CN114107409B - 一种处理米糠粕的方法及产品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种处理米糠粕的方法及产品，通过提取植酸和可溶性非淀粉多糖降低米糠粕中抗营养因子含量，同时制备了粗品植酸钙、饲用微生态调节剂、米糠多糖和米糠蛋白肽。本发明的有益效果如下：该工艺通过对米糠粕进行综合利用，生产低抗营养因子米糠粕的同时，生产了多种高附加值产品，整个过程无任何废弃物排放，真正实现了米糠粕绿色、安全的高值化应用生产。

Description

一种处理米糠粕的方法及产品
技术领域
本发明涉及一种米糠粕的深加工及综合利用工艺，特别是涉及一种通过提取植酸和可溶性非淀粉多糖生产低抗营养因子米糠粕的方法。
背景技术
为适应大宗饲料原料供需趋紧的新形势，提升原料利用效率，立足国情构建新型日粮配方结构，加快推进玉米、豆粕减量替代，开发非常规性饲料资源已成为当前研究的热点。米糠粕是大米加工的副产品，资源丰富、价格低廉，含有较高的营养成分，可以作为玉米豆粕减量替代的原料之一。但是由于米糠粕中非淀粉多糖和植酸等抗营养因子含量较高，用量过高往往会影响饲粮整体养分消化，导致畜禽生产性能下降，在应用时比例受到限制。
植酸是米糠粕中重要的抗营养因子，比例高达7％左右。由于植酸化学性质比较稳定，难以通过加热等物理处理方法破坏，在动物体内也没有相应的酶系能消化降解。目前主要是通过在饲料中添加植酸酶，在动物体内对植酸进行降解，而且得到了极广泛的应用。然而，酶制剂在体内的作用效果只能通过饲养试验生产性能的表现来反向评估。Rosenfelder-Kuon等人2020年的一项荟萃分析表明，随着植酸酶的添加，虽然在猪的粪便中，植酸的回收率很低，但猪的平均磷消化率稳定在65％。该作者的另一研究(2020)也表明，在高水平添加植酸酶的情况下，猪全肠道磷消化率也不超过60％。因此，有必要寻求新的方式来降低植酸的抗营养性。
非淀粉多糖是米糠粕中另一类重要的抗营养因子，按照溶解性分为可溶性非淀粉多糖和不可溶性非淀粉多糖。其中可溶性非淀粉多糖就是在食品领域具有良好功能特性的米糠多糖。目前国内外大量的科学研究已经证明了米糠多糖的多种生物活性，例如对多种癌细胞均有致凋亡、阻滞细胞周期的作用；抗菌、抗病毒、调节免疫力；降血糖、调节糖代谢；抗辐射、保肝护肝等。但在饲料中，因其具有增加食糜粘度、使有害菌增值等不良作用，成为抗营养因子。
在现有技术中，以去除米糠粕中抗营养因子为目的对其进行的综合利用还未见报道。本发明通过提取米糠粕中的植酸和可溶性非淀粉多糖来制备低抗营养因子米糠粕，同时，制备了粗品植酸钙、液态饲用微生态调节剂、米糠多糖、米糠蛋白肽等多种产品，实现了米糠粕的转化增值。
发明内容
本发明的目的在于通过对米糠粕进行综合利用，兼顾食品、饲料双领域需求，提供一种生产低抗营养因子米糠粕的方法，实现最大限度的充分利用资源，工艺能耗低而且绿色安全，符合目前我国节粮减排的开发战略，同时也符合延长副产物加工产业链，带动副产物综合效益全面提高的发展思想。
本发明的技术方案包括以下步骤：
(1)酸浸提：将米糠粕按固液质量比1:(3～5)加水进行配料，然后用2～6mol/L盐酸调整料液pH为3.6～3.9，浸泡50～70min；
(2)离心：将上述酸浸提液离心，转速为4000～5000r/min，离心时间5～10min，收集上清液A，残渣进入下一步骤；
(3)洗渣：将上述残渣中加入米糠粕质量1～2倍的水，搅拌均匀后，离心，转速为4000～5000r/min，离心时间5～10min，将上清液与A混合。按照该步骤重复洗渣一次，上清混合液A进入下一步骤，残渣进入步骤(6)；
(4)将上述上清混合液A用质量分数8～12％的氢氧化钙调节pH为4.0～4.5，再用质量分数8～12％的氢氧化钠调节pH为7.5～7.6，静置1～2h后，离心，转速为4000～5000r/min，离心时间8～12min，得上清液B，沉淀75～85℃烘干，得粗品植酸钙；
