一种大米抗氧化活性肽的制备方法与流程

本发明涉及一种大米抗氧化活性肽的制备方法，尤其涉及一种大米抗氧化活性肽的工业化制备方法，属于大米副产物深加工技术领域。

背景技术：

我国作为粮食大国，稻米产量巨大，其中稻谷脱壳后的大米作为中国人民常食用的主食，而米糠是大米生产工厂中主要的副产物，其蛋白质氨基酸组成与大米中蛋白质氨基酸组成相似，氨基酸组成合理，具有较高的营养价值。工业产生大量的米糠大部分未得到有效利用，因此需要对米糠蛋白进行深加工以提高其附加值，实现稻米资源充分利用。通过对米糠中的蛋白酶解肽段可大大发挥其蛋白质的营养价值，目前发现了如抗氧化活性肽、阿片拮抗肽、免疫活性调节肽等种类丰富的活性肽。而其中发现的一种大米抗氧化活性肽具有良好的自由基清除能力，对氧化损伤诱导的自由基有很强的清除作用，可以保护人体或动物多种体细胞的氧化应激，同时也具有抗炎和抗衰老的功效。

经过调研，在大米副产物的加工中，利用米糠中较高的含油率榨油已经实现了工业化生产，但是米糠蛋白质的营养价值却被忽视，经过榨油后的米糠依然具有很高的利用价值。近年来随着各类蛋白质生产工业的兴起，产生了很多活性肽生产工厂，有诸如原料提取，微生物发酵和化工合成的方法。申请人此前从米糠中成功分离出了具有抗氧化功效的khnrgdef肽段（分子量：1002.4da，命名为kf-8）（参见cn106636274a），该肽已被证实具有细胞保护和抗衰老等生理功能，然而其需要用到rp-hplc等技术进行分离纯化，难以实现上述活性肽的规模化制备。近年来，米糠活性肽的工业化生产始终是个空白，因此如何将米糠原料充分的利用生产蛋白质产品，如何高效的获得高纯度高活性的米糠活性肽的工业产品是需要被解决的技术问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种大米抗氧化活性肽的制备方法，以获得高纯大米抗氧化活性肽。

本发明的技术方案如下：

一种大米抗氧化活性肽的制备方法，所述大米抗氧化活性肽为khnrgdef，包括如下步骤：

s1、提供米糠谷蛋白酶解液；

s2、对所述米糠谷蛋白酶解液依次进行微滤处理、超滤处理，获得多肽溶液；

其中，所述多肽溶液中的多肽的分子量为900-1200da；

s3、以s2获得的多肽溶液为电解液，活性炭或外表包裹有活性炭层的导电材料作为电极，将电解液的ph值调节至7.86-7.90，然后在2个电极之间通直流电，使得等电点不在7.88的多肽被电极吸附，获得高纯多肽溶液；

s4、采用改性pc膜（改性聚碳酸酯膜）作为超滤膜，对s3获得的高纯多肽溶液进行超滤处理后，喷雾干燥，获得大米抗氧化活性肽粉末；

其中，所述改性pc膜的制备方法为：将pc膜置于丙酮中溶胀3-8s后，置于浸涂液中浸涂2-4h，再取出晾干后，置于蒸馏水中浸泡45-90min除去不牢的聚合物，然后取出干燥，即得；

所述浸涂液为zn(no3)2、nh3·h2o和水的混合溶液，zn(no3)2的浓度为0.4-0.8wt%，浸涂液的ph值为9-11。

进一步地，所述米糠谷蛋白酶解液的制备方法包括如下步骤：

（1）提供脱脂米糠，对所述脱脂米糠依次进行清洗、干燥、粉碎和过筛处理，获得脱脂米糠粉末；

（2）将步骤（1）获得的脱脂米糠粉末与水按1:8-12（优选为1:10）的质量比混合均匀，调节ph值至8.5-9.0，再加热至35-45℃（优选为38-42℃，进一步优选为40℃）并搅拌2-3h，然后以6000-8000r/min（优选为6500-7500r/min）的转速离心15-30min，去除沉淀，获得上清液；

（3）将步骤（2）获得的上清液的ph值调节至4-4.5（优选地，用盐酸条件ph，更优选的，所述盐酸为食品级盐酸），静置30-60min后，以6000-8000r/min（优选为6500-7500r/min）的转速离心分离，获得米糠谷蛋白固相物；

（4）将步骤（3）获得的米糠谷蛋白固相物复溶于水中，调节ph值至7，再搅拌2-3h，获得米糠谷蛋白溶液；

（5）将步骤（4）中米糠谷蛋白溶液的米糠谷蛋白浓度调节至6-8wt%，进一步至6-7wt%，保持在37℃条件下静置20-40min后，调节ph值至8.5-10.0，获得碱性米糠谷蛋白溶液；

