利用內源蛋白酶同時生產豆類澱粉與植物分離蛋白的方法
2023-10-17 18:41:09 5
專利名稱：利用內源蛋白酶同時生產豆類澱粉與植物分離蛋白的方法
技術領域：
本發明涉及豆類澱粉與分離蛋白的生產工藝，該工藝不同於傳統的亞硫酸法和微生物法，可同時生產豆類澱粉與分離蛋白。
背景技術：
澱粉生產的化學原理就是通過適當的方法分解蛋白質，把澱粉從蛋白質的重重包圍中釋放出來。多年來，澱粉生產技術一直沿用兩種經典工藝以玉米澱粉為代表的西方工業化方法，是藉助亞硫酸的化學作用使澱粉顆粒表層的蛋白質溶解脫離；以綠豆澱粉為代表的中國傳統酸漿法，是通過乳酸菌的作用脫除澱粉顆粒表層的蛋白質層。二者原理不同、生產方法、生產規模以及對自然環境的依賴程度都不同，實際上代表的是東西方文化差異。
西方人把玉米看作工業原料，利用化學工業技術進行加工，得到的產品仍作為工業原料，分別用於食品、化工、紡織、造紙、醫藥等工業領域。生產過程以科學研究為基礎，形成大規模自動化生產線，各工序均有嚴格的工藝條件控制；成品、半成品都有嚴格的質量標準；全部生產過程充滿嚴密的科學依據與管理規範，個人的作用被充分淡化。中國人把豆類、薯類、玉米等作物視為糧食，加工後的產品直接作為食品，生產過程只被作為烹飪技術的延伸，操作者的經驗發揮關鍵作用；加工過程對季節、地理環境的依賴都無法避免，生產過程充滿神秘感，技藝高超的師傅往往具有傳奇色彩。
儘可能完全地分離和脫除澱粉周圍的蛋白質成分，是生產高品質澱粉和澱粉產品(例如粉絲)的關鍵。生產過程中，澱粉顆粒、細胞壁、種皮、部分不溶蛋白質都是固體，它們的比重及粒徑都很接近，這種物料實施固-固分離具有很大難度，所以生產過程中如直接採用固-固分離來使蛋白質與澱粉分離更為困難。
西方研究人員對澱粉生產的工藝學、化學原理及實施設備的研究很深入，已經形成完整的自動化生產體系。技術關鍵是利用亞硫酸作用使蛋白質微粒溶解或分散成膠體溶液，蛋白質與澱粉之間的分離由固-固分離轉變成固-液分離。由於亞硫酸作用是徹底的化學反應，因而在工業化生產中可以保證產品質量的穩定。亞硫酸方法生產澱粉已有近150年歷史，當前主要用於玉米澱粉的生產。在我國常被發現帶來澱粉中二氧化硫的殘留及生產環境的汙染，尤其是近幾年來澱粉中的二氧化硫超標的現象履見報端，可見該方法對工藝的要求之高。
中國傳統的酸漿法生產綠豆澱粉，由於巧妙地利用微生物作用使比重與粒徑十分接近的澱粉與蛋白質微粒分別凝聚並沉澱，解決了二者的分離問題。但是中國的酸漿法依賴微生物，而發酵又依賴自然環境，所以情況要比化學反應複雜，更需憑藉操作師傅的經驗，這就造成生產不穩定，產率、質量的波動難於控制，人為的操作技能在此發揮至關重要的作用。因此國內研究重點一直追求的是解釋這一現象和找到更有效的菌種，近幾十年我國科技工作者力求解釋總結生產過程中的原理，重點是對微生物作用機制的探索，其中最高成就是北京大學生物系1973年的研究成果，得到國內外的認同。
由於西方不注意豆類澱粉的生產與研究，國內借鑑西方研究成果的機會不多，科技工作者對中國傳統產品和技術的研究也始終難形成熱點。因此中國傳統工藝未能很好總結和提高。另一方面，酸漿法生產澱粉過程中會造成蛋白質資源浪費和環境的汙染，同樣是長期留給社會的難題。
發明內容
在研究了國內外澱粉生產的特點和有待解決的技術問題的基礎上，本發明提供了一種可同時生產豆類澱粉和分離蛋白的工藝方法，該工藝不同於亞硫酸法和微生物法，既免除了亞硫酸法帶來的二氧化硫殘留之害，同時可充分回收目前大都被浪費了的蛋白質資源，不僅可同時生產澱粉和植物分離蛋白產品，還降低了環境汙染。
本發明的工藝方法包括如下過程1)利用豆類內源酶使豆類原料發生第一級酶解反應，反應溫度30-55℃，物料的pH值自動下降後繼續反應1-2小時，然後調整物料(已經完成第一級酶解反應)的pH到高於其含有的蛋白成分的等電點，使蛋白質充分溶解，分別收取粗澱粉和蛋白乳液；2)上述蛋白乳液繼續保溫進行第二級酶解反應至pH值到達蛋白等電點附近時離心分離，收集沉澱蛋白和酸性乳清；3)利用酸性乳清使第一級酶解反應後的粗澱粉繼續發生第三級酶解反應，酶解溫度30-55℃，酶解完成後脫除酸性蛋白乳清液，收集精製澱粉。
