利用内源蛋白酶同时生产豆类淀粉与植物分离蛋白的方法

专利名称：利用内源蛋白酶同时生产豆类淀粉与植物分离蛋白的方法
技术领域：
本发明涉及豆类淀粉与分离蛋白的生产工艺，该工艺不同于传统的亚硫酸法和微生物法，可同时生产豆类淀粉与分离蛋白。
背景技术：
淀粉生产的化学原理就是通过适当的方法分解蛋白质，把淀粉从蛋白质的重重包围中释放出来。多年来，淀粉生产技术一直沿用两种经典工艺以玉米淀粉为代表的西方工业化方法，是借助亚硫酸的化学作用使淀粉颗粒表层的蛋白质溶解脱离；以绿豆淀粉为代表的中国传统酸浆法，是通过乳酸菌的作用脱除淀粉颗粒表层的蛋白质层。二者原理不同、生产方法、生产规模以及对自然环境的依赖程度都不同，实际上代表的是东西方文化差异。
西方人把玉米看作工业原料，利用化学工业技术进行加工，得到的产品仍作为工业原料，分别用于食品、化工、纺织、造纸、医药等工业领域。生产过程以科学研究为基础，形成大规模自动化生产线，各工序均有严格的工艺条件控制；成品、半成品都有严格的质量标准；全部生产过程充满严密的科学依据与管理规范，个人的作用被充分淡化。中国人把豆类、薯类、玉米等作物视为粮食，加工后的产品直接作为食品，生产过程只被作为烹饪技术的延伸，操作者的经验发挥关键作用；加工过程对季节、地理环境的依赖都无法避免，生产过程充满神秘感，技艺高超的师傅往往具有传奇色彩。
尽可能完全地分离和脱除淀粉周围的蛋白质成分，是生产高品质淀粉和淀粉产品(例如粉丝)的关键。生产过程中，淀粉颗粒、细胞壁、种皮、部分不溶蛋白质都是固体，它们的比重及粒径都很接近，这种物料实施固-固分离具有很大难度，所以生产过程中如直接采用固-固分离来使蛋白质与淀粉分离更为困难。
西方研究人员对淀粉生产的工艺学、化学原理及实施设备的研究很深入，已经形成完整的自动化生产体系。技术关键是利用亚硫酸作用使蛋白质微粒溶解或分散成胶体溶液，蛋白质与淀粉之间的分离由固-固分离转变成固-液分离。由于亚硫酸作用是彻底的化学反应，因而在工业化生产中可以保证产品质量的稳定。亚硫酸方法生产淀粉已有近150年历史，当前主要用于玉米淀粉的生产。在我国常被发现带来淀粉中二氧化硫的残留及生产环境的污染，尤其是近几年来淀粉中的二氧化硫超标的现象履见报端，可见该方法对工艺的要求之高。
中国传统的酸浆法生产绿豆淀粉，由于巧妙地利用微生物作用使比重与粒径十分接近的淀粉与蛋白质微粒分别凝聚并沉淀，解决了二者的分离问题。但是中国的酸浆法依赖微生物，而发酵又依赖自然环境，所以情况要比化学反应复杂，更需凭借操作师傅的经验，这就造成生产不稳定，产率、质量的波动难于控制，人为的操作技能在此发挥至关重要的作用。因此国内研究重点一直追求的是解释这一现象和找到更有效的菌种，近几十年我国科技工作者力求解释总结生产过程中的原理，重点是对微生物作用机制的探索，其中最高成就是北京大学生物系1973年的研究成果，得到国内外的认同。
由于西方不注意豆类淀粉的生产与研究，国内借鉴西方研究成果的机会不多，科技工作者对中国传统产品和技术的研究也始终难形成热点。因此中国传统工艺未能很好总结和提高。另一方面，酸浆法生产淀粉过程中会造成蛋白质资源浪费和环境的污染，同样是长期留给社会的难题。

发明内容
在研究了国内外淀粉生产的特点和有待解决的技术问题的基础上，本发明提供了一种可同时生产豆类淀粉和分离蛋白的工艺方法，该工艺不同于亚硫酸法和微生物法，既免除了亚硫酸法带来的二氧化硫残留之害，同时可充分回收目前大都被浪费了的蛋白质资源，不仅可同时生产淀粉和植物分离蛋白产品，还降低了环境污染。
本发明的工艺方法包括如下过程1)利用豆类内源酶使豆类原料发生第一级酶解反应，反应温度30-55℃，物料的pH值自动下降后继续反应1-2小时，然后调整物料(已经完成第一级酶解反应)的pH到高于其含有的蛋白成分的等电点，使蛋白质充分溶解，分别收取粗淀粉和蛋白乳液；2)上述蛋白乳液继续保温进行第二级酶解反应至pH值到达蛋白等电点附近时离心分离，收集沉淀蛋白和酸性乳清；3)利用酸性乳清使第一级酶解反应后的粗淀粉继续发生第三级酶解反应，酶解温度30-55℃，酶解完成后脱除酸性蛋白乳清液，收集精制淀粉。