（6）对步骤（5）获得的碱性米糠谷蛋白溶液依次进行酶解和离心处理，获得米糠谷蛋白酶解液。

进一步地，所述脱脂米糠的制备方法为：将米糠压榨去油，然后清洗去掉不溶物和颗粒物，再干燥，打粉，过筛，获得45-55目的脱脂米糠粉。优选地，使用清水清洗脱脂米糠，同时搅拌，使得颗粒物和不溶物沉淀，可选地，搅拌2-4h，期间每30min更换清洗池中的水。优选地，采用烘干机进行干燥，控制温度为50-60℃，优选为55℃，烘干4-8h，每2h整理烘干机中的米糠使其水分充分蒸发。

进一步地，所述脱脂米糠的含油率低于6wt%。

进一步地，步骤（2）和步骤（5）中，采用碳酸氢钠或碳酸氢钠溶液调节ph值。优选地，所述碳酸氢钠为食品级碳酸氢钠。

进一步地，步骤（3）中，离心时间为15-20min。

进一步地，步骤（6）中，按[e]/[s]比1.5-1.8%向碱性米糠谷蛋白溶液中添加中性蛋白酶，在45-55℃条件下水解4-5h后，以6000-8000r/min（优选为6500-7500r/min）的转速离心10-20min，获得米糠谷蛋白酶解液。优选地，在50℃条件下进行水解。

进一步地，还包括对米糠谷蛋白酶解液进行灭酶灭菌处理的步骤，即控制米糠谷蛋白酶解液的温度在85-90℃，保持8-12min，即可。可选地，灭酶灭菌处理可在步骤（6）的酶解和离心之间进行，也可以在步骤（6）之后进行。

进一步地，s2中，按照分子量从高到低逐级超滤分级，获得多肽溶液。

优选地，s2中，所述多肽溶液中的多肽的分子量为1000-1100da。

进一步地，s3中，使用na2hpo4•2h2o调节电解液的ph值；优选地，在2个电极之间通100-120v的直流电；更优选地，通电时间为20-40min。

进一步地，s3中，所述活性炭为生物活性炭（biologicalactivatedcarbon，bac），生物活性炭具有良好的吸附率和吸附容量，从而提高活性肽产品稳定性；更进一步地，生物活性炭的孔径为3-7nm，比表面积为1000-1200m²/g；优选地，生物活性炭孔径为5nm，比表面积为1100m²/g且。

进一步地，s4中，所述浸涂液的ph值为10。

进一步地，s4中，喷雾干燥的工艺条件为：进风温度为180-200℃，出风温度为70-90℃，料液流速为20-25r/min。

可选的，未改性pc膜的孔径为0.04-0.06μm，质地平滑，可耐高温，厚度为9-11μm，计算孔径密度：3×10⁸-5×10⁸pore/cm²。

可选地，本发明中，米糠谷蛋白酶解溶液经过微滤机，过滤掉酶、细菌和大分子量的有机物质，再将微滤后的酶解溶液通过食品超滤机超滤，按分子量从大到小分级超滤，可选择使用900da至1200da的超滤膜，过滤掉溶液中分子量大于1200da和分子量小于900da的活性肽，保留900～1200da的多肽溶液。进一步可通过食品级盐酸和食品级碳酸氢钠溶液改变谷蛋白酶解溶液ph达到kf-8的等电点，利用电场力的作用使溶液中的其它肽类物质在溶液中定向移动，被活性碳吸附，从而实现kf-8与其他肽类物质的进一步分离，获得高纯多肽溶液。然后，利用改性pc膜对高纯多肽溶液进行进一步超滤后，喷雾干燥，即可获得高纯kf-8产品。

目前，kf-8活性肽并未实现工业化生产，和实验室制取方法有所不同，超滤法的分离条件更加温和对活性肽的生物功能破坏更小，提高了稳定性和得率。在对活性肽超滤产物分离处理的过程中，使用生物活性炭的电吸附和溶胀锚定法对聚碳酸酯（polycarbonate）薄膜改性截留kf-8分子，可以使大米抗氧化活性肽的纯度提高的90%以上，大幅提高kf-8产物的纯度。

由于大米种皮谷蛋白的基因十分保守，自然界中突变体十分罕见，因此一般的水稻稻壳均含有kf-8，米糠选择常见品种的稻壳制成的米糠即可，如常见的籼稻、粳稻的稻壳制成的米糠。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