本發明者認為澱粉生產的化學原理就是把澱粉顆粒從蛋白質的重重包圍中釋放出來。如綠豆中含有四分之一蛋白質，包括清蛋白、球蛋白和谷蛋白，其中，清蛋白溶於水、球蛋白在水中呈分散狀態，谷蛋白不溶於水，這三種狀態蛋白的存在會影響澱粉的分離精製過程。
更為複雜的是澱粉的顆粒結構，豆類澱粉(綠豆、豌豆、蠶豆、紅小豆等)存在著單粒與復粒結構，如綠豆澱粉顆粒為腎形，與綠豆外型相似，有一個「臍」狀的凹陷，顆粒表面有一層黏液狀透明黏膜，通過蛋白質染色法(如雙縮脲法、考馬斯亮藍法)可以證明這層薄膜含蛋白質，而數十粒澱粉單粒又聚合併包圍一層透明硬膜構成橢球形復粒，長徑約30-50微米。在豆類中澱粉是以復粒狀態存在的。一個常見的例子是，豆類直接蒸煮再破碎、漂洗可生產豆沙，原理就是加熱使這層復粒膜變性並固化，完整保存了復粒結構，復粒中的單粒澱粉在加熱過程中未充分膨脹和解體糊化，因此不存在回生現象，保持著完整復粒結構的豆沙，乾燥狀態下有很好的流散性，吸水狀態下有很好的塗抹性和可口的潤滑感，成為東方人喜愛的食品。
豆沙的生產原理就是完整保護了澱粉復粒結構，而生產澱粉的原理首先要徹底破壞復粒結構，破壞復粒外膜與單粒外黏膜，使澱粉充分游離。
單粒與復粒外膜主要成分是蛋白質，與澱粉相比，含量比較小，但比表面積很大。膜狀蛋白質無論與豆類中總蛋白質相比，還是在成品澱粉中的殘留量都很低，但它對澱粉生產過程，澱粉成品質量和粉絲的質量都產生巨大影響。
在加工生產澱粉過程中，通常是首先採用離心或沉降方法將澱粉與蛋白質分離，由於未除盡蛋白膜的澱粉粒比重與蛋白質接近，用離心法難於分離；而自然沉澱法得到的澱粉層中混有蛋白質和帶膜澱粉，無法形成堅實的澱粉層，稍加攪動澱粉層即上浮，無法分離出純淨澱粉，而中層蛋白沉澱中也混有大量帶膜澱粉粒，造成「跑粉」，沒除盡外膜的單粒澱粉還會黏結成團，形狀如青蛙卵，可在水中自由漂動，無法進入沉澱層。
用未除盡外膜的澱粉製作粉絲，不晶瑩透明，無光澤，不耐煮。因為膜狀蛋白質阻礙了糊化澱粉的連續性和結晶的完整性，就如混凝土中混入了許多塑料薄膜的碎片，造成混凝土結構的支離破碎。
因此生產澱粉與粉絲的關鍵是充分去除澱粉顆粒表面的蛋白質。西方工業化方法是藉助亞硫酸的化學作用腐蝕溶解並剝除這些蛋白質，這種化學反應是徹底的，所以可以保證產品質量的穩定。中國的酸漿法依賴微生物，而發酵又依賴自然環境，所以情況要比化學反應複雜，更需憑藉操作師傅的經驗，這就造成生產不穩定；產率、質量的波動難於控制，人為的操作技能在此起至關重要的作用。
因為任何種子發芽生長都是依靠其自身的酶系統，本發明的方法則是藉助被加工對象自身的生命活力來完成各種成分的分解過程。具體地，本發明的關鍵是利用了其中的蛋白酶使豆類中的蛋白質水解變成可溶性蛋白質，以使蛋白質與澱粉之間的固-固分離轉變為固-液分離，澱粉顆粒表面的蛋白膜也在此過程中脫落。經該固-液分離可得到澱粉和蛋白乳液，前者稱為粗澱粉，後者經進一步酶解反應，待pH值降至蛋白質等電點附近，再經離心分離得到分離蛋白，此時剩餘的乳清液含有乳清蛋白和活力很強的酶，再用該乳清液與先期得到的粗澱粉繼續反應，可以徹底溶解剝離澱粉顆粒表面殘留的蛋白膜得到精澱粉，剩餘的乳清蛋白乳液既可作為蛋白酶在其他場合使用，也可加熱或濃縮提取蛋白產品。
在充分研究了澱粉的結構和與蛋白質的關係及分離機理的基礎上，本發明提出了一種完全不同於目前公知和普遍採用的兩種典型工藝的生產方法，利用了豆類原料的內源蛋白酶，並控制工藝條件，通過三級酶解反應，可同時得到精製的豆類澱粉和分離蛋白。
