一種飼用小麥水解蛋白的工業化生產方法
2023-05-21 03:40:26
專利名稱：：一種飼用小麥水解蛋白的工業化生產方法
技術領域：
：本發明涉及植物蛋白的綜合開發應用領域，特別涉及一種飼用小麥水解蛋白的工業化生產方法，屬飼料添加劑生產
技術領域：
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背景技術：
：小麥麵筋蛋白，俗稱谷朊粉，是以小麥為原料，經水洗、分離、乾燥工序提取的一種純天然穀物蛋白。它含有人體必須的15種胺基酸，是營養豐富的植物蛋白資源，吸水後的溼麵筋可保持原有的自然活性和天然物理狀態，具有粘性、彈性、延伸性、薄膜成型性和吸脂乳化性、並具有清淡醇香或略帶穀物品味等多種獨特的物理特性。小麥蛋白主要由麥醇溶蛋白、麥谷蛋白、麥球蛋白、麥清蛋白等組成。麥醇溶蛋白(約佔總含量的40-50%)是一大類具有類似特性的蛋白質，分子量在25,000-100，000之間，平均相對分子量為40,000，單鏈，分子呈球狀，水合時粘性極大。麥谷蛋白(約佔總含量的30-40%)是一類不同組合的蛋白質，多鏈，分子為纖維狀。相對分子量變化在100,000至數百萬之間，平均相對分子量為3,000,000，具有較強的彈性。醇溶蛋白和麥谷蛋白構成麵筋蛋白，佔小麥蛋白總量的80%。谷朊粉中蛋白質含量在7080%(幹基)，此外還含有510%的脂質，少量碳水化合物及礦物質，其他成分與麵筋蛋白相同。目前世界谷朊粉產量約50萬噸，我國的產量也達到十幾萬噸，其中食品行業佔67%,飼料佔20%，工業應用佔7%，其它佔6%。小麥谷朊粉作為一種天然植物蛋白質，具有廣泛的用途。雖然谷朊粉前景廣闊，用途廣泛,胺基酸組成合理並含有高含量的穀氨醯胺，但由於小麥蛋白的特性，蛋白質分子量較大，含有較多的疏水性胺基酸和不帶電荷的胺基酸，分子內疏水作用區域較大，溶解度低，尤其是在中性區域內溶解性很差，遇水後易形成麵筋狀物質，黏度大，在有些行業的應用效果不理想或是應用範圍受到一定限制。如小麥蛋白粉直接在動物飼料中應用，由於仔豬的腸道還發育不完全，胃蛋白酶分泌不足，消化利用率較低，導致飼養效果不理想。若經過特殊的、定向的改性處理後，小麥蛋白轉變為高活性的小分子類物質，其溶解性及消化利用率大大提高，將會極大改善該產品在國內外食品、醫藥、保健品及高檔仔豬、畜禽、水產及寵物飼料中的應用價值。小麥水解蛋白作為一種優質的無抗原植物性蛋白源，在歐洲等國家廣泛應用於乳仔豬料、高檔水產料、犢牛代奶粉及寵物飼料中。其特點是具有很高的穀氨醯胺含量(高達30%)，文獻資料表明在應激或限詞條件下(仔豬斷奶時)，穀氨酸鹽是主要的限制性因素，斷奶仔豬飼餵人工合成的谷氮酸鹽，可改善小腸消化道形態(小腸絨毛結構)，改善免疫應答。雖然國內有廠家在使用該產品，但該產品在國內尚無工業化生產。小麥水解蛋白是以天然的植物蛋白為原料經改性而成，是綠色安全植物蛋白產品，既能克服血漿蛋白同源性的生物安全問題，又可避免大豆蛋白遭遇轉基因的貿易壁壘，不存在應用上的限制。國外最新研究表明，用水解等生化處理谷朊粉製得水解蛋白飼料對仔豬有很高的消化率，無抗營養因子，可促進仔豬腸道絨毛的發育，獲得較高的飼料轉化效率，可替代昂貴的噴霧乾燥血漿蛋白(2.5%8%)。目前，國內有關水解脫脂大豆、棉粕的研究較多，關於酶法改性小麥麵筋蛋白的研究報導較少。Drago等(Faomingpropertiesofenzymatiallyhydrolysedwheatgletun,CerealSci，2000,32:114—135)採用真菌蛋白酶水解熱處理過的谷朊粉發現，谷朊粉溶解度隨著水解度(DH)增加而增加，但起泡性在超出一定DH範圍時將被破壞。趙冬豔等(糧食與飼料工業，2005年第11期，23—25)利用木瓜蛋白酶對谷朊粉乳化性進行改良的結果表明谷朊粉質量分數11.0%，酶濃度25uL/g谷朊粉，pH7.0,反應時間2h,反應溫度55'C是木瓜蛋白酶提高谷朊粉乳化性最佳水解條件，此時，水解度為3.5%,溶解度和乳化性明顯提高。