（1）本发明的方法与常见的蛋白质分离不同，具有对多肽kf-8特极高异性的分离能力，可将提取纯度达到90%以上，且获得高的提取率。

（2）本发明的制备方法条件温和，可尽可能地保留大米抗氧化活性肽的营养价值，具有良好的工业化应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一种大米抗氧化活性肽的常规制备方法的流程图。

图2为不同过滤方法所生产的kf-8的纯度情况图。

图3为本发明的电解吸附的工作原理图。

图4为不同制备方法对kf-8提取率的影响情况图，其中，bac表示超滤后仅采用电解吸附手段进一步处理；pc（zn(no3)2）表示超滤后仅采用改性pc膜进行进一步处理；bac+pc（zn(no3)2）表示超滤后依次采用电解吸附手段和改性pc膜进一步处理。

图5为实施例1所得的kf-8产品提取率和纯度。

图6为改性pc膜制备时的浸涂液的ph对kf-8提取效果的影响情况图。

图7为改性pc膜制备时的浸涂时间对kf-8提取效果的影响情况图。

图8为kf-8提取率随浸涂时间的变化情况图。

图9为使用未改性超滤膜过滤所得kf-8产品质量的情况图。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

对比例1

将米糠压榨，脱脂得到含油率低于6wt%的脱脂米糠，以脱脂米糠为原料可以跳过此步操作。在清洗池中加入清水，并投入脱脂米糠，清水要完全没过脱脂米糠达到清洗的目的，缓慢搅拌清洗机中的脱脂米糠，每搅拌30min将清洗机中的水和杂质排出加入新的清水，清洗3h。将清洗后的脱脂米糠放置于烘干机内烘干，设置烘干温度为55℃，每2h重新翻整烘干机中的脱脂米糠，总共烘干6h。将干燥后的脱脂米糠从烘干机中取出，放于打粉机中将其打粉，粉末的粒径可以通过50目筛，并将脱脂米糠粉末充分收集。

在离心式搅拌机中加入脱脂米糠粉末和去离子水（质量比为1：10），将脱脂米糠粉分散于去离子水，启动离心式搅拌机的搅拌桨使之充分混合。随后，再次向离心式搅拌机中加入食品级nahco3溶液调节溶液ph至9.0，将离心搅拌机的温度设置为40℃搅拌2h。调节离心搅拌机的转速为8000rpm，离心15min。离心搅拌机中的脱脂米糠溶液会固液分离成两相，沉淀从出渣口排出并去除，上清液保留。将所述上清液，经过食品级盐酸调节溶液至ph4.5后，静置1h。再次启动离心搅拌机，调节其转速为8000rpm，使其米糠谷蛋白沉淀析出，从离心搅拌机出渣口收集米糠谷蛋白固相物，并投入搅拌机中，搅拌机内同时还注入有去离子水，使得米糠谷蛋白固相沉淀复溶于去离子水。向搅拌机中注入食品级酸碱调节剂以调节溶液ph为7.0，37℃搅拌3h。

将上述复溶完全后的米糠谷蛋白溶液的蛋白浓度调节至7wt％，保持37℃静置30min，使用食品级nahco3溶液调节ph至10.0，将碱性米糠谷蛋白溶液输入至食品酶解罐中，以[e]/[s]比为1.8％的比例向酶解罐加入中性蛋白酶（购自济南允诚生物科技有限公司，食品级中性蛋白酶），调节酶解罐温度为50℃，水解5个小时。随后通过设置酶解罐的高温灭酶程序对酶解溶液进行灭酶灭菌处理，即85℃灭酶10min。经过灭酶灭菌处理后的谷蛋白水解液输入离心机中，并调节离心机的转速为8000rpm，离心15min得米糠谷蛋白酶解溶液，沉淀从离心机出渣口排出。

将米糠谷蛋白酶解溶液经增压泵注入到微滤机中进行微滤处理（微滤膜孔径0.2μm，压差0.1mpa），排出米糠谷蛋白酶解溶液中的大分子有机物质。处理后的滤液从微滤机的出水管传送至食品级超滤机中，按照米糠谷蛋白酶解溶液中多肽分子量从高到低逐级超滤分级，且采用1005da的超滤膜将较大分子量的多肽的除去，采用1000da的超滤膜将较小分子量的多肽的除去，最终富集得到了富含含有多肽khnrgdef（分子量：1002.4da）的活性肽溶液。最后，将所得活性肽溶液输送至喷雾干燥机内进行干燥处理。喷雾干燥的工艺条件为进风温度180℃，出风温度80℃，料液流速为20rpm。在喷口处收集大米抗氧化肽粉末。

