專利名稱：：一種飼用小麥水解蛋白的工業(yè)化生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及植物蛋白的綜合開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種飼用小麥水解蛋白的工業(yè)化生產(chǎn)方法，屬飼料添加劑生產(chǎn)
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：小麥面筋蛋白，俗稱谷朊粉，是以小麥為原料，經(jīng)水洗、分離、干燥工序提取的一種純天然谷物蛋白。它含有人體必須的15種氨基酸，是營(yíng)養(yǎng)豐富的植物蛋白資源，吸水后的濕面筋可保持原有的自然活性和天然物理狀態(tài)，具有粘性、彈性、延伸性、薄膜成型性和吸脂乳化性、并具有清淡醇香或略帶谷物品味等多種獨(dú)特的物理特性。小麥蛋白主要由麥醇溶蛋白、麥谷蛋白、麥球蛋白、麥清蛋白等組成。麥醇溶蛋白(約占總含量的40-50%)是一大類具有類似特性的蛋白質(zhì)，分子量在25,000-100，000之間，平均相對(duì)分子量為40,000，單鏈，分子呈球狀，水合時(shí)粘性極大。麥谷蛋白(約占總含量的30-40%)是一類不同組合的蛋白質(zhì)，多鏈，分子為纖維狀。相對(duì)分子量變化在100,000至數(shù)百萬(wàn)之間，平均相對(duì)分子量為3,000,000，具有較強(qiáng)的彈性。醇溶蛋白和麥谷蛋白構(gòu)成面筋蛋白，占小麥蛋白總量的80%。谷朊粉中蛋白質(zhì)含量在7080%(干基)，此外還含有510%的脂質(zhì)，少量碳水化合物及礦物質(zhì)，其他成分與面筋蛋白相同。目前世界谷朊粉產(chǎn)量約50萬(wàn)噸，我國(guó)的產(chǎn)量也達(dá)到十幾萬(wàn)噸，其中食品行業(yè)占67%,飼料占20%，工業(yè)應(yīng)用占7%，其它占6%。小麥谷朊粉作為一種天然植物蛋白質(zhì)，具有廣泛的用途。雖然谷朊粉前景廣闊，用途廣泛,氨基酸組成合理并含有高含量的谷氨酰胺，但由于小麥蛋白的特性，蛋白質(zhì)分子量較大，含有較多的疏水性氨基酸和不帶電荷的氨基酸，分子內(nèi)疏水作用區(qū)域較大，溶解度低，尤其是在中性區(qū)域內(nèi)溶解性很差，遇水后易形成面筋狀物質(zhì)，黏度大，在有些行業(yè)的應(yīng)用效果不理想或是應(yīng)用范圍受到一定限制。如小麥蛋白粉直接在動(dòng)物飼料中應(yīng)用，由于仔豬的腸道還發(fā)育不完全，胃蛋白酶分泌不足，消化利用率較低，導(dǎo)致飼養(yǎng)效果不理想。若經(jīng)過特殊的、定向的改性處理后，小麥蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)楦呋钚缘男》肿宇愇镔|(zhì)，其溶解性及消化利用率大大提高，將會(huì)極大改善該產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外食品、醫(yī)藥、保健品及高檔仔豬、畜禽、水產(chǎn)及寵物飼料中的應(yīng)用價(jià)值。小麥水解蛋白作為一種優(yōu)質(zhì)的無(wú)抗原植物性蛋白源，在歐洲等國(guó)家廣泛應(yīng)用于乳仔豬料、高檔水產(chǎn)料、犢牛代奶粉及寵物飼料中。其特點(diǎn)是具有很高的谷氨酰胺含量(高達(dá)30%)，文獻(xiàn)資料表明在應(yīng)激或限詞條件下(仔豬斷奶時(shí))，谷氨酸鹽是主要的限制性因素，斷奶仔豬飼喂人工合成的谷氮酸鹽，可改善小腸消化道形態(tài)(小腸絨毛結(jié)構(gòu))，改善免疫應(yīng)答。雖然國(guó)內(nèi)有廠家在使用該產(chǎn)品，但該產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)尚無(wú)工業(yè)化生產(chǎn)。小麥水解蛋白是以天然的植物蛋白為原料經(jīng)改性而成，是綠色安全植物蛋白產(chǎn)品，既能克服血漿蛋白同源性的生物安全問題，又可避免大豆蛋白遭遇轉(zhuǎn)基因的貿(mào)易壁壘，不存在應(yīng)用上的限制。國(guó)外最新研究表明，用水解等生化處理谷朊粉制得水解蛋白飼料對(duì)仔豬有很高的消化率，無(wú)抗?fàn)I養(yǎng)因子，可促進(jìn)仔豬腸道絨毛的發(fā)育，獲得較高的飼料轉(zhuǎn)化效率，可替代昂貴的噴霧干燥血漿蛋白(2.5%8%)。