CN106987614B - 一种从发芽黑米中提纯淀粉和可溶性黑米蛋白的方法 - Google Patents

一种从发芽黑米中提纯淀粉和可溶性黑米蛋白的方法 Download PDF

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Abstract

一种从发芽黑米中提纯淀粉和可溶性黑米蛋白的方法：(1)发芽黑米粉碎，制备黑米浆；(2)筛分，脱除米糠层；(3)微射流，强化分散蛋白与淀粉的结合；(4)发酵，使蛋白与淀粉结构疏松；(5)酶解反应，使蛋白水解成小分子肽；(6)旋流洗涤，得到高纯度黑米淀粉以及含有肽、活性生物元素的上清液；(7)对未完全水解的蛋白进行脱酰胺改性，充分提高溶解性；(8)中和、脱盐，除去可溶蛋白中的灰分，保留生物活性元素；(9)喷雾干燥，将γ‑氨基丁酸、黄酮等包埋，得可溶黑米蛋白。本发明实用性强，充分利用了发芽黑米的优势，同时也是目前糙米类在市场上第一次将蛋白与淀粉进行联产，未来有较大的市场空间。

Description

一种从发芽黑米中提纯淀粉和可溶性黑米蛋白的方法
技术领域
本发明涉及食品加工技术领域，尤其是涉及一种以发芽黑米为原料制备高纯度黑米淀粉和富含生物活性成分的高溶解性的黑米蛋白的方法。
背景技术
黑米为黑稻加工产品，属于粳米类，是由禾本科植物稻经长期培育形成的一类特色品种。稻粒外观长椭圆形，稻壳灰褐色，粒型有籼、粳两种，黑米是非糯性稻米。黑米呈黑色或黑褐色，营养丰富，食、药用价值高，除煮粥外还可以制作各种营养食品和酿酒，素有“黑珍珠”和“世界米中之王”的美誉。黑米的糠层较多，淀粉含量较少，蛋白质含量较高，蛋白与淀粉结合特别紧密。因此虽然其营养价值高，但是精细加工难度却很大，将蛋白与淀粉分别纯化难度极高，尤其是提取高纯度的淀粉以及可溶性的黑米蛋白。黑米发芽后，其营养价值更高，组氨酸、精氨酸含量较高，抗氧化的黄酮含量较高；富含γ-氨基丁酸，是一种非蛋白型氨基酸，具有极其重要的生理功能；将这些生物活性因子富集到可溶蛋白中，会有较高的营养价值。此外，黑米发芽过程中，组织软化，淀粉酶活力呈较大的上升趋势，淀粉含量呈下降趋势；这有利于后续加工过程中淀粉与蛋白进行分离。
现有技术中，对黑米进行粉碎，很难彻底破坏蛋白与淀粉包裹的结构；此外，通过对淀粉进行水解，较难得到高纯度的黑米淀粉，一般蛋白含量均＞2％；目前国内生产黑米淀粉的企业凤毛麟角，更不可能得到可溶性的黑米蛋白。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了一种从发芽黑米中提纯淀粉和可溶性黑米蛋白的方法。本发明实用性较强，充分利用了发芽黑米的优势，同时也是目前糙米类在市场上第一次将蛋白与淀粉进行联产，未来有较大的市场空间。
本发明的技术方案如下：
一种从发芽黑米中提纯淀粉和可溶性黑米蛋白的方法，包括如下步骤：
(1)浸泡、粉碎：将发芽黑米通过打浆机粉碎，再通过胶体磨循环反应3-10min；
(2)筛分：将步骤(1)中得到的料液通过80-150目筛，筛分拦截米糠层，使筛下物的重量为步骤(1)中得到的料液的重量的2％-6％；
(3)超微微射流：步骤(2)筛分后的筛下物通过超微微射流进行高速分散，操作压力30-45MPa，分散后料液粒径0.2-5μm；
(4)标准化：将步骤(3)中得到的料液，加水调节底物浓度5％-15％、加酸调节pH值2.5-5.5；
(5)发酵：在步骤(4)标准化后得到的黑米浆中加入发酵菌种，在40-50℃下发酵12-24h；
(6)酶反应：在步骤(5)发酵后料液中加入复合蛋白酶，40-55℃搅拌反应2-6h；
(7)旋流洗涤：对步骤(6)得到的料液进行旋流洗涤，得到旋流轻相和旋流重相；
(8)脱酰胺：步骤(7)中得到的旋流轻相添加0.2-0.4N盐酸，在75-90℃下搅拌反应2-4h；
(9)板框压滤、气流干燥：步骤(7)中得到的旋流重相过板框压滤，再通过气流干燥得黑米淀粉；
(10)中和：对步骤(8)中得到的料液，利用浓度为4％-10％的氢氧化钾或氢氧化钠调节pH为6.0-6.5；
(11)脱盐：将步骤(10)中和后的料液通过纳滤-反渗透组合***，脱除灰分盐类，保留生物活性元素；
(12)喷雾干燥：步骤(11)中得到的料液通过喷雾干燥，包埋黄酮、γ-氨基丁酸，得到可溶性的黑米蛋白。
优选的，步骤(1)中所述发芽黑米为经过在22-28℃下的间歇性加水浸泡培养，黑暗条件下发芽得到的，富含组氨酸、精氨酸、黄酮、γ-氨基丁酸，属于糙米的一种，包括黑粳米及黑籼米；胶体磨反应后，料液的粒径D50为50-150μm。
优选的，步骤(4)中调节pH所用的酸液为盐酸、醋酸、磷酸中的一种或几种，酸液浓度为1-2mol/L。
优选的，步骤(5)中所述发酵菌种为乳酸菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、双歧杆菌中的一种或几种；发酵菌种添加量为干物质的0.1％-0.5％。
优选的，步骤(6)中所述复合蛋白酶为木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶、菠萝蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶中的两种或两种以上；复合蛋白酶的添加量为干物质的2‰-10‰；搅拌速度为60-100rpm。
优选的，步骤(7)中所述旋流洗涤为3-9级逐级梯度分离，其中进料量与洗水流量之比为1.2-3.8:1，洗涤压力为0.4-1.0Mpa。
优选的，步骤(8)中所述旋流轻相的固形物含量为0.7％-1.5％；添加盐酸浓度至0.2-0.4mol/L；搅拌速度为120-200rpm；蛋白的脱酰胺度达32％-50％。
优选的，步骤(9)中所述旋流重相的固形物含量为10％-15％；板框压滤的压力为0.6-1.0MPa；气流干燥的进风温度为130-150℃，出风温度为60-70℃，压缩空气＞0.5Mpa。
优选的，步骤(11)中所述纳滤-反渗透组合膜分离***即NF-RO，脱盐前料液的电导率为2200-5000μs/ml，脱盐后料液的电导率为220-450μs/ml；脱除灰分盐类、保留住生物活性成分。
优选的，步骤(12)中所述喷雾干燥，料液温度维持70-85℃，进风温度为180-220℃，出风温度为80-90℃。
本发明有益的技术效果在于：
本发明创新性地利用发芽黑米为原料，结合微射流、发酵等工艺，彻底打开蛋白与淀粉的结构，并利用酶解、旋流洗涤、膜等技术，将蛋白与淀粉完全分离，并进行纯化，得到高纯度的黑米淀粉；利用喷雾干燥的方式，将黄酮、γ-氨基丁酸等生物活性因子进行包埋，与可溶性黑米蛋白进行完美的结合。
为了克服黑米糠层多、淀粉含量少、蛋白与淀粉结合特别紧密的技术难点，本发明通过筛分去除米糠层，并通过微射流强化分散蛋白与淀粉的结合。通过酶解与旋流洗涤高效协同，得到高纯度的黑米淀粉，并避免了传统水解法制备淀粉过程中淀粉的结构破坏。通过脱酰胺工艺确保蛋白的溶解性提高，并结合膜技术，选择性脱除灰分等，保留可溶性蛋白及生物活性因子。将发芽黑米中富集的黄酮、γ-氨基丁酸进行包埋，通过喷雾干燥保留其生物活性，并与可溶性蛋白进行完美结合
本发明所制得的黑米淀粉纯度较高，蛋白含量≤0.5％；所制得的可溶性黑米蛋白，富含生物活性物质，γ-氨基丁酸含量80-90mg/100g，黄酮含量8500-8850mg/kg；蛋白含量高达40％-50％；蛋白溶解指数(NSI)≥80；乳化稳定性≥88，对人体有较好的生理功能。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1：
(1)浸泡、粉碎：将在黑暗条件、22℃下间歇性加水浸泡培养的发芽黑籼米，通过打浆机粉碎，再通过胶体磨循环反应10min；
(2)筛分：将胶体磨循环反应后得到的料液通过80目筛，筛分拦截米糠层，筛下物为以原料计2％；
(3)超微微射流：将筛分后的筛下物通过超微微射流进行高速分散，操作压力45MPa；
(4)标准化：将超微微射流后得到的料液，加水调节底物浓度5％，通过1mol/L的盐酸或醋酸调节pH值5.5；
(5)发酵：在标准化后得到的黑米浆中加入按原料计0.1％的乳酸菌、保加利亚乳杆菌或嗜酸乳杆菌中的一种或几种发酵菌种，在50℃下发酵24h；
(6)酶反应：在发酵后的料液中加入按原料计2‰的木瓜蛋白酶、胰蛋白酶或胃蛋白酶中的两种或三种，40℃搅拌反应6h，搅拌速度为100rpm；
(7)旋流洗涤：将酶反应后的料液逐级梯度分离，进行旋流洗涤，得到旋流轻相和旋流重相；其中进料量与洗水流量之比为1.2:1，洗涤压力为0.4Mpa，洗涤级数为3级；
(8)脱酰胺：将旋流轻相添加0.2N盐酸，在75℃下搅拌反应4h；所述旋流轻相的固形物含量为0.7％；添加盐酸浓度至0.2mol/L；搅拌速度为120rpm；
(9)板框压滤、气流干燥：步骤(7)中得到的旋流重相过板框压滤，再通过气流干燥得黑米淀粉；其中旋流重相的固形物含量为10％；板框压滤的压力为0.6MPa；气流干燥的进风温度为130℃，出风温度为60℃，压缩空气＞0.5Mpa。
(10)中和：对步骤(8)中得到的料液，利用浓度为4％的氢氧化钾调节pH为6.0；
(11)脱盐：将中和后的料液通过纳滤-反渗透组合***NF-RO，脱除灰分等盐类，保留生物活性元素；其中脱盐前料液的电导率为2200μs/ml；
(12)喷雾干燥：脱盐后的料液通过喷雾干燥，包埋黄酮、γ-氨基丁酸等，得到可溶性的黑米蛋白。其中料液温度维持70℃，喷雾干燥的进风温度为180℃，出风温度为80℃。
实施例2：
(1)浸泡、粉碎：将在黑暗条件、25℃下间歇性加水浸泡培养的发芽黑籼米，通过打浆机粉碎，再通过胶体磨循环反应6min；
(2)筛分：将胶体磨循环反应后得到的料液通过120目筛，筛分拦截米糠层，筛下物为以原料计4％；
(3)超微微射流：将筛分后的筛下物通过超微微射流进行高速分散，操作压力38MPa；
(4)标准化：将超微微射流后得到的料液，加水调节底物浓度10％，通过1.5mol/L的盐酸或磷酸调节pH值3.25；
(5)发酵：在标准化后得到的黑米浆中加入按原料计0.3％的乳酸菌、保加利亚乳杆菌或双歧杆菌中的一种或几种发酵菌种，在45℃下发酵12h；
(6)酶反应：在发酵后的料液中加入按原料计6‰的木瓜蛋白酶、胰蛋白酶或枯草蛋白酶中的两种或三种，48℃搅拌反应4h，搅拌速度为80rpm；
(7)旋流洗涤：将酶反应后的料液逐级梯度分离，进行旋流洗涤，得到旋流轻相和旋流重相；其中进料量与洗水流量之比为2.5:1，洗涤压力为0.7Mpa，洗涤级数为6级；
(8)脱酰胺：将旋流轻相添加0.3N盐酸，在82℃下搅拌反应3h；所述旋流轻相的固形物含量为1.1％；添加盐酸浓度至0.3mol/L；搅拌速度为160rpm；
(9)板框压滤、气流干燥：步骤(7)中得到的旋流重相过板框压滤，再通过气流干燥得黑米淀粉；其中旋流重相的固形物含量为12.5％；板框压滤的压力为0.8MPa；气流干燥的进风温度为140℃，出风温度为65℃，压缩空气＞0.5Mpa。
(10)中和：对步骤(8)中得到的料液，利用浓度为7％的氢氧化钾调节pH为6.25；
(11)脱盐：将中和后的料液通过纳滤-反渗透组合***NF-RO，脱除灰分等盐类，保留生物活性元素；其中脱盐前料液的电导率为3600μs/ml；
(12)喷雾干燥：脱盐后的料液通过喷雾干燥，包埋黄酮、γ-氨基丁酸等，得到可溶性的黑米蛋白。其中料液温度维持78℃，喷雾干燥的进风温度为200℃，出风温度为85℃。
实施例3：
(1)浸泡、粉碎：将在黑暗条件、28℃下间歇性加水浸泡培养的发芽黑籼米，通过打浆机粉碎，再通过胶体磨循环反应3min；
(2)筛分：将胶体磨循环反应后得到的料液通过150目筛，筛分拦截米糠层，筛下物为以原料计6％；
(3)超微微射流：将筛分后的筛下物通过超微微射流进行高速分散，操作压力30MPa；
(4)标准化：将超微微射流后得到的料液，加水调节底物浓度15％，通过2mol/L的醋酸或磷酸调节pH值2.5；
(5)发酵：在标准化后得到的黑米浆中加入按原料计0.5％的乳酸菌、双歧杆菌、或嗜酸乳杆菌中的一种或几种发酵菌种，在40℃下发酵18h；
(6)酶反应：在发酵后的料液中加入按原料计10‰的胰蛋白酶、胃蛋白酶或枯草蛋白酶中的两种或三种，55℃搅拌反应2h，搅拌速度为60rpm；
(7)旋流洗涤：将酶反应后的料液逐级梯度分离，进行旋流洗涤，得到旋流轻相和旋流重相；其中进料量与洗水流量之比为3.8:1，洗涤压力为1.0Mpa，洗涤级数为9级；
(8)脱酰胺：将旋流轻相添加0.2N盐酸，在90℃下搅拌反应2h；所述旋流轻相的固形物含量为1.5％；添加盐酸浓度至0.4mol/L；搅拌速度为200rpm；
(9)板框压滤、气流干燥：步骤(7)中得到的旋流重相过板框压滤，再通过气流干燥得黑米淀粉；其中旋流重相的固形物含量为15％；板框压滤的压力为1.0MPa；气流干燥的进风温度为150℃，出风温度为70℃，压缩空气＞0.5Mpa。
(10)中和：对步骤(8)中得到的料液，利用浓度为4％的氢氧化钠调节pH为6.5；
(11)脱盐：将中和后的料液通过纳滤-反渗透组合***NF-RO，脱除灰分等盐类，保留生物活性元素；其中脱盐前料液的电导率为5000μs/ml；
(12)喷雾干燥：脱盐后的料液通过喷雾干燥，包埋黄酮、γ-氨基丁酸等，得到可溶性的黑米蛋白。其中料液温度维持85℃，喷雾干燥的进风温度为220℃，出风温度为90℃。
测试例1：
将实施例1～3制备过程中步骤(1)和步骤(3)中得到的料液进行测试，并与现有粉碎技术(湿法剪切粉碎机，粉碎时间5min)后的粒径对比，其粒径结果如表1所示。
表1
Figure BDA0001270488890000071
测试例2：
将实施例1～3制备过程中步骤(8)中脱酰胺后的料液进行测试，其脱酰胺度结果如表2所示。
表2
实施例1 实施例2 实施例3
脱酰胺度(％) 32.4 42.1 50.8
测试例3：
将实施例1～3制备过程中步骤(11)中纳滤-反渗透组合***后的料液进行测试，其电导率结果如表3所示。
表3
实施例1 实施例2 实施例3
电导率(μs/cm) 221 338 446
测试例4：
将实施例1～3制备过程中步骤(9)中气流干燥后的黑米淀粉进行蛋白含量测试，并与现有技术(酸法水解制备黑米淀粉)制备的黑米淀粉的蛋白含量进行对比，其结果如表4所示。
表4
Figure BDA0001270488890000081
测试例5：
将实施例1～3制备过程中步骤(12)中喷雾干燥后得到的可溶性黑米蛋白进行蛋白含量、氮溶解指数、乳化稳定性测试，并送检测定黄酮、γ-氨基丁酸含量，其结果如表5、表6所示。
表5
蛋白含量(％) 氮溶解指数(％) 乳化稳定性(％)
实施例1 40.83 80.22 88.2
实施例2 49.88 85.68 82.6
实施例3 46.21 86.04 94.0
表6
黄酮含量(mg/kg) γ-氨基丁酸含量(mg/100g)
实施例1 8521 80.3
实施例2 8724 85.6
实施例3 8862 90.2
本文所描述的具体实施案例仅作为对本发明精神和部分实验做举例说明。本发明所述领域的技术人员可以对所描述的具体实施案例做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种从发芽黑米中提纯淀粉和可溶性黑米蛋白的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)浸泡、粉碎：将发芽黑米通过打浆机粉碎，再通过胶体磨循环反应3-10min；所述发芽黑米为经过在22-28℃下的间歇性加水浸泡培养，黑暗条件下发芽得到的，富含组氨酸、精氨酸、黄酮、γ-氨基丁酸，属于糙米的一种，包括黑粳米及黑籼米；胶体磨反应后，料液的粒径D50为50-150μm；
