥，得到酒糟蛋白干粉138g，产率为6.9%。

例5，从玉米酒糟提取蛋白

向2公斤含水量为79%的玉米酒糟中加入8%苛性钠溶液调至PH8～9，60℃下加入新配制的地衣形芽孢杆菌碱性蛋白酶溶液200ml（含酶粉剂5g），60℃保温反应，在反应过程中加入8%苛性钠维持PH8～9。然后，按例1所述过滤，离心，中和，去除树脂，喷雾干燥，得到酒糟蛋白干粉70g，产率为3.5%。

例6，从向日葵粕中提取蛋白

向1公斤含水量为8%的向日葵粕中加入蒸馏3公斤，仔细分散，用8%苛性钠溶液调至PH8～9，加入枯草杆菌碱性蛋白酶硫酸铵糊4g，37℃保温反应，在反应过程中加入8%苛性钠溶液维持PH8～9。然后按例1所述方法过滤，离心，中和，去除树脂，喷雾干燥，得到向日葵蛋白粉147g，产率为17.4%。

例7，从蚕蛹渣中提取蛋白

向1公斤含水量为10.7%的蚕蛹渣中加入3立升蒸馏水，仔细混匀，加8%苛性钠水溶液调至PH8～9，加入枯草杆菌碱性蛋白酶5g，55℃反应，在反应过程中，加入8%苛性钠维持PH8～9，然后按例1所述方法过滤，离心，中和，去除树脂，喷雾干燥，得蛹渣蛋白粉537g，产率为53.7%。

微生物培养试验及其结果

以本发明方法所获的蛋白和市售精制蛋白胨作为微生物培养基的组分，进行微生物培养试验。所用培养基配方如下：

牛肉膏    3g，氯化钠    5g，

精制蛋白胨（或酒糟蛋白，或蚕蛹渣蛋白）5g或10g，

琼脂    15g，加水1，000ml，调至PH7。

上述培养基经高压锅灭菌，无菌室倒制平板备用。

用划线法接种，接种的菌种包括：

1.枯草杆菌（Bacillus    subtilis）

2.黑曲霉（Aspergillus    niger）

3.串珠镰（Fusarium    moriliforme）

4.枯青霉（Penicillium    citrinum）

在大气中暴气接种2小时，37℃培养箱保温24～48小时，观察菌落生长情况。结果列于表2中。

表2.酒糟蛋白、蚕蛹渣蛋白代替市售精制蛋白胨配制微生物培养基的试验结果

“-”表示基本不生长;

“++”表示生产较好;

“++++”表示生长最好。

从表2知，本发明中的酒糟蛋白以及蚕蛹渣蛋白可以代替市售精制蛋白胨，用于微生物培养和发酵，而且效果更好。这主要是由于本发明所制得的酒糟蛋白具有蛋白含量高，溶解性能好的优点，从而不仅可供食用，还可大量应用于生物学研究和微生物发酵有关的轻工、医药等生产部门。

Claims (9)

1、一种从含蛋白质废料中提取蛋白质水解物的方法，其特征在于

(1)在含蛋白质废料中加入蛋白水解酶；

(2)除去固体不溶物；和

(3)干燥所获的液体。

2、根据权利要求1所述的方法，其中所述的含蛋白质废料包括啤酒糟、黄酒糟、高梁酒糟、玉米酒糟、葡萄酒酒糟、酒精酒糟、井岗霉素渣、青霉素渣、四环素渣、土霉素渣、蚕蛹渣、米糠、向日葵饼、豆饼、棉子饼、菜子饼、花生饼、芝麻饼、蓖麻籽饼，大麻籽饼、胡麻饼、椰子饼和饴糖渣。

3、根据权利要求1所述的方法，其中所述蛋白水解酶包括微生物酶如枯草杆菌碱性蛋白酶、枯草杆菌中性蛋白酶，地衣形芽孢杆菌碱性蛋白酶，植物酶如菠萝蛋白酶，木瓜蛋白酶，动物酶如胃蛋白酶、胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶。

4、根据权利要求1所述的方法，其中所述的除去固体不溶物是用过滤和（或）离心的方法来完成。

5、根据权利要求1所述的方法，其中所述的干燥是常规干燥，优选喷雾干燥。

6、根据权利要求1所述的方法，其中所述的含蛋白质废料优选含水量高于60%的含蛋白质废料。

7、根据权利要求1所述的方法，其中所述的蛋白水解酶的用量为反应底物的十万分之五以上，优选千分之五至百分之五。

8、根据权项1-7中任何一项所述方法生产的蛋白质水解物。

9、根据权利要求8所述的蛋白质水解物用于食品工业，微生物培养和发酵工业。