本发明者认为淀粉生产的化学原理就是把淀粉颗粒从蛋白质的重重包围中释放出来。如绿豆中含有四分之一蛋白质，包括清蛋白、球蛋白和谷蛋白，其中，清蛋白溶于水、球蛋白在水中呈分散状态，谷蛋白不溶于水，这三种状态蛋白的存在会影响淀粉的分离精制过程。
更为复杂的是淀粉的颗粒结构，豆类淀粉(绿豆、豌豆、蚕豆、红小豆等)存在着单粒与复粒结构，如绿豆淀粉颗粒为肾形，与绿豆外型相似，有一个“脐”状的凹陷，颗粒表面有一层黏液状透明黏膜，通过蛋白质染色法(如双缩脲法、考马斯亮蓝法)可以证明这层薄膜含蛋白质，而数十粒淀粉单粒又聚合并包围一层透明硬膜构成椭球形复粒，长径约30-50微米。在豆类中淀粉是以复粒状态存在的。一个常见的例子是，豆类直接蒸煮再破碎、漂洗可生产豆沙，原理就是加热使这层复粒膜变性并固化，完整保存了复粒结构，复粒中的单粒淀粉在加热过程中未充分膨胀和解体糊化，因此不存在回生现象，保持着完整复粒结构的豆沙，干燥状态下有很好的流散性，吸水状态下有很好的涂抹性和可口的润滑感，成为东方人喜爱的食品。
豆沙的生产原理就是完整保护了淀粉复粒结构，而生产淀粉的原理首先要彻底破坏复粒结构，破坏复粒外膜与单粒外黏膜，使淀粉充分游离。
单粒与复粒外膜主要成分是蛋白质，与淀粉相比，含量比较小，但比表面积很大。膜状蛋白质无论与豆类中总蛋白质相比，还是在成品淀粉中的残留量都很低，但它对淀粉生产过程，淀粉成品质量和粉丝的质量都产生巨大影响。
在加工生产淀粉过程中，通常是首先采用离心或沉降方法将淀粉与蛋白质分离，由于未除尽蛋白膜的淀粉粒比重与蛋白质接近，用离心法难于分离；而自然沉淀法得到的淀粉层中混有蛋白质和带膜淀粉，无法形成坚实的淀粉层，稍加搅动淀粉层即上浮，无法分离出纯净淀粉，而中层蛋白沉淀中也混有大量带膜淀粉粒，造成“跑粉”，没除尽外膜的单粒淀粉还会黏结成团，形状如青蛙卵，可在水中自由漂动，无法进入沉淀层。
用未除尽外膜的淀粉制作粉丝，不晶莹透明，无光泽，不耐煮。因为膜状蛋白质阻碍了糊化淀粉的连续性和结晶的完整性，就如混凝土中混入了许多塑料薄膜的碎片，造成混凝土结构的支离破碎。
因此生产淀粉与粉丝的关键是充分去除淀粉颗粒表面的蛋白质。西方工业化方法是借助亚硫酸的化学作用腐蚀溶解并剥除这些蛋白质，这种化学反应是彻底的，所以可以保证产品质量的稳定。中国的酸浆法依赖微生物，而发酵又依赖自然环境，所以情况要比化学反应复杂，更需凭借操作师傅的经验，这就造成生产不稳定；产率、质量的波动难于控制，人为的操作技能在此起至关重要的作用。
因为任何种子发芽生长都是依靠其自身的酶系统，本发明的方法则是借助被加工对象自身的生命活力来完成各种成分的分解过程。具体地，本发明的关键是利用了其中的蛋白酶使豆类中的蛋白质水解变成可溶性蛋白质，以使蛋白质与淀粉之间的固-固分离转变为固-液分离，淀粉颗粒表面的蛋白膜也在此过程中脱落。经该固-液分离可得到淀粉和蛋白乳液，前者称为粗淀粉，后者经进一步酶解反应，待pH值降至蛋白质等电点附近，再经离心分离得到分离蛋白，此时剩余的乳清液含有乳清蛋白和活力很强的酶，再用该乳清液与先期得到的粗淀粉继续反应，可以彻底溶解剥离淀粉颗粒表面残留的蛋白膜得到精淀粉，剩余的乳清蛋白乳液既可作为蛋白酶在其他场合使用，也可加热或浓缩提取蛋白产品。
在充分研究了淀粉的结构和与蛋白质的关系及分离机理的基础上，本发明提出了一种完全不同于目前公知和普遍采用的两种典型工艺的生产方法，利用了豆类原料的内源蛋白酶，并控制工艺条件，通过三级酶解反应，可同时得到精制的豆类淀粉和分离蛋白。
