CN104418944A - 玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术 - Google Patents

玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到一种玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术，其步骤为：1. 玉米胚芽放入亚临界萃取釜中，萃取玉米油。2. 采用复合破壁酶对脱脂胚芽进行酶解，以破坏胚芽组织结构。3. 破壁结束后添加复合盐进行盐法提取球蛋白。4. 盐提结束之后经过离心，上清液通过纳滤膜进行去盐和浓缩，然后干燥即得玉米胚芽球蛋白；沉淀部分通过复合酶制备玉米胚芽生物活性肽。5. 酶解结束后，料液经过离心机进行固液分离，清液通过膜过滤和膜浓缩之后干燥即得玉米胚芽生物活性肽。本发明充分保护并利用了玉米胚芽中的有效活性成分，并在此基础上充分利用玉米胚芽蛋白制备生物活性肽。实现了玉米深加工过程中的副产品有效增值，社会效益和经济效益均十分显著。

Description

玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术
技术领域：
本发明属于生物技术领域，具体涉及玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术。
背景技术：
玉米是一年生禾本科植物，原产于美洲，十五世纪传入我国，现在我国各地具有栽培。是我国重要的粮食作物，年产量 1.2 亿吨，占世界玉米总产量的 20%以上，是三大粮食作物之一，也是全世界产量最高的粮食作物。但是我国玉米深加工的利用现状并不理想。从目前玉米深加工现状来看，玉米资源主要利用了70%的玉米淀粉，主要用于生产酒精、淀粉和淀粉糖，作为营养丰富的玉米胚芽主要用于饲料工业，价格低廉，附加值不高，因此有必要对其进行更好的深加工利用，以充分发挥其价值从而实现产品的增值。
玉米籽粒由种皮、果皮、胚乳和胚四部分组成。玉米胚芽位于玉米籽粒一侧的下部，是玉米生长和发育的起点。玉米胚芽质量虽只占籽粒的 11%～14% ，但营养价值比胚乳高，它集中了玉米籽粒中 22%的蛋白质、83%的矿物质和 84%的脂肪。玉米胚芽的粗脂肪含量约 35%～56%，占玉米含油总量的 85%。所以玉米胚芽主要是作为一种油料资源，用于制取玉米胚芽油。玉米胚芽蛋白是一种优质蛋白，营养丰富，还含有具有免疫功能的球蛋白等功能性蛋白。
玉米油中的亚油酸含量高达65%，是谷物中最高的，它和玉米胚芽中的维生素 E协同作用，可降低血液胆固醇浓度并防止其沉积于血管壁。因此，玉米油对冠心病、动脉粥样硬化、高脂血症及高血压等都有一定的预防和治疗作用。维生素 E还可促进人体细胞***，延缓衰老。玉米油中所含的胡萝卜素，被人体吸收后能转化为维生素 A，它具有防癌作用；玉米油中的植物甾醇具有抗氧化、抗炎、降胆固醇等生理作用。此外，多吃玉米油还能抑制抗癌药物对人体的副作用，刺激大脑细胞，增强人的脑力和记忆力。
玉米胚芽蛋白主要由清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和碱溶蛋白构成，有研究显示：白蛋白在玉米胚芽蛋白中含量最高为41%，其次是谷蛋白含量为19%，醇溶蛋白含量最低仅为3%，其中球蛋白含量为14%。
球蛋白具有增强机体抵抗力的作用。球蛋白是能被50%饱和度硫酸铵溶液沉淀，不溶于纯水而溶于稀盐水的蛋白质。目前，对动物球蛋白，特别是人体球蛋白的研究已非常深入，研究范围已从理论研究上升至临床应用。对植物球蛋白研究却比较少，主要集中于植物球蛋白的提取、检测及应用，由于人和动物球蛋白去除病毒困难，使其使用安全性降低，人们越来越关注植物球蛋白的应用。
玉米胚芽生物活性肽是玉米胚芽蛋白经定向酶促水解后形成的一定分子量范围的多肽混合物，具有良好的溶解性、流动性、热稳定性，而且其粘度低、浓度高，在体内吸收快、利用率高等优点，当其变成分子量更小的二肽、三肽时还可以释放出抗氧化性、消除疲劳、降低血糖浓度、降血压、促进乙醇代谢（醒酒）等独特的生理活性。研究利用玉米胚芽蛋白，开发新用途，提高其综合利用价值，延长精深加工产业链条，已成为当前的一个重要研究课题；同时也可为同类生物活性肽在食品、医药、保健品方面的开发应用提供了新的思路和方法。
综上，玉米胚芽的利用应当充分考虑玉米胚芽中的各种活性成分，利用先进的生物技术方法，最大程度的保留玉米胚芽的原有成分，并在此基础上制备新的生物活性成分，从而达到玉米胚芽的有效综合利用，最大程度发挥其生物价值，为人类健康带来福利。目前企业在玉米胚芽的深加工方面有很大的缺陷，仅仅局限于玉米胚芽油的提取，且在提取玉米胚芽油的过程中多数只注重数量而不注重质量，大大降低了玉米胚芽生物活性成分的有效利用。因此我们有必要利用新技术使得玉米胚芽生物活性成分得到充分的保留，并在此基础上制备新的生物活性成分，达到充分利用玉米胚芽资源的目的。
发明内容：
本发明的目的是提供一种玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术，所得的产品生物活性成分含量多且活性高，容易被机体吸收，能够有效的调节肠道健康，并提供一定的免疫功能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术，包括以下步骤：包括以下步骤：（1）玉米胚芽放入亚临界萃取釜中，通入CO2进行萃取，得到生物活性高含量的玉米油。（2）对萃取之后的胚芽饼进行粉碎，粉碎粒度为100～400目，采用复合破壁酶对其进行酶解，以破坏胚芽组织结构有利于球蛋白的提取和活性肽的制备。（3）破壁结束后添加复合盐进行盐法提取球蛋白，其条件为：复合盐的添加量为3～40%、盐提时间为1～4小时、盐提温度为40～60℃。（4）盐提结束之后经过离心，上清液通过纳滤膜进行去盐和浓缩，然后干燥即得玉米胚芽球蛋白；沉淀部分通过复合酶制备玉米胚芽生物活性肽。（5）酶解结束后，料液经过离心机进行固液分离，清液过10万分子量膜进行除杂，通过纳滤膜进行浓缩，干燥即得玉米胚芽生物活性肽。可利用不同分子量的膜对清液进行分子截留，从而获得不同分子量区间的产品。
所述步骤（1）中的萃取条件为：温度40～60℃，压力1-50MPa，萃取时间10～300min，流量20～55L/h。
所述步骤（2）中的复合破壁酶为：中温淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶中的一种或多种；其复配比例为：1∶1～2∶3～7∶2～5；复合酶的添加量为其加入前混合液总重量的0.01～3%。
所述步骤（2）中的破壁酶酶解条件为：料水比1∶5～10、温度40～60℃、pH4～6.5、时间3～7小时。
所述步骤（3）中复合盐为硫酸铵、氯化钠中的一种或两种，若添加两种则其复配比例为：1∶1～3。
所述步骤（4）和（5）中干燥温度不高于60℃或采用喷雾干燥。
所属步骤（4）中复合酶为：碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶、中性蛋白酶、菠萝蛋白酶中的一种或多种；蛋白酶添加量为其加入前混合液总量的0.05～5%。
所述步骤（4）中的酶解条件为：料水比1∶5～12、温度40～60℃、pH 2～10、时间3～8小时。
本发明以玉米胚芽为原料，通过亚临界设备萃取胚芽中的的玉米油，此过程在低温下操作，使得玉米油中的活性成分如植物甾醇、维生素A、E等得到了较好的保护，并且保护了玉米胚芽中的活性蛋白等其它生物活性成分；通过破壁酶对胚芽进行酶解使得玉米胚芽的植物组织破坏，更有利于玉米胚芽中其他活性成分的提取和制备；利用盐法充分的提取了玉米胚芽中的球蛋白，玉米胚芽球蛋白具有很多生理功效，并能够有效的提高人体免疫能力；通过复合酶酶解技术充分利用玉米胚芽中的蛋白制备生物活性肽，玉米胚芽生物活性肽具有良好的理化性质和加工性能以及重要的生理功能，如促进矿物质的吸收，抗氧化、降血压、降血脂、降胆固醇、抗菌等作用，可以广泛应用于食品及医药领域。本发明充分保护并利用了玉米胚芽中的有效活性成分，并在此基础上充分利用玉米胚芽蛋白制备生物活性肽。实现了玉米深加工过程中的副产品有效增值，社会效益和经济效益均十分显著。
具体实施方式
实施例1：
一种玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术，包括以下步骤：（1）玉米胚芽经过亚临界萃取设备提取玉米油，萃取条件为：温度60℃，压力50MPa，萃取时间200min，流量55L/h。（2）对脱脂胚芽进行粉碎，粉碎粒度为100目，采用复合破壁酶对其进行酶解，酶解条件为：料水比1∶5、温度40℃、pH5.5、时间7小时。（3）破壁结束后料液添加氯化钠进行盐法提取球蛋白，其条件为：氯化钠的添加量为3%、盐提时间为1小时。（4）盐提结束之后经过离心，上清液通过纳滤膜进行去盐和浓缩，然后干燥机即得玉米胚芽球蛋白；沉淀部分通过碱性蛋白酶酶解制备玉米胚芽生物活性肽，酶解条件为：料水比1∶12、温度60℃、pH 9.5、时间3小时。（5）酶解结束后，料液经过离心机进行固液分离，清液过10万分子量膜进行除杂，通过纳滤膜进行浓缩，干燥即得玉米胚芽生物活性肽。可利用不同分子量的膜对清液进行分子截留，从而获得不同分子量区间的产品。
所述步骤（2）中复合破壁酶为：中温淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶，其复配比例为：1∶1∶3∶2；复合破壁酶的添加量为其加入前混合液总重量的0.01%。
所述步骤（4）和（5）中采用喷雾干燥进行干燥。
所属步骤（4）中蛋白酶添加量为其加入前混合液总量的5%。
实施例2：
一种玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术，包括以下步骤：（1）玉米胚芽经过亚临界萃取设备提取玉米油，萃取条件为：温度40℃，压力30MPa，萃取时间100min，流量20L/h。（2）对脱脂胚芽进行粉碎，粉碎粒度为400目，采用复合破壁酶对其进行酶解，酶解条件为：料水比1∶10、温度55℃、pH6.5、时间5小时。（3）破壁结束后料液添加硫酸铵进行盐法提取球蛋白，其条件为：硫酸铵的添加量为40%、盐提时间为4小时。（4）盐提结束之后经过离心，上清液通过纳滤膜进行去盐和浓缩，然后干燥机即得玉米胚芽球蛋白；沉淀部分通过胃蛋白酶酶解制备玉米胚芽生物活性肽，酶解条件为：料水比1∶12、温度40℃、pH 2、时间8小时。（5）酶解结束后，料液经过离心机进行固液分离，清液过10万分子量膜进行除杂，通过纳滤膜进行浓缩，干燥即得玉米胚芽生物活性肽。可利用不同分子量的膜对清液进行分子截留，从而获得不同分子量区间的产品。
所述步骤（2）中复合破壁酶为：中温淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶，其复配比例为：1∶2∶7∶5；复合破壁酶的添加量为其加入前混合液总重量的3%。
所述步骤（4）和（5）中采用冷冻干燥。
所属步骤（4）蛋白酶添加量为其加入前混合液总量的0.05%。
实施例3：
一种玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术，包括以下步骤：温度40～60℃，压力1-50MPa，萃取时间10～300min，流量20～55L/h。（1）玉米胚芽经过亚临界萃取设备提取玉米油，萃取条件为：温度50℃，压力10MPa，萃取时间300min，流量30L/h。（2）对脱脂胚芽进行粉碎，粉碎粒度为200目，采用复合破壁酶对其进行酶解，酶解条件为：料水比1∶8、温度50℃、pH5.5、时间5小时。（3）破壁结束后料液添加复合盐进行盐法提取球蛋白，其条件为：复合盐的添加量为6%、盐提时间为2小时、盐提温度为50℃。（4）盐提结束之后经过离心，上清液通过纳滤膜进行去盐和浓缩，然后干燥即得玉米胚芽球蛋白；沉淀部分通过复合酶制备玉米胚芽生物活性肽，酶解条件为：料水比1∶10、温度50℃、pH 8、时间5小时。（5）酶解结束后，料液经过离心机进行固液分离，清液过10万分子量膜进行除杂，通过纳滤膜进行浓缩，干燥即得玉米胚芽生物活性肽。可利用不同分子量的膜对清液进行分子截留，从而获得不同分子量区间的产品。
所述步骤（2）复合破壁酶为：中温淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶中的一种或多种；其复配比例为：1∶1.5∶5∶3；复合破壁酶的添加量为其加入前混合液总重量的1%。
所述步骤（3）中复合盐为硫酸铵、氯化钠，其复配比例为：1∶1。
所述步骤（4）和（5）中干燥温度为40℃。
所属步骤（4）中复合酶为：碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、中性蛋白酶；蛋白酶添加量为其加入前混合液总量的1%。
产品的成分测定：
蛋白含量测定：微量凯氏定氮法，样品与浓硫酸共热，含氮有机物即分解产生氨（消化作用），产生的氨与硫酸作用生成硫酸铵，然后经强碱碱化使之分解放出氨，通过蒸汽将氨蒸发至酸液中，根据此酸液被中和的程度可以计算得到样品中的氮含量。
球蛋白含量测定：按照蛋白质的溶解度玉米胚芽中的蛋白分别为清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白。利用脂肪酶、纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶对玉米胚芽进行酶解，去除非蛋白物质得到玉米胚芽蛋白，然后根据球蛋白溶于盐水的原理，经40%的硫酸铵溶液提取其中的球蛋白，干燥称重即得玉米胚芽中球蛋白的含量。