检测显示，大米抗氧化肽粉末中kf-8的纯度为77.52wt%，提取率为37.91%。

对比例2

生产原材料为脱脂米糠粉末或者米糠蛋白粉末。在离心式搅拌机中加入脱脂米糠粉末和去离子水（质量比为1：10），将脱脂米糠粉分散于去离子水，启动离心式搅拌机的搅拌桨使之充分混合。随后，再次向离心式搅拌机中加入食品级nahco3溶液调节溶液ph9.0，将离心搅拌机的温度设置为40℃搅拌2h。调节离心搅拌机的转速为8000rpm，离心15min。离心搅拌机中的脱脂米糠溶液会固液分离成两相，沉淀从出渣口排出并去除，上清液保留。将离心搅拌机的脱脂米糠蛋白上清液，经过食品级盐酸调节溶液至ph为4.5后，静置1h。再次启动离心搅拌机，调节其转速为8000rpm，使其米糠谷蛋白沉淀析出，并从离心搅拌机出渣口收集固相沉淀投入搅拌机中，搅拌机内同时还注入有去离子水，使得米糠谷蛋白固相沉淀复溶于去离子水。向搅拌机中注入食品级酸碱调节剂以调节溶液ph为7.0，37℃搅拌3h。

将上述复溶完全后的米糠谷蛋白溶液的蛋白浓度调节至7wt％，保持37℃静置30min，使用食品级nahco3溶液调节ph至10.0，将碱性米糠谷蛋白溶液输入至食品酶解罐中，以[e]/[s]比为1.8％的比例向酶解罐加入中性蛋白酶，调节酶解罐温度为50℃，水解5小时。随后通过设置酶解罐的高温灭酶程序对酶解溶液进行灭酶灭菌处理，即85℃灭酶10min。经过灭酶灭菌处理后的谷蛋白水解液输入离心机中，并调节离心机的转速为8000rpm，离心15min得米糠谷蛋白酶解溶液，沉淀从离心机出渣口排出。

将米糠谷蛋白酶解溶液经增压泵注入到微滤机中进行微滤处理，排出米糠谷蛋白酶解溶液中的大分子有机物质。处理后的滤液从微滤机的出水管传送至食品超滤机中，按照米糠谷蛋白酶解溶液中多肽分子量从高到低逐级超滤分级，且采用1200da的超滤膜将较大分子量肽的除去，采用1000da的超滤膜将较小分子量肽的除去，最终富集得到了富含含有多肽khnrgdef（分子量：1002.4da）的活性肽溶液。最后，将所得活性肽溶液输送至喷雾干燥机内进行干燥处理。喷雾干燥的工艺条件为进风温度180℃，出风温度80℃，料液流速为20rpm。在喷口处收集大米抗氧化肽粉末。

检测显示，大米抗氧化肽粉末中kf-8的纯度为53.76wt%，提取率为44.26%.

此方法可在实施案例1的基础上提高kf-8得率。对比实施案例1和2，不难发现，超滤的方法以及超滤的分子量的不同会导致kf-8纯度大范围的改变，以及大部分kf-8被浪费。

对比例3

按对比例1的方法制得米糠谷蛋白酶解液；再将米糠谷蛋白酶解溶液经增压泵注入到微滤机中进行微滤处理，排出米糠谷蛋白酶解溶液中的大分子有机物质。处理后的滤液从微滤机的出水管传送至食品级超滤机中，按照米糠谷蛋白酶解溶液中多肽分子量从高到低逐级超滤分级，再按对比例1的方法进行喷雾干燥。多肽kf-8（分子量：1002.4da）容易被超滤膜富集于900da~1200da的区间，如果选用超滤膜富集于1000da~1200da的区间，最终获得的kf-8产品的纯度为53.76±1.62%；如果选用超滤膜富集于1000da~1100da的区间，最终kf-8产品的kf-8纯度为68.21±2.97%；如果选用超滤膜富集于900da~1100da的区间，终kf-8产品的纯度为47.43±0.85%（参见图2）。

为提高超滤得到的kf-8产品的纯度使其达到90%以上，需要将超滤富集所得的溶液吸附过滤。进一步将超滤（富集于1000da~1100da区间）的获得的活性肽溶液，采用改性pc膜超滤1h，解吸附4h，将超滤机中的溶液收集后，通过喷雾干燥可以得到纯度为91.24±3.16wt%的kf-8产品，参见图2；kf-8的提取率可达80%以上（参见图5）。此方法可以极大的提高生产大米抗氧化活性肽的纯度。