根据本发明的优选方案，所述豆类内源酶是指豆类原料自身所含的各种酶，它们在发生酶解反应之前被激活，或，至少是其中的蛋白酶被激活。即，根据本发明的优选方案，可以先采用任何可行的方法使原料中的蛋白酶被激活活化(例如申请人的在先专利ZL 02157397.2中所描述的蛋白水解酶的激活方法，本申请引入ZL 02157397.2全文作为参考)，然后控制其第一级酶解反应，也可以直接采用经浸泡、磨浆处理的原料浆液(本发明称淀粉浆，俗称“粕子”)先令其中的蛋白酶活化，然后完成第一级酶解反应。
所以，本发明的方法还可包括采用如下方法激活原料自身蛋白酶使豆类原料发生第一级酶解反应，分离得到粗淀粉和蛋白乳液1)自然活化豆类原料加水粉碎(最好先经浸泡)后的淀粉浆于30-55℃搅拌反应，蛋白酶可自动活化，当pH值开始下降时说明酶被激活；2)“接种”活化向原料淀粉浆(原料豆加水磨碎)中加入其中蛋白酶已被活化的淀粉浆、活化蛋白乳液或活化酸性乳清作为“种液”，或加入蛋白酶制剂(如植物蛋白酶木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等；动物蛋白酶胃蛋白酶、胰蛋白酶等；各种微生物蛋白酶枯草杆菌蛋白酶AS1·398等)于30-55℃搅拌使原料中的蛋白酶活化，而所用“种液”的物料种类可以与原料豆相同或不同，此法可以加快活化速度；
3)连续活化使待活化的淀粉浆进入酶解反应器，被反应器中的已活化的淀粉浆激活，同时等速排出完成第一级酶解反应的活化淀粉浆，而酶解反应连续进行，使生产可连续化。
本发明的工艺尤其适用于利用豆类原料生产淀粉和分离蛋白的技术，所述豆类原料可以包括绿豆、豌豆、蚕豆、红豆或芸豆等。分别得到的淀粉和分离蛋白作为食品和某些化学工业的原料。采用本发明工艺，前期对于原料豆的处理过程与传统工艺没有实质区别，例如先期进行泡豆和磨浆等，得到的浆状物本发明称为淀粉浆，然后对该淀粉浆实施酶解。与传统工艺相同，原料豆的处理一般不需要脱皮，但是发明人的研究结果发现，当采用绿豆作为原料制取分离蛋白和绿豆淀粉时，优选使用脱皮后的绿豆。发明人的研究揭示，纯净的绿豆分离蛋白粉为淡黄色，有光泽，外观优于大豆分离蛋白粉，而未脱皮绿豆作为原料生产的分离蛋白为灰暗的绿色，如果对产品有较高要求的话，这种绿豆分离蛋白几乎无法在工业与食品中使用。产生这种现象的原因首先是因为绿豆种皮中含有色素，会使分离蛋白染色；其次绿豆种皮中还含有鞣酸(或称单宁)，绿豆磨碎后鞣酸溶出，会降低甚至会破坏酶活力，还会使清蛋白、球蛋白凝固变成絮状悬浮物，增大了液相的内部阻力，使淀粉沉降困难；再者，鞣酸还使淀粉颗粒表面蛋白膜固化，强化了淀粉粒表面的蛋白膜，导致剥离困难，因此绿豆中鞣酸的存在是生物酶法生产优质精淀粉的重大障碍。采用脱皮后的绿豆则避免这些问题的出现。而豌豆等其他豆类原料的种皮中单宁和色素含量很少，不脱皮直接使用不会影响淀粉和蛋白的质量。
所以，本发明的实施具有很多现有技术所不具有的优点1、它可以不依赖化学材料和微生物，无需二氧化硫等化学物质和特定微生物，而是利用植物自备的酶系统，它是真正的生物技术，没有人为污染，成本也很低；2、可同时生产淀粉与分离植物蛋白，与酸浆法相比，增加了高附加值产品，减少了蛋白质资源的浪费；3、生产不再依赖自然环境和个人的经验，可以形成连续化的大规模工业生产，有利于制定严格的工艺条件及成品与半成品的质量标准；4、生产过程中的酶活化、固-液分离、蛋白质沉出、粗淀粉精制等工序均可在固定的反应容器中连续进行，每个反应器都可以连续进出料，便于生产设备与工艺过程的自动化控制，形成自动化生产线；5、本工艺仍可延用传统的手工操作与自然沉降分离法，传统的手工操作经验仍可发挥一定作用，也就是说，应用本发明的原理，生产设备可土可洋，适用于不同规模投资者的应用。


图1是本发明生产工艺的一个具体实施方案的工艺流程图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的优选实施方案进行详细说明酶活化和第一级酶解反应原料豆加水浸泡后进行粗研磨成为本发明所述的淀粉浆，该粗研磨可以是如传统工艺中使用针磨、粉碎机等对原料破碎。
