淀粉酶提取小米米糠蛋白的工藝研究

鄭志新

摘要

[目的] 探究小米米糠蛋白的提取工藝。[方法]以小米米糠為原料，先測(cè)定其營養(yǎng)成分，然后制備脫脂米糠，利用淀粉酶對(duì)小米米糠酶解處理進(jìn)行米糠蛋白的提取，通過單因素試驗(yàn)對(duì)提取條件進(jìn)行篩選。[結(jié)果]試驗(yàn)得到小米米糠蛋白的最佳提取工藝條件為：最佳料液比1∶10 g/ml，淀粉酶用量20 U/g，最佳反應(yīng)時(shí)間2 h，最佳反應(yīng)溫度60 ℃。[結(jié)論]研究可為小米米糠蛋白的提取提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 小米米糠；米糠蛋白；淀粉酶；提取工藝

中圖分類號(hào) S509.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）15-240-03

Study on Extraction Technique for Millet Bran Protein by Amylase

ZHENG Zhixin （Zhangjiakou City Animal Health Supervision Institute， Zhangjiakou， Hebei 075000）

Abstract [Objective] To explore extraction technique for millet bran protein. [Method] With millet bran as raw material， the nutrient components were determined， defatted rice bran was prepared， millet protein was extracted by using amylase， the extraction conditions were screened out through single factor test. [Result] The optimal extraction technique conditions are： optimal solidliquid ratio 1∶10 g/ml， amylase dosage 20 U/g， reaction time 2 h， reaction temperature 60 ℃. [Conclusion] The study can provide theoretical reference for extraction of millet bran protein.

Key words Millet bran； Bran protein； Amylase； Extraction technique

小米米糠是小米經(jīng)脫殼、碾米等加工過程褪下來的種皮，是糊粉層、米胚芽的混合物，重量占小米重的8%～12%。小米米糠的主要成分為：蛋白質(zhì)16%～20% （平均18%），淀粉26%～32%，粗脂肪16%～18%，此外還含有多種維生素、多糖、膳食纖維和礦物質(zhì)[1]。與小米相比，米糠中的蛋白質(zhì)含量要高，且8種必需氨基酸的AAS值大于1，達(dá)蛋白的標(biāo)準(zhǔn)，氨基酸組成更接近于聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織（FAO）的推薦標(biāo)準(zhǔn)模式，營養(yǎng)價(jià)值堪比雞蛋和牛奶[2]。尤其是米糠蛋白具有低過敏性特點(diǎn)，可作為蛋白原料用在嬰幼兒食品中[3]。米糠中蛋白有4種，其中米糠清蛋白和球蛋白大約占到73%[4]?，F(xiàn)今致力于大米米糠中蛋白質(zhì)提取的研究很多，但對(duì)小米米糠蛋白提取工藝的研究很少。張家口地區(qū)的“張雜谷”小米資源豐富，故其加工副產(chǎn)物谷糠產(chǎn)量較高，從小米米糠中提取蛋白質(zhì)，可拓寬其利用渠道，因此探究小米米糠蛋白的提取工藝有重要意義。

國內(nèi)外研究人員對(duì)大米米糠蛋白質(zhì)提取大致采取以下方法：堿法提取、物理法提取和酶法提取。堿法提取率較高，但是強(qiáng)堿作用后會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)，并且發(fā)生美拉德反應(yīng)，影響產(chǎn)品顏色以及營養(yǎng)特性[5]；物理法提取率低而且設(shè)備投資高[6]。與以上方法相比，酶法提取條件溫和，所用時(shí)間短，提取率高，并且能更多地保留營養(yǎng)成分[7]。目前，酶法主要有蛋白酶[8]、纖維素酶[9]等方法，只有許潔在碩士論文中研究過用淀粉酶提取小米米糠蛋白[1]，她采用水溶液提取米糠中清蛋白，再用淀粉酶處理離心沉淀物，從而使米糠中其他蛋白溶解出來。與之相比，筆者加以改進(jìn)直接用淀粉酶處理脫脂米糠，使米糠蛋白溶出更徹底。

該試驗(yàn)先測(cè)定小米米糠的營養(yǎng)成分，然后制備脫脂米糠，利用淀粉酶處理脫脂米糠，使清蛋白溶出，然后用氯化鈉溶液洗沉淀物提取球蛋白，測(cè)定蛋白質(zhì)含量，最后計(jì)算出提取率。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料與試劑。小米米糠，由小米加工廠購得。

