一種用酶法水解分離製備大米澱粉和大米肽的方法
2023-05-02 08:23:11 2
專利名稱:一種用酶法水解分離製備大米澱粉和大米肽的方法
技術領域：
一種用酶法水解分離製備大米澱粉和大米肽的方法，本發明涉及應用蛋白酶水解大米蛋白來分離大米澱粉與大米蛋白(肽)的技術，屬食品工藝學領域。
背景技術：
作為食品三大營養成分之一，澱粉除主要作為能量源隨食物一同被食用外，工業化分離得到的高純度澱粉及其衍生物還因其優異的功能性質而被廣泛地應用於食品、紡織、造紙、醫藥、能源等各個領域。目前，加工澱粉的主要原料為玉米、小麥和土豆，大米澱粉的產量極其微小，但這並不能掩蓋其在食品領域中的重要性。相對於玉米、小麥和馬鈴薯等其它澱粉，大米澱粉具有顆粒小、顏色白、不含風味物質、易消化等特異的功能性質。這使其成為澱粉家族中的頗為醒目的一員。但由於大米澱粉的價格比較昂貴，使其生產利用受到了一定的限制。隨著生活水平的提高，人們對高品質食品的追求將不斷上升，高價格並不能阻斷人們對高品質食品的購買慾望，目前大米澱粉在整個澱粉市場上的銷量逐年上升，大米澱粉的生產也受到科學家和製造商的關注。
澱粉分離的方法因原料不同而異，玉米及小麥澱粉加工中的關鍵步驟為麵筋蛋白的分離，木薯澱粉加工則主要採用篩分的方法。隨著科學技術和製造業的進步，這些關鍵步驟的生產工藝日新月異，麵筋蛋白的分離方法已由最初的搖床分離發展到旋風分離。然而由於大米的主要成分是澱粉和蛋白質，分別佔74.2％～77.6％、6.7％～8.3％，與玉米和小麥澱粉相比，大米中的澱粉和蛋白質結合非常緊密，另外，小的顆粒使得大米澱粉很難沉於水中，這也增加了分離和純化的困難，所以大米澱粉的分離方法在過去的60年裡沒有出現創新性的進步，直至今日，大米澱粉的工業化生產仍採用鹼水解蛋白質結合離心分離的工藝。這種方法雖能有效的分離出高純度的大米澱粉和蛋白質，但是在用鹼液處理過程中蛋白分子的無序降解以及由酸中和引入的大量鹽分一方面導致分離的蛋白產品無法食用，另一方面也增加了廢水處理及排放的成本。此外，強鹼性條件下部分澱粉分子的水解導致大米澱粉顆粒的性質改變，使得大米澱粉原有的品質優勢也大打折扣。
酶法水解分離是利用蛋白酶對大米蛋白質的降解和修飾作用，使其變成可溶性的肽而被抽提出來，實現澱粉與蛋白的分離。該方法的主要優點是製備的大米澱粉可保持天然澱粉的原有品質；水解生成的大米蛋白質的溶解性、乳化性、起泡性能得到明顯的改善，因此可以廣泛應用於食品及保健品等行業，蛋白酶解物中含有的多肽保持了原有的生物活性，可作為生物活性肽研究的原料。但是，目前酶法水解製備大米澱粉的工藝條件並不成熟，存在著反應時間長、成本高、分離得到的大米澱粉的純度不高等問題。
發明內容本發明的目的是提供一種酶法分離製備大米澱粉和大米肽的方法，是對現有的酶法分離提取大米澱粉技術的改善和發展，在保持酶法提取大米澱粉技術優點的前提下，降低了所用蛋白酶的成本。
本發明的技術方案以大米為原料，經過清洗、浸泡、打漿、保溫、調pH至酸性加纖維素酶水解、調pH至8.0～12.0加蛋白酶水解、離心分離、旋轉蒸發、離心沉澱物和蒸發濃縮物分別乾燥後製得大米澱粉和大米肽。具體工藝為1.浸泡以大米為原料，清洗後加入大米原料重量5倍體積的水在室溫下浸泡18小時；2.打漿選用組織搗碎機高速打漿，每次打漿持續時間為1分鐘，共4次。
3.加纖維素酶水解反應溫度為40℃～60℃，將起始pH調至酸性，加酶量為大米原料重量的1％～4％，反應1～2小時。