申请人研究发现，在活性肽kf-8中，二号位氨基酸是杂环族氨基酸组氨酸，金属锌对其具有特殊的吸附能力，可以形成具有弱吸附作用的配合物，碱性条件下ph为10时吸附能力最强。此外pc膜本身具有很好的疏水性，可以将溶液中的盐离子透过，截留蛋白质分子，而且pc膜具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲击性优异，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高适合用于超滤机。本发明采用碱性环境中利用溶胀-锚定法在pc膜上固定zn(no3)2，使pc膜在碱性环境中具有对kf-8最佳的吸附能力截留溶液中的kf-8，而溶液中的盐离子则会通过半透膜，然后降低溶液中的ph值慢慢达到中性，zn(no3)2对tf-8的吸附能力慢慢变差从膜上脱离下来。具体实施方法如下：

当ph为10时，zn(no3)2·6h2o与nh3h2o质量浓度比为1：1时，疏水效果最好。将pc膜在丙酮中溶胀5s，立刻放在质量分数为0.6%的zn(no3)2溶液中且用nh3·h2o调溶液ph值为10，形成浸涂液，于室温浸涂2h，取出膜晾干后，放入蒸馏水中浸泡1h除去不牢的zn(no3)2聚合物，干燥后得到改性pc膜。

原pc膜孔径为0.05μm，质地平滑，可耐高温，厚度为10μm，计算孔径密度：4×10⁸pore/cm²。

重复对比例3，仅改变浸涂液的ph分别为7、8、9、11、12、13、14。由图7可知，当ph控制在9-11时，可以获较好的提取率指标。

重复对比例3，仅改变改性pc膜制备时的浸涂时间分别为1h、3h。由图8可知，浸涂时间控制在2h以上，可以获得较好的提取率指标，其中，以2h最优。

对比例4

申请人研究发现，kf-8是一种等电点为7.88，亲水性良好的多肽。因此利用kf-8的物理性质，通过改变谷蛋白酶解溶液ph达到kf-8的等电点，利用电场力的作用使溶液中的其它肽类物质在溶液中定向移动，被生物活性碳吸附（肽段pi＜7.88被正极吸附，肽段pi＞7.88被负极吸附，肽段pi=7.88不会被电泳吸附），将kf-8保留在溶液中，而且对溶液通电也会将水电解从而提高溶液中kf-8的浓度。

将采用对比例3的方法获得的富集于1000da~1100da区间的活性肽溶液导入到电解罐中，使用na2hpo4•2h2o将酶解液的ph值调至7.88±0.02之间形成ph缓冲体系，接通110v工业直流电，使等电点不在7.88的多肽在电场力的作用下被电极外包裹的生物活性碳吸附。通电30min后，断电将获得的高纯活性肽溶液喷雾干燥制kf-8粉末，kf-8提取率约为90%（参见图4）。

采用磷酸盐调制磷酸盐缓冲溶液，可防止溶液中水被电解造成的ph的变化。由于电泳时水会被电解，因此在长时间电泳时要实时监控溶液含水量和ph的改变及时添水。多肽吸附使用的生物活性碳在多次吸附后需要重新更换。电解产生的气体需要及时排除以免发生安全隐患。

吸附过滤和电解罐的工作原理如图5所示。

实施例1

按对比例4的方法制得高纯活性肽溶液，将采用如对比例3中所述方法制得的改性pc膜装入超滤机中，将所述高纯活性肽溶液用nahco3调ph为10，将高纯活性肽溶液经超滤机过滤。改性pc膜上的锌会将高纯活性肽溶液中的kf-8吸附在膜上，而盐离子会透过膜分离掉。然后慢慢降低流经超滤机溶液的ph值至中性，进一步纯化kf-8溶液的同时，kf-8也会慢慢从改性pc膜上脱落重新溶解在溶液中。改性pc膜吸附过滤1h，解吸附4h，将超滤机中的溶液收集，喷雾干燥制得纯度达到92.5±0.43wt%高纯度kf-8产品，原料中kf-8的提取率能达到98.62%，参见图4和图6。可见，利用生物活性炭电吸附后再使用改性的pc膜吸附kf-8可获得高纯度的kf-8产品，并获得高的提取率。

对比例5

重复实施例1，区别之处仅在于：采用未经改性的pc膜对高纯活性肽溶液进行超滤。

按对比例4的方法制得高纯活性肽溶液，且采用1005da的超滤膜将较大分子量的多肽的除去，采用1000da的超滤膜将较小分子量的多肽的除去，喷雾干燥制得纯度达到86.31wt%的kf-8产品，原料中kf-8的提取率达到84.7%，可见，使用未改性超滤膜过滤kf-8，产品质量达不到使用改性超滤膜的标准。(图9)

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。