根據本發明的優選方案，所述豆類內源酶是指豆類原料自身所含的各種酶，它們在發生酶解反應之前被激活，或，至少是其中的蛋白酶被激活。即，根據本發明的優選方案，可以先採用任何可行的方法使原料中的蛋白酶被激活活化(例如申請人的在先專利ZL 02157397.2中所描述的蛋白水解酶的激活方法，本申請引入ZL 02157397.2全文作為參考)，然後控制其第一級酶解反應，也可以直接採用經浸泡、磨漿處理的原料漿液(本發明稱澱粉漿，俗稱「粕子」)先令其中的蛋白酶活化，然後完成第一級酶解反應。
所以，本發明的方法還可包括採用如下方法激活原料自身蛋白酶使豆類原料發生第一級酶解反應，分離得到粗澱粉和蛋白乳液1)自然活化豆類原料加水粉碎(最好先經浸泡)後的澱粉漿於30-55℃攪拌反應，蛋白酶可自動活化，當pH值開始下降時說明酶被激活；2)「接種」活化向原料澱粉漿(原料豆加水磨碎)中加入其中蛋白酶已被活化的澱粉漿、活化蛋白乳液或活化酸性乳清作為「種液」，或加入蛋白酶製劑(如植物蛋白酶木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等；動物蛋白酶胃蛋白酶、胰蛋白酶等；各種微生物蛋白酶枯草桿菌蛋白酶AS1·398等)於30-55℃攪拌使原料中的蛋白酶活化，而所用「種液」的物料種類可以與原料豆相同或不同，此法可以加快活化速度；
3)連續活化使待活化的澱粉漿進入酶解反應器，被反應器中的已活化的澱粉漿激活，同時等速排出完成第一級酶解反應的活化澱粉漿，而酶解反應連續進行，使生產可連續化。
本發明的工藝尤其適用於利用豆類原料生產澱粉和分離蛋白的技術，所述豆類原料可以包括綠豆、豌豆、蠶豆、紅豆或芸豆等。分別得到的澱粉和分離蛋白作為食品和某些化學工業的原料。採用本發明工藝，前期對於原料豆的處理過程與傳統工藝沒有實質區別，例如先期進行泡豆和磨漿等，得到的漿狀物本發明稱為澱粉漿，然後對該澱粉漿實施酶解。與傳統工藝相同，原料豆的處理一般不需要脫皮，但是發明人的研究結果發現，當採用綠豆作為原料製取分離蛋白和綠豆澱粉時，優選使用脫皮後的綠豆。發明人的研究揭示，純淨的綠豆分離蛋白粉為淡黃色，有光澤，外觀優於大豆分離蛋白粉，而未脫皮綠豆作為原料生產的分離蛋白為灰暗的綠色，如果對產品有較高要求的話，這種綠豆分離蛋白幾乎無法在工業與食品中使用。產生這種現象的原因首先是因為綠豆種皮中含有色素，會使分離蛋白染色；其次綠豆種皮中還含有鞣酸(或稱單寧)，綠豆磨碎後鞣酸溶出，會降低甚至會破壞酶活力，還會使清蛋白、球蛋白凝固變成絮狀懸浮物，增大了液相的內部阻力，使澱粉沉降困難；再者，鞣酸還使澱粉顆粒表面蛋白膜固化，強化了澱粉粒表面的蛋白膜，導致剝離困難，因此綠豆中鞣酸的存在是生物酶法生產優質精澱粉的重大障礙。採用脫皮後的綠豆則避免這些問題的出現。而豌豆等其他豆類原料的種皮中單寧和色素含量很少，不脫皮直接使用不會影響澱粉和蛋白的質量。
所以，本發明的實施具有很多現有技術所不具有的優點1、它可以不依賴化學材料和微生物，無需二氧化硫等化學物質和特定微生物，而是利用植物自備的酶系統，它是真正的生物技術，沒有人為汙染，成本也很低；2、可同時生產澱粉與分離植物蛋白，與酸漿法相比，增加了高附加值產品，減少了蛋白質資源的浪費；3、生產不再依賴自然環境和個人的經驗，可以形成連續化的大規模工業生產，有利於制定嚴格的工藝條件及成品與半成品的質量標準；4、生產過程中的酶活化、固-液分離、蛋白質沉出、粗澱粉精製等工序均可在固定的反應容器中連續進行，每個反應器都可以連續進出料，便於生產設備與工藝過程的自動化控制，形成自動化生產線；5、本工藝仍可延用傳統的手工操作與自然沉降分離法，傳統的手工操作經驗仍可發揮一定作用，也就是說，應用本發明的原理，生產設備可土可洋，適用於不同規模投資者的應用。
圖1是本發明生產工藝的一個具體實施方案的工藝流程圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的優選實施方案進行詳細說明酶活化和第一級酶解反應原料豆加水浸泡後進行粗研磨成為本發明所述的澱粉漿，該粗研磨可以是如傳統工藝中使用針磨、粉碎機等對原料破碎。
