稻穀加工副產品高效聯產環糊精和米蛋白的方法與流程

2023-05-01 13:55:56

本發明屬於食品精加工和製糖
技術領域：
，具體涉及大米加工副產品(碎米、米糠)高效聯產環糊精和米蛋白的方法。
背景技術：
：稻穀是我國的主要糧食作物，在碾制過程中會產生10～15％碎米，目前我國每年大米加工產生的碎米約為1700萬噸，由於碎米硬度低、碎米澱粉易溶於水、糊化度高、蒸煮特性差、食用品質遠低於同一品種整米等因素，很少被直接用於蒸煮米飯。碎米中主要成分為澱粉，含量高達70％-80％，蛋白含量等營養物質與大米相近，約8％，碎米營養品質好，不存在生理障礙因子，是生產嬰幼兒食品的理想原料，但價格僅為大米的1/3-1/2，目前我國對碎米資源的利用主要集中在傳統食品開發以及充飼料和工業原料上，尚未得到更進一步的增值開發和利用。此外，稻穀在加工成精米的過程中還要去掉外殼和佔總重約10％的果皮、種皮、外胚層、糊粉層和胚，生成稻穀加工的主要副產品及即米糠。米糠中含有澱粉、脂質和粗蛋白，還含有多種天然活性成分，比如植酸、谷維素、γ-氨基丁酸、脂多糖、生育酚等。其中的米糠蛋白是一種營養價值很高的植物蛋白質，其中可溶性蛋白約佔70％，必需胺基酸組成接近人體需要模式，且賴氨酸和蛋氨酸含量高於大米及其它穀物含量，可彌補穀物蛋白某些胺基酸不足的缺陷。米糠蛋白另一個突出特點是低過敏性，為嬰幼兒斷乳食品理想原料。目前我國米糠年產量已達到1800萬噸，但利用率只有10％，大部分作為低價值飼料使用，造成了極大浪費。綜上所述，如何使碎米和米糠資源得到最大化利用並提高大米加工副產品的綜合利增值空間是一個亟待解決的問題。技術實現要素：針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種稻穀加工副產品高效聯產環糊精和米蛋白的方法，該方法可製備得到高品質的碎米米糠環糊精及米蛋白副產品，進一步提高大米加工副產品的利用價值。為實現以上技術目的，本發明採用以下技術方案：稻穀加工副產品高效聯產環糊精和蛋白質的方法，該方法以碎米和米糠為原料，包括以下處理步驟：(1)機械活化：用粉碎機將碎米和米糠粉碎成分粉末，過70目篩後，先倒入球磨中低速研磨5～10min，再倒入多級旋風磨中研磨20～30min，得機械活化碎米米糠粉混合物；(2)超聲波聯合低濃度纖維素酶處理：將步驟(1)所得混合物以1∶7～1∶8的料液比加水混合，用超聲波進行超聲處理，處理時間15～20min，超聲強度2.0～2.3W/(g.cm2)，處理溫度35～38℃，超聲結束，向超聲液中加入終濃度0.1～0.3U/ml的纖維素複合酶反應20～30min；酶解完畢，用蒸餾水衝洗乾淨，加水調漿製成濃度為10～15％的碎米米糠漿；(3)分離：將步驟(2)所得碎米米糠漿於2500～3200r/min離心，得上清液和沉澱；(4)碎米米糠蛋白提取：將步驟(3)所得上清液減壓濃縮成相對密度為1.25～1.30的濃縮液，加入酸性蛋白酶，加酶量為所述沉澱幹基質量的0.5～1.0％，於50～55℃反應5～7h，所得料液置於沸水中滅酶，離心取上層酶解液；用氫氧化鈉溶液將該酶解液的pH值調節至11～12，將所得料液於-25～-15℃進行冷凍直至完全凍結；將凍結料液粉碎，直至其完全變為液體，用鹽酸中和液體pH值至中性，於1500～2000r/min離心，收集上清液；真空濃縮，冷凍乾燥後得碎米米糠蛋白成品；(5)碎米米糠環糊精提取：A.