小肽分子量测定：通过凝胶过滤法测定产品中小肽分子量分布。由于不同排阻范围的葡聚糖凝胶有一特定的蛋白质分子量范围，在此范围内分子量的对数和洗脱体积之间呈线性关系，因此用几种已知分子量的蛋白质为标准，进行凝胶层析，以每种蛋白质的洗脱体积对其分子量的对数作图，绘制标准洗脱曲线。未知样品在同条件下进行凝胶层析，根据其所用的洗脱体积，从标准曲线上可求出未知样品的分子量。
脂肪含量测定：采用索氏抽提法测定玉米胚芽中的脂肪含量。利用脂肪能够溶于有机溶剂的性质，在索氏提取器中将样品用无水***或石油醚等溶剂反复萃取，提取样品中的脂肪后，蒸去溶剂，所得的物质是脂类的混合物，对其称重即可得样品中的粗脂肪含量。
表1 原料中蛋白和脂肪含量变化
表2 玉米胚芽生物活性肽中各段分子量产品所占比例
分子量Da 实施例1 实施例2 实施例3
100-1000 88% 90% 95%
1000-10000 8% 8% 4%
10000-100000 4% 2% 1%
由表1可知，经本发明技术对玉米胚芽进行深加工之后，玉米胚芽中的脂肪和蛋白含量都明显降低，脂肪和蛋白的提取率较高；玉米胚芽中的球蛋白得到了充分的提取；由表2可知制备的生物活性肽产品大部分蛋白分子量分布在1000Da以下。

Claims (8)

1.一种玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术，包括以下步骤：
1）玉米胚芽放入亚临界萃取釜中，通入CO2进行萃取，得到生物活性高含量的玉米油。
2）对萃取之后的胚芽饼进行粉碎，粉碎粒度为100～400目，采用复合破壁酶对其进行酶解，以破坏胚芽组织结构有利于球蛋白的提取和活性肽的制备。
3）破壁结束后添加复合盐进行盐法提取球蛋白，其条件为：复合盐的添加量为3～40%、盐提时间为1～4小时、盐提温度为40～60℃。
4）盐提结束之后经过离心，上清液通过纳滤膜进行去盐和浓缩，然后干燥即得玉米胚芽球蛋白；沉淀部分通过复合酶制备玉米胚芽生物活性肽。
5）酶解结束后，料液经过离心机进行固液分离，清液过10万分子量膜进行除杂，通过纳滤膜进行浓缩，干燥即得玉米胚芽生物活性肽。可利用不同分子量的膜对清液进行分子截留，从而获得不同分子量区间的产品。
2.如权利要求1所述的玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术，其特征在于：所述步骤1）中的萃取条件为：温度40～60℃，压力1-50MPa，萃取时间10～300min，流量20～55L/h。
3.如权利要求2所述的玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术，其特征在于：所述步骤2）中的复合破壁酶为：中温淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶中的一种或多种；其复配比例为：1∶1～2∶3～7∶2～5；复合酶的添加量为其加入前混合液总重量的0.01～3%。
4.如权利要求1所述的玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术，其特征在于：所述步骤2）中的破壁酶酶解条件为：料水比1∶5～10、温度40～60℃、pH4～6.5、时间3～7小时。
5.如权利要求1所述的玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术，其特征在于：所述步骤3）中复合盐为硫酸铵、氯化钠中的一种或两种，若添加两种则其复配比例为：1∶1～3。
6.如权利要求1所述的玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术，其特征在于：所述步骤4）和5）中干燥温度不高于60℃或采用喷雾干燥。
7.如权利要求1所述的玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术，其特征在于：所述步骤4）中复合酶为：碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶、中性蛋白酶、菠萝蛋白酶中的一种或多种；蛋白酶添加量为其加入前混合液总量的0.05～5%。
8.如权利要求1所述的玉米胚芽多种生物活性成分的分离技术，其特征在于：所述步骤4）中的酶解条件为：料水比1∶5～12、温度40～60℃、pH 2～10、时间3～8小时。
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