(2)筛分：将步骤(1)中得到的料液通过80-150目筛，筛分拦截米糠层，使筛下物的重量为步骤(1)中得到的料液的重量的2％-6％；
(3)超微微射流：步骤(2)筛分后的筛下物通过超微微射流进行高速分散，操作压力30-45MPa，分散后料液粒径0.2-5μm；
(4)标准化：将步骤(3)中得到的料液，加水调节底物浓度5％-15％、加酸调节pH值2.5-5.5；
(5)发酵：在步骤(4)标准化后得到的黑米浆中加入发酵菌种，在40-50℃下发酵12-24h；所述发酵菌种为保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、双歧杆菌中的一种或几种；发酵菌种添加量为干物质的0.1％-0.5％；
(6)酶反应：在步骤(5)发酵后料液中加入复合蛋白酶，40-55℃搅拌反应2-6h；所述复合蛋白酶为木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶中的两种或两种以上；复合蛋白酶的添加量为干物质的2‰-10‰；搅拌速度为60-100rpm；
(7)旋流洗涤：对步骤(6)得到的料液进行旋流洗涤，得到旋流轻相和旋流重相；所述旋流洗涤为3-9级逐级梯度分离，其中进料量与洗水流量之比为1.2-3.8:1，洗涤压力为0.4-1.0Mpa；
(8)脱酰胺：步骤(7)中得到的旋流轻相添加盐酸，在75-90℃下搅拌反应2-4h；所述旋流轻相的固形物含量为0.7％-1.5％；添加盐酸浓度至0.2-0.4mol/L；搅拌速度为120-200rpm；蛋白的脱酰胺度达32％-50％；
(9)板框压滤、气流干燥：步骤(7)中得到的旋流重相过板框压滤，再通过气流干燥得黑米淀粉；所述旋流重相的固形物含量为10％-15％；板框压滤的压力为0.6-1.0MPa；气流干燥的进风温度为130-150℃，出风温度为60-70℃，压缩空气＞0.5Mpa；
(10)中和：对步骤(8)中得到的料液，利用浓度为4％-10％的氢氧化钾或氢氧化钠调节pH为6.0-6.5；
(11)脱盐：将步骤(10)中和后的料液通过纳滤-反渗透组合***，脱除灰分盐类，保留生物活性元素；所述纳滤-反渗透组合膜分离***即NF-RO，脱盐前料液的电导率为2200-5000μs/ml，脱盐后料液的电导率为220-450μs/ml；脱除灰分盐类、保留住生物活性成分；
(12)喷雾干燥：步骤(11)中得到的料液通过喷雾干燥，包埋黄酮、γ-氨基丁酸，得到可溶性的黑米蛋白；所述喷雾干燥，料液温度维持70-85℃，进风温度为180-220℃，出风温度为80-90℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中调节pH所用的酸液为盐酸、醋酸、磷酸中的一种或几种，酸液浓度为1-2mol/L。
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Denomination of invention: A method for purifying starch and soluble black rice protein from sprouted black rice

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Granted publication date: 20210219

Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Wuxi Huishan branch

Pledgor: WUXI JINNONG BIOTECHNOLOGY Co.,Ltd.

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