專利名稱：利用內源蛋白酶同時生產豆類淀粉與植物分離蛋白的方法
技術領域：
本發明涉及豆類淀粉與分離蛋白的生產工藝，該工藝不同于傳統的亞硫酸法和微生物法，可同時生產豆類淀粉與分離蛋白。
背景技術：
淀粉生產的化學原理就是通過適當的方法分解蛋白質，把淀粉從蛋白質的重重包圍中釋放出來。多年來，淀粉生產技術一直沿用兩種經典工藝以玉米淀粉為代表的西方工業化方法，是借助亞硫酸的化學作用使淀粉顆粒表層的蛋白質溶解脫離；以綠豆淀粉為代表的中國傳統酸漿法，是通過乳酸菌的作用脫除淀粉顆粒表層的蛋白質層。二者原理不同、生產方法、生產規模以及對自然環境的依賴程度都不同，實際上代表的是東西方文化差異。
西方人把玉米看作工業原料，利用化學工業技術進行加工，得到的產品仍作為工業原料，分別用于食品、化工、紡織、造紙、醫藥等工業領域。生產過程以科學研究為基礎，形成大規模自動化生產線，各工序均有嚴格的工藝條件控制；成品、半成品都有嚴格的質量標準；全部生產過程充滿嚴密的科學依據與管理規范，個人的作用被充分淡化。中國人把豆類、薯類、玉米等作物視為糧食，加工后的產品直接作為食品，生產過程只被作為烹飪技術的延伸，操作者的經驗發揮關鍵作用；加工過程對季節、地理環境的依賴都無法避免，生產過程充滿神秘感，技藝高超的師傅往往具有傳奇色彩。
盡可能完全地分離和脫除淀粉周圍的蛋白質成分，是生產高品質淀粉和淀粉產品(例如粉絲)的關鍵。生產過程中，淀粉顆粒、細胞壁、種皮、部分不溶蛋白質都是固體，它們的比重及粒徑都很接近，這種物料實施固-固分離具有很大難度，所以生產過程中如直接采用固-固分離來使蛋白質與淀粉分離更為困難。
西方研究人員對淀粉生產的工藝學、化學原理及實施設備的研究很深入，已經形成完整的自動化生產體系。技術關鍵是利用亞硫酸作用使蛋白質微粒溶解或分散成膠體溶液，蛋白質與淀粉之間的分離由固-固分離轉變成固-液分離。由于亞硫酸作用是徹底的化學反應，因而在工業化生產中可以保證產品質量的穩定。亞硫酸方法生產淀粉已有近150年歷史，當前主要用于玉米淀粉的生產。在我國常被發現帶來淀粉中二氧化硫的殘留及生產環境的污染，尤其是近幾年來淀粉中的二氧化硫超標的現象履見報端，可見該方法對工藝的要求之高。
中國傳統的酸漿法生產綠豆淀粉，由于巧妙地利用微生物作用使比重與粒徑十分接近的淀粉與蛋白質微粒分別凝聚并沉淀，解決了二者的分離問題。但是中國的酸漿法依賴微生物，而發酵又依賴自然環境，所以情況要比化學反應復雜，更需憑借操作師傅的經驗，這就造成生產不穩定，產率、質量的波動難于控制，人為的操作技能在此發揮至關重要的作用。因此國內研究重點一直追求的是解釋這一現象和找到更有效的菌種，近幾十年我國科技工作者力求解釋總結生產過程中的原理，重點是對微生物作用機制的探索，其中最高成就是北京大學生物系1973年的研究成果，得到國內外的認同。
由于西方不注意豆類淀粉的生產與研究，國內借鑒西方研究成果的機會不多，科技工作者對中國傳統產品和技術的研究也始終難形成熱點。因此中國傳統工藝未能很好總結和提高。另一方面，酸漿法生產淀粉過程中會造成蛋白質資源浪費和環境的污染，同樣是長期留給社會的難題。

發明內容
在研究了國內外淀粉生產的特點和有待解決的技術問題的基礎上，本發明提供了一種可同時生產豆類淀粉和分離蛋白的工藝方法，該工藝不同于亞硫酸法和微生物法，既免除了亞硫酸法帶來的二氧化硫殘留之害，同時可充分回收目前大都被浪費了的蛋白質資源，不僅可同時生產淀粉和植物分離蛋白產品，還降低了環境污染。
本發明的工藝方法包括如下過程1)利用豆類內源酶使豆類原料發生第一級酶解反應，反應溫度30-55℃，物料的pH值自動下降后繼續反應1-2小時，然后調整物料(已經完成第一級酶解反應)的pH到高于其含有的蛋白成分的等電點，使蛋白質充分溶解，分別收取粗淀粉和蛋白乳液；2)上述蛋白乳液繼續保溫進行第二級酶解反應至pH值到達蛋白等電點附近時離心分離，收集沉淀蛋白和酸性乳清；3)利用酸性乳清使第一級酶解反應后的粗淀粉繼續發生第三級酶解反應，酶解溫度30-55℃，酶解完成后脫除酸性蛋白乳清液，收集精制淀粉。
