一种由米糠制备蛋白质提取物的方法.pdf

本发明涉及一种由米糠制备蛋白质提取物的方法，该方法包括：米糠预处理过程、通过从颗粒中除去脂肪而制备脱脂米糠的过程、从该脱脂米糠中提取蛋白质而形成蛋白质溶液的过程、和从该蛋白质溶液中沉淀蛋白质以从米糠中得到最终的蛋白质提取物的过程。本发明的方法可以从由于变质快、稳定性差而除了用作饲料或肥料外都被废弃了的米糠中得到脂质，并且最终通过不变性地从米糠中提取蛋白质而开发出高品质、非GMO和非过敏的蛋白质材料。另外，本发明提供了一种通过使作为副产物而被废弃的米糠增值来再利用米糠的方法。本发明同时可以提供了一种满足消费者对蛋白质材料的安全需求的新产品。

权利要求书
1、  一种由米糠制备蛋白质提取物的方法，该方法包括：
将米糠造粒并干燥；
通过从该颗粒中除去脂肪而制备脱脂米糠；
从该脱脂米糠中提取蛋白质，制得蛋白质溶液；
从该蛋白质溶液中沉淀出蛋白质；和
对沉淀的蛋白质进行洗涤、中和及喷雾干燥，制得蛋白质提取物。

2、  根据权利要求1所述的方法，其中，所述颗粒的尺寸为2-10mm，并且所述颗粒的含水量不超过10％。

3、  根据权利要求1所述的方法，其中，从所述颗粒中除去脂肪的步骤为：向所述颗粒中加入2-4倍的正已烷，并进行提取，直到残留的油的含量低于3％；然后在低于55℃的温度下除去正已烷。

4、  根据权利要求1所述的方法，其中，提取蛋白质的步骤为：向所述脱脂米糠中加入4-8倍的水，使该混合物水解不超过60分钟；然后在20-50℃下向该混合物中加入1-5N的NaOH以将pH值调为8-10，放置30-60分钟。

5、  根据权利要求1所述的方法，其中，使蛋白质沉淀的步骤为：将所述蛋白质溶液离心分离，在10-30℃下向得到的上层清液中加入浓度不超过3N的NaOH以将pH值调为4-5，然后向该上层清液中加入2-5倍的水，离心分离，洗涤并加入水以将固体含量调为5-20％，然后在低于40℃的温度下向上层清液中加入浓度不超过2N的NaOH以将pH值调为5-7，制得中和的蛋白质溶液。

6、  根据权利要求1所述的方法，其中，制备蛋白质提取物的步骤为：将中和的蛋白质溶液在进口气温为150-190℃、出口气温为70-100℃以及喷嘴压力为1.2-1.8bar的条件下进行喷雾干燥，得到所述蛋白质提取物。

7、  一种蛋白质提取物，该蛋白质提取物是通过使用权利要求1-6中的任意一项所述的方法从米糠中得到的，该蛋白质提取物的蛋白质含量为65-80％。

说明书一种由米糠制备蛋白质提取物的方法
技术领域
本发明涉及一种由米糠制备蛋白质提取物的方法，更具体地，该方法包括以下过程：对米糠进行预处理；通过从中去除脂肪而制备脱脂米糠；从该脱脂米糠中提取蛋白质，形成蛋白质溶液；和从该蛋白质溶液中沉淀出蛋白质，以从米糠中得到最终的蛋白质提取物。
背景技术
据估计，全世界的蛋白质材料市场高达约20亿美元。广泛用于食品工业的主要蛋白质材料分为乳蛋白、动物蛋白、卵黄蛋白、明胶、单细胞蛋白、大豆蛋白、鱼肉蛋白、谷蛋白和蔬菜蛋白，等等。
使用蛋白质材料的目的在于营养或功能性。
以营养为目的，使用蛋白质材料提高营养平衡或价值并增加产品中的蛋白质或氨基酸的含量。一个例子是婴儿食品，如奶粉或断乳食品，用于运动后疲劳恢复或保持身体的营养平衡的保健和功能食品。最近，随着人们对蛋白质摄入的关注不断增加，使用各种各样的蛋白质材料来提高常规食品的蛋白质含量。
另外，功能性目的是使用蛋白质以使其固有特性应用于产品，该特性包括水/油吸收能力、成泡能力/泡沫稳定性、乳化能力、凝胶形成能力，等等。
由于这些特性，蛋白质材料被用于许多产品，如糖果、面包、肉品加工、面条、甜点。
近来，蛋白质市场出现了新的趋势。过去，广泛使用动物蛋白质材料，但是现在相对安全的植物蛋白质备受青睐，因为考虑到动物蛋白质的来源的疯牛病、口蹄疫、禽流感等等，以及消费者越来越关心健康。由于这些原因，植物蛋白质中的大豆蛋白市场越来越大。然而，大豆蛋白可能引起过敏或使用GMO(转基因生物)引起的隐性问题。因此，需要开发不存在这些问题的新产品。
在各种植物材料中，作为世界5大谷物之一的大米的产量丰富，尽管蛋白质含量低，但没有过敏反应，并且具有非常均衡的组成。由于这些原因，大米可以用作高品质蛋白质的来源。
近来，许多公司正在开发由大米得到的蛋白质材料及其产品。然而，由于白米或糙米很贵并且蛋白质含量低，这些公司要经受价格竞争。为了解决这个问题，许多公司使用在高温下通过酶处理从淀粉含量高于90％的原材料中除去淀粉然后提取残余蛋白质的方法获得蛋白质。
然而，高温下的酶处理可能导致原材料中大部分蛋白质变性，生成物理性质差的蛋白质。由于物理性质差，目前制备的大米蛋白质不能用于功能性目的，即使是用高价的白米和糙米制备的也不行。
蛋白质具有许多物理性质，但是极易受温度影响，因而在其提取过程中很容易变性。一旦蛋白质变性蛋白质的键被破坏，它的良好的物理特性就会消失，因此，需要开发一种新的能够引起回应并且具有价格竞争力的制备方法，以开发能够广泛使用的高品质蛋白质材料。
米糠是一种糙米碾磨(polishing)过程制得的副产品，具有很高的营养价值。但是，由于脂肪含量高、含有各种酶和碾磨过程中的环境污染物，它很快会变酸腐烂。而且，只占糙米总重量的10％的米糠在碾磨过程中现实地分布并且它的可用性很低，大部分米糖除了用作饲料或肥料外都被废弃了。尽管米糠存在着这些缺点，但是米糠中含有约20％的脂肪和16-18％的蛋白质，比白米和糙米高三倍。因此，米糠是食品营养的优异原材料。
尽管这样，到目前为止，没有出现公开的或公知的从米糠中提取蛋白质的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用米糠制备高品质和高纯度的非变性蛋白质材料的方法，其中所述米糠是以糙米为原材料进行碾磨过程中产生的副产品。而且，本发明方法能够制备出与传统方法制备的蛋白质材料相比具有不同物理性质的高品质蛋白质材料，并且该方法使用价格为其它原材料的四分之一的米糠为原材料因而具有价格竞争力。
本发明的另一个目的在于提供一种用上述方法从米糠中得到的蛋白质提取物。
为了达到上述目的，本发明提供了一种由米糠制备蛋白质提取物的方法，该方法包括以下过程：
由米糠制成颗粒；干燥该颗粒；通过从该颗粒中除去脂肪而制备脱脂米糠；从该脱脂米糠中提取蛋白质，制得蛋白质溶液；从该蛋白质溶液中沉淀出蛋白质；和，对沉淀的蛋白质进行洗涤、中和及干燥，从米糠中得到最终的蛋白质提取物。
本发明的由米糠制备蛋白质提取物的方法具体描述如下：
本发明的方法包括米糠预处理过程、制备脱脂米糠的过程、从脱脂米糠中提取蛋白质生成蛋白质溶液的过程、和从蛋白质溶液中沉淀蛋白质以从米糠中得到最终的蛋白质提取物的过程。
对米糠预处理和制备脱脂米糠的过程是为了将米糠转化为脱脂米糠。通过在不使米糠中的蛋白质变性的稳定条件下提取脂肪来降低大米中残余脂肪的含量，使米糠变得适于提取蛋白质。而且，该过程将米糠造粒、干燥，然后通过加入为干燥米糠的2-4倍的正已烷并且在低于60℃的温度下除去剩余的已烷来循环地提取脂肪，直到剩余的脂肪含量变为5％，优选为3％。根据提取和去除的系统和装置的不同，该过程可能需要几小时至几天的时间。
从脱脂米糠中提取蛋白质以形成蛋白质溶液的过程是加入4-8倍重量的水，将该混合物搅拌30-60分钟，使颗粒通过水解作用均匀地分散于该混合物中，然后通过在20-50℃下缓慢地加入1-5N的NaOH直到混合物的pH值为8-10来提取蛋白质，生成蛋白质溶液，放置30-60分钟。这个过程的重点在于调节pH值时加入NaOH的速度要尽量慢，因为快速加入NaOH可能会使生成的蛋白质变黑。
蛋白质提取之后，蛋白质溶液在室温下以不低于5000g的离心力进行离心分离。得到的上层清液中含有蛋白质。然后，通过向上层清液中加入浓度为1-3N的HCl而将pH值调为3-5，并在10-30℃下维持10-30分钟以使其反应。在反应过程中，处于等电点的蛋白质发生沉淀，并且以不低于5000g的离心力进行离心分离，得到最终沉淀下来的蛋白质。
得到的蛋白质用2-5倍的水洗涤，然后再次离心，得到洗涤并沉淀的蛋白质。当蛋白质洗涤不充分时，最后产品可能会有异味。
向洗涤过的蛋白质中加入1-2倍的水，制得蛋白质溶液，然后向该蛋白质溶液中缓慢加入浓度不超过2N的NaOH来中和该溶液，直到它的pH值变为5-7，优选为6-7。
中和后的蛋白质溶液在进口气温为150-190℃、出口温度为70-100℃、喷嘴压力为1.2-1.8bar(若是喷雾器型则为10000-20000RPM)的条件下喷雾干燥，从而得到最终干燥的蛋白质产品。在喷雾干燥过程中，要保持温度恒定，因为温度的迅速升高可能会影响产品的品质。
另外，制备洗涤并沉淀的蛋白质的过程可以使用倾析器和高速持续离心型分离器工业化地进行。
由米糠制得的蛋白质提取物可以用于向食物中补充营养性蛋白质和氨基酸、或提高不同食物(如调味品、蛋黄酱、布丁、豆腐、婴儿食品、糖果、面包等)的物理性质或品质。
米糠虽然有很高的营养价值，但由于变质快、稳定性差，因此除了用作饲料或肥料外都被废弃了，而本发明方法可以从米糠中得到脂质，并且通过不变性地从米糠中提取蛋白质而最终开发出高品质、非GMO和无过敏的蛋白质材料。
另外，本发明提供了一种通过使作为副产品而废弃的米糠增值来再利用米糠的方法。本发明同时还提供了一种满足消费者对蛋白质材料的安全需求的新产品。
因此，该蛋白质材料会产生新的市场，并且以其具有竞争力的价格为基础可以产生高利润的新模式。
具体实施方式
通过下面的实施例对本发明进行更详细的说明。然而，这些实施例只是以说明为目的，并不是为了限制本发明。
实施例1：由米糠制备蛋白质提取物
1、对米糠进行预处理并制备脱脂米糠