(5)发酵：将上清液B在110～121℃灭菌10～20min，待温度降至室温后，加入米糠粕质量2～4％的EM菌，密封，室温发酵3～5d，得液态饲用微生态调节剂；
(6)可溶性非淀粉多糖提取：将步骤(3)获得的残渣转移到水力振荡设备中，加入米糠粕质量10～15倍的水，搅拌均匀后，用氢氧化钠将料液pH调整为7.5～8.0，添加米糠粕质量1～2％的碱性蛋白酶(酶活≥100U/mg)，振荡提取10～20min；
(7)离心：将上述振荡液离心，转速为4000～5000r/min，离心时间10～20min，得上清液C，残渣70～80℃烘干，得低抗营养因子米糠粕；
(8)浓缩：将上清液C在-0.09～-0.1MPa、75～85℃条件下减压浓缩，浓缩液体积与上清液C体积的比值为1:8～1:10；
(9)醇沉：将上述浓缩液加入无水乙醇，使最终的乙醇体积浓度在50％～70％的范围内，2～6℃冷藏12～16h；
(10)离心：将冷藏后的多糖醇沉液离心，转速为4000～5000r/min，离心时间10～15min，得上清液D，沉淀65～75℃烘干，得米糠多糖；
(11)回收乙醇：将上清液D在-0.09～-0.1MPa、50～60℃条件下减压浓缩，待乙醇彻底回收后，将浓缩液在-0.09～-0.1MPa、55～65℃条件下真空干燥，得米糠蛋白肽。
正是由于发明人对以上工艺的精心设计，各个步骤紧密相连，环环相扣，才实现了米糠粕安全、绿色的综合开发利用。本发明的优势体现在先采用酸浸提法提取出米糠粕中的植酸及其螯合的金属离子，可以使后续提取的米糠多糖，灰分含量从20％以上降低到2％以下，提高了多糖的纯度；另外，水力振荡结合酶法提取可以使米糠多糖中蛋白含量从25％以上降低到10％以下，进一步提高了多糖的纯度，本专利仅通过米糠粕的综合利用即实现了高纯度米糠多糖的生产，大大节约了生产成本。本发明的优势还体现在从米糠多糖中分离出的蛋白主要以肽的形式存在，可形成蛋白肽产品，进一步提高了转化增值效益。
酸浸提和可溶性非淀粉多糖提取的顺序不能改变，否则后续制备的多糖产品中灰分含量过高，会降低多糖纯度。
进一步地，所述步骤(1)中酸浸提的pH范围为3.6～3.9，低于该值，后续制备的低抗营养因子米糠粕中，植酸残留量＞0.4％，植酸去除不彻底。
进一步地，所述步骤(4)中，植酸钙的得率为13～16％，植酸收率＞80％。
进一步地，所述步骤(5)中，经发酵后，上清液B的pH由7.5～7.6降低到3.8～4.2，有益菌含量包括乳杆菌：4.0～8.3×107CFU/g、嗜热链球菌：1.2～3.5×107CFU/g、双歧杆菌：1.4～3.9×107CFU/g。可作为液态饲用微生态调节剂添加到饲料中直接饲喂。
进一步地，所述步骤(7)中，低抗营养因子米糠粕(以干基计)植酸含量＜0.1％，可溶性非淀粉多糖含量＜0.7％，纤维含量60～62％，淀粉含量18～22％，蛋白含量15～19％。
进一步地，所述步骤(10)中，米糠多糖的得率为6～8％，米糠多糖的纯度＞70％。
进一步地，所述步骤(11)中，米糠蛋白肽的得率为7～9％，蛋白含量＞80％，1000Da以下的小肽占比＞30％。
在上述方法进行时，水力振荡的原理类似于超声波的空化，但由于超声波的工业化使用受限，我们找到了其替代技术，该法的优势如下：1、可直接放大生产；2、处理时间短，实验中发现超过25min，多糖提取率会下降0.4～1％，因此，振荡时间要控制在25min以内；3、通过该技术再辅以酶的使用，可以使多糖纯度提高30％以上。
综上所述，本发明的优势在于减少米糠粕中抗营养因子含量的同时，得到植酸钙、米糠蛋白肽、米糠多糖以及液态饲用微生态调节剂四种高附加值产品。首先，本发明的酸浸工艺，使米糠粕中12％左右的灰分降低到2％以下，7％左右的植酸降低到0.1％以下，也使后续提取的米糠多糖，灰分含量从20％以上降低到2％以下；其次，本发明充分利用了沉淀植酸钙后的上清液。该部分清液含有米糠粕质量10％左右的糖、米糠粕总蛋白中8％左右的可溶性蛋白，由于酸碱中和还含有一部分盐，直接排放污染环境，我们通过发酵技术，将这部分上清液作为液态的饲用微生态调节剂使用，不需要额外添加碳、氮源，即可获得有益菌含量丰富的发酵产品；再次，通过水力振荡辅以酶处理同时获得了高纯度的米糠多糖和高小肽含量的米糠蛋白肽产品；最后，本发明获得的低抗营养因子米糠粕消除了米糠粕的抗营养作用，保留了米糠粕中大部分膳食纤维，具有很好的保健功能，可广泛添加于饲料中。该发明不仅使米糠粕中各种营养和保健成分得到了充分有效的利用，而且整个工艺生产周期短，提取率高，节约成本和能耗，操作简便，无废弃物排放，实现了米糠粕的高值化应用生产。
具体实施方式
以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1
将米糠粕按固液质量比1:3加水进行配料，然后用2mol/L盐酸调整料液pH为3.6，浸泡50min，离心，转速为4000r/min，离心时间5min，收集上清液A；
洗渣：残渣加入米糠粕质量1倍的水，搅拌均匀后，离心，转速为4000r/min，离心时间5min，将上清液与A混合。按照该步骤重复洗渣一次，上清混合液A用质量分数8％的氢氧化钙调节pH为4.0，再用质量分数8％的氢氧化钠调节pH为7.5，静置1h后，离心，转速为4000r/min，离心时间8min，得上清液B，沉淀75℃烘干，得粗品植酸钙。经测定，植酸钙的得率为13.2％，磷含量为8.5％。
植酸收率：该批次米糠粕的总磷含量为1.55％，植酸磷的含量为1.39％，植酸收率为80.7％。
将沉淀植酸钙后获得的上清液B在121℃灭菌10min，待温度降至室温后，加入米糠粕质量2％的EM菌(郑州百益宝生物技术有限公司，百益宝EM菌种，10g/支)，密封，室温发酵5d，得液态饲用微生态调节剂。
该微生态调节剂的pH为4.2，有益菌含量包括乳杆菌：4.0×107CFU/g、嗜热链球菌：1.2×107CFU/g、双歧杆菌：1.4×107CFU/g。可作为液态饲用微生态调节剂添加到饲料中直接饲喂。
将酸浸提后离心获得的残渣转移到水力振荡设备(中科北联(辽宁)环境科技有限公司)中，加入米糠粕质量10倍的水，搅拌均匀后，用氢氧化钠将料液pH调整为7.5，添加米糠粕质量1％的碱性蛋白酶(酶活：100U/mg)，振荡提取10min，离心，转速为4000r/min，离心时间10min，得上清液C，残渣70℃烘干，得低抗营养因子米糠粕。
经测定，低抗营养因子米糠粕(以干基计)植酸含量0.08％，可溶性非淀粉多糖含量0.63％，不可溶性膳食纤维含量60.2％，淀粉含量18.4％，蛋白含量18.7％，脂肪含量0.68％，灰分含量1.31％。
将上清液C在-0.09MPa、75℃条件下减压浓缩，浓缩液体积与上清液C体积的比值为1:8，将浓缩液中加入无水乙醇，使最终的乙醇体积浓度为50％，2℃冷藏12h，离心，转速为4000r/min，离心时间10min，得上清液D，沉淀65℃烘干，得米糠多糖。
经测定，米糠多糖得率为6.3％，多糖含量为73.4％。
将上清液D在-0.09MPa、50℃条件下减压浓缩，待乙醇彻底回收后，将浓缩液在-0.09MPa、55℃条件下真空干燥，得米糠蛋白肽。
经测定，米糠蛋白肽的得率为7.1％，蛋白含量为81.7％，1000Da以下的小肽占比为36.6％。
蛋白肽的分子量分布见下表：
表1实施例1米糠蛋白肽的分子量分布
实施例2
将米糠粕按固液质量比1:4加水进行配料，然后用4mol/L盐酸调整料液pH为3.75，浸泡60min，离心，转速为4000r/min，离心时间8min，收集上清液A，残渣加入米糠粕质量1.5倍的水，搅拌均匀后，离心，转速为5000r/min，离心时间8min，将上清液与A混合。按照该步骤重复洗渣一次，上清混合液A用质量分数10％的氢氧化钙调节pH为4.2，再用质量分数10％的氢氧化钠调节pH为7.55，静置1.5h后，离心，转速为4000r/min，离心时间10min，得上清液B，沉淀80℃烘干，得粗品植酸钙。经测定，植酸钙的得率为14.6％，磷含量为8.1％。
植酸收率：该批次米糠粕的总磷含量为1.55％，植酸磷的含量为1.39％，植酸收率为85.1％。
将沉淀植酸钙后获得的上清液B在115℃灭菌15min，待温度降至室温后，加入米糠粕质量3％的EM菌(郑州百益宝生物技术有限公司，百益宝EM菌种，10g/支)，密封，室温发酵4d，得液态饲用微生态调节剂。
该微生态调节剂的pH为4.0，有益菌含量包括乳杆菌：6.1×107CFU/g、嗜热链球菌：2.3×107CFU/g、双歧杆菌：2.5×107CFU/g。可作为液态饲用微生态调节剂添加到饲料中直接饲喂。
将酸浸提后离心获得的残渣转移到水力振荡设备(中科北联(辽宁)环境科技有限公司)中，加入米糠粕质量12倍的水，搅拌均匀后，用氢氧化钠将料液pH调整为7.8，添加米糠粕质量1.5％的碱性蛋白酶(酶活：200U/mg)，振荡提取15min，离心，转速为4000r/min，离心时间15min，得上清液C，残渣75℃烘干，得低抗营养因子米糠粕。
经测定，低抗营养因子米糠粕(以干基计)植酸含量0.05％，可溶性非淀粉多糖含量0.44％，不可溶性膳食纤维含量61.2％，淀粉含量19.5％，蛋白含量17.3％，脂肪含量为0.47％，灰分含量1.04％。
将上清液C在-0.095MPa、80℃条件下减压浓缩，浓缩液体积与上清液C体积的比值为1:9，将浓缩液中加入无水乙醇，使最终的乙醇体积浓度为60％，4℃冷藏14h，离心，转速为5000r/min，离心时间12min，得上清液D，沉淀70℃烘干，得米糠多糖。
经测定，米糠多糖得率为6.9％，多糖含量为75.7％。
将上清液D在-0.095MPa、55℃条件下减压浓缩，待乙醇彻底回收后，将浓缩液在-0.095MPa、60℃条件下真空干燥，得米糠蛋白肽。
经测定，米糠蛋白肽的得率为8.2％，蛋白含量为84.1％，1000Da以下的小肽占比为40.4％。
蛋白肽的分子量分布见下表：
表2实施例2米糠蛋白肽的分子量分布
实施例3
将米糠粕按固液质量比1:5加水进行配料，然后用6mol/L盐酸调整料液pH为3.9，浸泡70min，离心，转速为5000r/min，离心时间10min，收集上清液A，残渣加入米糠粕质量2倍的水，搅拌均匀后，离心，转速为5000r/min，离心时间10min，将上清液与A混合。按照该步骤重复洗渣一次，上清混合液A用质量分数12％的氢氧化钙调节pH为4.5，再用质量分数12％的氢氧化钠调节pH为7.6，静置2h后，离心，转速为5000r/min，离心时间12min，得上清液B，沉淀85℃烘干，得粗品植酸钙。经测定，植酸钙的得率为15.8％，磷含量为7.8％。
植酸收率：该批次米糠粕的总磷含量为1.55％，植酸磷的含量为1.39％，植酸收率为88.7％。
将沉淀植酸钙后获得的上清液B在110℃灭菌20min，待温度降至室温后，加入米糠粕质量4％的EM菌(郑州百益宝生物技术有限公司，百益宝EM菌种，10g/支)，密封，室温发酵3d，得液态饲用微生态调节剂。
该微生态调节剂的pH为3.8，有益菌含量包括乳杆菌：8.3×107CFU/g、嗜热链球菌：3.5×107CFU/g、双歧杆菌：3.9×107CFU/g。可作为液态饲用微生态调节剂添加到饲料中直接饲喂。
将酸浸提后离心获得的残渣转移到水力振荡设备(中科北联(辽宁)环境科技有限公司)中，加入米糠粕质量15倍的水，搅拌均匀后，用氢氧化钠将料液pH调整为8.0，添加米糠粕质量2％的碱性蛋白酶(酶活：200U/mg)，振荡提取20min，离心，转速为5000r/min，离心时间20min，得上清液C，残渣80℃烘干，得低抗营养因子米糠粕。
经测定，低抗营养因子米糠粕(以干基计)植酸含量0.02％，可溶性非淀粉多糖含量0.43％，不可溶性膳食纤维含量61.4％，淀粉含量21.6％，蛋白含量15.2％，脂肪含量0.41％，灰分含量0.94％。
将上清液C在-0.1MPa、85℃条件下减压浓缩，浓缩液体积与上清液C体积的比值为1:10，将浓缩液中加入无水乙醇，使最终的乙醇体积浓度为70％，6℃冷藏16h，离心，转速为5000r/min，离心时间15min，得上清液D，沉淀75℃烘干，得米糠多糖。
经测定，米糠多糖得率为7.7％，多糖含量为77.2％。