粗研磨后的淀粉浆经酶活化可发生第一级酶解反应，该过程可以是控制温度30-55℃，维持搅拌，观察物料的pH开始下降，说明酶被激活，继续保温搅拌1-2小时，完成第一级酶解。
前面已经介绍，也可以向新研磨的淀粉浆中加入已酶活化的淀粉浆、或分离出淀粉的蛋白乳(淀粉乳液分离出淀粉后的蛋白液)、或分离出蛋白质的乳清(酸沉蛋白质后的清液，其中含有酶及可溶性糖)均可立即激活淀粉浆中的蛋白酶，加入量可以是原料淀粉浆的1/10至1/5体积，此法可使酶激活速度加快，继续维持搅拌进行酶解反应，可使淀粉浆全部被激活和第一级酶解反应时间缩短为1.5小时左右。
在工业化生产中也可以采用连续激活并酶解反应的方法，在前一批次淀粉浆完成酶活化反应后，用同等速度连续排出完成酶解反应的淀粉浆，并加入新磨的待活化和酶解的淀粉浆，形成连续反应。这种方法可以将激活与酶解时间缩短为1小时，并使生产连续化(即反应罐中物料交换周期为1小时)。
本发明上述工艺的实施基础是，浸泡过的豆类，其中的酶已初步活化，但在细胞或组织内的酶依照自然规律，活化速度很慢，而磨碎释放后的酶在适应的温度下可以很快活化；若采用“接种”活化，释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，大大缩短了活化和酶解反应周期，应用于工业生产。反应罐的容量、数量可根据产量、反应所需时间计算确定。
根据本发明优选的工艺，在淀粉浆酶激活反应后增加一次精磨，例如，使用胶体磨对酶反应后的浆液再次研细。酶反应过程中纤维素网膜及淀粉复粒外膜被软化或部分溶解，精磨可充分破坏复粒外膜，释放淀粉单粒，同时充分粉碎纤维素网膜，减少其对淀粉粒的“窝藏”，因为纤维素膜的凸凹结构使淀粉粒有了许多藏身之地，造成浆渣分离不彻底。
本发明方法的用水量比酸浆法大大降低，如前所述，单宁使蛋白质变性，絮凝，增大液体内部阻力，防碍淀粉沉降，为减小阻力，酸浆法中采用加大用水量来降低蛋白质浓度，以便淀粉顺利沉降。本发明工艺对于含单宁的成分(绿豆皮)事先给予脱除，去除了单宁干扰，又经酶解促使蛋白质溶解，使原工艺中的淀粉(固体)-蛋白质(固体)-可溶性蛋白和糖类(液体)分离过程转化为固体-液体分离(淀粉与蛋白质溶液)使分离工艺大大简化，加水量也因此降低。酸浆法加水约为原料豆的20-25倍，而本方法可降至8-10倍。这也是本发明的又一个特点。
豆类中的各种酶在浸泡过程中已经逐渐活化，但速度很慢，不足以在加工过程中发挥主导作用，因此应该进一步激活，并且活化的纤维素酶可以使豆渣软化，利于后续的精粉碎，活化的蛋白酶会发挥几项功能a、使豆类子叶中的蛋白质充分溶出。特别是溶解性、分散性差的谷蛋白，经酶解反应可提高它的溶出率，提高蛋白质的总利用率。
豆科植物中按溶解度分级的蛋白质比例如下表(各种蛋白的溶解度变化从大到小清蛋白-球蛋白-谷蛋白)

引自《植物蛋白》，G诺顿 科学出版社 1983可见，在绿豆中谷蛋白占总蛋白质29％，简单的水提取方法会造成这部分蛋白的部分损失。
b、酶解反应使球蛋白充分溶解或分散(其粒径远远小于淀粉)。这样淀粉与蛋白质之间的固-固分离充分转化为固-液分离，否则淀粉中混入较多蛋白质，不便用离心分离方法，自然沉降时也会出现淀粉与蛋白质的混合层。
c、酶的活化可腐蚀软化淀粉复粒外膜，再经后续的精磨工序使淀粉充分释放。粗磨过程中复粒外膜因吸水软化，大部分被破坏，但仍有较多完整复粒，其密度小于淀粉，接近蛋白质，所以在酸浆法生产过程中复粒会混入蛋白层造成“跑粉”，复粒混入淀粉层会使沉淀层不坚实，与水分离时也会造成淀粉流失，酶解反应会软化或脱落复粒外膜，再经过精磨的强烈机械作用，使之全部脱落，充分释放出单粒淀粉，提高了淀粉的收率。
前面已经介绍，蛋白酶的激活活化可以有三种方法，自然激活方法依各类豆类原料所需活化时间可能有所不同，一般经2-3小时即可自动活化；“接种”活化法新磨碎的淀粉浆(子叶加水磨碎的浆状物)中加入1/10-1/5体积的已活化的淀粉浆，或分离出淀粉的蛋白乳(淀粉乳液分离出淀粉后的蛋白液)，或分离出蛋白质的乳清，或者加入适量的蛋白酶制剂，均可立即激活淀粉浆中的蛋白酶，此法可使激活速度加快，使全部激活和第一次酶反应时间缩短为1.5小时；
