CN1896261A - 复合酶法生产米淀粉和米蛋白多肽粉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种复合酶法生产米淀粉和米蛋白多肽粉的方法。它是将大米粉碎后得米粉，加水浸泡，搅拌，调节料液温度后，加氢氧化钠调pH进行调浆，按干基的4～8‰加入20万活力的复合酶进行水解反应，复合酶为碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶和风味蛋白酶，之后经离心分离，下面的白色沉淀部分再加水，搅拌均匀后再离心分离，得白色沉淀，烘干后即为米淀粉；清夜和上层的灰黄色部分经浓缩液均质、干燥，制得米蛋白多肽粉。本发明的“复合酶法”生产米淀粉、米蛋白多肽粉的方法，生产周期大大缩短，生产成本也降低，生产过程中无污水排出，不但米淀粉、米蛋白的质量得到提高，且得率也比其他方法有所提高。

Description

复合酶法生产米淀粉和米蛋白多肽粉的方法

技术领域

本发明涉及米淀粉生产技术领域，具体地说是复合酶法生产米淀粉和米蛋白多肽粉的方法。

技术背景

目前全球淀粉的年产量在2000万吨左右，其中米淀粉的产量约占5％，即在100万吨左右，且米淀粉产地主要集中在美国、法国、比利时等国；而全球淀粉市场的年需求量在3000万吨以上，其中米淀粉的年需求量在300万吨左右。之所以米淀粉的产量一直上不去，主要是因为米淀粉的生产技术一直没有获得根本性的突破，几十年来一直采用“碱浸法”工艺。此法的生产周期长，对米淀粉分子结构有一定的破坏性，特别是淀粉的产率比较低(≤25％)，产品中蛋白质含量高(≥0.5％)，且能耗大，生产成本高。其综合因素制约了米淀粉的生产量，人们只能采用其它淀粉作为米淀粉的代用品，也使米淀粉市场受到了不利的影响。

由于“碱浸法”生产工艺的缺陷和大米价格的不断上涨，国内目前的米淀粉的生产水平无法满足国内应用行业的需求，据统计，目前国内市场米淀粉年需求量在30万吨以上，年进口量约在7万吨左右。这就给米淀粉的生产技术提出了更高的要求，也给投资者提供了米淀粉生产的商机。

过去由于米蛋白在大米中的含量较低，人们对米蛋白就没有足够的研究投入，再加上蛋白易变性的特点，为米蛋白的分离提取也带来了不少困难，所以在米蛋白的生产上一直没有什么适合的工艺，也因此大米蛋白资源一直未得到充分开发利用。用大米作为味精发酵和淀粉糖生产的原料时，加工环节中会产生大量的副产品米糠和米渣。米糠含有丰富的营养物质，其中蛋白质的含量约12％，脱脂米糠中蛋白质的含量可高达18％。米渣中蛋白质的含量在40％以上，俗称大米蛋白粉和大米浓缩蛋白(RPC)，过去我国将它们作为动物饲料使用，没有合理利用这些的蛋白质资源。

近年来，随着生活质量的提高，人们越来越重视食物的品质，在对大米的研究中人们发现大米蛋白不仅具有独特的营养功能，还有很多潜在的医疗保健作用，国内外的科学家开始重视大米蛋白研究和开发利用。

目前世界范围内，改进米淀粉的生产工艺主要研究方向可大体分为：酶法和物理方法。

(1)国内江苏宝宝集团公司现在采用“单酶法”生产米淀粉，大概工艺是：首先将大米制成米粉，再进行调浆，使pH值为7～12，波美度为10～22Be°；然后加温至40～70℃，再加入占总重量的百分比为0.2～0.6％的蛋白酶，反应时间为5～30小时；然后进行脱水，使含水量为25～50％；进行旋流洗涤；再进行脱水，并使含水量为25～50％；然后烘干，使制成的成品中水含量为8～14％。其所制得的产品，蛋白质含量小于0.3％，产品得率达到55％以上，副产品中蛋白质含量达到60％以上。