淀粉酶，天津利華酶制劑；30～60 ℃石油醚，天津市巴斯夫化工有限公司；氫氧化鈉，天津市北辰方正試劑廠；分析純濃硫酸；分析純無水乙醇，天津市永大化學(xué)試劑有限公司；硼酸，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；硫酸銅，河北省保定化學(xué)試劑廠；硫酸鉀，天津市鵬達(dá)試劑廠；鹽酸；乙酸鋅，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；亞鐵氰化鉀，天津北方化玻購銷中心；冰乙酸，天津市永大化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備。

儀器：試管；錐形瓶；漏斗；燒杯；移液管；洗耳球；鐵架臺(tái)；回流裝置；容量瓶；試管架；鐵夾；索式提取器；凱氏定氮裝置；蒸餾裝置；研缽等。

設(shè)備：微型高速萬能試樣粉碎機(jī)，河北省黃驊市齊家務(wù)振興電器廠；

KDC1044 低速離心機(jī)，科大創(chuàng)新股份有限公司中佳分公司；

雙列方孔水浴鍋HHS數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市醫(yī)療儀器廠；

JA1003N電子天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司；CS202B型電熱保溫干燥箱；電爐。

1.2 方法

1.2.1 小米米糠營養(yǎng)成分的測(cè)定。水分含量測(cè)定：采用谷物制品水分測(cè)定方法（GB/T 21305-2007）；脂肪含量測(cè)定：采用索式提取法（GB/T 5512-2008）；蛋白質(zhì)含量測(cè)定：采用凱氏定氮法（GB/T 5509-2010）；淀粉含量測(cè)定：采用糧食油料中淀粉含量測(cè)定方法（GB/T 5514-2008）。蛋白質(zhì)提取率的計(jì)算：

米糠蛋白提取率=提取物中蛋白質(zhì)的量/（米糠的蛋白含量×米糠的取樣量）×100%

1.2.2 脫脂米糠的制備。

取適量小米米糠粉碎，過0.250 mm孔徑的篩，然后以1∶2的比例向過篩的米糠中加入石油醚，室溫下攪拌浸泡2 h進(jìn)行脫脂，再經(jīng)晾曬揮發(fā)掉石油醚溶劑，得到脫脂米糠。

1.2.3 小米米糠蛋白的提取方法。

脫脂米糠→過0.250 mm的篩→加水浸泡調(diào)成勻漿（調(diào)料液比）→加淀粉酶（調(diào)酶的用量，溫度）→水浴保溫一定時(shí)間→滅酶（85 ℃，20 min）→離心（3 000 r/min，10 min）→

上清液V1 氯化鈉攪拌離心后沉淀物→

上清液V2 →合并2次上清液→凱氏定氮測(cè)蛋白質(zhì)含量。

1.3 單因素試驗(yàn)

1.3.1 料液比對(duì)小米米糠蛋白提取率的影響。

設(shè)置1∶7，1∶8，1∶9，1∶10，1∶11 g/ml 5個(gè)梯度，按照酶添加量20 U/g，提取時(shí)間2 h，反應(yīng)溫度為60 ℃的條件進(jìn)行提取并測(cè)定提取率，從而篩選出最佳料液比。

1.3.2 淀粉酶用量對(duì)小米米糠蛋白提取率的影響。

使用“1.3.1”試驗(yàn)確定的最佳料液比，按照反應(yīng)時(shí)間2 h，反應(yīng)溫度60 ℃，依次按5、10、20、40、80 U/g添加淀粉酶進(jìn)行提取，通過米糠蛋白提取率的測(cè)定，篩選出最佳的淀粉酶用量。

1.3.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)小米米糠蛋白提取率的影響。

使用“131”和“1.3.2”試驗(yàn)確定的最佳料液比和最佳淀粉酶用量，在反應(yīng)溫度為60 ℃的條件下，通過處理時(shí)間分別為10、15、2.0、2.5、3.0 h，計(jì)算各自的提取率，從而篩選出最佳的處理時(shí)間。