连续激活和酶解反应方法即淀粉浆完成酶活化反应后，用同等速度从反应器中连续排出完成酶解反应的淀粉浆，并等速加入新磨的淀粉浆，反应器的加入、排出口相反(例如，上进下出或下进上出)，如此形成连续反应。这种方法可以将激活与酶解反应时间缩短为1小时，并使生产连续化(即反应罐中物料交换周期为1小时)。
酶解后淀粉浆的过滤分离发明人在试验摸索中发现，酶解后淀粉浆液的组成很复杂，给分离带来很多困难，也对淀粉质量产生重要影响，所以此分离过程不是简单的固-液分离。分析其中的固体成分，纤维素主要是子叶中分隔淀粉复粒与蛋白质的网膜，破坏前为挤压形成的多面体结构，破碎后多为凹凸不平的片状或半球形，经精磨后大多数为100-200微米的不定形片状物，还有少量20-100微米的片状纤维，这种复杂的外型在过滤时会交织在一起形成致密的滤饼，水和溶于水的蛋白可以顺利通过，而淀粉颗粒则难通过，会有较多淀粉粒截留在滤饼中。另外仍有少量未被破坏的复粒，粒径与比重都与纤维相似；单粒淀粉表面的黏膜状蛋白在此工序如果未除尽，单粒淀粉黏结到一起形成青蛙卵状的团粒，比重及外径也与复粒相似，它们也会截留在滤饼中；淀粉浆的pH值如接近蛋白等电点，其中的蛋白质为微絮状，更加大料液黏度和内阻力，并阻塞滤饼中的微孔，更会降低过滤效率。
另一方面，酶解反应后的淀粉浆经过胶体磨精磨，可使残留的复粒破碎，被软化的纤维素进一步被切割，减少原有的凹凸面或半球形结构，破坏豆渣中“窝藏”淀粉粒的空间。一级酶解后的淀粉浆pH值可降至5-6或更低，此时蛋白质虽然充分从组织中溶出，却因pH值低而呈微絮状，过滤分离豆渣时造成滤饼密实、水和淀粉通过不畅，因此必须使其充分溶解或分散，使淀粉更顺利通过滤饼。优选对第一级酶解反应后的物料先经胶体磨精磨并除渣后再分离粗淀粉和蛋白乳液。
本发明的创造性就是通过酶解淀粉浆先溶解蛋白成分，使淀粉与蛋白的分离转化为固-液分离，所以此时要求浆液的pH高于蛋白的等电点，使蛋白质充分溶解，然后进行浆渣分离去除纤维素，并收取粗淀粉和蛋白混合乳液，经沉淀或离心分离得到粗淀粉和蛋白乳液。该调整酶解产物pH值的操作可以在对酶解后的浆液进行除渣前或除渣后完成，但是建议在对豆渣实施过滤分离之前将料液pH值调至弱碱性，以高于所包含的所有蛋白成分的等电点为最低标准，一般可调整pH到大约6.0-10.0，使蛋白质完全溶解，淀粉浆的黏度降低，滤饼疏松，提高分离效果。
本发明工艺优选对精磨后的物料进行一次以上的过滤来分离除渣，先筛除粒径大的粗渣，再进一步过滤筛除细渣。可以采用多级过滤方法对精磨后的浆液实施过滤除渣，例如曲筛，或者二元或三元组合的振动筛。考虑到操作成本，可使用三层滤网的三元振动筛，例如使用40-80-120目组合(也可选用其他组合，根据精磨效果而定)，每一层滤网上都不会形成质密的滤饼，如40目滤网只截留40目以上粗渣，渣内孔隙不会存留大量细渣，形成顺畅通道，使淀粉和细渣通过，加之筛网振动可以形成不固定的滤饼。多级过滤，克服物料自身造成的相互阻塞，提高淀粉的通过率，料液在网上存留时间也缩短，提高了工作效率。
除渣后收取的滤液进行分离操作，分别收取粗淀粉和蛋白乳液，而滤渣用水洗涤，洗涤后的水沉降进一步分出粗淀粉后可用于原料豆的磨浆。分离后的豆渣经水洗后再多级分离，这样经过一次水洗，豆渣中残留淀粉即可达到原工艺多次水洗的效果。
通过滤网的滤液含淀粉和少量微絮状蛋白质及细小纤维，会造成后期淀粉沉淀或离心分离的困难，并降低淀粉与粉丝质量，可使用200-250目振动筛过滤一次，筛上物中包括细小纤维，未破坏的复粒，粘结成蛙卵状的淀粉团粒，这些筛上物可返回酶解反应罐。筛上物虽少，但不加清除却会大大降低淀粉质量。
