高纯度大米淀粉的提取分离纯化_倪凌燕

"# 《粮油加工》２００６ 年第 ９ 期
·粮食工程·
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其中， ｘ — —— 所测的消光度； ｙ — —— 糖浓度； Ｓ — —— 试样溶液由比色所得的含糖量 （ 以 μｇ 计） ； Ｗ — —— 试样质量 （ 以 ｍｇ 计） ； ０．９ — —— 葡萄糖转换为淀粉的系数。 １．２．６ 蛋白质溶解度的测定方法— —— ２８０ｎｍ 光吸收法 将 待 测 蛋 白 质 溶 液 的 浓 度 控 制 在 ０．１～１ｍｇ／ｍＬ 左 右 ， 以 水 为 参 比 溶 液 ， 在 ２８０ｎｍ 波 长 下 用 紫 外 分 光 光 度 仪 测 溶液的吸光度。计算为： 蛋白质含量 （ ｍｇ／ｍＬ） ＝ （１．０５６ １×Ａ－ ０．００８ ９） ×稀释倍数 Ａ 为 ２８０ｎｍ 下的吸光度。 此标准曲线是用大米谷蛋白做的。 １．２．７ 淀粉溶解度与膨润力测定 分 别 取 １ｇ 各 类 型 的 样 品 置 于 酶 反 应 器 内 加 入 ５０ｍＬ 水 使 其 干 基 浓 度 为 ２０ｇ／Ｌ， 在 一 定 温 度 下 （ ３０、４０、５０、 ６０、７０°Ｃ） 搅拌 ３０ｍｉｎ， 然后在 ３ ０００ｒ／ｍｉｎ 下离心 ２０ｍｉｎ。 分别倾出上清液于已恒重的铝盒中， 将其在 １０５°Ｃ 下 烘至恒重。分别称得沉淀物质量 Ｐ 和上清液烘至恒重后质 量 Ａ。 溶解度 Ｓ％＝ （Ａ／Ｗ） ×１００ 膨润力 Ｂ＝Ｐ×１００／Ｗ （１００－ Ｓ） １．２．８ 布拉本德黏度曲线的绘制 称取 ３１．５ｇ 的淀粉， 加入 ４５０ｍＬ 蒸馏水使淀粉乳的浓 度 为 ７０ｇ／Ｌ （ 干 基 ） 。 在 ３０℃ 开 始 加 温 ， 升 温 速 率 １．５℃／ｍｉｎ ， 待温度升到 ９５℃后保温 ０．５ｈ， 然后冷却， 冷却 速 率 是 １．５℃／ｍｉｎ， 冷 却 至 ５０℃， 再 保 温 ０．５ｈ 即 可 得 一 条 布拉本德黏度曲线。 １．２．９ 超微结构的观测 将 大 米 淀 粉 样 品 在 ４℃下 用 ５０ｍＬ／Ｌ 戊 二 醛 混 合 液 ， 用 ０．１Ｍ 磷酸缓冲液漂洗数次； 再用 １０ｇ／Ｌ 四氧化锇固定， 用 ０．１Ｍ 磷 酸 缓 冲 液 漂 洗 数 次 ； 后 经 ３００ｍＬ／Ｌ、５００ｍＬ／Ｌ、 ７００ｍＬ／Ｌ、９００ｍＬ／Ｌ、１ ０００ｍＬ／Ｌ 乙 醇 逐 级 脱 水 ， 用 醋 酸 异 戊酯置换出乙醇后， 采用临界点干燥法进行干燥， 经离子 溅 射 喷 金 后 ， 置 于 扫 描 电 子 显 微 镜 （ ＳＥＭ） 下 观 察 ， 拍 照。
考 虑 温 度 因 素 时 分 别 设 置 了 ２０、 ３０、 ４０、 ５０、
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６０℃， 其 他 条 件 都 一 样 ， １０ｇ 样 品 在 ｐＨ 值 ８．５， 料 水 比 １∶６， 加 酶 量 为 ２ ｍｇ／ｇ 底 物 下 反 应 ４ｈ。 试 验 结 果 发 现 反 应 温 度 从 ３０℃到 ４０℃蛋 白 质 含 量 变 化 较 快 ， 而 到 了 ４０℃之 后 变 化 较 慢 ， 且 趋 于 平 稳 ， 可 见 反 应 温 度 应 在 ４０￣６０℃之 间 。 ２．２．４ 料水比对纯化大米淀粉的影响