4.加蛋白酶水解然後將反應體系的pH調至8.0～10.0，加入大米原料重量0.3％～1.0％的Protease N中性蛋白酶，在40℃～60℃反應2～8小時；或將反應體系的pH調至9.0～12.0，加入大米原料重量1.0％～3.0％的Alcalase鹼性蛋白酶，在40℃～60℃反應2～8小時。
5.離心分離8000轉/分鐘，離心10分鐘，得到沉澱物和上清液；沉澱物進行3～4次離心水洗，至水洗液的pH值中性。
6.旋轉蒸發離心後上清液，溫度控制在50℃左右進行旋轉蒸發，得蒸發濃縮物。
7.乾燥水洗後的沉澱物和旋轉蒸發後的濃縮物分別乾燥後得大米澱粉和大米肽。
本發明使用的蛋白酶，是從眾多的蛋白酶中逐一篩選出來的。篩選在各類蛋白酶的最適作用條件下進行。所選的蛋白酶包括Alcalase鹼性蛋白酶、ProteaseN、AS1.398、Neutrase中性蛋白酶、Protamex、Flavourzyme、真菌蛋白酶和GC710穀物蛋白酶。從中篩選出Alcalase鹼性蛋白酶或Protease N中性蛋白酶，用它們水解所得大米澱粉中的蛋白含量分別為0.8％、1.1％。再用這兩種蛋白酶結合纖維素酶進行自然水解，最終得到的大米澱粉中的蛋白含量為0.5％左右。
本發明的有益效果可實現大米澱粉與蛋白質的同時回收利用。蛋白酶對大米蛋白質具有降解和修飾作用，可以使大米蛋白質變成可溶性的肽而被抽提出來，實現大米澱粉與蛋白的分離。纖維素酶能將大米分子中的另一主要成分纖維素水解，這樣更有利於大米蛋白的溶出，而且纖維素酶的來源廣泛，價格低廉，因此將纖維素酶和蛋白酶結合使用。纖維素酶作用的最適pH值為酸性。
製備的大米澱粉可保持天然澱粉的原有品質；蛋白酶解物中含有的大米肽保持了原有的生物活性，可作為生物活性肽研究的原料，大米肽具有抗氧化作用和降膽固醇作用；較高pH下的自然水解不會引入很多鹽分，無須進行脫鹽。本發明通過對所用的蛋白酶品種的選擇和工藝參數的優化，在保證大米澱粉高純度的前提下，縮短了反應的時間，降低了所用蛋白酶的成本。
具體實施方式實施例150g大米，清洗後加入250ml水，在室溫下浸泡18個小時，用高速組織搗碎機打漿，每次1min，共4次，漿料保溫在45℃，將pH調至5，加入纖維素酶0.5g反應2小時，2小時後將反應體系的pH調至9，加入Protease N中性蛋白酶0.5g再反應6小時，反應結束後離心分離，沉澱物多次水洗後，乾燥得大米澱粉35g～38g。離心分離的上清液部分在50℃左右進行旋轉蒸發、蒸發後的濃縮物乾燥得大米活性肽2.5～2.8g。
實施例2蛋白酶水解時加入的蛋白酶為Alcalase鹼性蛋白酶，pH調至9.5，加酶量0.5g，其餘步驟同實施例1。分別製得大米澱粉和大米活性肽。
實施例350g大米，清洗後加入250ml水，在室溫下浸泡18個小時，用高速組織搗碎機打漿，每次1min，共4次，漿料保溫在40～60℃，將pH調至5，加入纖維素酶0.5g～2g反應1～2小時，1～2小時後將反應體系的pH調至8.0～10.0，加入ProteaseN中性蛋白酶0.15g～0.5g再反應2～8小時，反應結束後離心分離，沉澱物多次水洗後，乾燥得大米澱粉。離心分離的上清液部分在50℃左右進行旋轉蒸發、蒸發後的濃縮物乾燥得大米活性肽。
實施例4蛋白酶水解時加入的蛋白酶為Alcalase鹼性蛋白酶，pH調至9.0～12.0，加酶量0.5g～1.5g，其餘步驟同實施例3。分別製得大米澱粉和大米活性肽。