齊軍茹等(鄭州工程學院學報，2001年04期，48—51)採用中性蛋白酶水解小麥麵筋蛋白，並研究了控制水解小麥蛋白，表明控制性水解大大提高了小麥蛋白的功能特性。趙冬豔等(糧食與飼料工業，2003年08期，39一41)用鹼性蛋白酶(Alcalase)來改善小麥蛋白的功能性，研究了小麥蛋白濃度、酶濃度、pH值、加熱時間及溫度對小麥蛋白乳化性的影響，並在此基礎上通過正交實驗，探索鹼性蛋白酶提高小麥蛋白功能性的最佳條件。測得改性前小麥蛋白溶解度為7.67%,在改性的最佳條件下其溶解度則為20.76%,由此可見，小麥蛋白的溶解度經Alcalase水解後得到極大提高；在小麥蛋白改性得到最佳乳化效果時，其水解度為3.2%。黃繼紅等(食品與發酵工業，2004，30(1):92—94)對採用酶法水解小麥蛋白生產生物活性肽進行了探索性研究，認為酶法水解是提高小麥蛋白食品功能的有效途徑，可以將蛋白質改性到所期望的功能特性。由上述報導可知，目前酶法水解小麥蛋白的相關研究均停留在實驗室階段，沒有進行進一步的放大試驗研究，也沒能實現工業化生產，酶製劑採用單一成份較多。通過酶法改性進行工業化規模生產飼用小麥水解蛋白產品還未見報導。小麥麵筋蛋白經酶法改性生成小麥功能蛋白是動物蛋白的理想替代品，在動物養殖方面具有廣闊的應用前景和巨大的市場潛力。
發明內容為滿足市場需求，本發明目的在於提供一種採用複合蛋白酶水解飼用小麥蛋白的新方法，並實現工業化生產。為實現本發明目的，技術方案如下根據小麥谷朊粉的特性和動物營養學的特點，利用化學和酶法對小麥麵筋蛋白進行改性處理，從制約小麥蛋白水解的五個因素(固液比、PH值、酶濃度、溫度和時間)入手探討了各因素對小麥麵筋蛋白酶法水解的影響，在正交實驗基礎上得到工藝條件，經中試和工業化生產試驗得到飼用小麥水解蛋白產品。產品富含穀氨醯胺，大多以小肽的形式存在，分子量小於2000道爾頓的小肽佔到60%以上，其中小於1000道爾頓的小肽佔到50%以上。該飼用小麥水解蛋白產品具體通過以下步驟製備得到1)稱取小麥麵筋蛋白粉，在反應釜中與10"50'C溫水混合，加入鹼性蛋白酶進行溶解，其加入量為20—50U/g小麥麵筋蛋白粉；2)調節pH值5.0""10.0，加入複合酶製劑，使其在溶液中的質量百分濃度為0.2%—1.4%，在溫度30"7(TC，水解l一13h;3)而後進行酶滅活和過濾脫色處理，採用進風溫度130—160'C，出風溫度60—85'C,均質壓力10—30MPa進行噴霧乾燥，得粉狀小麥水解蛋白。小麥麵筋蛋白粉與水的重量比為l:2-10;水解所用複合酶製劑為鹼性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、風味蛋白酶以l:1^2:0.1"0.5:0.1~0.2重量份復配而成的小麥水解專用複合酶。調節pH值所用的酸或鹼分別為鹽酸、硫酸、磷酸、檸檬酸、氫氧化鈉或氫氧化鉀。脫色所用的脫色劑為活性炭，其添加量為小麥麵筋蛋白粉重量的1—4%。最佳工藝條件為小麥麵筋蛋白粉與水的重量比為1:5;酶在溶液中質量百分濃度為0.6%，水解溫度40'C，pH值6.5,水解時間4h。本發明採用多種酶協同作用、多步驟聯合處理的方法水解小麥蛋白。該工藝生產的產品是以農副產品為原料進行的深加工轉化產品，附加值大，生產過程中無三廢產生，環保清潔。該生產線設備配置先進、生產工藝科學合理，綜合生產能力強，產量、收率高，達到9挑。生產穩定，產品氮可溶解指數穩定在90%以上，乳化性和乳化穩定性均超過80%，各項性能指標較谷朊粉有明顯提高和改善。與傳統方法相比生物酶法由於水解條件溫和，衛生安全，保持了原有胺基酸組成營養不損失，水解物鹽分低，口感醇厚；而傳統加工方法通常採用用酸鹼水解，容易造成營養成分損失,水解無特異性，副反應多(產生有毒有害物三氯丙醇等)，衛生安全等問題。