脱镉大米蛋白及其制备方法
阅读说明：本技术 脱镉大米蛋白及其制备方法 (Cadmium-removed rice protein and preparation method thereof ) 是由 赵强 游洋 熊华 谢明勇 刘欢 饶世平 刘胜国 于 2021-08-04 设计创作，主要内容包括：本发明提出脱镉大米蛋白及其制备方法,涉及大米精深加工技术领域。所述制备方法,包括如下步骤：(1)将大米去除杂质后粉碎过筛,得大米粉；(2)将上述大米粉用正己烷进行脱脂,得脱脂大米粉；(3)将上述脱脂大米粉分散于水中,碱提,离心,得上清液；(4)调节上述上清液pH至4.5～5.0后,静置,离心,得沉淀；(5)将上述沉淀透析,一次干燥,得大米蛋白；(6)将上述大米蛋白分散于酸溶液中,调节温度至80～90℃,脱酰胺处理；(7)将脱酰胺处理后的大米蛋白透析,二次干燥,得脱镉大米蛋白。该方法操作简单,绿色环保,成本较低,应用价值高,适宜大规模的推广和应用。(The invention provides cadmium-free rice protein and a preparation method thereof, and relates to the technical field of rice deep processing. The preparation method comprises the following steps: (1) removing impurities from rice, pulverizing, and sieving to obtain rice flour; (2) defatting the rice flour with n-hexane to obtain defatted rice flour; (3) dispersing the defatted rice flour in water, alkali extracting, and centrifuging to obtain supernatant; (4) adjusting the pH value of the supernatant to 4.5-5.0, standing, and centrifuging to obtain a precipitate; (5) dialyzing the precipitate, and drying for the first time to obtain rice protein; (6) dispersing the rice protein in an acid solution, adjusting the temperature to 80-90 ℃, and performing deamidation treatment; (7) dialyzing the rice protein after deamidation treatment, and drying for the second time to obtain the cadmium-removed rice protein. The method is simple to operate, environment-friendly, low in cost, high in application value and suitable for large-scale popularization and application.)
技术领域
本发明涉及大米精深加工技术领域，具体涉及脱镉大米蛋白及其制备方法。
背景技术
大米蛋白(rice protein)的品质在谷类蛋白中被公认为最佳，其营养价值高，可与鸡蛋、牛乳、牛肉相媲美。大米蛋白含有丰富的必需氨基酸，第一限制性氨基酸赖氨酸的含量高于其他谷类，且氨基酸组成模式与WHO/FAO的推荐模式相接近，易于被人体消化吸收。与其他谷类蛋白相比，大米蛋白的生物价(BV)和蛋白质利用率(PER)更高，生物价可高达77。