目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)水解脫脂大豆、棉粕的研究較多，關(guān)于酶法改性小麥面筋蛋白的研究報(bào)道較少。Drago等(Faomingpropertiesofenzymatiallyhydrolysedwheatgletun,CerealSci，2000,32:114—135)采用真菌蛋白酶水解熱處理過的谷朊粉發(fā)現(xiàn)，谷朊粉溶解度隨著水解度(DH)增加而增加，但起泡性在超出一定DH范圍時(shí)將被破壞。趙冬艷等(糧食與飼料工業(yè)，2005年第11期，23—25)利用木瓜蛋白酶對(duì)谷朊粉乳化性進(jìn)行改良的結(jié)果表明谷朊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)11.0%，酶濃度25uL/g谷朊粉，pH7.0,反應(yīng)時(shí)間2h,反應(yīng)溫度55'C是木瓜蛋白酶提高谷朊粉乳化性最佳水解條件，此時(shí)，水解度為3.5%,溶解度和乳化性明顯提高。齊軍茹等(鄭州工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2001年04期，48—51)采用中性蛋白酶水解小麥面筋蛋白，并研究了控制水解小麥蛋白，表明控制性水解大大提高了小麥蛋白的功能特性。趙冬艷等(糧食與飼料工業(yè)，2003年08期，39一41)用堿性蛋白酶(Alcalase)來(lái)改善小麥蛋白的功能性，研究了小麥蛋白濃度、酶濃度、pH值、加熱時(shí)間及溫度對(duì)小麥蛋白乳化性的影響，并在此基礎(chǔ)上通過正交實(shí)驗(yàn)，探索堿性蛋白酶提高小麥蛋白功能性的最佳條件。測(cè)得改性前小麥蛋白溶解度為7.67%,在改性的最佳條件下其溶解度則為20.76%,由此可見，小麥蛋白的溶解度經(jīng)Alcalase水解后得到極大提高；在小麥蛋白改性得到最佳乳化效果時(shí)，其水解度為3.2%。黃繼紅等(食品與發(fā)酵工業(yè)，2004，30(1):92—94)對(duì)采用酶法水解小麥蛋白生產(chǎn)生物活性肽進(jìn)行了探索性研究，認(rèn)為酶法水解是提高小麥蛋白食品功能的有效途徑，可以將蛋白質(zhì)改性到所期望的功能特性。由上述報(bào)道可知，目前酶法水解小麥蛋白的相關(guān)研究均停留在實(shí)驗(yàn)室階段，沒有進(jìn)行進(jìn)一步的放大試驗(yàn)研究，也沒能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，酶制劑采用單一成份較多。通過酶法改性進(jìn)行工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)飼用小麥水解蛋白產(chǎn)品還未見報(bào)道。小麥面筋蛋白經(jīng)酶法改性生成小麥功能蛋白是動(dòng)物蛋白的理想替代品，在動(dòng)物養(yǎng)殖方面具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)潛力。
發(fā)明內(nèi)容為滿足市場(chǎng)需求，本發(fā)明目的在于提供一種采用復(fù)合蛋白酶水解飼用小麥蛋白的新方法，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，技術(shù)方案如下根據(jù)小麥谷朊粉的特性和動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)的特點(diǎn)，利用化學(xué)和酶法對(duì)小麥面筋蛋白進(jìn)行改性處理，從制約小麥蛋白水解的五個(gè)因素(固液比、PH值、酶濃度、溫度和時(shí)間)入手探討了各因素對(duì)小麥面筋蛋白酶法水解的影響，在正交實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上得到工藝條件，經(jīng)中試和工業(yè)化生產(chǎn)試驗(yàn)得到飼用小麥水解蛋白產(chǎn)品。產(chǎn)品富含谷氨酰胺，大多以小肽的形式存在，分子量小于2000道爾頓的小肽占到60%以上，其中小于1000道爾頓的小肽占到50%以上。該飼用小麥水解蛋白產(chǎn)品具體通過以下步驟制備得到1)稱取小麥面筋蛋白粉，在反應(yīng)釜中與10"50'C溫水混合，加入堿性蛋白酶進(jìn)行溶解，其加入量為20—50U/g小麥面筋蛋白粉；2)調(diào)節(jié)pH值5.0""10.0，加入復(fù)合酶制劑，使其在溶液中的質(zhì)量百分濃度為0.2%—1.4%，在溫度30"7(TC，水解l一13h;3)而后進(jìn)行酶滅活和過濾脫色處理，采用進(jìn)風(fēng)溫度130—160'C，出風(fēng)溫度60—85'C,均質(zhì)壓力10—30MPa進(jìn)行噴霧干燥，得粉狀小麥水解蛋白。