脫支處理：取步驟(3)所得沉澱，以pH3.6的醋酸-醋酸鈉緩衝液為溶劑配製成1.5％的溶液，加入6.5～8.5U/g的異澱粉酶，於40～42℃，pH3.2～3.5的條件下反應9～11h，沸水浴滅酶；在所得脫支反應液中加入5～6倍體積的無水乙醇，離心取沉澱，再向沉澱物中加入Tris-HCl緩衝液至沉澱重量百分濃度為1～1.5wt％，煮沸50～60min，得脫支澱粉液；B.4-α-糖基轉移酶和糖化酶改性處理：將4-α-糖基轉移酶和糖化酶分別進行10～12倍稀釋後，於25～35℃，150～280MPa高壓處理，處理時間10～12min，分別得到改性4-α-糖基轉移酶和改性糖化酶；C.複合酶處理：向步驟A所得脫支澱粉液中加入8～10U/g的改性4-α-糖基轉移酶，在65～68℃，pH7.2～7.5的條件下反應10～20h，沸水浴滅酶；再倒入3.5倍體積的醋酸-醋酸鈉緩衝液混勻後，加入0.5U/ml的改性糖化酶，在55℃，pH5.5的條件下反應5h，沸水浴滅酶，離心取上清液；D.沉澱環糊精：向上述上清液中加入7倍體積的無水乙醇，離心取沉澱，去除殘留水分和乙醇，冷凍乾燥後即得碎米米糠環糊精成品。具體地，步驟(1)所述球磨轉速為70～100rpm。優選地，步驟(4)所述酸性蛋白酶的酶活為600000U/ml。優選地，步驟(5)中，所述4-α-糖基轉移酶的改性條件為：溫度28℃下進行280MPa高壓處理12min。優選地，步驟(5)中，所述糖化酶的改性條件為：溫度30℃下進行180MPa高壓處理10min。本發明的有益效果為：與傳統的以優質澱粉(木薯澱粉、大米澱粉、玉米澱粉等)為原料單一製備環糊精的工藝相比，本發明申請人採用大米的主要加工副產品——碎米和米糠為原料，經過不斷摸索工藝參數條件，開發出一種高效聯產環糊精和米蛋白的方法：基於原料的特殊性質獨創機械活化(先低速球磨後多級旋風磨研磨，摩擦力、剪切力和高頻振動結合作用)、超聲和低濃度纖維素酶處理相結合的特殊預處理工藝，嚴格控制處理和反應程度，經處理原料反應比表面積增大，表面活性增強，有利於後續生化反應而有助於提高環糊精和米蛋白的提取率；在提取環糊精前先進行脫支預處理，可提高底物轉化率，同時發現分別於特定壓力條件下對4-α-糖基轉移酶和糖化酶進行改性處理，能改變酶的構象，暴露更多的催化部位，從而提高催化活性和效率；提取蛋白過程中採用鹼性條件下先冷凍再粉碎解凍的工藝，能改變碎米蛋白構象，降低蛋白聚集程度，增加暴露的親水基團，提高蛋白質溶解性能。本發明工藝環糊精轉化率達到32％以上，同時製備得到可達嬰幼兒食品及醫藥級別的具有高溶解性和良好起泡乳化性的高品質蛋白副產品，顯著提高了碎米米糠資源的利用價值，拓展了大米加工副產品的綜合利增值空間，具有良好的應用前景。具體實施方式下面結合實施例，詳細說明本發明的具體實施方式。如無特殊說明，下列實施例所述各原料均為市售商品，所述各試驗方法和實驗儀器如無特殊說明均屬本領域常規。實施例1取大米加工副產品混合物(碎米1000g，米糠1000g)作為處理原料，具體包括以下步驟：(1)機械活化：用粉碎機將碎米和米糠粉碎成分粉末，過70目篩後，先倒入球磨中低速研磨25min，球磨轉速為100rpm，再倒入多級旋風磨中研磨30min，得機械活化碎米米糠粉混合物；(2)超聲波聯合低濃度纖維素酶處理：將步驟(1)所得混合物以1∶7的料液比加水混合，用超聲波進行超聲處理，處理時間15min，超聲強度2.3w/(g.cm2)，處理溫度35℃，超聲結束，向超聲液中加入終濃度0.1U/ml的纖維素複合酶反應30min；酶解完畢，用蒸餾水衝洗乾淨，加水調漿製成濃度為15％的碎米米糠漿；(3)分離：將步驟(2)所得碎米米糠漿於3200r/min離心，得上清液和沉澱；(4)碎米米糠蛋白提取：將步驟(3)所得上清液減壓濃縮成相對密度為1.25的濃縮液，加入酶活為600000U/ml的酸性蛋白酶，加酶量為沉澱幹基質量的0.5％，於55℃反應7h，所得料液置於沸水中滅酶，離心取上層酶解液；用氫氧化鈉溶液將該酶解液的pH值調節至11，將所得料液於-25℃進行冷凍直至完全凍結；將凍結料液粉碎，直至其完全變為液體，用鹽酸中和液體pH值至中性，於2000r/min離心，收集上清液；真空濃縮，冷凍乾燥後得碎米米糠蛋白成品；(5)碎米米糠環糊精提取：A.