专利名称：醇辅助酶法同步提取玉米胚芽油与分离蛋白的方法
技术领域：
本发明属于粮油生物加工技术，主要涉及ー种醇辅助酶法同步提取玉米胚芽油与分离蛋白的方法。
背景技术：
我国是ー个玉米生产大国，2008年、2009年、2010年以及2011年我国玉米年产量分别为I. 65亿吨、I. 63亿吨、I. 68亿吨、I. 825亿吨，每年都生产出大量的玉米胚芽。玉米胚芽油(corn germoil)是以玉米胚芽为原料,提取的一种谷物胚芽油,其营养丰富,风味独特，易消化(人体吸收率可达97%以上)，不饱和脂肪酸含量达90%以上，其中含油酸40%左右、亚油酸50%左右、亚麻酸(2.9%- 3. 2%)，玉米胚芽油还含有丰富的维生素(VE、VA)，其中VE含量居植物油首位，约为(91.1 mg/100 g)，含植物甾醇O. 7%，有防止衰老和去除人体自 由基的作用，同时还含有赖氨酸、卵磷脂、蛋白、氨基酸、固醇、辅酶、胡萝卜素等多种营养成分，能增强肌肉和心血管机能，具有降低胆固醇、软化血管、降低血压、防止动脉硬化、预防皮肤病、提高肌体免疫力、促进伤ロ愈合等功效，是营养丰富、具有功能性的优质植物油。1890年美国最早从玉米胚芽中榨出玉米胚芽油，我国玉米制油生产始于1978年。近几年来，随着玉米深加工的飞速发展，玉米胚芽油的产量显著提高，约占植物油总产量的5%-8%。目前，对玉米胚芽油提取的研究主要有水酶法、压榨法、超临界液体萃取法、溶剂浸提法。压榨法虽エ艺简单，易实现エ业生产，但出油率低，饼渣残油量高杂质含量多，エ艺流程长，且能耗大，在挤压过程中内部形成高温，易使不饱和脂肪酸氧化，制得毛油品质差，色泽较深且易变质，经烘炒后油脂中的天然养分已经遭到破坏，而且设备庞大；溶剂浸提法出油率较高，操作简易，但存在提取时间长，现阶段浸出法选用的溶剂主要是烃类化合物，以己烷为主，这类溶剂易燃易爆，且对人的神经系统具有強烈的刺激作用，另外胚柏变性严重，生物利用率低，易造成资源浪费，毛油溶剂残留量高等缺点；超临界流体萃取法制得油脂在保存过程中易氧化，稳定性明显低于传统方法制得的油脂，且超临界流体萃取涉及高压技术，对操作要求严格，设备价格昂贵，不易实现エ业化生产；水酶法提油最早被用于椰子，随后又逐渐用于菜籽，棉籽，葵花籽、可可、棕桐油等，是近年来研究较多的提油方法，通过机械和酶解手段相结合，油料粉碎到一定粒径，酶法提取过程中油料作物的组织经酶制剂处理后，使包裹油脂的木质素、纤维素、半纤维素得到降解，使细胞内有效成分充分释放出来，同时具有エ艺简单，条件温和，能耗少，提取的油具有较好的品质，而且由于酶解在水相中进行，磷脂进入水相中，因而不需进行脱胶，油料蛋白质可深加工利用而受到国内外很多学者的重视。预处理作为水酶法提取玉米胚芽油前道的エ序，不仅可以提高油脂提取率，而且可以减少酶的用量，降低エ艺成本。挤压膨化预处理浸油技术是ー门新的技术，在美国、巴西已得到广泛的应用，但主要用于大豆、棉籽、油籽等方面。和传统的轧坯-蒸妙-预榨浸出技术相比，挤压膨化预处理工艺省去了干燥、轧坯、筛分、蒸炒、预榨等エ序，仅增加了粉碎エ序，因而大大筒化了生产エ艺流程，降低了生产成本。挤压加工方法是借助挤压膨化机螺杆的推动力，将物料向前挤压，物料搅拌和磨擦以及高剪切力作用，然后从一定形状的模孔瞬间挤出。在温度、压力、剪切強度及摩擦生热和蒸汽的湿热作用下，使得油料细胞被破坏，同时有明显的油脂聚集现象，挤压膨化过程中淀粉粒解体，直链淀粉在剪切力作用下被拉直，支链淀粉发生熔融；蛋白质分子表面电荷重新分布且趋向均一化，分子结构伸展、重组，分子间氢键、ニ硫键等次级键部分断裂，溶解性下降，消化率显著提高；脂肪细胞壁被较彻底破坏，游离脂肪大量増加并聚积在膨化料粒的外表面。物料瞬间挤出，由高温高压突然降至常温常压，游离水分在此压差下急骤汽化，水的体积可膨胀大约2000多倍。膨化的瞬间，玉米胚的结构发生巨大变化，它使生淀粉(P -淀粉)转化成熟淀粉(a -淀粉)，蛋白质水化、交联和定向化排列，水分汽化留下大量空隙，在膨化物内形成大量的毛细管，这些都有利于底物与酶的迅速和充分接触，最終形成具有良好的孔隙度和优良的滲透性的条索状物质，使混合油的滲透速率明显增加，可以大大提高油脂提取率，且与传统エ艺中扎胚和预扎样相比明显增加，物料体积减少。我国对玉米胚芽水酶法提油研究多采用蒸汽或胶体磨进行前处理，但此处理方法能耗较高，所需水量较大，不适合水酶法推广。目前水酶法提取玉米胚芽油的研究主要方·法为分步酶解法，都是先利用纤维素酶、果胶酶等酶制剂进行水解，使主要构成细胞壁的纤维素、果胶等成分得到降解，破坏细胞壁的组织结构，再用蛋白酶以及淀粉酶酶解，达到油脂释放的目的，这种方法酶解次数多，酶用量较大，酶解时间长，水的耗用量较大，能耗也较大，由于酶的价格较高，从生产成本和能耗方面综合考虑，不利于推广；而利用挤压膨化预处理则不需利用酶制剂(例如纤维素酶、果胶酶、半纤维素酶)破坏细胞壁，有研究表明，物料经过挤压膨化后，其细胞壁完全被破坏，而采用酶解的方式细胞壁只是部分被破坏，不能达到完全释放油脂的目的，因此为了达到高效率破壁，与酶解破壁相比，采用挤压膨化进行预处理不便细胞壁完全破坏，油脂充分释放，而且节省时间，节约用水量，适合连续化生产和推广。目前，玉米胚芽挤压膨化预处理主要与溶剂浸提法相结合进行提油，而利用挤压膨化预处理辅助水酶法提油却罕见。目前，我国以玉米为原料的加工エ业对分离出的玉米胚芽的利用未列上日程，因而大量的玉米胚芽随着下脚料排除厂外，未能得到合理利用。由于我国食用油缺ロ较大，玉米胚芽油的保健功能好，加上合理价格，食用玉米胚芽油在我国的消费将获得较大增长，市场潜カ较大。目前为止，没有一种可以将玉米胚芽油脂和分离蛋白同步提取出来的エ艺方法，而且首次采用先进行蛋白的提取再进行油脂的提取，不同于传统的先提取油脂后提取蛋白的エ艺方法，并且将挤压膨化与水酶法相结合，同时采用超声波与こ醇处理相结合进行破乳的方法，在玉米胚芽油脂提取エ艺中也几乎没有这方面的エ艺的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种从玉米胚芽中同步提取胚芽油脂和高纯度低变性的分离蛋白的方法。本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的
醇辅助酶法同步提取玉米胚芽油与分离蛋白的方法，所述的方法包括以下步骤(I)将玉米胚芽清理粉碎后用挤压膨化机进行挤压膨化预处理，得到玉米胚芽挤压膨化物，挤压膨化參数是喂入物料水分含量7. 3-7. 8%，挤压膨化机模孔的孔径14-22 mm,螺杆转速为90-110 r/min,套筒温度为80_100°C ；(2)将玉米胚芽挤压膨化物粉碎过筛，与水混合得到混合液，向混合液中加入中性蛋白酶进行酶解，所述的过筛目数为40-120目，过筛后的玉米胚芽挤压膨化物与水混合重量比为1:5. 5，加酶量为玉米胚芽挤压膨化物质量的2%，酶解温度60°C，酶解时间3h，酶解pH值7. O ; (3)酶解结束后调pH至8. 9，搅拌30min，在离心温度为4°C、离心转速10000r/min条件下离心分离20min，除去残渣，得到游离油、乳状液和水解液的混合液；(4)向除渣后的混合液中加入磷酸，调pH至4. 8，在离心温度为4°C，离心转速10000r/min条件下离心分离20min,沉淀为高纯度分离蛋白；(5)将除高纯度分离蛋白后的混合物进行超声处理，然后加入こ醇，离心分离后得到游离的玉米胚芽油，所述的超声功率为340-360W，超声时间为18-22s，超声温度为40-60°C，加入こ醇的浓度为60-80%，こ醇加入量为こ醇体积/除高纯度分离蛋白后混合物的质量0. 35-0. 55L/kg，离心分离，离心转速为10000r/min，离心时间为40min，离心温度为20°C。
挤压膨化优选參数为喂入物料水分含量为7. 5%;挤压膨化机模孔的孔径为20_，螺杆转速为100 r/min，套筒温度为91で。 玉米胚芽挤压膨化物优选筛数为100目。所述超声处理优选參数为超声功率为355W，超声时间为20. 55s，超声温度为55°C，加入こ醇的浓度为 2. 13%，こ醇添加量为O. 48 L/kg。本发明属于植物油脂的提取加工技术，利用物理和化学及生物技术相结合，同步提取玉米胚芽油脂、分离蛋白及功能性因子，采用挤压膨化预处理与水酶法相结合，在机械破碎的基础上，采用能对脂蛋白、脂多糖等复合体有降解作用的酶作用于油料，使油脂易于从油料固体中释放出来，利用油水比重不同而将油和非油成分分离；采用的酶不仅能分解脂蛋白、脂多糖等复合体外，还能破坏油料在磨浆等过程中形成的包裹在油滴表面的脂蛋白膜，降低乳状液的稳定性，从而提高游离油得率。此过程中作用条件温和(常温、无有机溶齐U、无剧烈化学反应)，体系中的降解产物一般不会与提取物发生反应，可以有效地保护油月旨、蛋白质以及功能性因子等可利用成分的品质；所需要的设备简单、操作安全、所得玉米胚芽油脂无溶剂残留，分离得到的乳化油经破乳后无需精炼即可获得高质量的油，营养价值高，玉米胚芽分离蛋白可利用价值高且投资少。本发明先采用碱溶酸沉的方法提取蛋白，再将超声波处理与こ醇相结合进行破乳处理，提取油脂的方法，能够得到高提取率的油脂，同时得到具有低变性高纯度的分离蛋白以及醇溶性功能因子，经过验证与对比试验，在本发明酶解エ艺与破乳条件下，分离蛋白提取率可达97. 64%，总油提取率可达到99. 54%左右。本发明醇酶法同步提取玉米胚芽油和分离蛋白的方法相比于传统先提油再提蛋白的方法主要具有以下エ艺优点
(O从玉米胚芽中同步提取玉米胚芽油脂、分离蛋白及功能性因子；
(2)设备简单、操作安全、植物油无溶剂残留和投资少；
(3)采用挤压膨化方法对玉米胚芽进行预处理，可以使细胞壁完全破坏，不需利用酶制齐IJ (例如纤维素酶、果胶酶、半纤维素酶)破坏细胞壁，进而使油脂充分释放，エ艺简单且投资少，适合连续化生产和推广；(4)得到的玉米胚芽蛋白提取率高，变性程度低且纯度高；
由酶法分离得到的乳化油经破乳后无需再精炼即可获得高品质的玉米胚芽油脂。
图I醇辅助酶法同步提取玉米胚芽油与分离蛋白的エ艺路线 图2模孔孔径大小对分离蛋白提取率及总油提取率的影响；
图3喂料物料含水量对分离蛋白提取率及总油提取率的影响；
图4螺杆转速对分离蛋白提取率及总油提取率的影响；
图5套筒温度对分离蛋白提取率及总油提取率的影响；
图6挤压膨化物粉碎粒度对分离蛋白提取率及总油提取率的影响；
图7 7 =f(xlr X2)的响应面；
图8 7=// zジ的响应面；
图9 7=// zジ的响应面；
图10 Y=^X2jX3)的响应面；
图11ジ的响应面；
图12超声功率对总油提取率的影响；
图13超声时间对总油提取率的影响；
图14超声温度对总油提取率的影响；
图15加入こ醇的浓度对总油提取率的影响；
图16こ醇添加量对总油提取率的影响；
图17 Y =f(xlr X2)的响应面；
图18 Y=Ux1J3)的响应面；
图19 Y=f(Xl, 的响应面；
图20 Y=f(xi，x》的响应面；
图21 Y=^X2jX3)的响应面；
图22 Y=^X2jX)的响应面；
图23 Y=f(X2, X5)的响应面；
图24 Y=UX9X5)的响应面；
图25 Y=f(x4, X5)的响应面；
具体实施例方式下面结合附图对本发明具体实施例来进ー步描述。醇辅助酶法同步提取玉米胚芽油与分离蛋白的方法，所述的方法包括以下步骤
(I)将玉米胚芽清理粉碎后用挤压膨化机进行挤压膨化预处理，得到玉米胚芽挤压膨化物，挤压膨化參数是喂入物料水分含量7. 3-7. 8%，挤压膨化机模孔的孔径14-22 mm,螺杆转速为90-110 r/min,套筒温度为80-100°C ；(2)将玉米胚芽挤压膨化物粉碎过筛，与水混合得到混合液，向混合液中加入中性蛋白酶进行酶解，所述的过筛目数为40-120目，过筛后的玉米胚芽挤压膨化物与水混合重量比为1:5. 5，加酶量为玉米胚芽挤压膨化物质量的2%，酶解温度60°C，酶解时间3h，酶解pH值7. O ; (3)酶解结束后调pH至8. 9，搅拌30min,在离心温度为4°C、离心转速10000r/min条件下离心分离20min，除去残渣，得到游离油、乳状液和水解液的混合液；(4)向除渣后的混合液中加入磷酸，调pH至4. 8，在离心温度为4°C，离心转速10000r/min条件下离心分离20min，沉淀为高纯度分离蛋白；(5)将除高纯度分离蛋白后的混合物进行超声处理，然后加入こ醇，离心分离后得到游离的玉米胚芽油，所述的超声功率为340-360W，超声时间为18-22s，超声温度为40_60°C，加入こ醇的浓度为60-80%,こ醇加入量为こ醇体积/除高纯度分离蛋白后混合物的质量O. 35-0. 55L/kg，离心分离，离心转速为10000r/min,离心时间为40min,离心温度为20°C。挤压膨化优选參数为喂入物料水分含量为7. 5%;挤压膨化机模孔的孔径为20_，螺杆转速为100 r/min，套筒温度为91°C。玉米胚芽挤压膨化物优选筛数为100目。所述超声处理优选參数为超声功率为355W，超声时间为20. 55s，超声温度为55°C，加入こ醇的浓度为 2. 13%，こ醇添加量为O. 48 L/kg。
实验例I挤压膨化预处理工艺条件參数的筛选实验 I材料与方法
权利要求