２ 结果与讨论
２．１ 大米淀粉的提取与分离 淀粉与蛋白是大米或碎米的主要成分， 其中淀粉含量
达 ８０％左右， 蛋白含量占 ８％左右。 对大米蛋白的提取研究有很多， 主要有溶剂提取法、
碱法和酶法。溶剂法提取率低而且提取溶剂不易去除， 酶 法主要是通过各种蛋白酶水解蛋白质使大米蛋白溶出， 或
者用淀粉酶水解大米淀粉把淀粉转化成淀粉糖溶出来获得 含量较高的大米蛋白。蛋白酶法是以蛋白酶将大米蛋白水 解为小肽， 因此可能使大米蛋白丧失大分子的功能性质； 淀粉酶法因为侧重于淀粉糖的利用， 在加工过程中使用了 较高的温度， 使大米蛋白变性比较严重， 且蛋白纯度很难 进一步提高。在工业上大多采用碱法提取大米淀粉， 而且 提取蛋白时得率高， 即淀粉中残留的蛋白质含量低， 所以 采用碱法先提取出大米蛋白和淀粉。之后结合有关资料和 用 ＤＳＣ 分析碱浓度对蛋白质变性和淀粉糊化影响的结果， 在 保 证 蛋 白 不 变 性 的 情 况 下 用 ０．０５Ｍ 的 ＮａＯＨ 溶 液 提 取 ２ｈ， 具体工艺流程如图 １ 所示。
【关键词】大米； 淀粉； 纯化； 酶 中图分类号： ＴＳ ２１０．９ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００９－ １８０７ （２００６） ０９－ ００７２－ ０５
我国年产稻谷近 ２ 亿 ｔ， 占世界稻 谷 总 产 量 的 ３０％以 上， 居全球首位， 但长期以来国内稻谷加工仅处于作口粮 使用的初加工阶段。淀粉是大米中最主要的成分， 其开发 利用也是稻米产后精深加工的重要部分。大米淀粉具有低 过敏性， 无色无味， 颗粒细小， 易消化等许多区别或者优 于其他淀粉的独特之处。
考虑 ｐＨ 值因素时， 设置了 ｐＨ 值 ７、７．５、８、８．５、９、 ９．５， 其 他 条 件 都 一 样 ， 在 １０ｇ 原 料 在 料 水 比 １：６， ５０℃， 加酶量为 ０．２％下反应 ４ｈ。试验结果发现 ｐＨ 值在 ８．５ 时蛋 白质溶出最多， 在参考此酶的使用说明书所说的， 所以可 固定反应的最适 ｐＨ 值为 ８．５。 ２．２．６ 正交试验及结果
１ 材料与方法
１．１ 试验材料与设备 市售籼米粉； 碱性蛋白酶 ３．０Ｔ， 丹麦诺维信公司； 胰脂肪酶 Ｌｉｐａｓｅ ． ４１ｕｎｉｔｓ／ｍｇ ｐｒｏｔ， Ｓｉｇｍａ 公司； 所用试剂都为分析纯。