由于从土壤到植物的转化系数很高，镉已成为人类食物中常见的污染物。据研究，大米中镉主要以无机型赋态形式存在。大米蛋白作为大米的深加工产品，在传统的加工过程中，并不能使镉含量降低。相反，在传统大米蛋白提取过程中，随着大米中淀粉的脱离，大部分镉会以无机型镉和大米蛋白结合富集在大米蛋白中，进一步成为大米蛋白产品中的重金属污染，其含量甚至会远超过原来大米中镉的含量。因此，如何将大米蛋白中镉脱除已成为当前大米及其深加工制品行业迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种脱镉大米蛋白，解决现有大米蛋白镉含量过高的问题，所得大米蛋白的镉含量低于0.1mg/kg，远低于国家标准中规定的食品中镉的限量，安全可靠。
本发明提出一种脱镉大米蛋白的制备方法，包括如下步骤：
(1)将大米去除杂质后粉碎过筛，得大米粉；
(2)将上述大米粉用正己烷进行脱脂，得脱脂大米粉；
(3)将上述脱脂大米粉分散于水中，碱提，离心，得上清液；
(4)调节上述上清液pH至4.5～5.0后，静置，离心，得沉淀；
(5)将上述沉淀透析，一次干燥，得大米蛋白；
(6)将上述大米蛋白分散于酸溶液中，调节温度至80～90℃，脱酰胺处理；
(7)将脱酰胺处理后的大米蛋白透析，二次干燥，得脱镉大米蛋白。
进一步地，步骤(1)中，所述粉碎过筛为过60～120目筛。
进一步地，步骤(2)中，大米粉与正己烷的质量体积比为1g：5～10mL。
进一步地，步骤(3)中，脱脂大米粉与水的质量体积比为1g:10～20mL。
进一步地，步骤(3)中，碱提的pH为11.0～12.0；步骤(3)中，碱提的时间为3h。
进一步地，步骤(4)中，添加盐酸溶液调节pH，所述盐酸溶液的浓度为0.5～1mol/L；
步骤(4)中，静置的时间为0.5～1h。
进一步地，步骤(6)中，所述所得大米蛋白分散于柠檬酸溶液中质量体积比为1g:10～15mL。
进一步地，步骤(6)中，酸溶液包括柠檬酸溶液、盐酸溶液、苹果酸溶液中至少一种；所述酸溶液的浓度为0.06～0.10mol/L。
进一步地，步骤(6)中，所述脱酰胺处理的时间为120～180min。
进一步地，步骤(5)和(7)中，一次干燥、二次干燥为真空冷冻干燥；
所述真空冷冻干燥的温度为-40～-50℃。
本发明还提出上述任一制备方法制备得到的脱镉大米蛋白。
本发明具有以下优势：
本发明提出的脱镉大米蛋白的制备方法，通过对大米进行柠檬酸脱酰胺处理，使得大米蛋白中的镉可以和酸根离子络合形成可溶性物质，能去除百分之九十以上的镉，可有效的解决大米蛋白镉含量超标而不宜食用的问题。同时，酸浸泡蛋白温度较高的情况下，可以对大米蛋白进行脱酰胺处理，从而提高大米蛋白的溶解性，大米蛋白乳化活性，大米蛋白乳化稳定性，大米蛋白起泡活性，大米蛋白起泡稳定性等功能特性。该方法操作简单，绿色环保，成本较低，应用价值高，适宜大规模的推广和应用。
具体实施方式
为了便于理解，以下结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
大米蛋白是一种过敏性低、营养价值高的植物蛋白，大米蛋白中80％以上为难溶性的谷蛋白，由于其溶解性差而影响其功能特性，包括乳化性与乳化稳定性、起泡性与起泡稳定性及持水持油性等其它加工性能，从而限制了大米蛋白在食品上的广泛应用，使大米蛋白难以在食品中得到进一步应用，为了使大米蛋白在食品工业领域中能够得到更为广泛的应用，因而需要针对其溶解度等功能进行改性。
本发明一实施例提出一种脱镉大米蛋白的制备方法，包括如下步骤：
(1)将大米去除杂质后粉碎过筛，得大米粉；
(2)将上述大米粉用正己烷进行脱脂，得脱脂大米粉；
(3)将上述脱脂大米粉分散于水中，碱提，离心，得上清液；
(4)调节上述上清液pH至4.5～5.0后，静置，离心，得沉淀；
(5)将上述沉淀透析，一次干燥，得大米蛋白；
(6)将上述大米蛋白分散于柠檬酸溶液中，调节温度至80～90℃，脱酰胺处理；
(7)将脱酰胺处理后的大米蛋白透析，二次干燥，得脱镉大米蛋白。
本发明实施例通过对大米进行柠檬酸脱酰胺处理，使得大米蛋白中的镉可以和酸根离子络合形成可溶性物质，从而达到脱镉的效果。同时，酸浸泡蛋白温度较高的情况下，可以对大米蛋白进行脱酰胺处理，从而提高大米蛋白的溶解性，大米蛋白乳化活性，大米蛋白乳化稳定性，大米蛋白起泡活性，大米蛋白起泡稳定性等功能特性，解决了大米蛋白在食品工业中应用的局限性。
本发明一实施例中，步骤(1)中，所述粉碎过筛为过60～120目筛。
本发明一实施例中，步骤(2)中，大米粉与正己烷的质量体积比(g/mL)为1：5～10。也即，大米粉与正己烷的质量体积比为1g：5～10mL。
