淀粉酶提取小米米糠蛋白的工艺研究

郑志新

摘要

[目的] 探究小米米糠蛋白的提取工艺。[方法]以小米米糠为原料，先测定其营养成分，然后制备脱脂米糠，利用淀粉酶对小米米糠酶解处理进行米糠蛋白的提取，通过单因素试验对提取条件进行筛选。[结果]试验得到小米米糠蛋白的最佳提取工艺条件为：最佳料液比1∶10 g/ml，淀粉酶用量20 U/g，最佳反应时间2 h，最佳反应温度60 ℃。[结论]研究可为小米米糠蛋白的提取提供理论依据。

关键词 小米米糠；米糠蛋白；淀粉酶；提取工艺

中图分类号 S509.9 文献标识码

A 文章编号 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

小米米糠是小米經脱壳、碾米等加工过程褪下来的种皮，是糊粉层、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为：蛋白质16%～20% （平均18%），淀粉26%～32%，粗脂肪16%～18%，此外还含有多种维生素、多糖、膳食纤维和矿物质[1]。与小米相比，米糠中的蛋白质含量要高，且8种必需氨基酸的AAS值大于1，达蛋白的标准，氨基酸组成更接近于联合国粮食与农业组织（FAO）的推荐标准模式，营养价值堪比鸡蛋和牛奶[2]。尤其是米糠蛋白具有低过敏性特点，可作为蛋白原料用在婴幼儿食品中[3]。米糠中蛋白有4种，其中米糠清蛋白和球蛋白大约占到73%[4]。现今致力于大米米糠中蛋白质提取的研究很多，但对小米米糠蛋白提取工艺的研究很少。张家口地区的“张杂谷”小米资源丰富，故其加工副产物谷糠产量较高，从小米米糠中提取蛋白质，可拓宽其利用渠道，因此探究小米米糠蛋白的提取工艺有重要意义。

国内外研究人员对大米米糠蛋白质提取大致采取以下方法：碱法提取、物理法提取和酶法提取。碱法提取率较高，但是强碱作用后会产生有毒物质，并且发生美拉德反应，影响产品颜色以及营养特性[5]；物理法提取率低而且设备投资高[6]。与以上方法相比，酶法提取条件温和，所用时间短，提取率高，并且能更多地保留营养成分[7]。目前，酶法主要有蛋白酶[8]、纤维素酶[9]等方法，只有许洁在硕士论文中研究过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，再用淀粉酶处理离心沉淀物，从而使米糠中其他蛋白溶解出来。与之相比，笔者加以改进直接用淀粉酶处理脱脂米糠，使米糠蛋白溶出更彻底。

该试验先测定小米米糠的营养成分，然后制备脱脂米糠，利用淀粉酶处理脱脂米糠，使清蛋白溶出，然后用氯化钠溶液洗沉淀物提取球蛋白，测定蛋白质含量，最后计算出提取率。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料与试剂。小米米糠，由小米加工厂购得。

淀粉酶，天津利华酶制剂；30～60 ℃石油醚，天津市巴斯夫化工有限公司；氢氧化钠，天津市北辰方正试剂厂；分析纯浓硫酸；分析纯无水乙醇，天津市永大化学试剂有限公司；硼酸，天津市北方天医化学试剂厂；硫酸铜，河北省保定化学试剂厂；硫酸钾，天津市鹏达试剂厂；盐酸；乙酸锌，天津市科密欧化学试剂有限公司；亚铁氰化钾，天津北方化玻购销中心；冰乙酸，天津市永大化学试剂有限公司。

1.1.2 仪器与设备。

仪器：试管；锥形瓶；漏斗；烧杯；移液管；洗耳球；铁架台；回流装置；容量瓶；试管架；铁夹；索式提取器；凯氏定氮装置；蒸馏装置；研钵等。

设备：微型高速万能试样粉碎机，河北省黄骅市齐家务振兴电器厂；

KDC1044 低速离心机，科大创新股份有限公司中佳分公司；

双列方孔水浴锅HHS数显恒温水浴锅，金坛市医疗仪器厂；

JA1003N电子天平，上海精密科学仪器有限公司；CS202B型电热保温干燥箱；电炉。

1.2 方法

1.2.1 小米米糠营养成分的测定。水分含量测定：采用谷物制品水分测定方法（GB/T 21305-2007）；脂肪含量测定：采用索式提取法（GB/T 5512-2008）；蛋白质含量测定：采用凯氏定氮法（GB/T 5509-2010）；淀粉含量测定：采用粮食油料中淀粉含量测定方法（GB/T 5514-2008）。蛋白质提取率的计算：

米糠蛋白提取率=提取物中蛋白質的量/（米糠的蛋白含量×米糠的取样量）×100%

1.2.2 脱脂米糠的制备。

取适量小米米糠粉碎，过0.250 mm孔径的筛，然后以1∶2的比例向过筛的米糠中加入石油醚，室温下搅拌浸泡2 h进行脱脂，再经晾晒挥发掉石油醚溶剂，得到脱脂米糠。

1.2.3 小米米糠蛋白的提取方法。

脱脂米糠→过0.250 mm的筛→加水浸泡调成匀浆（调料液比）→加淀粉酶（调酶的用量，温度）→水浴保温一定时间→灭酶（85 ℃，20 min）→离心（3 000 r/min，10 min）→

上清液V1 氯化钠搅拌离心后沉淀物→

上清液V2 →合并2次上清液→凯氏定氮测蛋白质含量。

1.3 单因素试验

1.3.1 料液比对小米米糠蛋白提取率的影响。

设置1∶7，1∶8，1∶9，1∶10，1∶11 g/ml 5个梯度，按照酶添加量20 U/g，提取时间2 h，反应温度为60 ℃的条件进行提取并测定提取率，从而筛选出最佳料液比。