實施例1和實施例2製備的大米澱粉的性質進行測定。包括大米澱粉中的蛋白含量、大米澱粉中的澱粉含量、大米澱粉的糊化性質、大米澱粉顆粒的粒徑大小、大米澱粉顆粒的破損率；表1列出了實施例1和實施例2條件下製備的大米澱粉的性質與原澱粉性質的比較。
經酶法分離以後澱粉的粒徑明顯減小，這是因為蛋白酶和纖維素酶能將大米分子中絕大部分的蛋白質和纖維素水解，去除了大分子對澱粉粒徑的影響。本發明研究過程採用AR-1000流變儀測定了經酶法分離製備的大米澱粉的糊化過程曲線，得出了澱粉糊化的起始溫度和峰溫。酶法分離的大米澱粉的糊化起始溫度和峰溫與原澱粉接近，protease N中性蛋白酶水解得到的大米澱粉的峰溫粘度和終粘度與原大米澱粉基本一致；酶法水解僅對澱粉顆粒有輕微的損壞，測得其破損率為1.85％。
表1酶法水解的大米澱粉與原澱粉性質的比較
d(0.1)澱粉顆粒從小到大分布後，體積達到10％時最大的顆粒直徑。
d(0.5)澱粉顆粒從小到大分布後，體積達到50％時最大的顆粒直徑。
d(0.9)澱粉顆粒從小到大分布後，體積達到90％時最大的顆粒直徑。
To、Tp分別為澱粉糊化的起始溫度和峰值溫度。
Vp、Vf分別澱粉糊化的峰溫粘度和最終粘度。
權利要求
1.一種用酶法水解分離製備大米澱粉和大米肽的方法，其特徵是以大米為原料，經過清洗、浸泡、打漿、保溫、調pH至酸性加纖維素酶水解、調pH至8.0～12.0加蛋白酶水解、離心分離、旋轉蒸發、離心沉澱物和蒸發濃縮物分別乾燥後製得大米澱粉和大米肽；工藝為(1)浸泡以大米為原料，清洗後加入大米原料重量5倍體積的水在室溫下浸泡18小時；(2)打漿用組織搗碎機高速打漿，每次打漿持續時間為1分鐘，共4次；(3)加纖維素酶水解反應溫度為40℃～60℃，將起始pH調至酸性，加酶量為大米原料重量的1％～4％，反應1～2小時；(4)加蛋白酶水解然後將反應體系的pH調至8.0～10.0，加入大米原料重量0.3％～1.0％的Protease N中性蛋白酶，在40℃～60℃反應2～8小時；或將反應體系的pH調至9.0～12.0，加入大米原料重量1.0％～3.0％的Alcalase鹼性蛋白酶，在40℃～60℃反應2～8小時；(5)離心分離8000轉/分鐘，離心10分鐘，得到沉澱物和上清液；沉澱物進行3～4次離心水洗，至水洗液的pH值中性；(6)旋轉蒸發離心後上清液，溫度控制在50℃進行旋轉蒸發，得蒸發濃縮物；(7)乾燥水洗後的沉澱物和旋轉蒸發後的濃縮物分別乾燥後得大米澱粉和大米肽。
專利摘要
一種用酶法水解分離製備大米澱粉和大米肽的方法，屬於食品工藝學領域。本發明以大米為原料，經過清洗、浸泡、打漿、40℃～60℃保溫、調pH至酸性加入纖維素酶反應1～2小時、然後將pH調至8.0～12.0加入蛋白酶進行酶法水解反應、離心分離、上清液旋轉蒸發、離心後經水洗的沉澱物和旋轉蒸發後的濃縮物分別乾燥，乾燥後分別得到大米澱粉和大米肽。製備的大米澱粉可保持天然澱粉的原有品質；大米肽保持了原有的生物活性，是一種生物活性肽的原料；較高pH下的自然水解不會引入很多鹽分，無須進行脫鹽。本發明通過對所用的蛋白酶品種的選擇和工藝參數的優化，在保證大米澱粉高純度的前提下，縮短了反應的時間，降低了所用蛋白酶的成本。
文檔編號C12P21/02GK1995368SQ200610166429
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月15日
發明者鍾芳, 麻建國, 申雪然, 李玥, 王戈莎 申請人:江南大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan