專利名稱：復合酶法生產米淀粉和米蛋白多肽粉的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及米淀粉生產技術領域，具體地說是復合酶法生產米淀粉和米蛋白多肽粉的方法。
背景技術：
目前全球淀粉的年產量在2000萬噸左右，其中米淀粉的產量約占5％，即在100萬噸左右，且米淀粉產地主要集中在美國、法國、比利時等國；而全球淀粉市場的年需求量在3000萬噸以上，其中米淀粉的年需求量在300萬噸左右。之所以米淀粉的產量一直上不去，主要是因為米淀粉的生產技術一直沒有獲得根本性的突破，幾十年來一直采用“堿浸法”工藝。此法的生產周期長，對米淀粉分子結構有一定的破壞性，特別是淀粉的產率比較低(≤25％)，產品中蛋白質含量高(≥0.5％)，且能耗大，生產成本高。其綜合因素制約了米淀粉的生產量，人們只能采用其它淀粉作為米淀粉的代用品，也使米淀粉市場受到了不利的影響。
由于“堿浸法”生產工藝的缺陷和大米價格的不斷上漲，國內目前的米淀粉的生產水平無法滿足國內應用行業(yè)的需求，據統(tǒng)計，目前國內市場米淀粉年需求量在30萬噸以上，年進口量約在7萬噸左右。這就給米淀粉的生產技術提出了更高的要求，也給投資者提供了米淀粉生產的商機。
過去由于米蛋白在大米中的含量較低，人們對米蛋白就沒有足夠的研究投入，再加上蛋白易變性的特點，為米蛋白的分離提取也帶來了不少困難，所以在米蛋白的生產上一直沒有什么適合的工藝，也因此大米蛋白資源一直未得到充分開發(fā)利用。用大米作為味精發(fā)酵和淀粉糖生產的原料時，加工環(huán)節(jié)中會產生大量的副產品米糠和米渣。米糠含有豐富的營養(yǎng)物質，其中蛋白質的含量約12％，脫脂米糠中蛋白質的含量可高達18％。米渣中蛋白質的含量在40％以上，俗稱大米蛋白粉和大米濃縮蛋白(RPC)，過去我國將它們作為動物飼料使用，沒有合理利用這些的蛋白質資源。
近年來，隨著生活質量的提高，人們越來越重視食物的品質，在對大米的研究中人們發(fā)現大米蛋白不僅具有獨特的營養(yǎng)功能，還有很多潛在的醫(yī)療保健作用，國內外的科學家開始重視大米蛋白研究和開發(fā)利用。
目前世界范圍內，改進米淀粉的生產工藝主要研究方向可大體分為酶法和物理方法。
(1)國內江蘇寶寶集團公司現在采用“單酶法”生產米淀粉，大概工藝是首先將大米制成米粉，再進行調漿，使pH值為7～12，波美度為10～22Be°；然后加溫至40～70℃，再加入占總重量的百分比為0.2～0.6％的蛋白酶，反應時間為5～30小時；然后進行脫水，使含水量為25～50％；進行旋流洗滌；再進行脫水，并使含水量為25～50％；然后烘干，使制成的成品中水含量為8～14％。其所制得的產品，蛋白質含量小于0.3％，產品得率達到55％以上，副產品中蛋白質含量達到60％以上。
(2)《Journal of Cereal Science》31，(1)63-74，2000的期刊上，刊登了題名為“Rice starch isolation by alkaline protease digestion ofwet-milled rice flour”的文章，所介紹的米淀粉研制方法是采用食品級的堿性蛋白酶水解米粉漿，從而提取淀粉。米粉漿經1.1％蛋白酶在PH10.0恒定條件下水解18小時，淀粉得率95％，其中蛋白質含量0.5％，大部分米蛋白水解所用氫氧化鈉的量是通過剛開始的3~4小時的水解情況來確定的。
(3)美國科學家最近正在研究物理方法制取米淀粉，是指利用一種特別的均質器所產生的高壓，對大米中的淀粉和蛋白質聚成塊進行物理分解。大米只需一次性通過這種設備，即可產生水狀的顆粒均勻的淀粉和蛋白質微分子，然后通過基于密度的傳統(tǒng)分離工藝對其中的淀粉和蛋白質進行分離。這種新工藝可保留所提取大米蛋白質和淀粉原有的品質，生產出的蛋白質和淀粉與傳統(tǒng)的加工方法相比具有更好的完整性和功能性。此工藝尚未成熟，仍處于試驗研究階段。
國際上目前生產米蛋白的方法主要是通過酶法和堿法。堿法由于易使蛋白變性喪失活力，已逐漸被淘汰，現今相對較為成熟的制取米蛋白的方法主要為酶法。
(1)國內有人在上海研究開發(fā)出了“雙酶法”從米渣中分離提取米蛋白肽，并申請了專利，大概工藝是將米渣和水按重量比1∶4～6混合，溫度55～60℃，保溫30分鐘，然后，按酶制劑的活力為50,000U/mg計，分別加入大米渣重量0.05％～0.1％的α-淀粉酶和中性蛋白酶，其中，α-淀粉酶與中性蛋白酶的重量比是1∶1，在pH6.5～7.5和溫度50～60℃下，攪拌5～7小時，過濾反應物，所得的液體噴霧干燥，得到白色的粉末，即為米蛋白肽產品。
(2)在《食品科學》，2003年10期上，湖南金健米業(yè)股份有限公司發(fā)表了題為“酶法提取大米濃縮蛋白工藝條件的研究”的文章，其介紹生產大米蛋白的大概工藝是以早秈米或碎米為原料，采用淀粉酶對大米淀粉進行分解，分離后得大米蛋白和大米淀粉糖。研究了最佳的工藝條件，采用淀粉酶，5LU/g的添加量，pH6.3～6.5，噴射液化，分離后的蛋白質含量為59.82％。采用旋流分離除雜，可將灰分降低到1.52％。纖維素酶和脂肪酶復合水解，可將蛋白中脂肪的含量降低到2.72％。大米濃縮蛋白中蛋白質的含量達70％，得率為73.96％。
(3)在《糧食與飼料工業(yè)》，2005年08期上，華中農業(yè)大學刊登了題名為“酶水解米渣蛋白的工藝研究”的文章，其介紹酶水解的大概工藝是采用堿性蛋白酶、中性蛋白酶、菠蘿蛋白酶3種酶水解米渣中的大米蛋白，探討了酶的水解工藝。對3種酶單獨使用及復合使用水解米渣的條件和工藝進行了研究，測定了不同條件下的蛋白質浸提度，并確定了最佳的酶復合配比是堿性蛋白酶2709菠蘿蛋白酶為3∶7，酶最適使用量為1000U/ml，在最適酶解溫度50℃條件下，水解16小時可獲得最適蛋白質浸提度。
綜上所述，可以看出目前國內外，對制取米淀粉、米蛋白的研究雖較過去已經取得了長足的進步，但還是存在不少問題，需要改進的地方仍然很多，如生產周期普遍較長，生產成本、能源消耗較大，生產污水排放的問題，米淀粉、米蛋白的得率普遍較低，米淀粉、米蛋白的產品質量也普遍較低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目是提供一種生產周期短、生產成本低、生產過程中無污水排放、米淀粉、米蛋白的質量高、得率也有所提高的復合酶法生產米淀粉和米蛋白多肽粉的方法。
本發(fā)明的研究重點就是在國內外現有的米淀粉、米蛋白研制基礎上，開發(fā)出新的技術，最大程度解決上述這些問題。經過大量研究試驗，我們提出了“復合酶法”生產米淀粉、米蛋白多肽粉的生產技術路線，生產周期大大縮短，生產成本也降低，生產過程中無污水排出，不但米淀粉、米蛋白的質量得到提高，且得率也比其他方法有所提高。
本發(fā)明的“復合酶法”從米粉中分離、提取出米淀粉和米蛋白多肽的方法是將大米粉碎后得米粉，加水浸泡，攪拌，調節(jié)料液溫度后，加氫氧化鈉調pH進行調漿，加入復合酶進行水解反應，復合酶為堿性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶和風味蛋白酶，四種蛋白酶的比例為5-8∶1-4∶1-3∶1-3，之后經離心分離，下面的白色沉淀部分再加水，攪拌均勻后再離心分離，得白色沉淀，烘干后即為米淀粉；清夜和上層的灰黃色部分經濃縮液均質、干燥，制得米蛋白多肽粉。
該方法的具體步驟和工藝條件為稱量一定量的米粉(需過100目篩)，置入夾套燒杯，加與米粉質量比1∶1-4的水進行浸泡，同時攪拌；夾套燒杯外連接超級恒溫水浴，此時控制料液溫度為25-60℃。浸泡1-6小時后，按與米粉質量比的1.5∶1-4加水，調節(jié)料液溫度至30～60℃，然后加氫氧化鈉調pH至10，再按干基的4～8‰加入20萬活力的復合酶(堿性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶和風味蛋白酶的用量比例為5-8∶1-4∶1-3∶1-3)進行水解反應，整個調漿、反應過程中均需攪拌，并保持反應溫度一致；反應3-8小時，結束。將料液在3000轉的轉速下，進行離心分離10min，取出清夜和上層的灰黃色部分，剩余下面的白色沉淀部分再按1∶1-4加水，攪拌均勻后再離心分離，重復6-7次，這樣所得白色沉淀，烘干后即為米淀粉，其中蛋白含量低于0.5％，淀粉得率90％以上。收集的上清液和灰黃色米渣部分，用旋轉蒸發(fā)器進行濃縮，使其固性物濃度達到30％，濃縮時參數為40-60℃，真空度0.1-0.3；再用濃縮液進行均質，均質壓力采用25MPa，保證均質后的料液靜止不分層，再至噴霧干燥塔，進行干燥，進風溫度300℃，出風溫度80℃-100，所制得即為米蛋白多肽粉，含蛋白80％以上，可溶性肽占蛋白總量的50％以上，生物活性肽占蛋白總量的20％以上，蛋白得率85％以上。
本發(fā)明的復合酶法生產米淀粉和米蛋白多肽粉的方法與傳統(tǒng)的“堿浸法”生產米淀粉的工藝比較①本方法對原料無苛刻的選擇性，可以用成品大米，也可以用顆粒度較小的碎米等，只要磨成米粉即可，可以降低生產成本；②本方法屬低溫反應，且反應條件緩和、生產過程安全性高；③“堿浸法”浸泡時間需48小時以上，而本方法反應時間一般控制在4～6個小時，生產周期短，堿浸法原料長期浸泡在堿液中會損傷淀粉的原有形態(tài)，淀粉和蛋白分子結構受到破壞，影響產品質量。
④對同一種原料，采用堿浸法生產的淀粉蛋白去除不徹底，米淀粉中的蛋白含量≥1.0％，而本方法生產的米淀粉中蛋白質含量≤0.5％，完全可以達到FDA的質量要求(國際標準≤0.5％)。
⑤實際生產中“堿浸法”工藝產生大量的堿液，需要一定的處理方式和成本才能達到國家規(guī)定的排放標準。而本方法屬清潔法生產，除生活污水外，無生產廢水排放。
本發(fā)明所用的“復合酶法”生產米淀粉的方法與寶寶集團的“單酶法”生產米淀粉的工藝比較①本發(fā)明的方法水解反應時間只需4小時，相比“單酶法”的5～30個小時，大大降低了生產周期，提高了生產效率；②本發(fā)明的方法制取米淀粉的過程中，僅在離心分離時稍有損失，得率可達90％以上，相比“單酶法”的55％的得率要高很多；③本發(fā)明的方法采用酶種類較多，由于酶的專一性，相比“單酶法”，本工藝水解蛋白的種類更多，蛋白水解更加徹底，可制成蛋白含量80％以上的米蛋白多肽，且其中可溶性肽的量大幅增加，可制成營養(yǎng)品，于“單酶法”所制得的蛋白飼料相比，副產品價值高很多。
本發(fā)明所用的“復合酶法”生產米淀粉的方法與Journal of CerealScience上發(fā)表的采用食品級的堿性蛋白酶水解米粉漿提取淀粉的方法比較①本發(fā)明的方法水解反應時間只需4小時，相比此法的18小時，大大降低了生產周期，提高了生產效率；②本發(fā)明的方法制取米淀粉的過程中，僅在水解反應開始的時候調pH，充分利用了酶反應的pH范圍，而此法需維持pH的恒定，將消耗大量的堿，相比之下，本工藝生產成本要低很多。而且大量堿液不易處理，造成了對環(huán)境的污染。
本發(fā)明所用的“復合酶法”生產米蛋白多肽的方法與“雙酶法”從米渣分離提取米蛋白肽的方法比較①本發(fā)明的方法為直接從米粉中制取米蛋白多肽，而“雙酶法”則是從米渣中提取，相比下本工藝生產成本較低，原料來源更廣；②本發(fā)明的方法是采用蛋白酶水解蛋白，不會將淀粉水解成可溶性糖，最終成品也可供與糖尿病患者等特殊人群食用；③本發(fā)明的方法在噴霧前先進行預濃縮，降低了噴霧時的能耗，從整體上來講節(jié)約了能源，并保證了產品的穩(wěn)定性。
本發(fā)明所用的“復合酶法”生產米蛋白多肽的方法與金健米業(yè)提出的先用淀粉酶，再用纖維素酶和脂肪酶復合水解碎米制取大米濃縮蛋白的方法比較①本發(fā)明的方法在試驗過程均處于低溫狀態(tài)，沒有經過噴射液化等高溫工序，不會導致蛋白變性，最大程度上保留了米蛋白原有的性質。
②本發(fā)明的方法未加入纖維素酶和淀粉酶，最終產品中將含有一定量的膳食纖維，而不會含有較多的可溶性糖，適合糖尿病患者等特殊人群食用。
③本發(fā)明的方法制得的米蛋白多肽粉的蛋白含量80％以上和從米粉提取蛋白得率約85％以上，與此方法制得產品中蛋白質的含量70％，得率為73.96％相比要高。
發(fā)明的方法所生產的產品感觀物理指標、理化物理指標和微生物指標如下表表1感觀物理指標(淀粉)

表2感觀物理指標(蛋白粉)

表3理化指標(淀粉)

表4理化指標(蛋白粉)

表5微生物指標(淀粉)

表6微生物指標(蛋白粉)



圖1是本發(fā)明的生產工藝路線圖。
具體實施例方式
實施例1原料可以是成品大米(或碎米)，稱取一定量的大米，過100目篩得米粉，置入夾套燒杯，加與米粉質量比1∶1的水進行浸泡(使物料吸水膨脹，減小粉碎阻力)，同時攪拌，攪拌轉速為10～20r.p.m；夾套燒杯外連接超級恒溫水浴，此時控制料液溫度為30℃，浸泡2小時后，按與米粉質量比的1.5∶1加水，調節(jié)料液溫度至50～55℃，然后加氫氧化鈉調pH至10進行調漿，再按干基的4‰加入20萬活力的復合酶，復合酶為堿性蛋白酶[2709堿性蛋白酶(2709 Alkaline Protease)]、中性蛋白酶[AS1398中性蛋白酶(AS1398Neutral Protease)]、酸性蛋白酶[537酸性蛋白酶(537 Acidic Protease)]和風味蛋白酶[風味蛋白酶500MG(Flavourzyme 500MG)]按6∶2∶1∶1的比例用量進行水解反應，整個調漿、反應過程中均需攪拌，攪拌轉速為60r.p.m，并保持反應溫度一致(與前調節(jié)溫度一致30℃)，水解反應3小時，結束；將料液在3000轉的轉速下，進行離心分離10min，取出清夜和上層的灰黃色部分，剩余下面的白色沉淀部分再按1∶1加水，攪拌均勻后再離心分離，重復6次(酶解反應后的米漿中淀粉、蛋白質的其它成分是混合在一起的，必須逐步地將他們分離開來，以便于下一步精制)，這樣所得白色沉淀，烘干后即為米淀粉，其中蛋白含量低于0.5％，淀粉得率90％以上。
收集的上清夜和灰黃色米渣部分，用旋轉蒸發(fā)器進行濃縮，使其固性物濃度達到30％，濃縮時參數為40℃，真空度0.1-0.3；再用濃縮液進行均質，均質壓力為25MPa，保證均質后的料液靜止不分層，再進噴霧干燥塔，進行干燥，進風溫度300℃，出風溫度80-100℃，所制得即為米蛋白多肽粉，含蛋白80％以上，可溶性肽占蛋白總量的50％以上，生物活性肽占蛋白總量的20％以上，蛋白得率85％以上。
實施例2
稱取一定量的大米，過100目篩得米粉，置入夾套燒杯，加與米粉質量比1∶4的水進行浸泡(使物料吸水膨脹，減小粉碎阻力)，同時攪拌，攪拌轉速為10～20r.p.m；夾套燒杯外連接超級恒溫水浴，此時控制料液溫度約為60℃，浸泡6小時后，按與米粉質量比的1.5∶4加水，調節(jié)料液溫度至50～55℃，然后加氫氧化鈉調pH至10進行調漿，再按干基的8‰加入20萬活力的復合酶復合酶為堿性蛋白酶[2709堿性蛋白酶(2709 Alkaline Protease)]、中性蛋白酶[AS1398中性蛋白酶(AS1398 Neutral Protease)]、酸性蛋白酶[537酸性蛋白酶(537 Acidic Protease)]和風味蛋白酶[風味蛋白酶(500MGFlavourzyme 500MG)]按8∶3∶3∶3的比例用量進行水解反應，整個調漿、反應過程中均需攪拌，攪拌轉速為60r.p.m，并保持反應溫度一致(與前調節(jié)溫度一致60℃)，水解反應8小時，結束；將料液在3000轉的轉速下，進行離心分離10min，取出清夜和上層的灰黃色部分，剩余下面的白色沉淀部分再按1∶4加水，攪拌均勻后再離心分離，重復7次(酶解反應后的米漿中淀粉、蛋白質的其它成分是混合在一起的，必須逐步地將他們分離開來，以便于下一步精制)，這樣所得白色沉淀，烘干后即為米淀粉，其中蛋白含量低于0.5％，淀粉得率90％以上。
收集的上清夜和灰黃色米渣部分，用旋轉蒸發(fā)器進行濃縮，使其固性物濃度達到30％，濃縮時參數為60℃，真空度0.1-0.3；再用濃縮液進行均質，均質壓力為25MPa，保證均質后的料液靜止不分層，再進噴霧干燥塔，進行干燥，進風溫度300℃，出風溫度80-100℃，所制得即為米蛋白多肽粉，含蛋白80％以上，可溶性肽占蛋白總量的50％以上，生物活性肽占蛋白總量的20％以上，蛋白得率85％以上。
權利要求
1.一種復合酶法生產米淀粉和米蛋白多肽粉的方法，其特征在于大米粉碎后得米粉，加水浸泡，攪拌，調節(jié)料液溫度后，加氫氧化鈉調pH進行調漿，加入復合酶進行水解反應，復合酶為堿性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶和風味蛋白酶，四種蛋白酶的比例為5-8∶1-4∶1-3∶1-3，之后經離心分離，下面的白色沉淀部分再加水，攪拌均勻后再離心分離，得白色沉淀，烘干后即為米淀粉；清夜和上層的灰黃色部分經濃縮液均質、干燥，制得米蛋白多肽粉。
2.根據權利要求1所述的復合酶法生產米淀粉和米蛋白多肽粉的方法，其特征在于該方法的具體步驟和工藝條件為(1)稱取一定量的大米，過100目篩得米粉，置入夾套燒杯，加與米粉質量比1∶1-4的水進行浸泡，同時攪拌；夾套燒杯外連接超級恒溫水浴，此時料液溫度為25-60℃，浸泡1-6小時后，按與米粉質量比的1.5∶1-4加水，調節(jié)料液溫度至50～55℃，然后加氫氧化鈉調pH至10進行調漿，再按干基的4～8‰加入20萬活力的復合酶進行水解反應，復合酶為堿性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶和風味蛋白酶，并按4-8∶1-4∶1-3∶1-3的比例用量；整個調漿、水解反應過程中均需攪拌，并保持反應溫度一致，反應3-8小時，結束；將料液在3000轉的轉速下，進行離心分離10min，取出清夜和上層的灰黃色部分，剩余下面的白色沉淀部分再按1∶1-4加水，攪拌均勻后再離心分離，重復6-7次，得白色沉淀，烘干后即為米淀粉；(2)收集的上清夜和灰黃色米渣部分，用旋轉蒸發(fā)器進行濃縮，使其固性物濃度達到30％，濃縮時參數為40-60℃，真空度0.1-0.3；再用濃縮液進行均質，均質壓力為25MPa，再進行干燥，制得米蛋白多肽粉。
全文摘要
本發(fā)明是一種復合酶法生產米淀粉和米蛋白多肽粉的方法。它是將大米粉碎后得米粉，加水浸泡，攪拌，調節(jié)料液溫度后，加氫氧化鈉調pH進行調漿，按干基的4～8‰加入20萬活力的復合酶進行水解反應，復合酶為堿性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶和風味蛋白酶，之后經離心分離，下面的白色沉淀部分再加水，攪拌均勻后再離心分離，得白色沉淀，烘干后即為米淀粉；清夜和上層的灰黃色部分經濃縮液均質、干燥，制得米蛋白多肽粉。本發(fā)明的“復合酶法”生產米淀粉、米蛋白多肽粉的方法，生產周期大大縮短，生產成本也降低，生產過程中無污水排出，不但米淀粉、米蛋白的質量得到提高，且得率也比其他方法有所提高。
文檔編號C12P21/00GK1896261SQ200610010960
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月15日 優(yōu)先權日2006年6月15日
發(fā)明者李明杰, 于秋生 申請人:普洱永吉生物技術有限責任公司