實驗結果如表1和表2:表1本發明生產的小麥水解蛋白與小麥麵筋蛋白理化分析結果對照tableseeoriginaldocumentpage6表2本發明生產的小麥水解蛋白與小麥麵筋蛋白部分肽分子量分布結果分子量範圍本發明生產的小麥進口小麥水解蛋白產小麥麵筋蛋白水解蛋白產品品峰面積百分比(％,峰面積百分比(％,峰面積百分比(％，入入220nm)入220nm)220nm)5000~30007.789.017.613000—20004.036.233.822000—100010.2210.064.391000—50017.9211.002.8950—13033.0317.095.28注以上數據為樣品可溶性部分檢測所得分子量結果本發明創新點在於結合小麥麵筋蛋白的特性和動物營養學特點，通過多種酶協同作用、多步驟聯合處理的方法進行水解小麥蛋白試驗，開發出了新型小麥水解蛋白產品。經過連續的中試試驗和規模生產驗證，能實現年產5000噸生產能力。產品經不同飼料生產單位配製後在乳豬、仔雞、犢牛、水產養殖等飼料中添加應用，具有日採食量增加(適口性好)、降低腹瀉率、增強免疫力、減緩斷奶應激、降低料肉比、提高生長性能等優點和明顯效果。本發明生產的飼用小麥水解蛋白產品與谷朊粉相比具有如下特點(1)經過改性處理後，蛋白質由不溶於水變為可溶，提高了消化利用率，消化率達到96%以上，可與奶粉或其它同類物質配比直接飲用；(2)蛋白質中的大分子蛋白被水解為小分子蛋白，大多以小肽的形式存在，分子量小於2000道爾頓的小肽佔到60%以上，其中小於1000道爾頓的小肽佔到50%以上，更利於幼齡動物吸收；(3)胺基酸組成齊全，其中穀氨醯胺含量高達28%以上，且多以寡肽形式存在，在腸道內易於吸收，穀氨醯胺能修復受損傷腸黏膜並維持腸道結構和功能的完整，促進免疫細胞的增生和免疫活性物質的合成，增強機體免疫功能，提高抗病能力；(4)具有特殊的風味和良好的誘食效果；(5)蛋白質含量高，乳化性及乳化穩定性好,便於和其它物質搭配使用，起到協同增效作用。本發明生產的飼用小麥水解蛋白與血漿蛋白粉相比具有以下優勢:a.含量豐富的穀氨醯胺在仔豬斷奶的特殊生理時期具有重要意義，對乳豬腸道形態的維護是血漿蛋白粉所不具備的；b.作為一種功能性植物蛋白源，不存在任何生物安全性問題；c.克服了血漿蛋白粉存在的差異性及貨源不穩定性問題。本發明生產的飼用小麥水解蛋白原料充足,生產工藝穩定,可保證產品質量的一致性和穩定性。d.克服了血漿含有較高的動物脂肪，易氧化變質影響飼料的適口性問題。具體實施例方式下面的實施例對本發明作進一步的說明。實施例1稱取小麥麵筋蛋白粉1000kg,在反應釜中與6000kg4CTC溫水混合，加入鹼性蛋白酶進行溶解，其加入量為20U/g小麥麵筋蛋白粉；然後用氫氧化鈉調節pH值7.5，加入複合酶製劑，使其在溶液中質量百分濃度為0.3%，在溫度40'C水解8h;、而後進行酶滅活和過濾脫色處理，採用進風溫度160'C,出風溫度85°C,均質壓力30MPa進行噴霧乾燥，製得產品。水解所用複合酶製劑為鹼性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、風味蛋白酶以1:1:0.2:0.2重量份復配而成。過濾脫色採用活性炭，其添加量為小麥麵筋蛋白粉重量的2%，在50—90°C脫色處理10—130min。實施例2稱取小麥麵筋蛋白粉1000kg,在反應釜中與7000kg35'C溫水混合，加入鹼性蛋白酶進行溶解，其加入量為40U/g小麥麵筋蛋白粉;；然後用氫氧化鉀調節pH值7.0，加入複合酶製劑，使其在溶液中質量百分濃度為0.2%，在溫度45'C水解6h;而後進行酶滅活和過濾脫色處理，採用進風溫度150'C，出風溫度75'C，均質壓力25MPa進行噴霧乾燥，製得產品。水解所用複合酶製劑為鹼性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、風味蛋白酶以1:1.5:0.3:0.1重量份復配而成。過濾脫色採用活性炭，其添加量為小麥麵筋蛋白粉重量的3%，在50"90'C脫色處理10—130min。