将上清液D在-0.1MPa、60℃条件下减压浓缩，待乙醇彻底回收后，将浓缩液在-0.1MPa、65℃条件下真空干燥，得米糠蛋白肽。
经测定，米糠蛋白肽的得率为8.8％，蛋白含量为87.4％，1000Da以下的小肽占比为41.2％。
蛋白肽的分子量分布见下表：
表3实施例3米糠蛋白肽的分子量分布
本发明通过提取植酸和可溶性非淀粉多糖降低米糠粕中抗营养因子含量，同时制备了粗品植酸钙、液态饲用微生态调节剂、米糠多糖和米糠蛋白肽。该工艺通过对米糠粕进行综合利用，生产低抗营养因子米糠粕的同时，生产了多种高附加值产品，整个过程无任何废弃物排放，真正实现了米糠粕绿色、安全的高值化应用生产。

Claims (3)

1.一种处理米糠粕的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）酸浸提：将米糠粕按固液质量比1:（3~5）加水进行配料，然后用2~6mol/L盐酸调整料液pH为3.6~3.9，浸泡50~70min；
（2）离心：将步骤（1）获得的酸浸提液离心，转速为4000~5000 r/min，离心时间5~10min，收集上清液A，残渣进入下一步骤（3）进行操作；
（3）洗渣：将步骤（2）获得的残渣中加入米糠粕质量1~2倍的水，搅拌均匀后，离心，转速为4000~5000 r/min，离心时间5~10min，收集上清液；残渣进入步骤（6）进行操作；
将收集的上清液与上清液A混合，得上清混合液进入下一步骤（4）进行操作；
（4）沉淀植酸钙：将步骤（3）获得的上清混合液用质量分数8~12%的氢氧化钙调节pH为4.0~4.5，再用质量分数8~12%的氢氧化钠调节pH为7.5~7.6，静置1~2h后，离心，转速为4000~5000 r/min，离心时间8~12min，得上清液B，沉淀75~85℃烘干，得粗品植酸钙；
（5）发酵：将步骤（4）获得的上清液B在110~121℃灭菌10~20min，待温度降至室温后，加入米糠粕质量2~4%的EM菌，密封，室温发酵3~5d，得液态饲用微生态调节剂；
（6）可溶性非淀粉多糖提取：于步骤（3）获得的残渣中加入米糠粕质量10~15倍的水，搅拌均匀后，用氢氧化钠将料液pH调整为7.5~8.0，添加米糠粕质量1~2%的碱性蛋白酶（酶活≥100U/mg），提取10~20min；
（7）离心：将步骤（6）获得的提取液离心，转速为4000~5000 r/min，离心时间10~20min，收集上清液C，进入下一步骤（8）进行操作，残渣70~80℃烘干，得低抗营养因子米糠粕；
（8）浓缩：将步骤（7）获得的上清液C在-0.09~-0.1MPa、75~85℃条件下减压浓缩，得浓缩液；浓缩液体积与上清液C体积的比值为1:8~1:10；
（9）醇沉：将步骤（8）获得的浓缩液加入无水乙醇，使最终的乙醇体积浓度在50%~70%的范围内，2~6℃冷藏12~16h；
（10）离心：将冷藏后的多糖醇沉液离心，转速为4000~5000 r/min，离心时间10~15min，收集上清液D，沉淀65~75℃烘干，得米糠多糖；
（11）回收乙醇：将步骤（10）获得的上清液D在-0.09~-0.1MPa、50~60℃条件下减压浓缩，待乙醇彻底回收后，将浓缩液在-0.09~-0.1MPa、55~65℃条件下真空干燥，得米糠蛋白肽。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述步骤（3）洗渣的过程为：
将步骤（2）获得的残渣中加入米糠粕质量1~2倍的水，搅拌均匀后，离心，转速为4000~5000 r/min，离心时间5~10min，收集上清液；
将残渣按照上述过程重复洗渣一次，收集上清液，残渣进入步骤（6）进行操作；
将二次洗渣过程收集的上清液与上清液A混合，得上清混合液进入下一步骤（4）进行操作。
3.一种权利要求1或2所述的方法获得的米糠粕产品，其特征在于：
包括所述的粗品植酸钙、液态饲用微生态调节剂、低抗营养因子米糠粕、米糠多糖和米糠蛋白肽。
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