粗研磨後的澱粉漿經酶活化可發生第一級酶解反應，該過程可以是控制溫度30-55℃，維持攪拌，觀察物料的pH開始下降，說明酶被激活，繼續保溫攪拌1-2小時，完成第一級酶解。
前面已經介紹，也可以向新研磨的澱粉漿中加入已酶活化的澱粉漿、或分離出澱粉的蛋白乳(澱粉乳液分離出澱粉後的蛋白液)、或分離出蛋白質的乳清(酸沉蛋白質後的清液，其中含有酶及可溶性糖)均可立即激活澱粉漿中的蛋白酶，加入量可以是原料澱粉漿的1/10至1/5體積，此法可使酶激活速度加快，繼續維持攪拌進行酶解反應，可使澱粉漿全部被激活和第一級酶解反應時間縮短為1.5小時左右。
在工業化生產中也可以採用連續激活並酶解反應的方法，在前一批次澱粉漿完成酶活化反應後，用同等速度連續排出完成酶解反應的澱粉漿，並加入新磨的待活化和酶解的澱粉漿，形成連續反應。這種方法可以將激活與酶解時間縮短為1小時，並使生產連續化(即反應罐中物料交換周期為1小時)。
本發明上述工藝的實施基礎是，浸泡過的豆類，其中的酶已初步活化，但在細胞或組織內的酶依照自然規律，活化速度很慢，而磨碎釋放後的酶在適應的溫度下可以很快活化；若採用「接種」活化，釋放出的尚未活化的蛋白酶可以被已活化的任何蛋白酶迅速激活，大大縮短了活化和酶解反應周期，應用於工業生產。反應罐的容量、數量可根據產量、反應所需時間計算確定。
根據本發明優選的工藝，在澱粉漿酶激活反應後增加一次精磨，例如，使用膠體磨對酶反應後的漿液再次研細。酶反應過程中纖維素網膜及澱粉復粒外膜被軟化或部分溶解，精磨可充分破壞復粒外膜，釋放澱粉單粒，同時充分粉碎纖維素網膜，減少其對澱粉粒的「窩藏」，因為纖維素膜的凸凹結構使澱粉粒有了許多藏身之地，造成漿渣分離不徹底。
本發明方法的用水量比酸漿法大大降低，如前所述，單寧使蛋白質變性，絮凝，增大液體內部阻力，防礙澱粉沉降，為減小阻力，酸漿法中採用加大用水量來降低蛋白質濃度，以便澱粉順利沉降。本發明工藝對於含單寧的成分(綠豆皮)事先給予脫除，去除了單寧幹擾，又經酶解促使蛋白質溶解，使原工藝中的澱粉(固體)-蛋白質(固體)-可溶性蛋白和糖類(液體)分離過程轉化為固體-液體分離(澱粉與蛋白質溶液)使分離工藝大大簡化，加水量也因此降低。酸漿法加水約為原料豆的20-25倍，而本方法可降至8-10倍。這也是本發明的又一個特點。
豆類中的各種酶在浸泡過程中已經逐漸活化，但速度很慢，不足以在加工過程中發揮主導作用，因此應該進一步激活，並且活化的纖維素酶可以使豆渣軟化，利於後續的精粉碎，活化的蛋白酶會發揮幾項功能a、使豆類子葉中的蛋白質充分溶出。特別是溶解性、分散性差的谷蛋白，經酶解反應可提高它的溶出率，提高蛋白質的總利用率。
豆科植物中按溶解度分級的蛋白質比例如下表(各種蛋白的溶解度變化從大到小清蛋白-球蛋白-谷蛋白)
引自《植物蛋白》，G諾頓 科學出版社 1983可見，在綠豆中谷蛋白佔總蛋白質29％，簡單的水提取方法會造成這部分蛋白的部分損失。
b、酶解反應使球蛋白充分溶解或分散(其粒徑遠遠小於澱粉)。這樣澱粉與蛋白質之間的固-固分離充分轉化為固-液分離，否則澱粉中混入較多蛋白質，不便用離心分離方法，自然沉降時也會出現澱粉與蛋白質的混合層。
c、酶的活化可腐蝕軟化澱粉復粒外膜，再經後續的精磨工序使澱粉充分釋放。粗磨過程中復粒外膜因吸水軟化，大部分被破壞，但仍有較多完整復粒，其密度小於澱粉，接近蛋白質，所以在酸漿法生產過程中復粒會混入蛋白層造成「跑粉」，復粒混入澱粉層會使沉澱層不堅實，與水分離時也會造成澱粉流失，酶解反應會軟化或脫落復粒外膜，再經過精磨的強烈機械作用，使之全部脫落，充分釋放出單粒澱粉，提高了澱粉的收率。
前面已經介紹，蛋白酶的激活活化可以有三種方法，自然激活方法依各類豆類原料所需活化時間可能有所不同，一般經2-3小時即可自動活化；「接種」活化法新磨碎的澱粉漿(子葉加水磨碎的漿狀物)中加入1/10-1/5體積的已活化的澱粉漿，或分離出澱粉的蛋白乳(澱粉乳液分離出澱粉後的蛋白液)，或分離出蛋白質的乳清，或者加入適量的蛋白酶製劑，均可立即激活澱粉漿中的蛋白酶，此法可使激活速度加快，使全部激活和第一次酶反應時間縮短為1.5小時；