(2)《Journal of Cereal Science》31，(1)：63-74，2000的期刊上，刊登了题名为“Rice starch isolation by alkaline protease digestion ofwet-milled rice flour”的文章，所介绍的米淀粉研制方法是：采用食品级的碱性蛋白酶水解米粉浆，从而提取淀粉。米粉浆经1.1％蛋白酶在PH10.0恒定条件下水解18小时，淀粉得率95％，其中蛋白质含量0.5％，大部分米蛋白水解所用氢氧化钠的量是通过刚开始的3~4小时的水解情况来确定的。

(3)美国科学家最近正在研究物理方法制取米淀粉，是指利用一种特别的均质器所产生的高压，对大米中的淀粉和蛋白质聚成块进行物理分解。大米只需一次性通过这种设备，即可产生水状的颗粒均匀的淀粉和蛋白质微分子，然后通过基于密度的传统分离工艺对其中的淀粉和蛋白质进行分离。这种新工艺可保留所提取大米蛋白质和淀粉原有的品质，生产出的蛋白质和淀粉与传统的加工方法相比具有更好的完整性和功能性。此工艺尚未成熟，仍处于试验研究阶段。

国际上目前生产米蛋白的方法主要是通过酶法和碱法。碱法由于易使蛋白变性丧失活力，已逐渐被淘汰，现今相对较为成熟的制取米蛋白的方法主要为酶法。

(1)国内有人在上海研究开发出了“双酶法”从米渣中分离提取米蛋白肽，并申请了专利，大概工艺是：将米渣和水按重量比1∶4～6混合，温度55～60℃，保温30分钟，然后，按酶制剂的活力为50,000U/mg计，分别加入大米渣重量0.05％～0.1％的α-淀粉酶和中性蛋白酶，其中，α-淀粉酶与中性蛋白酶的重量比是1∶1，在pH6.5～7.5和温度50～60℃下，搅拌5～7小时，过滤反应物，所得的液体喷雾干燥，得到白色的粉末，即为米蛋白肽产品。

(2)在《食品科学》，2003年10期上，湖南金健米业股份有限公司发表了题为“酶法提取大米浓缩蛋白工艺条件的研究”的文章，其介绍生产大米蛋白的大概工艺是：以早籼米或碎米为原料，采用淀粉酶对大米淀粉进行分解，分离后得大米蛋白和大米淀粉糖。研究了最佳的工艺条件，采用淀粉酶，5LU/g的添加量，pH6.3～6.5，喷射液化，分离后的蛋白质含量为59.82％。采用旋流分离除杂，可将灰分降低到1.52％。纤维素酶和脂肪酶复合水解，可将蛋白中脂肪的含量降低到2.72％。大米浓缩蛋白中蛋白质的含量达70％，得率为73.96％。

(3)在《粮食与饲料工业》，2005年08期上，华中农业大学刊登了题名为“酶水解米渣蛋白的工艺研究”的文章，其介绍酶水解的大概工艺是：采用碱性蛋白酶、中性蛋白酶、菠萝蛋白酶3种酶水解米渣中的大米蛋白，探讨了酶的水解工艺。对3种酶单独使用及复合使用水解米渣的条件和工艺进行了研究，测定了不同条件下的蛋白质浸提度，并确定了最佳的酶复合配比是碱性蛋白酶2709：菠萝蛋白酶为3∶7，酶最适使用量为1000U/ml，在最适酶解温度50℃条件下，水解16小时可获得最适蛋白质浸提度。

综上所述，可以看出目前国内外，对制取米淀粉、米蛋白的研究虽较过去已经取得了长足的进步，但还是存在不少问题，需要改进的地方仍然很多，如：生产周期普遍较长，生产成本、能源消耗较大，生产污水排放的问题，米淀粉、米蛋白的得率普遍较低，米淀粉、米蛋白的产品质量也普遍较低。