本發明者認為淀粉生產的化學原理就是把淀粉顆粒從蛋白質的重重包圍中釋放出來。如綠豆中含有四分之一蛋白質，包括清蛋白、球蛋白和谷蛋白，其中，清蛋白溶于水、球蛋白在水中呈分散狀態，谷蛋白不溶于水，這三種狀態蛋白的存在會影響淀粉的分離精制過程。
更為復雜的是淀粉的顆粒結構，豆類淀粉(綠豆、豌豆、蠶豆、紅小豆等)存在著單粒與復粒結構，如綠豆淀粉顆粒為腎形，與綠豆外型相似，有一個“臍”狀的凹陷，顆粒表面有一層黏液狀透明黏膜，通過蛋白質染色法(如雙縮脲法、考馬斯亮藍法)可以證明這層薄膜含蛋白質，而數十粒淀粉單粒又聚合并包圍一層透明硬膜構成橢球形復粒，長徑約30-50微米。在豆類中淀粉是以復粒狀態存在的。一個常見的例子是，豆類直接蒸煮再破碎、漂洗可生產豆沙，原理就是加熱使這層復粒膜變性并固化，完整保存了復粒結構，復粒中的單粒淀粉在加熱過程中未充分膨脹和解體糊化，因此不存在回生現象，保持著完整復粒結構的豆沙，干燥狀態下有很好的流散性，吸水狀態下有很好的涂抹性和可口的潤滑感，成為東方人喜愛的食品。
豆沙的生產原理就是完整保護了淀粉復粒結構，而生產淀粉的原理首先要徹底破壞復粒結構，破壞復粒外膜與單粒外黏膜，使淀粉充分游離。
單粒與復粒外膜主要成分是蛋白質，與淀粉相比，含量比較小，但比表面積很大。膜狀蛋白質無論與豆類中總蛋白質相比，還是在成品淀粉中的殘留量都很低，但它對淀粉生產過程，淀粉成品質量和粉絲的質量都產生巨大影響。
在加工生產淀粉過程中，通常是首先采用離心或沉降方法將淀粉與蛋白質分離，由于未除盡蛋白膜的淀粉粒比重與蛋白質接近，用離心法難于分離；而自然沉淀法得到的淀粉層中混有蛋白質和帶膜淀粉，無法形成堅實的淀粉層，稍加攪動淀粉層即上浮，無法分離出純凈淀粉，而中層蛋白沉淀中也混有大量帶膜淀粉粒，造成“跑粉”，沒除盡外膜的單粒淀粉還會黏結成團，形狀如青蛙卵，可在水中自由漂動，無法進入沉淀層。
用未除盡外膜的淀粉制作粉絲，不晶瑩透明，無光澤，不耐煮。因為膜狀蛋白質阻礙了糊化淀粉的連續性和結晶的完整性，就如混凝土中混入了許多塑料薄膜的碎片，造成混凝土結構的支離破碎。
因此生產淀粉與粉絲的關鍵是充分去除淀粉顆粒表面的蛋白質。西方工業化方法是借助亞硫酸的化學作用腐蝕溶解并剝除這些蛋白質，這種化學反應是徹底的，所以可以保證產品質量的穩定。中國的酸漿法依賴微生物，而發酵又依賴自然環境，所以情況要比化學反應復雜，更需憑借操作師傅的經驗，這就造成生產不穩定；產率、質量的波動難于控制，人為的操作技能在此起至關重要的作用。
因為任何種子發芽生長都是依靠其自身的酶系統，本發明的方法則是借助被加工對象自身的生命活力來完成各種成分的分解過程。具體地，本發明的關鍵是利用了其中的蛋白酶使豆類中的蛋白質水解變成可溶性蛋白質，以使蛋白質與淀粉之間的固-固分離轉變為固-液分離，淀粉顆粒表面的蛋白膜也在此過程中脫落。經該固-液分離可得到淀粉和蛋白乳液，前者稱為粗淀粉，后者經進一步酶解反應，待pH值降至蛋白質等電點附近，再經離心分離得到分離蛋白，此時剩余的乳清液含有乳清蛋白和活力很強的酶，再用該乳清液與先期得到的粗淀粉繼續反應，可以徹底溶解剝離淀粉顆粒表面殘留的蛋白膜得到精淀粉，剩余的乳清蛋白乳液既可作為蛋白酶在其他場合使用，也可加熱或濃縮提取蛋白產品。
在充分研究了淀粉的結構和與蛋白質的關系及分離機理的基礎上，本發明提出了一種完全不同于目前公知和普遍采用的兩種典型工藝的生產方法，利用了豆類原料的內源蛋白酶，并控制工藝條件，通過三級酶解反應，可同時得到精制的豆類淀粉和分離蛋白。