連續激活和酶解反應方法即澱粉漿完成酶活化反應後，用同等速度從反應器中連續排出完成酶解反應的澱粉漿，並等速加入新磨的澱粉漿，反應器的加入、排出口相反(例如，上進下出或下進上出)，如此形成連續反應。這種方法可以將激活與酶解反應時間縮短為1小時，並使生產連續化(即反應罐中物料交換周期為1小時)。
酶解後澱粉漿的過濾分離發明人在試驗摸索中發現，酶解後澱粉漿液的組成很複雜，給分離帶來很多困難，也對澱粉質量產生重要影響，所以此分離過程不是簡單的固-液分離。分析其中的固體成分，纖維素主要是子葉中分隔澱粉復粒與蛋白質的網膜，破壞前為擠壓形成的多面體結構，破碎後多為凹凸不平的片狀或半球形，經精磨後大多數為100-200微米的不定形片狀物，還有少量20-100微米的片狀纖維，這種複雜的外型在過濾時會交織在一起形成緻密的濾餅，水和溶於水的蛋白可以順利通過，而澱粉顆粒則難通過，會有較多澱粉粒截留在濾餅中。另外仍有少量未被破壞的復粒，粒徑與比重都與纖維相似；單粒澱粉表面的黏膜狀蛋白在此工序如果未除盡，單粒澱粉黏結到一起形成青蛙卵狀的團粒，比重及外徑也與復粒相似，它們也會截留在濾餅中；澱粉漿的pH值如接近蛋白等電點，其中的蛋白質為微絮狀，更加大料液黏度和內阻力，並阻塞濾餅中的微孔，更會降低過濾效率。
另一方面，酶解反應後的澱粉漿經過膠體磨精磨，可使殘留的復粒破碎，被軟化的纖維素進一步被切割，減少原有的凹凸面或半球形結構，破壞豆渣中「窩藏」澱粉粒的空間。一級酶解後的澱粉漿pH值可降至5-6或更低，此時蛋白質雖然充分從組織中溶出，卻因pH值低而呈微絮狀，過濾分離豆渣時造成濾餅密實、水和澱粉通過不暢，因此必須使其充分溶解或分散，使澱粉更順利通過濾餅。優選對第一級酶解反應後的物料先經膠體磨精磨並除渣後再分離粗澱粉和蛋白乳液。
本發明的創造性就是通過酶解澱粉漿先溶解蛋白成分，使澱粉與蛋白的分離轉化為固-液分離，所以此時要求漿液的pH高於蛋白的等電點，使蛋白質充分溶解，然後進行漿渣分離去除纖維素，並收取粗澱粉和蛋白混合乳液，經沉澱或離心分離得到粗澱粉和蛋白乳液。該調整酶解產物pH值的操作可以在對酶解後的漿液進行除渣前或除渣後完成，但是建議在對豆渣實施過濾分離之前將料液pH值調至弱鹼性，以高於所包含的所有蛋白成分的等電點為最低標準，一般可調整pH到大約6.0-10.0，使蛋白質完全溶解，澱粉漿的黏度降低，濾餅疏鬆，提高分離效果。
本發明工藝優選對精磨後的物料進行一次以上的過濾來分離除渣，先篩除粒徑大的粗渣，再進一步過濾篩除細渣。可以採用多級過濾方法對精磨後的漿液實施過濾除渣，例如曲篩，或者二元或三元組合的振動篩。考慮到操作成本，可使用三層濾網的三元振動篩，例如使用40-80-120目組合(也可選用其他組合，根據精磨效果而定)，每一層濾網上都不會形成質密的濾餅，如40目濾網只截留40目以上粗渣，渣內孔隙不會存留大量細渣，形成順暢通道，使澱粉和細渣通過，加之篩網振動可以形成不固定的濾餅。多級過濾，克服物料自身造成的相互阻塞，提高澱粉的通過率，料液在網上存留時間也縮短，提高了工作效率。
除渣後收取的濾液進行分離操作，分別收取粗澱粉和蛋白乳液，而濾渣用水洗滌，洗滌後的水沉降進一步分出粗澱粉後可用於原料豆的磨漿。分離後的豆渣經水洗後再多級分離，這樣經過一次水洗，豆渣中殘留澱粉即可達到原工藝多次水洗的效果。
通過濾網的濾液含澱粉和少量微絮狀蛋白質及細小纖維，會造成後期澱粉沉澱或離心分離的困難，並降低澱粉與粉絲質量，可使用200-250目振動篩過濾一次，篩上物中包括細小纖維，未破壞的復粒，粘結成蛙卵狀的澱粉團粒，這些篩上物可返回酶解反應罐。篩上物雖少，但不加清除卻會大大降低澱粉質量。