1.3.2 淀粉酶用量对小米米糠蛋白提取率的影响。

使用“1.3.1”试验确定的最佳料液比，按照反应时间2 h，反应温度60 ℃，依次按5、10、20、40、80 U/g添加淀粉酶进行提取，通过米糠蛋白提取率的测定，筛选出最佳的淀粉酶用量。

1.3.3 反应时间对小米米糠蛋白提取率的影响。

使用“131”和“1.3.2”试验确定的最佳料液比和最佳淀粉酶用量，在反应温度为60 ℃的条件下，通过处理时间分别为10、15、2.0、2.5、3.0 h，计算各自的提取率，从而筛选出最佳的处理时间。

1.3.4 反应温度对小米米糠蛋白提取率的影响。

选取50、55、60、65、70 ℃ 5个温度，使用以上试验筛选出的最佳料液比、最佳反应时间及最佳酶用量，进行米糠蛋白的提取并测定提取率，筛选出米糠蛋白提取的最佳温度。

2 结果与分析

2.1 小米米糠营养成分测定 试验测得小米米糠中主要营养成分含量如下：水分含量9.51%，蛋白质含量13.89%，脂肪含量21.89%，淀粉含量24.56%。

2.2 料液比对米糠蛋白提取率的影响 由图1可知，随着料液比中溶剂量的增大，米糠蛋白的提取率随之递增。因为米糠中含有一定量的膳食纤维和淀粉，吸水膨胀能力较强，料液比中溶剂量过小使得物料流动性差，难以搅拌混合，体系分散不均匀，不利于酶与米糠的有效反应，导致提取率低。随着料液比中溶剂量增加，蛋白提取率增大，当料液比达到1∶10 g/ml以后，蛋白提取率下降，这可能是过大的料液比中溶剂量降低了酶的相对浓度所致。因此，料液比可选择1∶10 g/ml。

2.3 淀粉酶用量对米糠蛋白提取率的影响

由图2可知，随着淀粉酶用量的增加，米糠蛋白提取率逐渐增加，在淀粉酶用量为20 U/g时提取率达到最大，之后淀粉酶再增加提取率呈平稳趋势。可能是因为此时的淀粉酶用量已经使样品中淀粉水解完全，则此时米糠蛋白最易溶出，所以酶用量增加，不再影响淀粉含量，所以米糠蛋白提取率也不再增加。因此，选择米糠蛋白提取的淀粉酶用量为20 U/g。

2.4 反应时间对米糠蛋白提取率的影响

由图3可知，从对提取率的影响来看，随着时间的增长，提取率逐渐上升，在反应时间为2.0 h时提取率最大，之后时间延长提取率也不再升高。可能是因为淀粉在反应2.0 h后水解完毕，即使延长反应时间，淀粉也不再水解，所以对米糠蛋白的提取不再产生影响，米糠蛋白的提取率也不再上升。因此，选择米糠蛋白的反应时间为2.0 h。

2.5 反应温度对小米米糠蛋白提取率的影响

由图4可知， 随着温度的升高，米糠蛋白的提取率呈递增趋势，在60 ℃时达到最大。

温度与淀粉酶的活性有关，在一定温度范围内，淀粉酶随温度升高而活性增大，所以米糠中淀粉的水解程度越大，米糠中蛋白更易提取出，而超过酶的最适温度之后酶的活性不再增大反而会下降，所以淀粉酶的最适温度即最佳提取温度应为60 ℃。

3 结论

该试验先对小米米糠进行营养成分的测定，从而得知小米米糠蛋白质含量为13.89%，水分含量为9.51%，脂肪含量为21.89%，淀粉含量24.56%。试验证明，淀粉酶提取小米米糠中的水溶性蛋白，具有时间短、提取率高、反应温和不破坏营养物质等优点。通过对影响米糠蛋白提取率的因素进行试验对比，可以确定提取单因素的最佳条件，即反应温度60 ℃，反应时间2.0 h，料液比为1∶10 g/ml，淀粉酶用量20 U/g，为之后的正交试验提供了理论依据；同时，淀粉酶提取小米米糠蛋白也为米糠蛋白的综合利用提供了一种有效、安全、环保的方法。

参考文献

[1]

许洁.小米谷糠蛋白的提取及其保健功能的研究[D].太原：山西大学，2012.

[2] 王海滨，夏建新.小米的营养成分及产品研究开发进展[J].粮食科技与经济，2010（4）：36-38.

[3] 杨春，田志芳，卢健鸣，等.小米蛋白研究进展[J].中国粮油学报，2010（8）：123-126.

[4] 康艳玲，王章存.米糠蛋白研究现状[J].粮食与油脂，2006（3）：22-24.

[5] 邓静，吴华昌.酶法提取米糠粗蛋白的研究[J].农产品加工（学刊），2008（7）：190-192.

[6] 姚惠源，周素梅，王立.米糠与米糠蛋白质的开发利用[J].无锡轻工大学学报，2002，21（3）：312-316.

[7] 王立，陈正行，姚惠源.酶法提取米糠蛋白的研究[J].粮食与油脂，2002（4）：12-13.

[8] 王雪飞，于国萍，徐红华.不同酶类提取米糠蛋白的研究[J].中国粮油学报，2004（19）：8-11.

[9] 王慧，于国萍，于纯淼. 纤维素酶提取米糖蛋白的条件优化[J].食品工业科技，2008（2）：220-222.