小麥面筋蛋白粉與水的重量比為l:2-10;水解所用復(fù)合酶制劑為堿性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶以l:1^2:0.1"0.5:0.1~0.2重量份復(fù)配而成的小麥水解專用復(fù)合酶。調(diào)節(jié)pH值所用的酸或堿分別為鹽酸、硫酸、磷酸、檸檬酸、氫氧化鈉或氫氧化鉀。脫色所用的脫色劑為活性炭，其添加量為小麥面筋蛋白粉重量的1—4%。最佳工藝條件為小麥面筋蛋白粉與水的重量比為1:5;酶在溶液中質(zhì)量百分濃度為0.6%，水解溫度40'C，pH值6.5,水解時(shí)間4h。本發(fā)明采用多種酶協(xié)同作用、多步驟聯(lián)合處理的方法水解小麥蛋白。該工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品是以農(nóng)副產(chǎn)品為原料進(jìn)行的深加工轉(zhuǎn)化產(chǎn)品，附加值大，生產(chǎn)過程中無(wú)三廢產(chǎn)生，環(huán)保清潔。該生產(chǎn)線設(shè)備配置先進(jìn)、生產(chǎn)工藝科學(xué)合理，綜合生產(chǎn)能力強(qiáng)，產(chǎn)量、收率高，達(dá)到9挑。生產(chǎn)穩(wěn)定，產(chǎn)品氮可溶解指數(shù)穩(wěn)定在90%以上，乳化性和乳化穩(wěn)定性均超過80%，各項(xiàng)性能指標(biāo)較谷朊粉有明顯提高和改善。與傳統(tǒng)方法相比生物酶法由于水解條件溫和，衛(wèi)生安全，保持了原有氨基酸組成營(yíng)養(yǎng)不損失，水解物鹽分低，口感醇厚；而傳統(tǒng)加工方法通常采用用酸堿水解，容易造成營(yíng)養(yǎng)成分損失,水解無(wú)特異性，副反應(yīng)多(產(chǎn)生有毒有害物三氯丙醇等)，衛(wèi)生安全等問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1和表2:表1本發(fā)明生產(chǎn)的小麥水解蛋白與小麥面筋蛋白理化分析結(jié)果對(duì)照<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2本發(fā)明生產(chǎn)的小麥水解蛋白與小麥面筋蛋白部分肽分子量分布結(jié)果分子量范圍本發(fā)明生產(chǎn)的小麥進(jìn)口小麥水解蛋白產(chǎn)小麥面筋蛋白水解蛋白產(chǎn)品品峰面積百分比(％,峰面積百分比(％,峰面積百分比(％，入入220nm)入220nm)220nm)5000~30007.789.017.613000—20004.036.233.822000—100010.2210.064.391000—50017.9211.002.8950—13033.0317.095.28注以上數(shù)據(jù)為樣品可溶性部分檢測(cè)所得分子量結(jié)果本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)在于結(jié)合小麥面筋蛋白的特性和動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)特點(diǎn)，通過多種酶協(xié)同作用、多步驟聯(lián)合處理的方法進(jìn)行水解小麥蛋白試驗(yàn)，開發(fā)出了新型小麥水解蛋白產(chǎn)品。經(jīng)過連續(xù)的中試試驗(yàn)和規(guī)模生產(chǎn)驗(yàn)證，能實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)5000噸生產(chǎn)能力。產(chǎn)品經(jīng)不同飼料生產(chǎn)單位配制后在乳豬、仔雞、犢牛、水產(chǎn)養(yǎng)殖等飼料中添加應(yīng)用，具有日采食量增加(適口性好)、降低腹瀉率、增強(qiáng)免疫力、減緩斷奶應(yīng)激、降低料肉比、提高生長(zhǎng)性能等優(yōu)點(diǎn)和明顯效果。本發(fā)明生產(chǎn)的飼用小麥水解蛋白產(chǎn)品與谷朊粉相比具有如下特點(diǎn)(1)經(jīng)過改性處理后，蛋白質(zhì)由不溶于水變?yōu)榭扇?