經200-250目過濾的澱粉乳液可直接用自然沉降法分離出澱粉，也可用離心機分離出澱粉，此種澱粉簡稱「粗澱粉」(因為澱粉單粒表面蛋白膜未除盡，需再與酸性蛋白乳清再次酶解反應完成澱粉精製)。分離澱粉後剩餘的蛋白乳液，需經酸沉澱得到分離蛋白。
蛋白質酸沉反應(第二級酶解反應)分離出澱粉的蛋白乳液中(此時pH值因繼續酶解反應而降低至約為6.0-7.5)，蛋白質處於溶解狀態，在酸沉罐中繼續保溫(30-55℃)並攪拌，其pH值會不斷下降，待其降至等電點附近(pH值4.5-5.0)時，離心分離得到沉澱蛋白，再經水洗、中和、噴霧乾燥得到豆類(綠豆或豌豆)的分離蛋白，其功能(如溶解性、乳化性、保水性等)，可與大豆蛋白互補，將成為有開發價值的新植物蛋白品種。綠豆蛋白也可不經噴霧乾燥而生產其他食品。而酸沉澱也可在同一反應罐中連續進行，形成連續化生產。
蛋白酸沉後的液體(簡稱酸性乳清)主要含有乳清蛋白、糖類和蛋白酶，其中的蛋白酶正處於活性高峰期，本發明直接將其用於粗澱粉的精製。
粗澱粉精製(或稱第三級酶解反應)粗澱粉中除少量復粒澱粉外，尚有許多單粒澱粉的外膜未除盡，它會造成澱粉沉澱層的不堅實，水洗後難於沉降分離，還影響溼澱粉的外觀、色澤，乾燥後的成品澱粉色澤灰暗無光，易結硬塊，難恢復成粉末，流散性也差，加工成粉絲則不耐煮，不晶瑩透明。此精製過程就是為徹底去除單粒澱粉外膜。把粗澱粉與酸性乳清保溫(30-55℃)攪拌進行第三級水解反應，此時可以令物料水解到底，即，理論上物料的pH值不再下降，在實際操作中可以控制當pH值下降到1-3時，進入進出料的等速反應階段，物料交換周期為1.0-1.5小時。經此次處理，可脫除粗澱粉中的殘餘蛋白質，使澱粉外膜可完全除去，得到純淨的精澱粉。精澱粉乾燥後潔白光亮(亞硫酸法處理的澱粉潔白而無光澤)，手捻酥脆立即成粉末，無顆粒感，有沙沙的聲響和摩擦感(不潤滑)，而未除盡蛋白膜的澱粉則沒有此種手感與聲響。
酶法處理得到的精澱粉無二氧化硫殘留，由於經過了二次酶處理，澱粉中蛋白質殘留量能達到國家標準，完全可以與酸漿法、亞硫酸法製取的澱粉等同。
需要說明的是，為便於表述，本發明採用「第一級酶解反應」、「第二級酶解反應」、「第三級酶解反應」的名稱來定義三個階段的反應，以清楚地揭示本發明的技術特徵在於包括了三個階段的酶解反應，在實際生產中，這三個階段的稱謂及順序沒有嚴格要求，它們可以各自獨立，例如，生產開始一段時間後，有可能會三個階段工序同時進行或交叉進行，而精製澱粉時使用的乳清可以是前面生產批次中得到的，甚至可以是其它途徑得到的，只要其中的蛋白酶具有活性就可以用來處理粗澱粉。
附圖1描述了本發明工藝的一個具體實施過程，但不用於限定本發明的實施範圍。
實施例1脫皮的綠豆500克，清洗表面細粉後於45℃水中浸泡2小時，達到飽和吸水，用小型砂輪磨磨漿成為澱粉漿，細度儘可能提高。此澱粉漿再於40℃保溫並電動攪拌約2小時，觀察漿液的pH值開始下降，說明原料內源酶已被激活。繼續反應1小時再以膠體磨精磨，用0.1mol/l氫氧化鈉調pH值至約8.5，然後分別用40目、80目、120目標準篩依次過濾、除渣。
篩上殘留物合併，分別用約5倍水(2500毫升)洗滌兩次，每次都用三級過濾。濾液自然沉降，得到粗澱粉(I)，洗渣水作為下一批原料的浸泡用水；除渣後的篩下物料(澱粉與蛋白的混合漿料)靜置約1小時，澱粉全部沉澱，並且澱粉層堅實，分出上層的蛋白乳液(可用虹吸取出)，分別得到了粗澱粉(II)和蛋白乳液。
上述過程也可以是將經膠體磨精磨後的漿料先進行過濾除渣(對濾渣也可以進行洗滌沉降等，分出其中的少量粗澱粉)，此時澱粉漿過濾除渣後的濾液pH值為6.61，用0.1mol/l氫氧化鈉調pH值至約8.0，靜置1小時，澱粉全部沉降，澱粉層堅實，上層蛋白乳液可虹吸取出，澱粉層不產生上浮漂動，從而將粗澱粉(II)與蛋白乳液分離。
蛋白乳液在40℃水浴中保溫並攪拌2小時，pH值降至約4.7時，停止攪拌，靜置1小時任其沉降，底層為少量粗澱粉(III)，上層為蛋白清液，中層為白色絮狀蛋白，虹吸法取出上中層蛋白液，離心分離得到膏狀蛋白和上清液(簡稱酸性乳清)，膏狀蛋白經水洗再離心分離，調pH值至7.5後冷凍乾燥，得到分離蛋白(淡黃色晶狀粉末)，因蛋白質量少而未進行噴霧乾燥。