實施例3稱取小麥麵筋蛋白粉1000kg，在反應釜中與5000kg40'C溫水混合，加入鹼性蛋白酶進行溶解，其加入量為25U/g小麥麵筋蛋白粉；然後用磷酸調節pH值6.5，加入複合酶製劑，使其在溶液中質量百分濃度為0.6%，在溫度40'C水解4h;而後進行酶滅活和過濾脫色處理，採用進風溫度160'C，出風溫度8(TC,均質壓力20MPa進行噴霧乾燥，製得產品。水解所用複合酶製劑為鹼性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、風味蛋白酶以h1.3:0.5:0.1重量份復配而成。過濾脫色採用活性炭，其添加量為小麥麵筋蛋白粉重量的4%，在50—90'C脫色處理10—130min。實施例4稱取小麥麵筋蛋白粉1000kg,在反應釜中與6500kg35。C溫水混合，加入鹼性蛋白酶進行溶解，其加入量為30U/g小麥麵筋蛋白粉；然後用氫氧化鈉調節pH值7.0,加入複合酶製劑，使其在溶液中質量百分濃度為0.8%,在溫度45'C水解6.5h;而後進行酶滅活和過濾脫色處理，採用進風溫度155'C,出風溫度83°C，均質壓力26MPa進行噴霧乾燥，製得產品。水解所用複合酶製劑為鹼性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、風味蛋白酶以h1.8:0.4:0.2重量份復配而成。過濾脫色釆用活性炭，其添加量為小麥麵筋蛋白粉重量的3%，在50—90。C脫色處理10—130min。以上所用原料均為市售品，各種酶購於Novozymes公司、北京東華強盛生物技術有限公司、南寧龐博生物工程有限公司等。權利要求1.一種飼用小麥水解蛋白的工業化生產方法，其特徵在於，由以下步驟製得1)稱取小麥麵筋蛋白粉，在反應釜中與10-50℃溫水混合，加入鹼性蛋白酶進行溶解，其加入量為20-50U/g小麥麵筋蛋白粉，小麥麵筋蛋白粉與水固液重量比1∶2-10；2)調節pH值5.0-10.0，加入複合酶製劑，使其在溶液中質量百分濃度為0.2％-1.4％，在溫度30-70℃，水解1-13h；3)而後進行酶滅活和過濾脫色處理，採用進風溫度130-160℃，出風溫度60-85℃，均質壓力10-30MPa進行噴霧乾燥，得粉狀小麥水解蛋白。2.根據權利要求l所述的飼用小麥水解蛋白的工業化生產方法，其特徵在於，複合酶製劑為鹼性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、風味蛋白酶以1:l一2:0.l—0.5:0.l—0.2重量比復配而成。3.根據權利要求1所述的飼用小麥水解蛋白的工業化生產方法，其特徵在於，調節pH值所用的酸或鹼分別為鹽酸、硫酸、磷酸、檸檬酸、氫氧化鈉或氫氧化鉀。4.根據權利要求l所述的飼用小麥水解蛋白的工業化生產方法，其特徵在於，脫色劑為活性炭，其添加量為小麥麵筋蛋白粉重量的1一4%，脫色時在50~90。C處理10—130min。5.根據權利要求l-4任何一種所述的飼用小麥水解蛋白的工業化生產方法，其特徵在於，優化工藝條件為小麥麵筋蛋白粉與水的重量比為1:5;加入複合酶製劑，使其在溶液中質量百分濃度為0.6%，水解溫度4(TC，pH值6.5,水解時間4h。全文摘要本發明公開了一種飼用小麥水解蛋白的工業化生產方法，屬飼料添加劑生產
技術領域：
。該方法通過多種酶協同作用、多步驟聯合處理的方法，以小麥麵筋蛋白粉與水固液重量比1∶10-1∶2，加入複合酶，使其在溶液中質量百分濃度為0.2-1.4％，於溫度30-70℃，pH值5.0-10.0，水解1-13h；而後進行過濾、脫色、乾燥等工序製得飼用小麥水解蛋白產品。與傳統方法相比水解條件溫和，衛生安全，保持了原有胺基酸組成營養不損失，水解物鹽分低，口感醇厚，產量、收率高，達到98％。在乳豬、仔雞、犢牛、水產養殖等飼料中添加應用試驗表明其具有日採食量增加、降低腹瀉率、增強免疫力、減緩斷奶應激、提高生長性能等優點和明顯效果。文檔編號A23K1/00GK101627793SQ20091006561公開日2010年1月20日申請日期2009年7月31日優先權日2009年7月31日發明者張子峰,張新武申請人:鄭州新威營養技術有限公司