工業(yè)化米糠蛋白制取工藝研究

王丕新

(丹東老東北農(nóng)牧有限公司，遼寧丹東　118300)

米糠蛋白在醫(yī)學(xué)、保健、化妝品和蛋白質(zhì)工程等高新領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，具有其他谷物蛋白無(wú)可比擬的低過(guò)敏和生物效價(jià)高等特性。工業(yè)化米糠蛋白的制取，是國(guó)內(nèi)外食品工業(yè)技術(shù)上的一個(gè)新的突破[1-2]。

1　米糠蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)特性

中國(guó)米糠的產(chǎn)量在1 400萬(wàn)t左右，其中米糠蛋白約200萬(wàn)t[3]。米糠中的蛋白質(zhì)是米糠的主要成分，可溶性蛋白質(zhì)比重超過(guò)70%，其氨基酸構(gòu)成與FAO/WHO的蛋白質(zhì)氨基酸構(gòu)成的理想模式基本一致，還含有一般谷物蛋白質(zhì)中罕見(jiàn)的長(zhǎng)壽因子谷胱甘肽。在人體內(nèi)，米糠蛋白有傳遞氨基酸的作用，可與過(guò)氧化物發(fā)生反應(yīng)，具有保護(hù)大腦及有助于體制健康的作用。米糠蛋白質(zhì)中的清蛋白占37%、球蛋白36%、谷蛋白22%、醇溶蛋白5%，含有3%～4%的賴氨酸[4]。

米糠蛋白質(zhì)中的必需氨基酸的含量和其相互比值符合人體的需求，特別是適合生長(zhǎng)發(fā)育速度快以及胃腸消化功能不完全的老年、嬰幼兒等特殊人群[5]。

2　米糠蛋白的制取工藝及方法

2.1　上料階段

原料低溫脫脂米糠從浸出車間輸送至原料暫存庫(kù)。脫脂米糠輸送采用風(fēng)力輸送系統(tǒng)，經(jīng)引風(fēng)機(jī)吸入上料管道，經(jīng)振動(dòng)篩去除雜質(zhì)后進(jìn)入暫存?zhèn)}，篩上物經(jīng)管道單獨(dú)包裝；粉塵通過(guò)旋風(fēng)分離器和布袋過(guò)濾器進(jìn)行收集后進(jìn)入暫存?zhèn)}，粉塵收集率可達(dá)99%以上。暫存?zhèn)}內(nèi)物料經(jīng)連續(xù)計(jì)量秤后進(jìn)入水化罐進(jìn)行水化(水溫15℃)。

2.2　一次浸出

物料進(jìn)入水化罐后以1∶5的水料比進(jìn)行混合，在特定的溫度下，加入適當(dāng)濃度的氫氧化鈉，調(diào)整pH至9.0。經(jīng)連續(xù)順流浸出器進(jìn)行蛋白制取，保持浸出時(shí)間不低于2h，以最大限度地提取物料中的蛋白質(zhì)，物料提取后，經(jīng)物料輸送泵進(jìn)入一次分離機(jī)進(jìn)行分離。

一次分離：分離過(guò)程是米糠蛋白制取的重要環(huán)節(jié)，直接影響到米糠蛋白的得率。由于米糠蛋白較常見(jiàn)的大豆蛋白具有分子量小、粘度低的特點(diǎn)，因此采用普通的分離機(jī)難以保證產(chǎn)品得率，造成成本提高、分離液中蛋白懸浮物含量偏高，給污水處理增加了難度。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外分離機(jī)的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，選用德國(guó)維斯法利亞的臥式分離機(jī)作為一次分離的設(shè)備，具有分離因數(shù)高、固相含水量低、液相懸浮物少的特點(diǎn)，物料經(jīng)分離后固相進(jìn)入二次浸出罐進(jìn)行二次浸出，液相進(jìn)入米糠浸出液罐。一次浸出所浸出的蛋白量占總可浸出蛋白量的80%以上。

2.3　二次浸出

一次分離的固體米糠渣中仍含有未浸出的米糠蛋白，需進(jìn)行二次浸出以提取殘留的蛋白質(zhì)。米糠渣進(jìn)入二次浸出罐后，連續(xù)加入浸出水，同時(shí)加入氫氧化鈉調(diào)整pH至9.2，混合物經(jīng)1h的浸提后，進(jìn)入二次分離進(jìn)程，兩次浸出的蛋白質(zhì)占總米糠蛋白含量的50%以上。