本发明一实施例中，脱脂后将大米粉中残留正己烷挥发，便于后续处理。
本发明一实施例中，步骤(3)中，脱脂大米粉与水的质量体积比(g/mL)为1:10～20。也即，脱脂大米粉与水的质量体积比为1g:10～20mL。
本发明一实施例中，步骤(3)中，碱提的pH为11.0～12.0；添加NaOH溶液调pH；所述NaOH溶液浓度为0.5～1mol/L；步骤(3)中，碱提的时间为3h。
本发明实施例中，大米蛋白中有80％以上的蛋白可以溶于碱溶液，强碱性条件下大米蛋白溶解度较高，但是高碱会使非蛋白物质溶解，影响蛋白产品的品质。另外，蛋白质在碱环境下，其某些氨基酸如赖氨酸与丙氨酸或肤氨酸之间发生缩合反应，生成有毒物质，赖氨酸营养价值大大降低，且成品颜色深,味道苦，食用性差。所以在碱提时选择合适的pH值十分重要。
本发明一实施例中，步骤(4)中，添加盐酸溶液调节pH，所述盐酸溶液浓度为0.5～1mol/L。步骤(4)中，静置时间为0.5～1h。
本发明实施例中，大米蛋白有在等电点条件下溶解度很低的特性，可以通过调节分散体系的pH将蛋白质与淀粉和纤维素分离出来。
本发明一实施例中，步骤(6)中，所述所得大米蛋白分散于柠檬酸溶液中质量体积比(g/mL)为1:10～15。也即，所述所得大米蛋白分散于柠檬酸溶液中质量体积比为1g:10～15mL。
本发明一实施例中，步骤(6)中，酸溶液包括柠檬酸溶液、盐酸溶液、苹果酸溶液中至少一种；所述酸溶液的浓度为0.06～0.10mol/L。优选的，步骤(6)中，所述酸溶液为柠檬酸溶液。所述柠檬酸溶液的浓度为0.06～0.10mol/L。
本发明一实施例中，步骤(6)中，所述脱酰胺处理的时间为120～180min。
本发明一实施例中，步骤(5)和(7)中，一次干燥、二次干燥为真空冷冻干燥。所述真空冷冻干燥的温度为-40～-50℃。
下面将结合实施例详细阐述本发明。
需要指出，下述实施例中，质量体积比的单位为g/mL。
实施例1一种脱镉大米蛋白的制备方法，包括如下步骤：
原料：镉超标大米(江西省恒顶食品有限公司采样)，镉含量为0.38mg/kg。
(1)大米预处理：将100g大米去除杂质后粉碎过80目筛；
(2)脱脂：将步骤(1)所得过筛大米粉以质量体积比1：5分散于正己烷，搅拌机搅拌4h，进行脱脂处理，脱脂后将大米粉中残留的正己烷挥发干，即得脱脂大米粉；
(3)碱提：将步骤(2)所得脱脂大米粉1:10质量体积比分散于水中，得大米粉分散液，搅拌，同时向大米粉分散液内添加0.5mol/LNaOH溶液调pH至11.0，持续搅拌下进行碱提3h，4000rpm离心15min，保留上清液；
(4)酸沉制取：向步骤(3)中所得上清液内添加0.5mol/L盐酸溶液调节pH至4.5后，静置0.5h，4000rpm离心15min，保留沉淀；
(5)一次干燥：将步骤(4)中所得沉淀透析，-40℃真空冷冻干燥，即得大米蛋白。
(6)脱酰胺处理：将步骤(5)中所得大米蛋白以质量体积比1:12.5分散于浓度0.08mol/L的柠檬酸溶液中，调节温度至85℃，脱酰胺处理150min。
(7)二次干燥：将步骤(6)中所得柠檬酸脱酰胺后的大米蛋白透析，-40℃真空冷冻干燥，即得高功能特性脱镉大米蛋白。
本实施例干燥后的大米蛋白粉经原子吸收法检测镉含量为0.03mg/kg。
实施例2一种脱镉大米蛋白的制备方法，包括如下步骤：
原料：镉超标大米(江西省恒顶食品有限公司采样)，镉含量为0.35mg/kg。
(1)大米预处理：将100g大米去除杂质后粉碎过100目筛；
(2)脱脂：将步骤(1)所得过筛大米粉以质量体积比1：10分散于正己烷，搅拌机搅拌4h，进行脱脂处理，脱脂后将大米粉中残留的正己烷挥发干，即得脱脂大米粉；
(3)碱提：将步骤(2)所得脱脂大米粉以质量体积比1:15分散于水中，得大米粉分散液，搅拌，同时向大米粉分散液内添加1.0mol/LNaOH溶液调pH至11.5，持续搅拌下进行碱提3h，4000rpm离心15min，保留上清液；
(4)酸沉制取：向步骤(3)中所得上清液内添加0.8mol/L盐酸溶液调节pH至5.0后，静置0.5h，4000rpm离心15min，保留沉淀；
(5)一次干燥：将步骤(4)中所得沉淀透析，-45℃真空冷冻干燥，即得大米蛋白。