使用韩国Nonghyup碾磨厂和一家中国大型碾磨厂的含有12-16％水分的新鲜米糠。用造粒机将米糠制成2-10mm的颗粒。将制得的米糠颗粒干燥，直到水分少于10％。向干燥的米糠颗粒中加入为米糠的2-5倍重量的已烷，然后进行循环脂质提取，直到米糠中残余的油的含量变为3％。在低于60℃的温度下除去残余的已烷，得到脱脂米糠。
2、从脱脂米糠中提取蛋白质
向上述脱脂米糠中加入4-8倍重量的水，然后将该混合物振荡搅拌30-60分钟以使混合物中的颗料分散均匀。接下来，在20-30℃下向该混合物中缓慢加入3N的NaOH，以调节pH值为8-10，然后将该混合物放置30-60分钟来提取蛋白质。
3、由米糠制备最终的蛋白质提取物
蛋白质提取后，得到的蛋白质溶液在室温下以不低于5000g的离心力进行离心分离，分别得到上层清液和沉淀物。在10-30℃下，向上层清液中加入浓度为1-3N的HCl，调节pH值为3.5-5.0，然后将上层清液放置不超过30分钟使蛋白质沉淀。通过以不低于5000g的离心力进行离心，分离出沉淀的蛋白质。向沉淀的蛋白质中加入2-5倍的水洗涤，经过再次离心得到洗涤并沉淀的蛋白质。
向该洗涤并沉淀的蛋白质中加入1-2倍的水，以将蛋白质制成溶液。向得到的溶液中缓慢加入2N的NaOH进行中和，调节pH值为6-7。将中和后的蛋白质溶液在进口温度为150-190℃、出口温度为80-100℃和喷嘴压力为1.2-1.8bar的条件喷雾干燥，最后得到来自米糠的干燥的蛋白质提取物。干燥的条件可以根据装置的容量和类型来调整。
实验实施例1：分析实施例1制得的蛋白质提取物。
常规组成
分析了实施例1制得的来自米糠的蛋白质提取物，分析结果列于表1。
表1
来自米糠的蛋白质提取物的分析结果
 样品水分蛋白质脂肪灰分天然纤维本发明12.177.71.91.62.4本发明25.770.40.34.70.7
如表1所示，证实了用本发明的方法可以由米糠制得高纯度(蛋白质70％)的蛋白质提取物，而现有技术制得的蛋白质纯度低于40％。
实验实施例2：与其它大米的比较。
对米糠、脱脂米糠(本发明的)、白米和糙米的常规组成进行比较。分析结果列于表2。
表2
米糠之间的常规组分比较
 样品水分蛋白质脂肪灰分天然纤维新鲜米糠10.5914.0319.157.149.29脱脂米糠12.317.980.911.938.1白米13.075.90.470.430.5糙米12.378.12.381.221.34
如上表2所示，脱脂米糠中蛋白质的含量比白米中蛋白质的含量高3倍，比糙米中蛋白质的含量高2倍。再考虑到白米的价格比脱脂米糠贵4倍，可以估算出使用脱脂米糠由于价格低了12倍而更具竞争力。
实验实施例3：物理性质的比较。
分析所述蛋白质提取物的物理性质，并与其它大米蛋白质产品进行比较。结果列于表3和表4。
表3
不同来源的蛋白之间的物理性质的比较数据
 物理性质本发明ISP分离大豆蛋白质ISP浓缩大豆蛋白质乳化能力750645450成泡能力980960-泡沫稳定性8642溶解度36.133-油结合能力1.21.61.3
表4
本发明的蛋白质产品与其它国外制造商的蛋白质产品之间的质量比较
 质量本发明制造商A(巴基斯坦)制造商B(美国)制造商C(欧洲)制造商D(中国)感官评价口感光滑粗糙粗糙粗糙、有异味粗糙、有异味乳化能力高低低低低成泡能力高低低低低泡沫稳定性高低低低低吸水能力低低低低低凝胶形成能力低低低低低
本发明制备的蛋白质提取物表现出特别高的乳化能力、成泡能力和泡沫稳定性。还表明本发明的蛋白质产品由于其光滑的口感因而可以用于各种食品以及需要乳化能力的食物(蛋黄酱、布丁、甜点，等等)。但是，其它蛋白质产品由于蛋白质变性而表现出很差的性质。
另外，该由米糠制备蛋白质材料的方法以及制得的蛋白质材料可以用许多种变换的方式实施。因而，这样的变换实施方式应当被理解为包括在本发明的保护范围内。