脫支處理：取步驟(3)所得沉澱，以pH3.6的醋酸-醋酸鈉緩衝液為溶劑配製成1.5％的溶液，加入8.5U/g的異澱粉酶，於42℃，pH3.2的條件下反應9h，沸水浴滅酶；在所得脫支反應液中加入6倍體積的無水乙醇，離心取沉澱，再向沉澱物中加入Tris-HCl緩衝液至沉澱重量百分濃度為1.5wt％，煮沸50min，得脫支澱粉液；B.4-α-糖基轉移酶和糖化酶改性處理：將4-α-糖基轉移酶和糖化酶分別進行12倍稀釋，4-α-糖基轉移酶於25℃，280MPa高壓處理12min，糖化酶於25℃，150MPa高壓處理10min，分別得到改性4-α-糖基轉移酶和改性糖化酶；C.複合酶處理：向步驟A所得脫支澱粉液中加入10U/g的改性4-α-糖基轉移酶，在68℃，pH7.2的條件下反應20h，沸水浴滅酶；再倒入3.5倍體積的醋酸-醋酸鈉緩衝液混勻後，加入0.5U/ml的改性糖化酶，在55℃，pH5.5的條件下反應5h，沸水浴滅酶，離心取上清液；D.沉澱環糊精：向上述上清液中加入7倍體積的無水乙醇，離心取沉澱，去除殘留水分和乙醇，冷凍乾燥後即得碎米米糠環糊精成品。實施例2原料同實施例1，具體包括以下步驟：(1)機械活化：用粉碎機將碎米和米糠粉碎成分粉末，過70目篩後，先倒入球磨中低速研磨20min，球磨轉速為90rpm，再倒入多級旋風磨中研磨25min，得機械活化碎米米糠粉混合物；(2)超聲波聯合低濃度纖維素酶處理：將步驟(1)所得混合物以1∶7的料液比加水混合，用超聲波進行超聲處理，處理時間18min，超聲強度2.2w/(g.cm2)，處理溫度36℃，超聲結束，向超聲液中加入終濃度0.2U/ml的纖維素複合酶反應25min；酶解完畢，用蒸餾水衝洗乾淨，加水調漿製成濃度為12％的碎米米糠漿；(3)分離：將步驟(2)所得碎米米糠漿於3000r/min離心，得上清液和沉澱；(4)碎米米糠蛋白提取：將步驟(3)所得上清液減壓濃縮成相對密度為1.28的濃縮液，加入酶活為600000U/ml的酸性蛋白酶，加酶量為沉澱幹基質量的0.8％，於52℃反應6h，所得料液置於沸水中滅酶，離心取上層酶解液；用氫氧化鈉溶液將該酶解液的pH值調節至11，將所得料液於-20℃進行冷凍直至完全凍結；將凍結料液粉碎，直至其完全變為液體，用鹽酸中和液體pH值至中性，於1800r/min離心，收集上清液；真空濃縮，冷凍乾燥後得碎米米糠蛋白成品；(5)碎米米糠環糊精提取：A.脫支處理：取步驟(3)所得沉澱，以pH3.6的醋酸-醋酸鈉緩衝液為溶劑配製成1.5％的溶液，加入7U/g的異澱粉酶，於40～42℃，pH3.3的條件下反應10h，沸水浴滅酶；在所得脫支反應液中加入5.5倍體積的無水乙醇，離心取沉澱，再向沉澱物中加入Tris-HCl緩衝液至沉澱重量百分濃度為1.5wt％，煮沸55min，得脫支澱粉液；B.4-α-糖基轉移酶和糖化酶改性處理：將4-α-糖基轉移酶和糖化酶分別進行10倍稀釋，4-α-糖基轉移酶於28℃，280MPa高壓處理12min，糖化酶於30℃，180MPa高壓處理10min，分別得到改性4-α-糖基轉移酶和改性糖化酶；C.複合酶處理：向步驟A所得脫支澱粉液中加入10U/g的改性4-α-糖基轉移酶，在66℃，pH7.4的條件下反應15h，沸水浴滅酶；再倒入3.5倍體積的醋酸-醋酸鈉緩衝液混勻後，加入0.5U/ml的改性糖化酶，在55℃，pH5.5的條件下反應5h，沸水浴滅酶，離心取上清液；D.