ＵＶ１１００ 紫外分光光度计， 北京瑞利分析仪器厂； ＣＳ５０１ 超级恒温水浴锅， 重庆试验仪器设备厂； ８１－ ２ 型恒温磁力搅拌器， 上海司乐仪器厂； 布拉本德黏度仪， Ｂｒａｂｅｎｄｅｒ Ｇｅｒｍａｎｙ； ＱＵＡＮＴＡ－ ２００ 扫描电镜， 日本明石公司。 １．２ 试验方法 １．２．１ 水分的测定方法— ——１０５℃恒重法 （ ＧＢ ５４９７－ ８５） １．２．２ 灰分的测定方法— ——５５０℃灼烧法 （ ＧＢ ５５０５－ ８５） １．２．３ 粗脂肪的测定方法— ——索氏抽提法 （ ＧＢ ５５１２－ ８５） １．２．４ 蛋 白 的 测 定 方 法— ——微 量 凯 氏 定 氮 法 （ ＧＢ ５５１１－ ８５） １．２．５ 淀粉的测定— ——蒽酮比色法 称取样品 ０．２ｇ 于 ２５ｍＬ 的具塞量筒中， 加入 ３ｍＬ 过氯 酸， 搅拌 １０ｍｉｎ， 用水冲洗 １００ｍＬ 容量瓶中至刻度， 过滤 分离吸取上清液 ２ｍＬ 至另一个 １００ｍＬ 的容量瓶中， 稀释至 刻度。吸取糖液 ２ｍＬ 各 ２ 份放入两个试管中， 各加蒽酮试 剂 ５ｍＬ， 摇动 １０ｓ， 在沸水浴中加热 １０ｍｉｎ， 然后取出， 迅 速冷却， 用 ６００～６３０ｎｍ 波长比色， 读出消光度 （ Ｅ） 。 同时将以上一系列葡萄糖标准溶液按同法操作， 同样 进行比色， 以标准葡萄糖浓度为横坐标， 溶液的消光度为 纵坐标， 绘制标准曲线。 得标准曲线为 ｙ＝７９．０３４ｘ＋４．３２０ ６ （μｇ／ｍＬ） 淀粉％＝１００×１００×Ｓ×０．９／２／Ｗ×１００
米粉→加 ０．０５Ｍ 的 ＮａＯＨ 溶液 （料液比 １∶５） 搅拌 ２ｈ→ ３ ０００ｒ／ ｍｉｎ 离心分离 ２０ｍｉｎ→
蛋 白 质 上 清 液→ 酸 沉 （ ｐＨ 值 ５．５） →３ ０００ｒ／ ｍｉｎ 离心分离 ２０ｍｉｎ→蒸馏水洗蛋白沉淀→干燥
→上层淀粉层 （ 黄浆） →纯淀粉层→碱洗→调至中性→脱脂→干燥 →下层淀粉层 （ 黄粉） →清液蛋白→酸沉→离心→干燥 →粉沉淀→水洗→调至中性→干燥 图 １ 大米蛋白、淀粉的提取与分离的工艺流程图
２．７４０％
２
１ ２ （ ５０℃） ２ （ １： ５） ２ （ ０．３％）
１．９７５％
３
１ ３ （ ６０℃） ３ （ １： ６） ３ （ ０．４％）
１．４０５％
４ ２ （２来自百度文库）
１
２
３
１．５４０％
５
２
２
３
１
１．４９０％
６
２
３
１
２
１．２４５％
７ ３ （３ｈ）
１
３
２
１．４３０％
８
３
２
１
３
１．４９５％
９
３
３
大米淀粉制备比较困难， 主要是因为大米胚乳中淀粉 与蛋白质结合紧密， 稻米中蛋白质聚集成颗粒状蛋白质， 以蛋白体－ Ｉ （ＰＢ－ Ｉ） 和 蛋 白体－ ＩＩ （ＰＢ－ ＩＩ） 形 式 存 在 。由 于 占绝大部分的 ＰＢ－ ＩＩ 主要是碱溶蛋白， 所以要制取高纯度 大米淀粉需用碱、表面活性剂或酶来除去蛋白质。目前工 业上 主 要 采 用 ３￣５ｇ／Ｌ 的 氢 氧 化 钠溶 液 来 浸 泡 制 取 大 米 淀 粉 。此 外 实 验 室 法 还 有 采 用 洗 涤 剂 （ １％￣２％的 十 二 烷 基 苯 磺 酸 盐 ， 使 用 前 加 入 ２ｇ／Ｌ 的 亚 硫 酸 钠 ） 溶 液 进 行 处 理。 超声波作用也被用于纯化稻米淀粉。本文主要对高 纯度大米淀粉的提取进行研究， 找出最佳的工艺条件， 并 对提纯前后的大米淀粉进行性质的比较。