经200-250目过滤的淀粉乳液可直接用自然沉降法分离出淀粉，也可用离心机分离出淀粉，此种淀粉简称“粗淀粉”(因为淀粉单粒表面蛋白膜未除尽，需再与酸性蛋白乳清再次酶解反应完成淀粉精制)。分离淀粉后剩余的蛋白乳液，需经酸沉淀得到分离蛋白。
蛋白质酸沉反应(第二级酶解反应)分离出淀粉的蛋白乳液中(此时pH值因继续酶解反应而降低至约为6.0-7.5)，蛋白质处于溶解状态，在酸沉罐中继续保温(30-55℃)并搅拌，其pH值会不断下降，待其降至等电点附近(pH值4.5-5.0)时，离心分离得到沉淀蛋白，再经水洗、中和、喷雾干燥得到豆类(绿豆或豌豆)的分离蛋白，其功能(如溶解性、乳化性、保水性等)，可与大豆蛋白互补，将成为有开发价值的新植物蛋白品种。绿豆蛋白也可不经喷雾干燥而生产其他食品。而酸沉淀也可在同一反应罐中连续进行，形成连续化生产。
蛋白酸沉后的液体(简称酸性乳清)主要含有乳清蛋白、糖类和蛋白酶，其中的蛋白酶正处于活性高峰期，本发明直接将其用于粗淀粉的精制。
粗淀粉精制(或称第三级酶解反应)粗淀粉中除少量复粒淀粉外，尚有许多单粒淀粉的外膜未除尽，它会造成淀粉沉淀层的不坚实，水洗后难于沉降分离，还影响湿淀粉的外观、色泽，干燥后的成品淀粉色泽灰暗无光，易结硬块，难恢复成粉末，流散性也差，加工成粉丝则不耐煮，不晶莹透明。此精制过程就是为彻底去除单粒淀粉外膜。把粗淀粉与酸性乳清保温(30-55℃)搅拌进行第三级水解反应，此时可以令物料水解到底，即，理论上物料的pH值不再下降，在实际操作中可以控制当pH值下降到1-3时，进入进出料的等速反应阶段，物料交换周期为1.0-1.5小时。经此次处理，可脱除粗淀粉中的残余蛋白质，使淀粉外膜可完全除去，得到纯净的精淀粉。精淀粉干燥后洁白光亮(亚硫酸法处理的淀粉洁白而无光泽)，手捻酥脆立即成粉末，无颗粒感，有沙沙的声响和摩擦感(不润滑)，而未除尽蛋白膜的淀粉则没有此种手感与声响。
酶法处理得到的精淀粉无二氧化硫残留，由于经过了二次酶处理，淀粉中蛋白质残留量能达到国家标准，完全可以与酸浆法、亚硫酸法制取的淀粉等同。
需要说明的是，为便于表述，本发明采用“第一级酶解反应”、“第二级酶解反应”、“第三级酶解反应”的名称来定义三个阶段的反应，以清楚地揭示本发明的技术特征在于包括了三个阶段的酶解反应，在实际生产中，这三个阶段的称谓及顺序没有严格要求，它们可以各自独立，例如，生产开始一段时间后，有可能会三个阶段工序同时进行或交叉进行，而精制淀粉时使用的乳清可以是前面生产批次中得到的，甚至可以是其它途径得到的，只要其中的蛋白酶具有活性就可以用来处理粗淀粉。
附图1描述了本发明工艺的一个具体实施过程，但不用于限定本发明的实施范围。
实施例1脱皮的绿豆500克，清洗表面细粉后于45℃水中浸泡2小时，达到饱和吸水，用小型砂轮磨磨浆成为淀粉浆，细度尽可能提高。此淀粉浆再于40℃保温并电动搅拌约2小时，观察浆液的pH值开始下降，说明原料内源酶已被激活。继续反应1小时再以胶体磨精磨，用0.1mol/l氢氧化钠调pH值至约8.5，然后分别用40目、80目、120目标准筛依次过滤、除渣。
筛上残留物合并，分别用约5倍水(2500毫升)洗涤两次，每次都用三级过滤。滤液自然沉降，得到粗淀粉(I)，洗渣水作为下一批原料的浸泡用水；除渣后的筛下物料(淀粉与蛋白的混合浆料)静置约1小时，淀粉全部沉淀，并且淀粉层坚实，分出上层的蛋白乳液(可用虹吸取出)，分别得到了粗淀粉(II)和蛋白乳液。
上述过程也可以是将经胶体磨精磨后的浆料先进行过滤除渣(对滤渣也可以进行洗涤沉降等，分出其中的少量粗淀粉)，此时淀粉浆过滤除渣后的滤液pH值为6.61，用0.1mol/l氢氧化钠调pH值至约8.0，静置1小时，淀粉全部沉降，淀粉层坚实，上层蛋白乳液可虹吸取出，淀粉层不产生上浮漂动，从而将粗淀粉(II)与蛋白乳液分离。
蛋白乳液在40℃水浴中保温并搅拌2小时，pH值降至约4.7时，停止搅拌，静置1小时任其沉降，底层为少量粗淀粉(III)，上层为蛋白清液，中层为白色絮状蛋白，虹吸法取出上中层蛋白液，离心分离得到膏状蛋白和上清液(简称酸性乳清)，膏状蛋白经水洗再离心分离，调pH值至7.5后冷冻干燥，得到分离蛋白(淡黄色晶状粉末)，因蛋白质量少而未进行喷雾干燥。