，提高了消化利用率，消化率達(dá)到96%以上，可與奶粉或其它同類物質(zhì)配比直接飲用；(2)蛋白質(zhì)中的大分子蛋白被水解為小分子蛋白，大多以小肽的形式存在，分子量小于2000道爾頓的小肽占到60%以上，其中小于1000道爾頓的小肽占到50%以上，更利于幼齡動(dòng)物吸收；(3)氨基酸組成齊全，其中谷氨酰胺含量高達(dá)28%以上，且多以寡肽形式存在，在腸道內(nèi)易于吸收，谷氨酰胺能修復(fù)受損傷腸粘膜并維持腸道結(jié)構(gòu)和功能的完整，促進(jìn)免疫細(xì)胞的增生和免疫活性物質(zhì)的合成，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能，提高抗病能力；(4)具有特殊的風(fēng)味和良好的誘食效果；(5)蛋白質(zhì)含量高，乳化性及乳化穩(wěn)定性好,便于和其它物質(zhì)搭配使用，起到協(xié)同增效作用。本發(fā)明生產(chǎn)的飼用小麥水解蛋白與血漿蛋白粉相比具有以下優(yōu)勢(shì):a.含量豐富的谷氨酰胺在仔豬斷奶的特殊生理時(shí)期具有重要意義，對(duì)乳豬腸道形態(tài)的維護(hù)是血漿蛋白粉所不具備的；b.作為一種功能性植物蛋白源，不存在任何生物安全性問題；c.克服了血漿蛋白粉存在的差異性及貨源不穩(wěn)定性問題。本發(fā)明生產(chǎn)的飼用小麥水解蛋白原料充足,生產(chǎn)工藝穩(wěn)定,可保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性。d.克服了血漿含有較高的動(dòng)物脂肪，易氧化變質(zhì)影響飼料的適口性問題。具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1稱取小麥面筋蛋白粉1000kg,在反應(yīng)釜中與6000kg4CTC溫水混合，加入堿性蛋白酶進(jìn)行溶解，其加入量為20U/g小麥面筋蛋白粉；然后用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值7.5，加入復(fù)合酶制劑，使其在溶液中質(zhì)量百分濃度為0.3%，在溫度40'C水解8h;、而后進(jìn)行酶滅活和過濾脫色處理，采用進(jìn)風(fēng)溫度160'C,出風(fēng)溫度85°C,均質(zhì)壓力30MPa進(jìn)行噴霧干燥，制得產(chǎn)品。水解所用復(fù)合酶制劑為堿性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶以1:1:0.2:0.2重量份復(fù)配而成。過濾脫色采用活性炭，其添加量為小麥面筋蛋白粉重量的2%，在50—90°C脫色處理10—130min。實(shí)施例2稱取小麥面筋蛋白粉1000kg,在反應(yīng)釜中與7000kg35'C溫水混合，加入堿性蛋白酶進(jìn)行溶解，其加入量為40U/g小麥面筋蛋白粉;；然后用氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH值7.0，加入復(fù)合酶制劑，使其在溶液中質(zhì)量百分濃度為0.2%，在溫度45'C水解6h;而后進(jìn)行酶滅活和過濾脫色處理，采用進(jìn)風(fēng)溫度150'C，出風(fēng)溫度75'C，均質(zhì)壓力25MPa進(jìn)行噴霧干燥，制得產(chǎn)品。水解所用復(fù)合酶制劑為堿性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶以1:1.5:0.3:0.1重量份復(fù)配而成。過濾脫色采用活性炭，其添加量為小麥面筋蛋白粉重量的3%，在50"90'C脫色處理10—130min。實(shí)施例3稱取小麥面筋蛋白粉1000kg，在反應(yīng)釜中與5000kg40'C溫水混合，加入堿性蛋白酶進(jìn)行溶解，其加入量為25U/g小麥面筋蛋白粉；然后用磷酸調(diào)節(jié)pH值6.5，加入復(fù)合酶制劑，使其在溶液中質(zhì)量百分濃度為0.6%，在溫度40'C水解4h;而后進(jìn)行酶滅活和過濾脫色處理，采用進(jìn)風(fēng)溫度160'C，出風(fēng)溫度8(TC,均質(zhì)壓力20MPa進(jìn)行噴霧干燥，制得產(chǎn)品。水解所用復(fù)合酶制劑為堿性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶以h1.3:0.5:0.1重量份復(fù)配而成。過濾脫色采用活性炭，其添加量為小麥面筋蛋白粉重量的4%，在50—90'C脫色處理10—130min。實(shí)施例4稱取小麥面筋蛋白粉1000kg,在反應(yīng)釜中與6500kg35。