发明内容

本发明的目是提供一种生产周期短、生产成本低、生产过程中无污水排放、米淀粉、米蛋白的质量高、得率也有所提高的复合酶法生产米淀粉和米蛋白多肽粉的方法。

本发明的研究重点就是在国内外现有的米淀粉、米蛋白研制基础上，开发出新的技术，最大程度解决上述这些问题。经过大量研究试验，我们提出了“复合酶法”生产米淀粉、米蛋白多肽粉的生产技术路线，生产周期大大缩短，生产成本也降低，生产过程中无污水排出，不但米淀粉、米蛋白的质量得到提高，且得率也比其他方法有所提高。

本发明的“复合酶法”从米粉中分离、提取出米淀粉和米蛋白多肽的方法是将大米粉碎后得米粉，加水浸泡，搅拌，调节料液温度后，加氢氧化钠调pH进行调浆，加入复合酶进行水解反应，复合酶为碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶和风味蛋白酶，四种蛋白酶的比例为5-8∶1-4∶1-3∶1-3，之后经离心分离，下面的白色沉淀部分再加水，搅拌均匀后再离心分离，得白色沉淀，烘干后即为米淀粉；清夜和上层的灰黄色部分经浓缩液均质、干燥，制得米蛋白多肽粉。

该方法的具体步骤和工艺条件为：

称量一定量的米粉(需过100目筛)，置入夹套烧杯，加与米粉质量比1∶1-4的水进行浸泡，同时搅拌；夹套烧杯外连接超级恒温水浴，此时控制料液温度为25-60℃。浸泡1-6小时后，按与米粉质量比的1.5∶1-4加水，调节料液温度至30～60℃，然后加氢氧化钠调pH至10，再按干基的4～8‰加入20万活力的复合酶(碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶和风味蛋白酶的用量比例为5-8∶1-4∶1-3∶1-3)进行水解反应，整个调浆、反应过程中均需搅拌，并保持反应温度一致；反应3-8小时，结束。将料液在3000转的转速下，进行离心分离10min，取出清夜和上层的灰黄色部分，剩余下面的白色沉淀部分再按1∶1-4加水，搅拌均匀后再离心分离，重复6-7次，这样所得白色沉淀，烘干后即为米淀粉，其中蛋白含量低于0.5％，淀粉得率90％以上。收集的上清液和灰黄色米渣部分，用旋转蒸发器进行浓缩，使其固性物浓度达到30％，浓缩时参数为：40-60℃，真空度0.1-0.3；再用浓缩液进行均质，均质压力采用25MPa，保证均质后的料液静止不分层，再至喷雾干燥塔，进行干燥，进风温度300℃，出风温度80℃-100，所制得即为米蛋白多肽粉，含蛋白80％以上，可溶性肽占蛋白总量的50％以上，生物活性肽占蛋白总量的20％以上，蛋白得率85％以上。

本发明的复合酶法生产米淀粉和米蛋白多肽粉的方法与传统的“碱浸法”生产米淀粉的工艺比较：

①本方法对原料无苛刻的选择性，可以用成品大米，也可以用颗粒度较小的碎米等，只要磨成米粉即可，可以降低生产成本；

②本方法属低温反应，且反应条件缓和、生产过程安全性高；

③“碱浸法”浸泡时间需48小时以上，而本方法反应时间一般控制在4～6个小时，生产周期短，碱浸法原料长期浸泡在碱液中会损伤淀粉的原有形态，淀粉和蛋白分子结构受到破坏，影响产品质量。

④对同一种原料，采用碱浸法生产的淀粉蛋白去除不彻底，米淀粉中的蛋白含量≥1.0％，而本方法生产的米淀粉中蛋白质含量≤0.5％，完全可以达到FDA的质量要求(国际标准≤0.5％)。

