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可比擬的低過敏和生物效價高等特性。工業(yè)化米糠蛋白的制取，是國內(nèi)外食品工業(yè)技術(shù)上的一個新的突破[1-2]。

1　米糠蛋白質(zhì)的營養(yǎng)特性

中國米糠的產(chǎn)量在1 400萬t左右，其中米糠蛋白約200萬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)中罕見的長壽因子谷胱甘肽。在人體內(nèi)，米糠蛋白有傳遞氨基酸的作用，可與過氧化物發(fā)生反應(yīng)，具有保護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。脫脂米糠輸送采用風(fēng)力輸送系統(tǒng)，經(jīng)引風(fēng)機吸入上料管道，經(jīng)振動篩去除雜質(zhì)后進入暫存?zhèn)}，篩上物經(jīng)管道單獨包裝；粉塵通過旋風(fēng)分離器和布袋過濾器進行收集后進入暫存?zhèn)}，粉塵收集率可達99%以上。暫存?zhèn)}內(nèi)物料經(jīng)連續(xù)計量秤后進入水化罐進行水化(水溫15℃)。

2.2　一次浸出

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

一次分離：分離過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的大豆蛋白具有分子量小、粘度低的特點，因此采用普通的分離機難以保證產(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。通過對國內(nèi)外分離機的反復(fù)實驗，選用德國維斯法利亞的臥式分離機作為一次分離的設(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，物料經(jīng)分離后固相進入二次浸出罐進行二次浸出，液相進入米糠浸出液罐。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，需進行二次浸出以提取殘留的蛋白質(zhì)。米糠渣進入二次浸出罐后，連續(xù)加入浸出水，同時加入氫氧化鈉調(diào)整pH至9.2，混合物經(jīng)1h的浸提后，進入二次分離進程，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進行分離，二次分離機采用德國維斯法利亞的臥式分離機進行分離，分離后的部分固相物質(zhì)經(jīng)螺旋輸送機輸送至管束干燥機進行干燥，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)分離液泵輸送進入在線混合器，同時鹽酸經(jīng)精密計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)進入酸沉分離機內(nèi)進行分離。

2.6　酸沉分離

酸沉分離根據(jù)米糠蛋白的特性，通過比較仍選定德國維斯法利亞的高分離因數(shù)臥式分離機用于酸沉工序的分離。分離過程：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，經(jīng)分離機分離后，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備中和。

2.7　水洗

分離機分離出來的固體物質(zhì)稱為凝乳。一次分離凝乳顏色略深，蛋白含量偏低，同時灰分也偏高。為提高蛋白純度，本工藝的制定過程中采用水洗工序，很好地解決了上述問題，蛋白凝乳經(jīng)水洗后，灰分可下降2個百分點，蛋白含量可提高2個百分點左右。

水洗分離機的分離效果至關(guān)重要，常規(guī)的臥式分離機因其分離因數(shù)較低很難達到分離效果。經(jīng)與國內(nèi)外分離廠家共同實驗比較，本工藝采用國外進口、性能經(jīng)改進的高分離因數(shù)立式分離機，成功地在米糠蛋白水洗液中分離出米糠蛋白，回收達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，進入精分離進程。

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行精分離回收。通過長期的實驗，成功地從分離液中提取出米糠蛋白，此項工藝的改進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，充分攪拌1h，使米糠蛋白凝乳中和充分。中和進程采用間歇式倒罐中和，嚴格控制進料量、中和保持時間、中和固形物濃度和中和pH是此過程中的關(guān)鍵[6]。

2.10　殺菌

為保證產(chǎn)品微生物指標達到國家相關(guān)標準要求，確保產(chǎn)品的安全性和保質(zhì)期，本工藝需對中和液進行殺菌，以確保最終產(chǎn)品的微生物指標達到合格標準。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要求，本工藝采取植物蛋白加工過程普遍采用的閃蒸殺菌工藝。此工藝既保證了微生物指標，同時最大限度保證了產(chǎn)品不會因為熱處理而變性。本工藝閃蒸殺菌系統(tǒng)采取全自動控制，進料量、溫度、物料液位全部采用自動聯(lián)鎖，殺菌工藝連續(xù)、穩(wěn)定，產(chǎn)品性能指標均勻一致。

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、節(jié)省空間、熱能消耗低、對輸送設(shè)備要求較高、故障率低的產(chǎn)品。通過兩種工藝的對比，結(jié)合國內(nèi)外植物蛋白加工工藝，本工藝采用立式壓力噴霧干燥。

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

2.12　混料及包裝

完成干燥的米糠蛋白粉，進入成品混料，在混料倉中每個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)混料后進包裝機進行包裝。產(chǎn)品包裝采用自動包裝機，自動計量、自動封口后，輸送到產(chǎn)品庫，產(chǎn)品指標見附表。

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、綜合利用價值還不高的谷物加工副產(chǎn)品，是我國需優(yōu)先研究和開發(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)化自動控制制取米糠蛋白的工藝難免在具體實際工作中出現(xiàn)一些新的問題。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的技術(shù)方法，實現(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。◇