C溫水混合，加入堿性蛋白酶進(jìn)行溶解，其加入量為30U/g小麥面筋蛋白粉；然后用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值7.0,加入復(fù)合酶制劑，使其在溶液中質(zhì)量百分濃度為0.8%,在溫度45'C水解6.5h;而后進(jìn)行酶滅活和過濾脫色處理，采用進(jìn)風(fēng)溫度155'C,出風(fēng)溫度83°C，均質(zhì)壓力26MPa進(jìn)行噴霧干燥，制得產(chǎn)品。水解所用復(fù)合酶制劑為堿性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶以h1.8:0.4:0.2重量份復(fù)配而成。過濾脫色釆用活性炭，其添加量為小麥面筋蛋白粉重量的3%，在50—90。C脫色處理10—130min。以上所用原料均為市售品，各種酶購(gòu)于Novozymes公司、北京東華強(qiáng)盛生物技術(shù)有限公司、南寧龐博生物工程有限公司等。權(quán)利要求1.一種飼用小麥水解蛋白的工業(yè)化生產(chǎn)方法，其特征在于，由以下步驟制得1)稱取小麥面筋蛋白粉，在反應(yīng)釜中與10-50℃溫水混合，加入堿性蛋白酶進(jìn)行溶解，其加入量為20-50U/g小麥面筋蛋白粉，小麥面筋蛋白粉與水固液重量比1∶2-10；2)調(diào)節(jié)pH值5.0-10.0，加入復(fù)合酶制劑，使其在溶液中質(zhì)量百分濃度為0.2％-1.4％，在溫度30-70℃，水解1-13h；3)而后進(jìn)行酶滅活和過濾脫色處理，采用進(jìn)風(fēng)溫度130-160℃，出風(fēng)溫度60-85℃，均質(zhì)壓力10-30MPa進(jìn)行噴霧干燥，得粉狀小麥水解蛋白。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的飼用小麥水解蛋白的工業(yè)化生產(chǎn)方法，其特征在于，復(fù)合酶制劑為堿性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶以1:l一2:0.l—0.5:0.l—0.2重量比復(fù)配而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飼用小麥水解蛋白的工業(yè)化生產(chǎn)方法，其特征在于，調(diào)節(jié)pH值所用的酸或堿分別為鹽酸、硫酸、磷酸、檸檬酸、氫氧化鈉或氫氧化鉀。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的飼用小麥水解蛋白的工業(yè)化生產(chǎn)方法，其特征在于，脫色劑為活性炭，其添加量為小麥面筋蛋白粉重量的1一4%，脫色時(shí)在50~90。C處理10—130min。5.根據(jù)權(quán)利要求l-4任何一種所述的飼用小麥水解蛋白的工業(yè)化生產(chǎn)方法，其特征在于，優(yōu)化工藝條件為小麥面筋蛋白粉與水的重量比為1:5;加入復(fù)合酶制劑，使其在溶液中質(zhì)量百分濃度為0.6%，水解溫度4(TC，pH值6.5,水解時(shí)間4h。全文摘要本發(fā)明公開了一種飼用小麥水解蛋白的工業(yè)化生產(chǎn)方法，屬飼料添加劑生產(chǎn)
技術(shù)領(lǐng)域：
。該方法通過多種酶協(xié)同作用、多步驟聯(lián)合處理的方法，以小麥面筋蛋白粉與水固液重量比1∶10-1∶2，加入復(fù)合酶，使其在溶液中質(zhì)量百分濃度為0.2-1.4％，于溫度30-70℃，pH值5.0-10.0，水解1-13h；而后進(jìn)行過濾、脫色、干燥等工序制得飼用小麥水解蛋白產(chǎn)品。與傳統(tǒng)方法相比水解條件溫和，衛(wèi)生安全，保持了原有氨基酸組成營(yíng)養(yǎng)不損失，水解物鹽分低，口感醇厚，產(chǎn)量、收率高，達(dá)到98％。在乳豬、仔雞、犢牛、水產(chǎn)養(yǎng)殖等飼料中添加應(yīng)用試驗(yàn)表明其具有日采食量增加、降低腹瀉率、增強(qiáng)免疫力、減緩斷奶應(yīng)激、提高生長(zhǎng)性能等優(yōu)點(diǎn)和明顯效果。文檔編號(hào)A23K1/00GK101627793SQ20091006561公開日2010年1月20日申請(qǐng)日期2009年7月31日優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日發(fā)明者張子峰,張新武申請(qǐng)人:鄭州新威營(yíng)養(yǎng)技術(shù)有限公司