上述分离沉淀得到三部分粗淀粉合并，加入离心分离蛋白后的酸性乳清液，再次于45℃水浴中搅拌1小时，pH值自动降至3.75，静置沉淀出淀粉，经二次水洗，于冰箱中放置过夜，再于50℃烘箱热风干燥，得到干燥精制淀粉。
上述工艺流程可参考附图1。
所得到的精淀粉洁白具有光泽及透明感，淀粉团干燥后为层状结构，一触即散，每层厚约6-7毫米，每层散落后为一束束针状结构，手感酥脆，易成粉末，无颗粒感，手捻可产生吱吱声。
产率500克脱皮绿豆得淀粉281.5克，得率56.5％；分离蛋白140.0克，得率28.0％；豆渣50.1克(10％)，洁白晶莹，口感绵软，可加工食用纤维(酸性乳清中所含可溶蛋白与糖类未计)。
淀粉外观、散落性、色泽与酸浆法(取自酸浆法工厂产品)和二氧化硫法(自制对照样)相比，都明显优越。
实施例2浸泡后脱皮的绿豆800克及4升水，用砂轮磨研磨成淀粉浆液，加入500毫升另一次试验存留的酸性蛋白乳清液作为“种液”，于42℃水浴中搅拌反应1小时，用氢氧化钠溶液调pH值到8.0，用40-80-120目三层筛过滤。三层筛上豆渣合并，加水2升，仍用胶体磨精磨一次，再用三层筛过滤，渣合并，洗渣水自然沉淀1小时，淀粉全部沉淀切坚实，搅动水时淀粉不易浮起。
第一次过滤得到的淀粉和蛋白的混合乳液离心分离(1000rpm，3min)得到坚实淀粉层和蛋白乳液，淀粉层表面存在灰白色蛋白薄层，此粗淀粉与洗渣得到的粗淀粉合并，用另一批试验存留的酸性乳清于45℃反应1小时(pH值降至2.3)，用200目筛过滤，再除去细渣，收集到精淀粉，经水洗得到洁白有光泽湿淀粉团，冰箱中放置过夜，再于55℃热风烘干，得到如实施例1同样的精淀粉。
离心除淀粉的蛋白乳液继续于45℃搅拌反应到pH值4.5时，再离心分离得到分离蛋白，经水洗，中和到pH值7.5后冷冻干燥，得与实验例1同样的分离蛋白。
实施例3豌豆500克，室温(15-20℃)浸泡48小时，加4升水用砂轮磨磨成细浆，加入400毫升已活化的绿豆蛋白乳(沉淀出淀粉的蛋白乳液)于45℃搅拌反应1.5小时，用氢氧化钠溶液调pH值至大约8.0，并通过胶体磨精磨(间隙调至最细)，用40-80目二层筛过滤，滤渣合并，水洗(2升水)再次过滤，滤液自然沉降，1小时后得到坚实淀粉层(淀粉I)。
第一次过滤的淀粉蛋白乳液自然沉降1小时得到坚实的淀粉层(II)和蛋白乳，两次淀粉合并，用另一批存留的酸性乳清于45℃搅拌反应1.5小时，用200目筛过滤除去残渣，再次沉淀、水洗得到精淀粉，此淀粉与实施例1所得到绿豆淀粉相似，并有白中泛绿的光泽，有晶莹透明感，干燥后有类似晶束的状态，粉末流散性都与绿豆相似。
蛋白乳液于45℃搅拌反应pH值降到5.0时离心分离得到分离蛋白。条件同实施例1。
实施例4蚕豆300克室温(18-25℃)浸泡48小时，吸水饱和后为585克，再与1500毫升水用组织捣碎机打浆，再加入300毫升绿豆酸性乳清，在43℃水浴中保温并搅拌1.5小时，即第一级酶解反应，反应结束加0.1mol/l的氢氧化钠调至pH值8.0左右，并用胶体磨精研磨后过滤去渣，选用40-100目两层振动标准筛，此次滤液静置使淀粉沉淀分离，并得到上层蛋白乳液。豆渣水洗两次，洗出水合并，沉淀出淀粉。三次所得淀粉合并为粗淀粉。
首次沉淀分离出淀粉的蛋白乳液在43℃水浴中继续搅拌反应，1.5小时后蛋白乳液pH值降到4.7，离心分离得分离蛋白和酸性乳清，分离蛋白经水洗、中和至pH值7.2，冷冻干燥，得到淡黄色碎片状粉末，蛋白粉57.5克，收率19.2％。
粗淀粉与分离蛋白后的酸性乳清继续搅拌保温，当pH值降至1.0时停止反应，沉淀得到精淀粉，水洗并热风(50℃)干燥，得到106克精淀粉，收率35.3％，淀粉松散易成粉末，洁白有光泽。