上述分離沉澱得到三部分粗澱粉合併，加入離心分離蛋白後的酸性乳清液，再次於45℃水浴中攪拌1小時，pH值自動降至3.75，靜置沉澱出澱粉，經二次水洗，於冰箱中放置過夜，再於50℃烘箱熱風乾燥，得到乾燥精製澱粉。
上述工藝流程可參考附圖1。
所得到的精澱粉潔白具有光澤及透明感，澱粉團乾燥後為層狀結構，一觸即散，每層厚約6-7毫米，每層散落後為一束束針狀結構，手感酥脆，易成粉末，無顆粒感，手捻可產生吱吱聲。
產率500克脫皮綠豆得澱粉281.5克，得率56.5％；分離蛋白140.0克，得率28.0％；豆渣50.1克(10％)，潔白晶瑩，口感綿軟，可加工食用纖維(酸性乳清中所含可溶蛋白與糖類未計)。
澱粉外觀、散落性、色澤與酸漿法(取自酸漿法工廠產品)和二氧化硫法(自製對照樣)相比，都明顯優越。
實施例2浸泡後脫皮的綠豆800克及4升水，用砂輪磨研磨成澱粉漿液，加入500毫升另一次試驗存留的酸性蛋白乳清液作為「種液」，於42℃水浴中攪拌反應1小時，用氫氧化鈉溶液調pH值到8.0，用40-80-120目三層篩過濾。三層篩上豆渣合併，加水2升，仍用膠體磨精磨一次，再用三層篩過濾，渣合併，洗渣水自然沉澱1小時，澱粉全部沉澱切堅實，攪動水時澱粉不易浮起。
第一次過濾得到的澱粉和蛋白的混合乳液離心分離(1000rpm，3min)得到堅實澱粉層和蛋白乳液，澱粉層表面存在灰白色蛋白薄層，此粗澱粉與洗渣得到的粗澱粉合併，用另一批試驗存留的酸性乳清於45℃反應1小時(pH值降至2.3)，用200目篩過濾，再除去細渣，收集到精澱粉，經水洗得到潔白有光澤溼澱粉團，冰箱中放置過夜，再於55℃熱風烘乾，得到如實施例1同樣的精澱粉。
離心除澱粉的蛋白乳液繼續於45℃攪拌反應到pH值4.5時，再離心分離得到分離蛋白，經水洗，中和到pH值7.5後冷凍乾燥，得與實驗例1同樣的分離蛋白。
實施例3豌豆500克，室溫(15-20℃)浸泡48小時，加4升水用砂輪磨磨成細漿，加入400毫升已活化的綠豆蛋白乳(沉澱出澱粉的蛋白乳液)於45℃攪拌反應1.5小時，用氫氧化鈉溶液調pH值至大約8.0，並通過膠體磨精磨(間隙調至最細)，用40-80目二層篩過濾，濾渣合併，水洗(2升水)再次過濾，濾液自然沉降，1小時後得到堅實澱粉層(澱粉I)。
第一次過濾的澱粉蛋白乳液自然沉降1小時得到堅實的澱粉層(II)和蛋白乳，兩次澱粉合併，用另一批存留的酸性乳清於45℃攪拌反應1.5小時，用200目篩過濾除去殘渣，再次沉澱、水洗得到精澱粉，此澱粉與實施例1所得到綠豆澱粉相似，並有白中泛綠的光澤，有晶瑩透明感，乾燥後有類似晶束的狀態，粉末流散性都與綠豆相似。
蛋白乳液於45℃攪拌反應pH值降到5.0時離心分離得到分離蛋白。條件同實施例1。
實施例4蠶豆300克室溫(18-25℃)浸泡48小時，吸水飽和後為585克，再與1500毫升水用組織搗碎機打漿，再加入300毫升綠豆酸性乳清，在43℃水浴中保溫並攪拌1.5小時，即第一級酶解反應，反應結束加0.1mol/l的氫氧化鈉調至pH值8.0左右，並用膠體磨精研磨後過濾去渣，選用40-100目兩層振動標準篩，此次濾液靜置使澱粉沉澱分離，並得到上層蛋白乳液。豆渣水洗兩次，洗出水合併，沉澱出澱粉。三次所得澱粉合併為粗澱粉。
首次沉澱分離出澱粉的蛋白乳液在43℃水浴中繼續攪拌反應，1.5小時後蛋白乳液pH值降到4.7，離心分離得分離蛋白和酸性乳清，分離蛋白經水洗、中和至pH值7.2，冷凍乾燥，得到淡黃色碎片狀粉末，蛋白粉57.5克，收率19.2％。
粗澱粉與分離蛋白後的酸性乳清繼續攪拌保溫，當pH值降至1.0時停止反應，沉澱得到精澱粉，水洗並熱風(50℃)乾燥，得到106克精澱粉，收率35.3％，澱粉鬆散易成粉末，潔白有光澤。