沉澱環糊精：向上述上清液中加入7倍體積的無水乙醇，離心取沉澱，去除殘留水分和乙醇，冷凍乾燥後即得碎米米糠環糊精成品。實施例3原料同實施例1，具體包括以下步驟：(1)機械活化：用粉碎機將碎米和米糠粉碎成分粉末，過70目篩後，先倒入球磨中低速研磨15min，球磨轉速為70rpm，再倒入多級旋風磨中研磨20min，得機械活化碎米米糠粉混合物；(2)超聲波聯合低濃度纖維素酶處理：將步驟(1)所得混合物以1∶8的料液比加水混合，用超聲波進行超聲處理，處理時間20min，超聲強度2.0w/(g.cm2)，處理溫度38℃，超聲結束，向超聲液中加入終濃度0.3u/ml的纖維素複合酶反應20min；酶解完畢，用蒸餾水衝洗乾淨，加水調漿製成濃度為10％的碎米米糠漿；(3)分離：將步驟(2)所得碎米米糠漿於2500r/min離心，得上清液和沉澱；(4)碎米米糠蛋白提取：將步驟(3)所得上清液減壓濃縮成相對密度為1.30的濃縮液，加入酶活為600000U/ml的酸性蛋白酶，加酶量為沉澱幹基質量的1.0％，於50℃反應5h，所得料液置於沸水中滅酶，離心取上層酶解液；用氫氧化鈉溶液將該酶解液的pH值調節至12，將所得料液於-15℃進行冷凍直至完全凍結；將凍結料液粉碎，直至其完全變為液體，用鹽酸中和液體pH值至中性，於1500r/min離心，收集上清液；真空濃縮，冷凍乾燥後得碎米米糠蛋白成品；(5)碎米米糠環糊精提取：A.脫支處理：取步驟(3)所得沉澱，以pH3.6的醋酸-醋酸鈉緩衝液為溶劑配製成1.5％的溶液，加入6.5U/g的異澱粉酶，於40℃，pH3.5的條件下反應11h，沸水浴滅酶；在所得脫支反應液中加入5倍體積的無水乙醇，離心取沉澱，再向沉澱物中加入Tris-HCl緩衝液至沉澱重量百分濃度為1wt％，煮沸60min，得脫支澱粉液；B.4-α-糖基轉移酶和糖化酶改性處理：將4-α-糖基轉移酶和糖化酶分別進行10倍稀釋後，4-α-糖基轉移酶於25℃，150MPa高壓12min，糖化酶於35℃，200MPa高壓處理12min，分別得到改性4-α-糖基轉移酶和改性糖化酶；C.複合酶處理：向步驟A所得脫支澱粉液中加入10U/g的改性4-α-糖基轉移酶，在65℃，pH7.5的條件下反應10h，沸水浴滅酶；再倒入3.5倍體積的醋酸-醋酸鈉緩衝液混勻後，加入0.5U/ml的改性糖化酶，在55℃，pH5.5的條件下反應5h，沸水浴滅酶，離心取上清液；D.沉澱環糊精：向上述上清液中加入7倍體積的無水乙醇，離心取沉澱，去除殘留水分和乙醇，冷凍乾燥後即得碎米米糠環糊精成品。成品測定採用凱氏定氮法測定實施例1～實施例3所得碎米米糠蛋白成品中粗蛋白含量，計算碎米米糠蛋白提取率，對蛋白質性能進行測定，結果參見表1；同時測定實施例1～實施例3所得碎米米糠環糊精的轉化率，結果參見表2：表1碎米米糠蛋白質提取率及性能分析項目提取率(％)溶解性(％)起泡性乳化性實施例146.595.814.20.44實施例248.996.115.30.41實施例345.994.714.90.40由上表數據可知，實施例1～實施例3所述方法具有較高的蛋白質提取率，可製備得到具有高溶解性及理想起泡乳化性的功能性質良好的高品質碎米米糠蛋白質。表2碎米米糠環糊精轉化率由上表數據可知，實施例1～實施例3所述方法具有較為理想的環糊精轉化率。可以理解的是，以上關於本發明的具體描述，僅用於說明本發明而並非受限於本發明實施例所描述的技術方案。本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或等同替換，以達到相同的技術效果；只要滿足使用需要，都在本發明的保護範圍之內。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp