一种联产高纯度大米淀粉和大米蛋白的方法

一种联产高纯度大米淀粉和大米蛋白的方法
【专利摘要】本发明属于大米深加工【技术领域】，具体涉及一种联产高纯度大米淀粉和大米蛋白的方法。本发明的特征在于，以大米为原料，通过洗米、浸泡、磨浆、分离后，调上清液的pH、酶解、水洗和沉降分离后，干燥得到高纯度的大米蛋白产品；或将其中的沉淀经过碱性蛋白酶纯化、调pH、乙醇纯化、水洗、沉降分离和干燥等步骤后得到高纯度的大米淀粉产品。本发明可同时联产大米淀粉和大米蛋白两种产品，能有效提高产品的纯度和得率。本发明所得产品可作为食品深加工的原料。
【专利说明】一种联产高纯度大米淀粉和大米蛋白的方法
【技术领域】 [0001]本发明属于大米深加工技术、淀粉和植物蛋白的加工【技术领域】，具体涉及一种联产高纯度大米淀粉和大米蛋白的方法。
【背景技术】
[0002]中国是大米生产大国，2012年中国大米的年产量达1.077亿吨，相对于先进发达国豕，中国的大米的深加工相对较晚，广品较为单一。在大米的深加工的广品中淀粉和蛋白质是大米的两种最主要成分，从大米中提取分离大米淀粉和大米蛋白有利于大米深加工和
综合利用。
[0003]大米淀粉是一种重要的谷物淀粉，在所有已知谷物当中，大米淀粉的颗粒粒径最小，单位表面积最大，可以吸附更多的风味物质且具有滑润细腻的口感，大米淀粉色泽白，本身不含有风味，具有易消化性及完全的无过敏性，除可作为糖果或药片的包衣、食品添加剂、各种淀粉糖的生产原料外，还在婴儿食品、特种食品及药品中得到广泛的应用并可用作食用性标签。
[0004]在谷物蛋白质中，大米蛋白的价值主要体现在它的低过敏性、无色素干扰、具有柔和的味道及高营养价值。大米蛋白的氨基酸组成平衡合理，且氨基酸含量高，被公认为优质的食品蛋白，其生物价(BV)和蛋白价(PV)均在谷物蛋白质中最高，营养价值可与鸡蛋、牛乳、牛肉相媲美。此外，大米蛋白是抵抗原性蛋白，不会产生过敏反应，非常适于制作婴幼儿食品。近年来的研究还发现大米蛋白具有能够降低血清胆固醇的含量等一些保健功能。
[0005]正是由于大米淀粉和大米蛋白在工业应用中具有诸多优势，国际市场对高纯度大米淀粉(蛋白质干基质量分数低于0.5% )和闻纯度大米蛋白(蛋白干基含量闻于90% )的需求越来越大。然而无论是大米淀粉还是大米蛋白，在以其为配料的产品中，持水性、吸油性和起泡性等功能特性往往比氨基酸组成等营养价值更重要，功能特性的表现常受其纯度影响。由于大米中的淀粉和蛋白质结合紧密，不易分离，大米淀粉和大米蛋白的分离提取方法选择就直接影响到产品的功能特性。目前，大米淀粉和大米蛋白的分离提取方法主要是碱法或酶法。酶法一种是通过蛋白酶将大米蛋白水解，最终得到肽和淀粉，因此可能使大米蛋白丧失了大分子的功能特性，失去了原本的蛋白低过敏性优势；另一种淀粉酶法得到的低聚糖和蛋白质，侧重于淀粉糖的利用，在加工过程中使用了较高的温度，大米蛋白变性比较严重，且蛋白纯度很难进一步提高。酶法反应条件温和、安全性高、营养基本不遭破坏，但不能同时制得大米淀粉和大米蛋白，而且存在着所得产品纯度不高、成本高等缺点。大米中的淀粉是仅仅包含在蛋白质的网络结构中的，二者之间的结合力非常紧密，普通的水是无法破坏这种结合力的。但大米蛋白中含量80%以上的谷蛋白却能够在碱液中伸展溶解而与淀粉分离，沉降分离后上层液即为溶解有碱溶性蛋白(谷蛋白)的浸泡液，下层沉淀主要成分为淀粉。因此碱法能有效分离出大米淀粉和大米蛋白，且大米淀粉和大米蛋白的纯度较酶法的要高。
[0006]申请号为CN03134973.0文献公开了一种从大米中提取大米蛋白的方法，工艺包括大米的清洗与浸泡、除砂、磨浆、浓缩、干燥大米蛋白，它还包括对磨浆后的米浆进行细磨和采用碟片式分离机多级分离以及对蛋白浆液的酶处理(包括淀粉酶、纤维素酶和脂肪酶)； 申请号CN03134972.2文献公开了一种减法提取大米蛋白的方法，其步骤包括大米的清洗、 碱液浸泡、磨浆、搅拌提取、分离、酸沉、分离、干燥，此法与本发明部分相似。这两种方法均适用于工业化生产，但CN03134972.2文献并没有考虑利用分离后的淀粉浆液提取分离淀粉，对原料的开发利用方案不完善，也没有充分利用原料。[0007]申请号为CN200410039303.0文献公开了一种以大米为原料提取大米蛋白和大米淀粉的工艺方法，具体包括浸泡、磨浆、浸提、分离、酸沉、洗涤、均质和干燥步骤。该方法与本发明方法部分相似，但原料需浸泡4h-40h，浸提2h-20h，浸泡和浸提的时间过长，且产品蛋白质纯度> 70%，淀粉中的蛋白含量< 1.0%，大米淀粉和大米蛋白的纯度较低。[0008]文献《高纯度大米蛋白和淀粉的分离提取》(食品与机械，2004，20 (6):18_21)报道了采用碱法将大米蛋白和淀粉分离，其最适提取条件是用NaOH溶液浓度0.05mol/L、提取2h。此条件下分离体系不受破坏，且大米蛋白的蛋白含量可达94.03%(干基)，蛋白得率 63.37%;大米淀粉中蛋白含量为0.39% (干基)，淀粉得率47.87 %。虽然该文献报道的产品纯度较高，但产品得率偏低(63.37%)。[0009]申请号为CN200610086357.1文献公开了一种大米淀粉和大米蛋白的制备方法， 以碎米、陈米、籼米、粳米或糯米为原料，经粉碎、超微粉碎、酶解反应、离心分离，沉淀水洗后干燥即为大米淀粉，蛋白残留量<0.4%，上清液加热灭酶，浓缩、喷雾干燥制得大米蛋白。此法操作简单，能得到营养价值较高的蛋白产品，由于酶解作用产品实质是相对分子质量较小的多肽，且蛋白多肽的纯度也不高(蛋白含量> 65%)。[0010]申请号文献CN200610010960.1文献公开了一种复合酶法生产米淀粉和米蛋白多肽粉的方法，将大米粉碎成大米粉，经过加水浸泡、搅拌、调温度和pH、复合酶水解、离心分离后，将白色沉淀加水搅拌、离心分离、烘干得米淀粉，上清液和灰黄色部分经浓缩、均质、干燥得米蛋白多肽粉。其中的复合酶包括碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶和风味蛋白酶，制备过程无污水排放，米蛋白多肽粉的蛋白含量>80%，米淀粉中的蛋白含量 <0.5%。但由于此法需加多种蛋白酶，使生产成本偏高，且酶的作用使得大分子的蛋白质水解成多肽，不能得到完整的大米蛋白。[0011]申请号为CN201010030190.3文献公开了一种用糯米粉生产糯米淀粉和糯米蛋白的工艺，将糯米粉过筛、碱液浸泡、离心分离使物料分为蛋白液和淀粉浆，将淀粉浆洗涤、干燥、粉碎、过筛得糯米淀粉，将蛋白液调整pH、离心、洗涤、干燥得糯米蛋白。糯米淀粉纯度 ^ 90%，糯米蛋白纯度> 80%。此法利用碱液初步分离蛋白和淀粉后没有进一步纯化淀粉和蛋白，糯米中主要含支链淀粉，与蛋白质的结合较松散，分离较容易。且糯米的黏性大，其产品应用范围与普通大米淀粉和大米蛋白产品有所不同。[0012]大米蛋白80 %以上为喊溶性的谷蛋白，稀喊可以使大米中紧乾'的淀粉和蛋白质结构变得疏松，从而使大米淀粉颗粒中的蛋白质溶出而被分离。文献《大米淀粉物化特性、分子结构及其相关性研究》(武汉:华中农业大学硕士论文，2006)报道了用稀碱法从不同品种大米中提取淀粉的研究，获得了纯度为79.39% -97.87% (干基)，蛋白含量最低可达0.40% (干基)的淀粉。文献《机械力活化季铵型阳离子淀粉絮凝剂的制备及特性研究》 (武汉:华中农业大学硕士论文，2008)应用碱法从糯大米、粳米和籼米提取中提取淀粉，其纯度以干基计分别达到98.08%,96.03%和95.76%。
[0013]文献《大米淀粉提取工艺对淀粉产品镉含量的影响》(中国粮油学报，2013，28
(4):83-87)比较了碱法、酶法和表面活性剂法3种淀粉提取工艺对淀粉产品镉含量的影响，得到最优的大米淀粉提取工艺条件为碱法:以大米粉为原料，液料比6.8: 1，碱液质量分数0.23%，反应时间16h，在该工艺条件下提取的大米淀粉纯度为97.02%，提取率为75.12%。该方法虽然能够得到纯度较高的大米淀粉，但得率不高，反应时间长，碱液的消耗量大，而且没有考虑蛋白质的回收利用。

【发明内容】

[0014]本发明的目的在于提供一种低成本、高质量联产高纯度大米淀粉和大米蛋白的方法，其核心是以大米为原料，在现有米淀粉、米蛋白研制基础上，开发出新的联产高纯度大米淀粉和大米蛋白技术，最大程度的解决现有技术问题。利用该方法能在保证高产品纯度的基础上，同时制得功能特性较好的大分子量的大米蛋白(蛋白纯度> 85%，得率> 70%)和大米淀粉(淀粉纯度> 95%，得率> 70%)。
[0015]考虑到现有技术存在成产周期长、成本高、产品纯度低等不足，尤其是在同一工艺中很难同时制得高纯度和高收得率的大米蛋白和大米淀粉，本发明针对上述问题采用一种高效联产技术，在同一处理工艺中同时制得高纯度大米淀粉和高纯度大米蛋白，在分离大米蛋白和大米淀粉后进行纯化，因此本发明所得产品的纯度较已公开方法要高。本发明直接将米粒用碱液浸泡，提取率高，降低原料大米先粉碎后浸泡的高能耗；同时由于干燥方法不同，更有利于保证产品的溶解性、起泡性和乳化性等功能特性的发挥。
[0016]具体地，本发明通过以下技术方案实现:
[0017]一种联产高纯度大米淀粉和大米蛋白的方法，其包括下列步骤:
[0018](I)用自来水清洗大米，米水重量比为1: 2-1: 6，水洗1-3次；
[0019](2)将洗净的大米用浓度为0.1%-0.5%的NaOH溶液按固液比为1: 1.5-1: 2.5混合，于室温下浸泡并搅拌lh-4h ；
[0020](3)用胶体磨磨浆，使米浆细度为60目-150目，沉降、分离得上清液和沉淀I ;
[0021](4)将步骤(3)所得上清液用盐酸调pH至4.5-5.5，沉降、分离得沉淀2，向所得沉淀2中加入淀粉酶或糖化酶,于4(TC -55?,水解10min-30min后,沉降、分离得沉淀3 ；
[0022](5)将沉淀3按料水重量比为1: 2-1: 8的量加水并不断搅拌，沉降、分离得沉淀4，重复该步骤3-5次，直至得到pH为中性的沉淀4，将沉淀4干燥，即为高纯度的大米蛋白粉；
[0023](6)将步骤(3)所得沉淀I用碱性蛋白酶纯化，分离得沉淀5，用盐酸将沉淀5的PH调至中性，再用乙醇纯化，沉降、分离后得沉淀6 ；
[0024](7)将沉淀6按料水重量比为1:2-1:6的量加入自来水，反复水洗2_5次，沉降、分离得沉淀7，将所得沉淀7干燥，得到高纯度的大米淀粉；
[0025]其中:
[0026]以上步骤中所述碱性蛋白酶纯化是用自来水将所得的沉淀I按重量比配制成20 % -60 %浓度的悬浊液，用NaOH溶液调悬浊液的pH至7.5-9.5，碱性蛋白酶的添加量1500U/g-2500U/g，于35 °C _45°C下反应0.5h_3h ;所述乙醇纯化采用的是浓度为80%-90%浓度的的乙醇溶液，按固液比为1: 3-1: 10混合，于室温下搅拌0.5h-3h。[0027]作为本发明的特色之一，本发明还详细研究了制备上述产品的干燥条件及方式， 具体是:[0028]大米蛋白的干燥采用流化床干燥:干燥温度为35°C -50°C，风速为0.2m/s-2m/s, 干燥时间为0.2h-l.0h ;或采用热风干燥:干燥温度为35°C -50°C，干燥时间为2h_5h ;或采用气流干燥:干燥温度为80°C -110°C，风速为10m/s-18m/s，干燥时间为5s_10s，使产品含水量达14%以下。[0029]大米淀粉的干燥采用热风干燥:干燥温度为35°C _55°C，干燥时间为2h_5h ;或采用流化床干燥:干燥温度为35°C -55°C，风速为0.2m/s-2m/s，干燥时间为0.2h_l.0h ;或采用气流干燥:干燥温度为80°C -110°C，风速为10m/s-18m/s，干燥时间为5s-10s，使所得产品的含水量至14%以下。[0030]与现有技术相比，本发明的有益效果在于: [0031](I)产品纯度高，得率高。常见方法制得的大米淀粉纯度为80% -90%，得率为 50% -60%，大米蛋白纯度为70% -80%，得率为60% -70%。本发明制得的大米淀粉纯度 ^ 95%，大米蛋白纯度> 85%，产品纯度得到明显改善，且大米淀粉得率> 70%，大米蛋白得率>70%，其产品得率也有较明显的提高。与传统的碱法比较，原有技术多是将大米干法粉碎成大米粉，碱液浸泡后初步分离出含有较多杂质的蛋白和淀粉，本发明直接采用大米为原料，在碱液浸泡后进行湿磨，湿磨比干磨精细度要高，能更好的破坏淀粉与蛋白的结合体，提取率高，减少对营养的破坏，且对沉降分离后含有蛋白的上清液和含有淀粉的沉淀进一步纯化，将上层清液通过调节PH到蛋白的等电点而使其沉降，再使用淀粉酶或糖化酶水解掉剩余与蛋白结合紧密的淀粉，脱除蛋白中残余的淀粉，提高大米蛋白纯度；下层沉淀使用碱性蛋白酶进一步酶解掉淀粉中未除净的碱溶性谷蛋白，再利用乙醇溶解醇溶性蛋白， 从而保证大米淀粉的高纯度。另外，增加的水洗步骤可以有效去除残存的小分子无机盐类， 这也对提闻广品纯度有利。[0032](2)本发明在同一工艺流程中同时获得高纯度的大米淀粉和大米蛋白两种产品。 与现有的单一酶法提取工艺比较，酶法得到的多是大米淀粉和大米多肽或大米蛋白和淀粉糖，生产成本高，而本发明能同时制得大米蛋白和大米淀粉，酶用量少，成本较低。[0033](3)本发明工艺简单、效率高。常见方法多是需要消耗大量的碱液(固液比 1:6-1: 10)，反应时间较长(多为6h-20h)，本发明可以大大减少碱液的损耗(固液比 I: 1.5-1: 2.5)，且反应时间短(lh-4h)，淀粉的纯化是有针对性地采用碱性蛋白酶除去大米蛋白中含量最高的碱溶性谷蛋白，而不选用中性蛋白酶、酸性蛋白酶或多种蛋白酶复合，因此能有效提高生产效率。【专利附图】

【附图说明】[0034]图1:是本发明联产工艺流程图。【具体实施方式】[0035]下面结合实例，详细的说明本发明的方法和效果，但本发明的实施方式并不受以下实施例的限制。[0036]实施例1基本生产工艺举例
[0037]步骤1:取250公斤大米，用750公斤自来水将大米清洗3次；
[0038]步骤2:将洗净的大米用浓度为0.4%的NaOH溶液按固液比1: 2混合，于室温下浸泡搅拌2h ；
[0039]步骤3:用胶体磨对浸泡好的大米用胶体磨磨浆，使米浆细度达到100目，用常规旋液分离法分离，将离心过滤出上清液和沉淀I分别存放；
[0040]步骤4:将上步得到的上清液用盐酸调节pH至4.8，采用碟片分离，重相离心过滤(为常规方法)后得沉淀2，加625公斤自来水，于55°C下加入Ikg商品淀粉酶(a -Amylase,Aladdin, BR, 5000U/g)水解25min，用旋液分离器(为常规设备)分离，重相离心过滤得沉淀3 ；
[0041]步骤5:将上步所得沉淀3按料水重量比1: 3的量加水并不断搅拌，用常规旋液分离器分离，再离心过滤，得沉淀4，如此反复3次至得到沉淀4(使pH呈中性)，将沉淀4于50°C、风速0.3m/s的流化床中干燥0.5h，得到大米蛋白产品；
[0042]步骤6:将步骤3所得的沉淀I加入自来水配成20%的悬浊液，用0.lmol/L的盐酸调节悬浊液的pH至8.5，加入碱性蛋白酶(上海佳和生物科技有限公司产品，BR，200U/mg)，加酶量2000U/g，于40°C下反应2h，经过滤得沉淀5，加水150公斤水，用0.lmol/L的盐酸将沉淀5调节pH至中性，再将沉淀5与浓度为85%的乙醇溶液按固液比为1: 3混合，室温下搅拌2h后离心过滤得沉淀6 ；
[0043]步骤7:将沉淀6按料水重量比为1: 3的量加入自来水，反复水洗3次，旋液分离、离心过滤得沉淀7，将所得的沉淀7于37°C下热风干燥4h得到大米淀粉产品。
`[0044]本实施例中所得的大米淀粉纯度为98.2% (干基)，淀粉中的蛋白含量为0.38%(干基)，水分含量为11.5% (干基)。大米蛋白广品干基纯度为86.6%,蛋白中的淀粉含量为0.49% (干基)，蛋白中灰分含量为1.2% (干基),水分含量为6.9% (干基)。其中，蛋白质的测定采用微量凯氏定氮法(参照中华人民共和国国家标准GB5009.5-2010，http://down, foodmate.net/standard/sort/3/21712, html),淀粉的测定参照中华人民共和国国家标准 GB/T5514-2008 (http://down, foodmate.net/standard/sort/3/17367, html),水分测定采用105°C恒重法(参照中华人民共和国国家标准GB5009.3-2010，http://down,foodmate.net/standard/sort/3/21710, html),灰分测定参照中华人民共和国国家标准GB5009.4-2010 (http://down, foodmate.net/standard/sort/3/21711, html),测定结果均以干基表示。实施例2不同条件提取大米蛋白的比较(试验实施例1)
[0045]本实施例采用实施例1中的基本方法生产大米淀粉和大米蛋白，只是分别改变实施例I的步骤4和步骤5中盐酸调节的pH和水洗次数，所得大米蛋白得率和纯度如表1中所示。其中，大米蛋白得率(％)计算公式=蛋白产品质量χ(ι-蛋白产品水分含量)/(大米原料X大米原料粗蛋白含量)；大米蛋白纯度(％)计算公式=产品中蛋白质质量XlOO/产品总质量。从表1中看出，各条件下大米蛋白的纯度均能够达到85% (干基)以上。大米蛋白含水量低于14%。综合考虑，以pH为5、水洗5次的效果为最佳。
[0046]表1不同条件提取大米蛋白的效果比较
[0047]
【权利要求】
1.一种联产高纯度大米淀粉和大米蛋白的方法，其特征在于下列步骤:(1)用自来水清洗大米，米水重量比为1: 2_1: 6,水洗1_3次；(2)将洗净的大米用浓度为0.1% -0.5%的NaOH溶液按固液比为1: 1.5-1: 2.5混合，于室温下浸泡并搅拌lh-4h ；(3)磨浆，使米浆细度为60目-150目，沉降、分离得上清液和沉淀I;(4)将步骤(3)所得上清液用盐酸调pH至4.5-5.5，沉降、分离得沉淀2，向所得沉淀2 中加入淀粉酶或糖化酶，于40°C -55°C，水解10min-30min后，沉降、分离得沉淀3 ；(5)将沉淀3按料水重量比为1:2-1:8的量加水并不断搅拌，沉降、分离得沉淀4，重复该步骤3-5次，直至得到pH为中性的沉淀4，将沉淀4干燥，即为高纯度的大米蛋白粉；(6)将步骤(3)所得沉淀I用碱性蛋白酶纯化，分离得沉淀5，用盐酸将沉淀5的pH调至中性，再用乙醇纯化，沉降、分离后得沉淀6 ;(7)将沉淀6按料水重量比为1: 2-1: 6的量加入水，反复水洗2-5次，沉降、分离得沉淀7，将所得沉淀7干燥，得到高纯度的大米淀粉。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于:步骤(5)中所述大米蛋白的干燥采用流化床干燥，干燥温度为35°C -50°C，风速为0.2m/s-2m/s，干燥时间为0.2h_l.0h，或采用热风干燥，干燥温度为35°C _50°C，干燥时间为2h-5h，或采用气流干燥，干燥温度为80°C _110°C， 风速为10m/s-18m/s，干燥时间为5s_10s，使产品含水量达14%以下。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于:步骤(6)中所述碱性蛋白酶纯化是用自来水将所得的沉淀I按重量比配制成20% -60%的悬浊液，用NaOH溶液调pH至7.5-9.5，碱性蛋白酶的添加量1500U/g-2500U/g，于35°C _45°C下反应0.5h_3h ;所述乙醇纯化采用的是浓度为80%-90%的乙醇溶液，按固液比为1: 3-1: 10混合，于室温下搅拌0.5h-3h。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于:步骤(7)中所述大米淀粉的干燥采用热风干燥，干燥温度为35°C -55°C，干燥时间为2h-5h，或采用流化床干燥，干燥温度为35°C -55°C， 风速为0.2m/s-2m/s，干燥时间为0.2h_l.0h，或采用气流干燥，干燥温度为80°C _110°C， 风速为10m/s-18m/s，干燥时间为5s_10s，使产品含水量至14%以下。
【文档编号】C07K1/14GK103555795SQ201310501401
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】赵思明, 熊善柏, 陈颖, 豁银强, 彭勋, 叶蕾蕾, 刘云轩 申请人:华中农业大学