1.醇辅助酶法同步提取玉米胚芽油与分离蛋白的方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤(1)将玉米胚芽清理粉碎后用挤压膨化机进行挤压膨化预处理，得到玉米胚芽挤压膨化物，挤压膨化參数是喂入物料水分含量7. 3-7. 8%，挤压膨化机模孔的孔径14-22mm,螺杆转速为90-110 r/min,套筒温度为80-100°C ；(2)将玉米胚芽挤压膨化物粉碎过筛，与水混合得到混合液，向混合液中加入中性蛋白酶进行酶解，所述的过筛目数为40-120目，过筛后的玉米胚芽挤压膨化物与水混合重量比为1:5. 5，加酶量为玉米胚芽挤压膨化物质量的2%，酶解温度60°C，酶解时间3h，酶解pH值7. 0 ; (3)酶解结束后调pH至8. 9，搅拌30min，在离心温度为4°C、离心转速10000r/min条件下离心分离20min，除去残渣，得到游离油、乳状液和水解液的混合液；(4)向除渣后的混合液中加入磷酸，调pH至4. 8，在离心温度为4°C，离心转速10000r/min条件下离心分离20min，沉淀为高纯度分离蛋白；(5)将除高纯度分离蛋白后的混合物进行超声处理，然后加入こ醇，离心分离后得到游离的玉米胚芽油，所述的超声功率为340-360W，超声时间为18-22s，超声温度为40_60°C，加入こ醇的浓度为60-80%，こ醇加入量为こ醇体积/除高纯度分离蛋白后混合物的质量0. 35-0. 55L/kg,尚;し、分尚，尚;し、转速为10000r/min，尚;し、时间为40min，尚;し、温度为20 C。
2.根据权利要求I所述的醇辅助酶法同步提取玉米胚芽油与分离蛋白的方法，其特征在于挤压膨化优选參数为喂入物料水分含量为7. 5% ;挤压膨化机模孔的孔径为20mm，螺杆转速为100 r/min，套筒温度为91で。
3.根据权利要求I所述的醇辅助酶法同步提取玉米胚芽油与分离蛋白的方法，其特征在于玉米胚芽挤压膨化物优选筛数为100目。
4.根据权利要求I所述的醇辅助酶法同步提取玉米胚芽油与分离蛋白的方法，其特征在于所述超声处理优选參数为超声功率为355W，超声时间为20. 55s，超声温度为55°C，カロ入こ醇的浓度为72. 13%，こ醇添加量为0. 48 L/kg。
全文摘要
醇辅助酶法同步提取玉米胚芽油和分离蛋白的方法属于粮油生物加工技术；包括以下步骤①利用挤压膨化机将玉米胚芽进行挤压膨化预处理，得到挤压膨化产物；②将挤压膨化后的玉米胚芽粉用中性蛋白酶酶解，酶解结束后调pH至8.9，离心分离，除去残渣，得到游离油、乳状液和水解液的混合液；③向除渣后的混合物中加入酸，调pH至4.8，离心，沉淀为高纯度分离蛋白；④将除高纯度分离蛋白后的混合物进行超声处理，然后加入乙醇，离心后，将油脂引出收集，得到玉米胚芽油；本方法可同步得到高品质的绿色玉米胚芽油及高纯度分离蛋白，所需要的设备简单、操作安全，所得玉米胚芽油无溶剂残留,获得高质量的营养价值高的油脂以及高纯度地变性的分离蛋白，分离蛋白提取率可达到97.64%，总油提取率可达到99.54%。
文档编号C11B9/02GK102816633SQ20121028899
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月15日 优先权日2012年8月15日
发明者江连洲, 李杨, 齐宝坤, 张雅娜, 王中江, 王胜男 申请人:东北农业大学