2.4　二次分離

米糠渣二次浸出后，經(jīng)泵輸送到二次分離機(jī)進(jìn)行分離，二次分離機(jī)采用德國(guó)維斯法利亞的臥式分離機(jī)進(jìn)行分離，分離后的部分固相物質(zhì)經(jīng)螺旋輸送機(jī)輸送至管束干燥機(jī)進(jìn)行干燥，所得產(chǎn)品為脫蛋白米糠粕，作為飼料，二次分離的液相同樣進(jìn)入米糠分離液罐。

2.5　酸沉

本工藝采用連續(xù)酸沉的方式，米糠分離液(一次、二次分離混合液)經(jīng)分離液泵輸送進(jìn)入在線混合器，同時(shí)鹽酸經(jīng)精密計(jì)量泵輸送入在線混合器，在在線混合器內(nèi)完成米糠分離液與鹽酸的充分混合，然后經(jīng)輸送泵送入酸沉反應(yīng)罐。在反應(yīng)罐內(nèi)米糠液與鹽酸進(jìn)一步反應(yīng)，使米糠液中的蛋白質(zhì)充分沉淀析出，析出的蛋白質(zhì)進(jìn)入酸沉分離機(jī)內(nèi)進(jìn)行分離。

2.6　酸沉分離

酸沉分離根據(jù)米糠蛋白的特性，通過(guò)比較仍選定德國(guó)維斯法利亞的高分離因數(shù)臥式分離機(jī)用于酸沉工序的分離。分離過(guò)程：蛋白酸沉液經(jīng)充分混合反應(yīng)后，由泵輸送到酸沉分離機(jī)，經(jīng)分離機(jī)分離后，分為液固兩相，液相送入暫存罐，固相經(jīng)乳化泵乳化分散后輸送到中和罐準(zhǔn)備中和。

2.7　水洗

分離機(jī)分離出來(lái)的固體物質(zhì)稱為凝乳。一次分離凝乳顏色略深，蛋白含量偏低，同時(shí)灰分也偏高。為提高蛋白純度，本工藝的制定過(guò)程中采用水洗工序，很好地解決了上述問(wèn)題，蛋白凝乳經(jīng)水洗后，灰分可下降2個(gè)百分點(diǎn)，蛋白含量可提高2個(gè)百分點(diǎn)左右。

水洗分離機(jī)的分離效果至關(guān)重要，常規(guī)的臥式分離機(jī)因其分離因數(shù)較低很難達(dá)到分離效果。經(jīng)與國(guó)內(nèi)外分離廠家共同實(shí)驗(yàn)比較，本工藝采用國(guó)外進(jìn)口、性能經(jīng)改進(jìn)的高分離因數(shù)立式分離機(jī)，成功地在米糠蛋白水洗液中分離出米糠蛋白，回收達(dá)98%以上。分離后的米糠蛋白經(jīng)泵輸送到中和罐，水洗液與酸沉淀分離液相混合，進(jìn)入精分離進(jìn)程。

2.8　精分離

蛋白酸沉淀液相以及水洗分離液相中仍存在少量的米糠蛋白，若直接排掉，將造成米糠蛋白成本的提高，為提高得率、降低成本，本工藝采取對(duì)酸沉淀液相以及水洗分離液相中仍存在少量的米糠蛋白進(jìn)行精分離回收。通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)，成功地從分離液中提取出米糠蛋白，此項(xiàng)工藝的改進(jìn)使米糠蛋白成本得到了有效控制。

2.9　米糠蛋白凝乳中和

經(jīng)水洗后的米糠蛋白凝乳pH在5～5.5之間，在此pH范圍內(nèi)，物料溶解性很低，功能特性、加工應(yīng)用特性均滿足不了要求。為此，需將米糠蛋白凝乳中和至中性。水洗后的米糠蛋白凝乳經(jīng)泵輸送至中和罐后，加入10%的氫氧化鈉溶液，調(diào)整pH至7.0，充分?jǐn)嚢?h，使米糠蛋白凝乳中和充分。中和進(jìn)程采用間歇式倒罐中和，嚴(yán)格控制進(jìn)料量、中和保持時(shí)間、中和固形物濃度和中和pH是此過(guò)程中的關(guān)鍵[6]。

2.10　殺菌

為保證產(chǎn)品微生物指標(biāo)達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，確保產(chǎn)品的安全性和保質(zhì)期，本工藝需對(duì)中和液進(jìn)行殺菌，以確保最終產(chǎn)品的微生物指標(biāo)達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。殺菌工藝的種類主要包括巴氏殺菌、閃蒸殺菌、高溫殺菌等。結(jié)合產(chǎn)品物性及微生物指標(biāo)要求，本工藝采取植物蛋白加工過(guò)程普遍采用的閃蒸殺菌工藝。此工藝既保證了微生物指標(biāo)，同時(shí)最大限度保證了產(chǎn)品不會(huì)因?yàn)闊崽幚矶冃?。本工藝閃蒸殺菌系統(tǒng)采取全自動(dòng)控制，進(jìn)料量、溫度、物料液位全部采用自動(dòng)聯(lián)鎖，殺菌工藝連續(xù)、穩(wěn)定，產(chǎn)品性能指標(biāo)均勻一致。