1.3.4 反應(yīng)溫度對(duì)小米米糠蛋白提取率的影響。

選取50、55、60、65、70 ℃ 5個(gè)溫度，使用以上試驗(yàn)篩選出的最佳料液比、最佳反應(yīng)時(shí)間及最佳酶用量，進(jìn)行米糠蛋白的提取并測(cè)定提取率，篩選出米糠蛋白提取的最佳溫度。

2 結(jié)果與分析

2.1 小米米糠營養(yǎng)成分測(cè)定 試驗(yàn)測(cè)得小米米糠中主要營養(yǎng)成分含量如下：水分含量9.51%，蛋白質(zhì)含量13.89%，脂肪含量21.89%，淀粉含量24.56%。

2.2 料液比對(duì)米糠蛋白提取率的影響 由圖1可知，隨著料液比中溶劑量的增大，米糠蛋白的提取率隨之遞增。因?yàn)槊卓分泻幸欢康纳攀忱w維和淀粉，吸水膨脹能力較強(qiáng)，料液比中溶劑量過小使得物料流動(dòng)性差，難以攪拌混合，體系分散不均勻，不利于酶與米糠的有效反應(yīng)，導(dǎo)致提取率低。隨著料液比中溶劑量增加，蛋白提取率增大，當(dāng)料液比達(dá)到1∶10 g/ml以后，蛋白提取率下降，這可能是過大的料液比中溶劑量降低了酶的相對(duì)濃度所致。因此，料液比可選擇1∶10 g/ml。

2.3 淀粉酶用量對(duì)米糠蛋白提取率的影響

由圖2可知，隨著淀粉酶用量的增加，米糠蛋白提取率逐漸增加，在淀粉酶用量為20 U/g時(shí)提取率達(dá)到最大，之后淀粉酶再增加提取率呈平穩(wěn)趨勢(shì)?？赡苁且?yàn)榇藭r(shí)的淀粉酶用量已經(jīng)使樣品中淀粉水解完全，則此時(shí)米糠蛋白最易溶出，所以酶用量增加，不再影響淀粉含量，所以米糠蛋白提取率也不再增加。因此，選擇米糠蛋白提取的淀粉酶用量為20 U/g。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)米糠蛋白提取率的影響

由圖3可知，從對(duì)提取率的影響來看，隨著時(shí)間的增長，提取率逐漸上升，在反應(yīng)時(shí)間為2.0 h時(shí)提取率最大，之后時(shí)間延長提取率也不再升高。可能是因?yàn)榈矸墼诜磻?yīng)2.0 h后水解完畢，即使延長反應(yīng)時(shí)間，淀粉也不再水解，所以對(duì)米糠蛋白的提取不再產(chǎn)生影響，米糠蛋白的提取率也不再上升。因此，選擇米糠蛋白的反應(yīng)時(shí)間為2.0 h。

2.5 反應(yīng)溫度對(duì)小米米糠蛋白提取率的影響

由圖4可知， 隨著溫度的升高，米糠蛋白的提取率呈遞增趨勢(shì)，在60 ℃時(shí)達(dá)到最大。

溫度與淀粉酶的活性有關(guān)，在一定溫度范圍內(nèi)，淀粉酶隨溫度升高而活性增大，所以米糠中淀粉的水解程度越大，米糠中蛋白更易提取出，而超過酶的最適溫度之后酶的活性不再增大反而會(huì)下降，所以淀粉酶的最適溫度即最佳提取溫度應(yīng)為60 ℃。

3 結(jié)論

該試驗(yàn)先對(duì)小米米糠進(jìn)行營養(yǎng)成分的測(cè)定，從而得知小米米糠蛋白質(zhì)含量為13.89%，水分含量為9.51%，脂肪含量為21.89%，淀粉含量24.56%。試驗(yàn)證明，淀粉酶提取小米米糠中的水溶性蛋白，具有時(shí)間短、提取率高、反應(yīng)溫和不破壞營養(yǎng)物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。通過對(duì)影響米糠蛋白提取率的因素進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，可以確定提取單因素的最佳條件，即反應(yīng)溫度60 ℃，反應(yīng)時(shí)間2.0 h，料液比為1∶10 g/ml，淀粉酶用量20 U/g，為之后的正交試驗(yàn)提供了理論依據(jù)；同時(shí)，淀粉酶提取小米米糠蛋白也為米糠蛋白的綜合利用提供了一種有效、安全、環(huán)保的方法。

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