試驗例蛋白質殘留量是影響澱粉質量的重要指標，既影響澱粉的物理性質、顏色、光澤、粉末性質、結塊性，也影響粉絲的光澤、透明度、耐煮性(國家標準中澱粉的蛋白質殘留量≤0.4％)。蛋白質含量低的澱粉潔白，有光澤，乾燥後不易結塊，有些甚至形成針形結晶狀的結塊，輕輕捻壓即成粉絲且有沙沙的感覺，而蛋白殘留高的色澤暗，結塊堅硬。
分別把取自工廠採用傳統酸漿法生產的綠豆澱粉、二氧化硫法製備的綠豆澱粉、實施例1方法製備的綠豆澱粉和實施例3方法製備的豌豆澱粉通過凱氏定氮法測定蛋白質殘留量，結果如下表
從上表可以看出，本發明方法製備的澱粉完全達到了國家標準，在品質上與傳統方法生產的澱粉相當，但是本發明方法在生產精製澱粉的同時還可得到分離蛋白，這是傳統方法所不能達到的。
權利要求
1.一種利用內源蛋白酶同時生產豆類澱粉與分離蛋白的方法，其包括如下過程1)利用豆類內源酶使豆類原料發生第一級酶解反應，反應溫度30-55℃，物料的pH值自動下降後繼續反應1-2小時，然後調整物料的pH值到高於其含有的蛋白成分的等電點，使蛋白質充分溶解，分別收取粗澱粉與蛋白乳液；2)上述蛋白乳液繼續保溫進行第二級酶解反應，至pH值到達蛋白等電點附近時離心分離，得到沉澱蛋白和酸性乳清；3)利用酸性乳清使第一級酶解反應後的粗澱粉繼續進行第三級酶解反應，酶解溫度30-55℃，酶解完成後去除酸性蛋白乳清液，得到精製澱粉。
2.權利要求1所述的方法，其中，所述豆類內源酶是指豆類原料自身所含有的酶，包括其相應的蛋白酶，且至少其中的蛋白酶在發生酶解反應之前被激活。
3.權利要求1或2所述的方法，其還包括採用如下方法激活原料自身蛋白酶使豆類原料發生第一級酶解反應，分離得到粗澱粉和蛋白乳液1)自然活化豆類原料加水粉碎後的澱粉漿於30-55℃攪拌反應，當pH值開始下降時說明酶被活化；2)「接種」活化向原料中加入其中蛋白酶已被活化的澱粉漿、或活化蛋白乳液或活化酸性乳清，或蛋白酶製劑，於30-55℃攪拌使原料中的蛋白酶活化；3)連續活化使待活化的澱粉漿進入酶解反應器，被反應器中的已活化的澱粉漿激活，同時等速排出完成第一級酶解反應的活化澱粉漿，而酶解反應連續進行。
4.權利要求1或2所述的方法，其中，第一級酶解反應後的物料先經精磨處理，經除渣後再分離粗澱粉和蛋白乳液。
5.權利要求1所述的方法，其中，所述第二級酶解反應至pH值到達蛋白等電點附近，離心分離出沉澱蛋白，經水洗、中和及乾燥得到分離蛋白。
6.權利要求1所述的方法，其中，第三級酶解反應產物進行離心分離或自然沉降，脫除酸性蛋白乳清液，收集精製澱粉。
7.權利要求1所述的方法，其中，所述豆類原料包括綠豆、豌豆、蠶豆、紅豆、芸豆或它們的混合物。
8.權利要求1、2或7任一項所述的方法，其中，所述豆類原料是脫皮後的綠豆。
9.權利要求4所述的方法，其中，第一級酶解反應後的物料精磨後進行一次以上的過濾以分離除渣；收取的濾液進行分離操作，分別收取粗澱粉和蛋白乳液，濾渣用水洗滌，洗滌後的水沉降分出粗澱粉後用於原料豆的磨漿。
10.權利要求4或9所述的方法，其中，調整第一級酶解反應後物料的pH到蛋白成分的等電點以上的操作是在物料的除渣前或除渣後完成。
全文摘要
本發明提供了一種利用內源蛋白酶同時生產豆類澱粉和分離蛋白的方法，使原料在其自身所含有的蛋白酶作用下首先發生第一級酶解反應，並調整反應後物料的pH使其中的粗澱粉與蛋白分離乳液；蛋白乳液繼續進行第二級酶解反應至等蛋白電點附近，經分離收集沉澱蛋白和酸性乳清；該酸性乳清再用於使粗澱粉發生第三級酶解反應，得到精製澱粉。本發明方法通過三級酶解反應，在得到符合國家標準的豆類澱粉的同時，還得到了分離蛋白，減少了蛋白資源的浪費，完全不同於傳統的酸漿法和二氧化硫法，並且有利於在保證產品質量的前提下實現工業化生產。
文檔編號C12P21/00GK1737157SQ200510093850
公開日2006年2月22日 申請日期2005年8月31日 優先權日2005年8月31日
發明者鮑魯生, 陳雪松, 叢小甫 申請人:北京市食品研究所