⑤实际生产中“碱浸法”工艺产生大量的碱液，需要一定的处理方式和成本才能达到国家规定的排放标准。而本方法属清洁法生产，除生活污水外，无生产废水排放。

本发明所用的“复合酶法”生产米淀粉的方法与宝宝集团的“单酶法”生产米淀粉的工艺比较：

①本发明的方法水解反应时间只需4小时，相比“单酶法”的5～30个小时，大大降低了生产周期，提高了生产效率；

②本发明的方法制取米淀粉的过程中，仅在离心分离时稍有损失，得率可达90％以上，相比“单酶法”的55％的得率要高很多；

③本发明的方法采用酶种类较多，由于酶的专一性，相比“单酶法”，本工艺水解蛋白的种类更多，蛋白水解更加彻底，可制成蛋白含量80％以上的米蛋白多肽，且其中可溶性肽的量大幅增加，可制成营养品，于“单酶法”所制得的蛋白饲料相比，副产品价值高很多。

本发明所用的“复合酶法”生产米淀粉的方法与Journal of CerealScience上发表的采用食品级的碱性蛋白酶水解米粉浆提取淀粉的方法比较：

①本发明的方法水解反应时间只需4小时，相比此法的18小时，大大降低了生产周期，提高了生产效率；

②本发明的方法制取米淀粉的过程中，仅在水解反应开始的时候调pH，充分利用了酶反应的pH范围，而此法需维持pH的恒定，将消耗大量的碱，相比之下，本工艺生产成本要低很多。而且大量碱液不易处理，造成了对环境的污染。

本发明所用的“复合酶法”生产米蛋白多肽的方法与“双酶法”从米渣分离提取米蛋白肽的方法比较：

①本发明的方法为直接从米粉中制取米蛋白多肽，而“双酶法”则是从米渣中提取，相比下本工艺生产成本较低，原料来源更广；

②本发明的方法是采用蛋白酶水解蛋白，不会将淀粉水解成可溶性糖，最终成品也可供与糖尿病患者等特殊人群食用；

③本发明的方法在喷雾前先进行预浓缩，降低了喷雾时的能耗，从整体上来讲节约了能源，并保证了产品的稳定性。

本发明所用的“复合酶法”生产米蛋白多肽的方法与金健米业提出的先用淀粉酶，再用纤维素酶和脂肪酶复合水解碎米制取大米浓缩蛋白的方法比较：

①本发明的方法在试验过程均处于低温状态，没有经过喷射液化等高温工序，不会导致蛋白变性，最大程度上保留了米蛋白原有的性质。

②本发明的方法未加入纤维素酶和淀粉酶，最终产品中将含有一定量的膳食纤维，而不会含有较多的可溶性糖，适合糖尿病患者等特殊人群食用。

③本发明的方法制得的米蛋白多肽粉的蛋白含量80％以上和从米粉提取蛋白得率约85％以上，与此方法制得产品中蛋白质的含量70％，得率为73.96％相比要高。

发明的方法所生产的产品感观物理指标、理化物理指标和微生物指标如下表：

       表1感观物理指标(淀粉)

项目	指标
		色泽	纯白色
形态	均匀自然的松散粉末
		组织	粉末状、不允许有结块
口味	口味自然、无异味、细滑
		杂质	肉眼和显微镜下均无异物

       表2感观物理指标(蛋白粉)

项目	指标
		色泽	略呈黄色
形态	均匀自然的松散粉末
		组织	粉末状、不允许有结块、霉变
口味	口味自然、无异味
		杂质	肉眼和显微镜下均无异物

           表3理化指标(淀粉)

项目	单位	指标
			蛋白质(干基)	％	≤0.45
铅(以Pb计)	mg/kg	≤0.4
			砷(以As计)	mg/kg	≤0.7
汞(以Hg计)	mg/kg	≤0.02
			干燥失重(水分)	％	≤15
总重金属(以Pb计)	mg/kg	≤20
			黄曲霉毒素B2，	μg/kg	≤5.0
农残(666)	mg/kg	≤0.05
			农残(滴滴涕)	mg/kg	≤0.05

            表4理化指标(蛋白粉)

项目	单位	指标
			蛋白质	g/100g	≥80.0
铅(以Pb计)	mg/kg	≤0.4
			砷(以As计)	mg/kg	≤0.7
汞(以Hg计)	mg/kg	≤0.02
			干燥失重(水分)	％	≤3
总重金属(以以Pb计)	mg/kg	≤20
			黄曲霉毒素B2，	μg/kg	≤5.0
农残(666)	mg/kg	≤0.05
			农残(滴滴涕)	mg/kg	≤0.05

              表5微生物指标(淀粉)

项目	单位	指标
			菌落总数	cfu/g	30000
大肠菌群	MPN/100g	90
			霉菌	cfu/g	50
致病菌(沙门氏菌、志贺氏菌，金黄色葡萄菌)	cfu/g	不得检出

            表6微生物指标(蛋白粉)

项目	单位	指标
			菌落总数	cfu/g	30000
大肠菌群	MPN/100g	90
			霉菌	cfu/g	50
致病菌(沙门氏菌、志贺氏菌，金黄色葡萄菌)	cfu/g	不得检出

附图说明

图1是本发明的生产工艺路线图。

具体实施方式

实施例1：

原料可以是成品大米(或碎米)，称取一定量的大米，过100目筛得米粉，置入夹套烧杯，加与米粉质量比1∶1的水进行浸泡(使物料吸水膨胀，减小粉碎阻力)，同时搅拌，搅拌转速为10～20r.p.m；夹套烧杯外连接超级恒温水浴，此时控制料液温度为30℃，浸泡2小时后，按与米粉质量比的1.5∶1加水，调节料液温度至50～55℃，然后加氢氧化钠调pH至10进行调浆，再按干基的4‰加入20万活力的复合酶，复合酶为碱性蛋白酶[2709碱性蛋白酶(2709 Alkaline Protease)]、中性蛋白酶[AS1398中性蛋白酶(AS1398Neutral Protease)]、酸性蛋白酶[537酸性蛋白酶(537 Acidic Protease)]和风味蛋白酶[风味蛋白酶500MG(Flavourzyme 500MG)]按6∶2∶1∶1的比例用量进行水解反应，整个调浆、反应过程中均需搅拌，搅拌转速为60r.p.m，并保持反应温度一致(与前调节温度一致30℃)，水解反应3小时，结束；将料液在3000转的转速下，进行离心分离10min，取出清夜和上层的灰黄色部分，剩余下面的白色沉淀部分再按1∶1加水，搅拌均匀后再离心分离，重复6次(酶解反应后的米浆中淀粉、蛋白质的其它成分是混合在一起的，必须逐步地将他们分离开来，以便于下一步精制)，这样所得白色沉淀，烘干后即为米淀粉，其中蛋白含量低于0.5％，淀粉得率90％以上。

收集的上清夜和灰黄色米渣部分，用旋转蒸发器进行浓缩，使其固性物浓度达到30％，浓缩时参数为：40℃，真空度0.1-0.3；再用浓缩液进行均质，均质压力为25MPa，保证均质后的料液静止不分层，再进喷雾干燥塔，进行干燥，进风温度300℃，出风温度80-100℃，所制得即为米蛋白多肽粉，含蛋白80％以上，可溶性肽占蛋白总量的50％以上，生物活性肽占蛋白总量的20％以上，蛋白得率85％以上。