试验例蛋白质残留量是影响淀粉质量的重要指标，既影响淀粉的物理性质、颜色、光泽、粉末性质、结块性，也影响粉丝的光泽、透明度、耐煮性(国家标准中淀粉的蛋白质残留量≤0.4％)。蛋白质含量低的淀粉洁白，有光泽，干燥后不易结块，有些甚至形成针形结晶状的结块，轻轻捻压即成粉丝且有沙沙的感觉，而蛋白残留高的色泽暗，结块坚硬。
分别把取自工厂采用传统酸浆法生产的绿豆淀粉、二氧化硫法制备的绿豆淀粉、实施例1方法制备的绿豆淀粉和实施例3方法制备的豌豆淀粉通过凯氏定氮法测定蛋白质残留量，结果如下表

从上表可以看出，本发明方法制备的淀粉完全达到了国家标准，在品质上与传统方法生产的淀粉相当，但是本发明方法在生产精制淀粉的同时还可得到分离蛋白，这是传统方法所不能达到的。
权利要求
1.一种利用内源蛋白酶同时生产豆类淀粉与分离蛋白的方法，其包括如下过程1)利用豆类内源酶使豆类原料发生第一级酶解反应，反应温度30-55℃，物料的pH值自动下降后继续反应1-2小时，然后调整物料的pH值到高于其含有的蛋白成分的等电点，使蛋白质充分溶解，分别收取粗淀粉与蛋白乳液；2)上述蛋白乳液继续保温进行第二级酶解反应，至pH值到达蛋白等电点附近时离心分离，得到沉淀蛋白和酸性乳清；3)利用酸性乳清使第一级酶解反应后的粗淀粉继续进行第三级酶解反应，酶解温度30-55℃，酶解完成后去除酸性蛋白乳清液，得到精制淀粉。
2.权利要求1所述的方法，其中，所述豆类内源酶是指豆类原料自身所含有的酶，包括其相应的蛋白酶，且至少其中的蛋白酶在发生酶解反应之前被激活。
3.权利要求1或2所述的方法，其还包括采用如下方法激活原料自身蛋白酶使豆类原料发生第一级酶解反应，分离得到粗淀粉和蛋白乳液1)自然活化豆类原料加水粉碎后的淀粉浆于30-55℃搅拌反应，当pH值开始下降时说明酶被活化；2)“接种”活化向原料中加入其中蛋白酶已被活化的淀粉浆、或活化蛋白乳液或活化酸性乳清，或蛋白酶制剂，于30-55℃搅拌使原料中的蛋白酶活化；3)连续活化使待活化的淀粉浆进入酶解反应器，被反应器中的已活化的淀粉浆激活，同时等速排出完成第一级酶解反应的活化淀粉浆，而酶解反应连续进行。
4.权利要求1或2所述的方法，其中，第一级酶解反应后的物料先经精磨处理，经除渣后再分离粗淀粉和蛋白乳液。
5.权利要求1所述的方法，其中，所述第二级酶解反应至pH值到达蛋白等电点附近，离心分离出沉淀蛋白，经水洗、中和及干燥得到分离蛋白。
6.权利要求1所述的方法，其中，第三级酶解反应产物进行离心分离或自然沉降，脱除酸性蛋白乳清液，收集精制淀粉。
7.权利要求1所述的方法，其中，所述豆类原料包括绿豆、豌豆、蚕豆、红豆、芸豆或它们的混合物。
8.权利要求1、2或7任一项所述的方法，其中，所述豆类原料是脱皮后的绿豆。
9.权利要求4所述的方法，其中，第一级酶解反应后的物料精磨后进行一次以上的过滤以分离除渣；收取的滤液进行分离操作，分别收取粗淀粉和蛋白乳液，滤渣用水洗涤，洗涤后的水沉降分出粗淀粉后用于原料豆的磨浆。
10.权利要求4或9所述的方法，其中，调整第一级酶解反应后物料的pH到蛋白成分的等电点以上的操作是在物料的除渣前或除渣后完成。
全文摘要
本发明提供了一种利用内源蛋白酶同时生产豆类淀粉和分离蛋白的方法，使原料在其自身所含有的蛋白酶作用下首先发生第一级酶解反应，并调整反应后物料的pH使其中的粗淀粉与蛋白分离乳液；蛋白乳液继续进行第二级酶解反应至等蛋白电点附近，经分离收集沉淀蛋白和酸性乳清；该酸性乳清再用于使粗淀粉发生第三级酶解反应，得到精制淀粉。本发明方法通过三级酶解反应，在得到符合国家标准的豆类淀粉的同时，还得到了分离蛋白，减少了蛋白资源的浪费，完全不同于传统的酸浆法和二氧化硫法，并且有利于在保证产品质量的前提下实现工业化生产。
文档编号C12P21/00GK1737157SQ200510093850
公开日2006年2月22日 申请日期2005年8月31日 优先权日2005年8月31日
发明者鲍鲁生, 陈雪松, 丛小甫 申请人:北京市食品研究所