(6)脱酰胺处理：将步骤(5)中所得大米蛋白以质量体积比1:15分散于浓度0.06mol/L的柠檬酸溶液中，调节温度至90℃，脱酰胺处理150min。
(7)二次干燥：将步骤(6)中所得柠檬酸脱酰胺后的大米蛋白透析，-45℃真空冷冻干燥，即得高功能特性脱镉大米蛋白。
本实施例干燥后的大米蛋白粉经原子吸收法检测镉含量为0.03mg/kg。
实施例3一种脱镉大米蛋白的制备方法，包括如下步骤：
原料：镉超标大米(江西省恒顶食品有限公司采样),镉含量为0.40mg/kg。
(1)大米预处理：将100g大米去除杂质后粉碎过120目筛；
(2)脱脂：将步骤(1)所得过筛大米粉以质量体积比1：10分散于正己烷，搅拌机搅拌4h，进行脱脂处理，脱脂后将大米粉中残留的正己烷挥发干，即得脱脂大米粉；
(3)碱提：将步骤(2)所得脱脂大米粉以质量体积比1:15分散于水中，得大米粉分散液，搅拌，同时向大米粉分散液内添加1.0mol/LNaOH溶液调pH至12.0，持续搅拌下进行碱提3h，4000rpm离心15min，保留上清液；
(4)酸沉制取：向步骤(3)中所得上清液内添加0.5mol/L盐酸溶液调节pH至4.8后，静置0.5h，4000rpm离心15min，保留沉淀；
(5)一次干燥：将步骤(4)中所得沉淀透析，-45℃真空冷冻干燥，即得大米蛋白。
(6)脱酰胺处理：将步骤(5)中所得大米蛋白以质量体积比1:10分散于浓度0.08mol/L的柠檬酸溶液中，调节温度至85℃，脱酰胺处理150min。
(7)二次干燥：将步骤(6)中所得柠檬酸脱酰胺后的大米蛋白透析，-45℃真空冷冻干燥，即得高功能特性脱镉大米蛋白。
本实施例干燥后的大米蛋白粉经原子吸收法检测镉含量为0.03mg/kg。
实施例4一种脱镉大米蛋白的制备方法，包括如下步骤：
原料：镉超标大米(江西省恒顶食品有限公司采样),镉含量为0.38mg/kg。
(1)大米预处理：将100g大米去除杂质后粉碎过120目筛；
(2)脱脂：将步骤(1)所得过筛大米粉以质量体积比1：10分散于正己烷，搅拌机搅拌4h，进行脱脂处理，脱脂后将大米粉中残留的正己烷挥发干，即得脱脂大米粉；
(3)碱提：将步骤(2)所得脱脂大米粉以质量体积比1:20分散于水中，得大米粉分散液，搅拌，同时向大米粉分散液内添加0.5mol/LNaOH溶液调pH至12.0，持续搅拌下进行碱提3h，4000rpm离心15min，保留上清液；
(4)酸沉制取：向步骤(3)中所得上清液内添加0.5mol/L盐酸溶液调节pH至4.8后，静置1.0h，4000rpm离心15min，保留沉淀；
(5)一次干燥：将步骤(4)中所得沉淀透析，-50℃真空冷冻干燥，即得大米蛋白。
(6)脱酰胺处理：将步骤(5)中所得大米蛋白以质量体积比1:12.5分散于浓度0.08mol/L的柠檬酸溶液中，调节温度至90℃，脱酰胺处理180min。
(7)二次干燥：将步骤(6)中所得柠檬酸脱酰胺后的大米蛋白透析，-50℃真空冷冻干燥，即得高功能特性脱镉大米蛋白。
本实施例干燥后的大米蛋白粉经原子吸收法检测镉含量为0.02mg/kg。
实施例5一种大米蛋白的盐酸脱酰胺方法
同实施例1，不同之处在于，镉超标米渣原料的镉含量检测结果为0.36mg/kg；步骤(6)中，步骤(5)所得大米蛋白以质量体积比1:12.5分散于浓度0.08mol/L的盐酸溶液中。
本对比例干燥后的大米蛋白粉经原子吸收法检测镉含量为0.12mg/kg。
实施例6一种大米蛋白的苹果酸脱酰胺方法
同实施例1，不同之处在于，镉超标米渣原料的镉含量检测结果为0.37mg/kg；步骤(6)中，步骤(5)所得大米蛋白以质量体积比1:12.5分散于浓度0.08mol/L的苹果酸溶液中。
本对比例干燥后的大米蛋白粉经原子吸收法检测镉含量为0.08mg/kg。
试验例1大米蛋白性能检测
分别采用原子吸收法测定镉含量，采用福林酚比色法测定溶解性，采用浊度法测定乳化性质，采用Miedzianka等方法测定起泡性质。将上述实施例未进行脱酰胺处理的大米蛋白与进行了脱酰胺处理的大米蛋白进行比对，结果见表1。
表1
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
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