实施例2：

称取一定量的大米，过100目筛得米粉，置入夹套烧杯，加与米粉质量比1∶4的水进行浸泡(使物料吸水膨胀，减小粉碎阻力)，同时搅拌，搅拌转速为10～20r.p.m；夹套烧杯外连接超级恒温水浴，此时控制料液温度约为60℃，浸泡6小时后，按与米粉质量比的1.5∶4加水，调节料液温度至50～55℃，然后加氢氧化钠调pH至10进行调浆，再按干基的8‰加入20万活力的复合酶复合酶为碱性蛋白酶[2709碱性蛋白酶(2709 Alkaline Protease)]、中性蛋白酶[AS1398中性蛋白酶(AS1398 Neutral Protease)]、酸性蛋白酶[537酸性蛋白酶(537 Acidic Protease)]和风味蛋白酶[风味蛋白酶(500MGFlavourzyme 500MG)]按8∶3∶3∶3的比例用量进行水解反应，整个调浆、反应过程中均需搅拌，搅拌转速为60r.p.m，并保持反应温度一致(与前调节温度一致60℃)，水解反应8小时，结束；将料液在3000转的转速下，进行离心分离10min，取出清夜和上层的灰黄色部分，剩余下面的白色沉淀部分再按1∶4加水，搅拌均匀后再离心分离，重复7次(酶解反应后的米浆中淀粉、蛋白质的其它成分是混合在一起的，必须逐步地将他们分离开来，以便于下一步精制)，这样所得白色沉淀，烘干后即为米淀粉，其中蛋白含量低于0.5％，淀粉得率90％以上。

收集的上清夜和灰黄色米渣部分，用旋转蒸发器进行浓缩，使其固性物浓度达到30％，浓缩时参数为：60℃，真空度0.1-0.3；再用浓缩液进行均质，均质压力为25MPa，保证均质后的料液静止不分层，再进喷雾干燥塔，进行干燥，进风温度300℃，出风温度80-100℃，所制得即为米蛋白多肽粉，含蛋白80％以上，可溶性肽占蛋白总量的50％以上，生物活性肽占蛋白总量的20％以上，蛋白得率85％以上。

Claims (2)

1、一种复合酶法生产米淀粉和米蛋白多肽粉的方法，其特征在于大米粉碎后得米粉，加水浸泡，搅拌，调节料液温度后，加氢氧化钠调pH进行调浆，加入复合酶进行水解反应，复合酶为碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶和风味蛋白酶，四种蛋白酶的比例为5-8∶1-4∶1-3∶1-3，之后经离心分离，下面的白色沉淀部分再加水，搅拌均匀后再离心分离，得白色沉淀，烘干后即为米淀粉；清夜和上层的灰黄色部分经浓缩液均质、干燥，制得米蛋白多肽粉。

2、根据权利要求1所述的复合酶法生产米淀粉和米蛋白多肽粉的方法，其特征在于该方法的具体步骤和工艺条件为：

(1)称取一定量的大米，过100目筛得米粉，置入夹套烧杯，加与米粉质量比1∶1-4的水进行浸泡，同时搅拌；夹套烧杯外连接超级恒温水浴，此时料液温度为25-60℃，浸泡1-6小时后，按与米粉质量比的1.5∶1-4加水，调节料液温度至50～55℃，然后加氢氧化钠调pH至10进行调浆，再按干基的4～8‰加入20万活力的复合酶进行水解反应，复合酶为碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶和风味蛋白酶，并按4-8∶1-4∶1-3∶1-3的比例用量；整个调浆、水解反应过程中均需搅拌，并保持反应温度一致，反应3-8小时，结束；将料液在3000转的转速下，进行离心分离10min，取出清夜和上层的灰黄色部分，剩余下面的白色沉淀部分再按1∶1-4加水，搅拌均匀后再离心分离，重复6-7次，得白色沉淀，烘干后即为米淀粉；

(2)收集的上清夜和灰黄色米渣部分，用旋转蒸发器进行浓缩，使其固性物浓度达到30％，浓缩时参数为：40-60℃，真空度0.1-0.3；再用浓缩液进行均质，均质压力为25MPa，再进行干燥，制得米蛋白多肽粉。

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