2.11　噴霧干燥

植物蛋白通常的干燥方式主要有離心干燥、噴霧干燥兩種。離心干燥通常干燥產(chǎn)量低、塔體矮而粗、對(duì)輸送設(shè)備要求低、熱能消耗高、占地面積大的產(chǎn)品；壓力噴霧通常干燥產(chǎn)量高、塔體高而細(xì)、節(jié)省空間、熱能消耗低、對(duì)輸送設(shè)備要求較高、故障率低的產(chǎn)品。通過(guò)兩種工藝的對(duì)比，結(jié)合國(guó)內(nèi)外植物蛋白加工工藝，本工藝采用立式壓力噴霧干燥。

噴霧干燥過(guò)程是米糠蛋白制取過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，不僅決定產(chǎn)品干燥效果，而且對(duì)產(chǎn)品感觀、功能特性、產(chǎn)品成本、微生物指標(biāo)均有重要的影響。產(chǎn)品經(jīng)均質(zhì)機(jī)均質(zhì)后，經(jīng)高壓泵加壓至300kg，物料在高壓作用下，通過(guò)噴頭進(jìn)行霧化，同時(shí)空氣經(jīng)換熱器換熱后與物料混合，順流接觸換熱，在很短的時(shí)間內(nèi)水分蒸發(fā)，物料受熱強(qiáng)度低，保持了原有的特性而不被破壞。物料到達(dá)塔底后水分達(dá)到5%以下，經(jīng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入旋風(fēng)分離器進(jìn)行消風(fēng)，物料粉末通過(guò)風(fēng)送管道進(jìn)入集粉旋風(fēng)分離進(jìn)行粉末收集后，進(jìn)入保安振動(dòng)篩，然后經(jīng)除鐵器進(jìn)入成品入倉(cāng)，從而完成干燥及收集進(jìn)程。

2.12　混料及包裝

完成干燥的米糠蛋白粉，進(jìn)入成品混料，在混料倉(cāng)中每個(gè)班次的米糠蛋白粉充分混合，保持產(chǎn)品性質(zhì)的均一，產(chǎn)品經(jīng)混料后進(jìn)包裝機(jī)進(jìn)行包裝。產(chǎn)品包裝采用自動(dòng)包裝機(jī)，自動(dòng)計(jì)量、自動(dòng)封口后，輸送到產(chǎn)品庫(kù)，產(chǎn)品指標(biāo)見(jiàn)附表。

附表　試生產(chǎn)獲得食用米糠蛋白產(chǎn)品情況

2.13　工藝流程

工業(yè)化米糠蛋白制取工藝流程見(jiàn)附圖。

附圖　工業(yè)化米糠蛋白制取工藝流程

3　新工藝關(guān)聯(lián)產(chǎn)品

3.1　米糠纖維素

經(jīng)過(guò)脫脂后的米糠含有30%～40%的膳食纖維。米糠作為一種產(chǎn)量大、綜合利用價(jià)值還不高的谷物加工副產(chǎn)品，是我國(guó)需優(yōu)先研究和開(kāi)發(fā)的膳食纖維源之一，而米糠半纖維素(RBH)有著廣泛的生理功能，早已引起國(guó)外谷物學(xué)家們的極大興趣[7]。米糠半纖維素能在大腸內(nèi)生成許多短鏈脂肪酸尤其是醋酸的大量生成，降低了腸內(nèi)的pH，能促進(jìn)和改善人體代謝。另外，它能在大腸內(nèi)誘導(dǎo)出大量的有益菌群，對(duì)于預(yù)防肝癌和大腸癌有重要作用[8]。

米糠纖維的制取工藝：堿法—分離—酶解—干燥。

4　結(jié)論

工業(yè)化利用脫脂米糠制取米糠蛋白目前尚屬新的課題，大規(guī)模工業(yè)化自動(dòng)控制制取米糠蛋白的工藝難免在具體實(shí)際工作中出現(xiàn)一些新的問(wèn)題。特別是該工藝在原料選擇方面要控制砷的含量。希望在米糠蛋白制取工藝方面，結(jié)合酶法和高溫噴射蒸煮等更先進(jìn)的技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)米糠蛋白的全面工業(yè)化制取，有效地提高米糠蛋白制取率，保持米糠蛋白的原有功能特性，使米糠蛋白更加科學(xué)地得到利用?！?/p>