分别 设 置 了 占 底 物 ０．２５、０．５、１、２、３、４ ｍｇ／ｇ 底 物 的加酶 量 ， 其 他 条 件 都 一 样， ２０ｇ 底 物 １∶５ 的 料 水 比 ， 在 ｐＨ 值 ８．５， ５０℃下 纯 化 ４ｈ。 结 果 发 现 加 酶 量 从 ０．２５ ｍｇ／ｇ 底物到 ５ ｍｇ／ｇ 底物蛋白质含量变化较快， 以后变化不大， ３、４ ｍｇ／ｇ 底 物 时 反 应 趋 于 平 稳 ， 所 以 加 酶 量 大 概 在 ２￣４ ｍｇ／ｇ 底物之间。 ２．２．３ 反应温度对纯化大米淀粉的影响
２．２ 蛋白酶纯化大米淀粉 由于大米淀粉中残留的蛋白质、脂类等物质会影响到
淀粉的物理化学性质从而影响到它的应用。例如大米淀粉 若生产变性淀粉， 蛋白质会影响其变性程度。而脂质的存 在会使糊化温度增高， 淀粉氧化产生不良味道， 还需对提 取出的淀粉进行纯化。 ２．２．１ 时间对纯化大米淀粉的影响
在 考 虑 时 间 因 素 时 分 别 设 置 了 １、２、３、４、５、６、 ７、８、９、２４ｈ， 其 余 条 件 设 为 ： ３０ｇ 物 料 以 １∶６ 的 料 水 比 加 １８０ｍＬ 水 ， 碱 性 蛋 白 酶 ０．０９ｇ （ ３ｍｇ／ｇ 底 物 ） ，在 ｐＨ 值 ８．５， ５０℃下纯化。结果发现时间从 １ｈ 增加到 ２ｈ， 蛋白溶 出略有增加， 之后变化不大。 ２．２．２ 加酶量对纯化大米淀粉的影响
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高纯度大米淀粉的提取分离纯化
倪凌燕 王 立 易翠平 姚惠源
（ 江南大学食品学院）
【摘要】大米淀粉和大米蛋白这两种大米深加工产品目前市场价格昂贵， 是低品质大米转化为高 附加值产品的有效途径。本研究利用生物酶技术对大米淀粉的提取分离纯化进行了研究， 找到了大米 淀粉的最佳分离工艺， 对纯化前后的淀粉进行了性质的比较， 发现纯化后的淀粉溶解度增加、膨润力 下降， 糊化温度升高、黏度降低。
在进行了 ５ 个因素的单因素试验后， 选择时间、温 度、料水比和加酶量 ４ 个 因 素 进行 正 交 试 验 ， ｐＨ 值 控 制 在 ８．５， 正交试验设计见表 １， 具体结果见表 ２。
表 １ 正交试验表
试验号 时间
温度
料水比 加酶量 淀粉中蛋白质含量
１ １ （ １ｈ） １ （ ４０℃） １ （ １： ４） １ （ ０．２％）
２
１
１．５１０％
表 ２ 四因素对纯化淀粉影响的极差分析
（％）
Ａ
Ｂ
Ｃ
Ｄ
Ｋ１
６．１２０
５．７１
５．４８
５．７４
Ｋ２
４．２７５
４．９６
５．０２５
４．６５
Ｋ３
４．４３５
４．１６
４．３２５
考 虑 料 水 比 因 素 时 设 置 了 １∶４、１∶５、１∶６、１∶７、１∶８、 １∶９ ， 其 他 条 件 都 一 样 ， 在 ｐＨ 值 ８．５， ５０℃， 加 酶 量 为 ２ｍｇ／ｇ 底 物 下 反 应 ４ｈ。 试 验 结 果 发 现 料 水 比 在 １：５ 和 １：６ 时蛋白质含量最高， 即反应最充分。考虑到实际工业中的 应用所以理想的料水比在 １：４￣１：６ 之间。 ２．２．５ ｐＨ 值对纯化大米淀粉的影响