根據本發明的優選方案，所述豆類內源酶是指豆類原料自身所含的各種酶，它們在發生酶解反應之前被激活，或，至少是其中的蛋白酶被激活。即，根據本發明的優選方案，可以先采用任何可行的方法使原料中的蛋白酶被激活活化(例如申請人的在先專利ZL 02157397.2中所描述的蛋白水解酶的激活方法，本申請引入ZL 02157397.2全文作為參考)，然后控制其第一級酶解反應，也可以直接采用經浸泡、磨漿處理的原料漿液(本發明稱淀粉漿，俗稱“粕子”)先令其中的蛋白酶活化，然后完成第一級酶解反應。
所以，本發明的方法還可包括采用如下方法激活原料自身蛋白酶使豆類原料發生第一級酶解反應，分離得到粗淀粉和蛋白乳液1)自然活化豆類原料加水粉碎(最好先經浸泡)后的淀粉漿于30-55℃攪拌反應，蛋白酶可自動活化，當pH值開始下降時說明酶被激活；2)“接種”活化向原料淀粉漿(原料豆加水磨碎)中加入其中蛋白酶已被活化的淀粉漿、活化蛋白乳液或活化酸性乳清作為“種液”，或加入蛋白酶制劑(如植物蛋白酶木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等；動物蛋白酶胃蛋白酶、胰蛋白酶等；各種微生物蛋白酶枯草桿菌蛋白酶AS1·398等)于30-55℃攪拌使原料中的蛋白酶活化，而所用“種液”的物料種類可以與原料豆相同或不同，此法可以加快活化速度；
3)連續活化使待活化的淀粉漿進入酶解反應器，被反應器中的已活化的淀粉漿激活，同時等速排出完成第一級酶解反應的活化淀粉漿，而酶解反應連續進行，使生產可連續化。
本發明的工藝尤其適用于利用豆類原料生產淀粉和分離蛋白的技術，所述豆類原料可以包括綠豆、豌豆、蠶豆、紅豆或蕓豆等。分別得到的淀粉和分離蛋白作為食品和某些化學工業的原料。采用本發明工藝，前期對于原料豆的處理過程與傳統工藝沒有實質區別，例如先期進行泡豆和磨漿等，得到的漿狀物本發明稱為淀粉漿，然后對該淀粉漿實施酶解。與傳統工藝相同，原料豆的處理一般不需要脫皮，但是發明人的研究結果發現，當采用綠豆作為原料制取分離蛋白和綠豆淀粉時，優選使用脫皮后的綠豆。發明人的研究揭示，純凈的綠豆分離蛋白粉為淡黃色，有光澤，外觀優于大豆分離蛋白粉，而未脫皮綠豆作為原料生產的分離蛋白為灰暗的綠色，如果對產品有較高要求的話，這種綠豆分離蛋白幾乎無法在工業與食品中使用。產生這種現象的原因首先是因為綠豆種皮中含有色素，會使分離蛋白染色；其次綠豆種皮中還含有鞣酸(或稱單寧)，綠豆磨碎后鞣酸溶出，會降低甚至會破壞酶活力，還會使清蛋白、球蛋白凝固變成絮狀懸浮物，增大了液相的內部阻力，使淀粉沉降困難；再者，鞣酸還使淀粉顆粒表面蛋白膜固化，強化了淀粉粒表面的蛋白膜，導致剝離困難，因此綠豆中鞣酸的存在是生物酶法生產優質精淀粉的重大障礙。采用脫皮后的綠豆則避免這些問題的出現。而豌豆等其他豆類原料的種皮中單寧和色素含量很少，不脫皮直接使用不會影響淀粉和蛋白的質量。
所以，本發明的實施具有很多現有技術所不具有的優點1、它可以不依賴化學材料和微生物，無需二氧化硫等化學物質和特定微生物，而是利用植物自備的酶系統，它是真正的生物技術，沒有人為污染，成本也很低；2、可同時生產淀粉與分離植物蛋白，與酸漿法相比，增加了高附加值產品，減少了蛋白質資源的浪費；3、生產不再依賴自然環境和個人的經驗，可以形成連續化的大規模工業生產，有利于制定嚴格的工藝條件及成品與半成品的質量標準；4、生產過程中的酶活化、固-液分離、蛋白質沉出、粗淀粉精制等工序均可在固定的反應容器中連續進行，每個反應器都可以連續進出料，便于生產設備與工藝過程的自動化控制，形成自動化生產線；5、本工藝仍可延用傳統的手工操作與自然沉降分離法，傳統的手工操作經驗仍可發揮一定作用，也就是說，應用本發明的原理，生產設備可土可洋，適用于不同規模投資者的應用。


圖1是本發明生產工藝的一個具體實施方案的工藝流程圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的優選實施方案進行詳細說明酶活化和第一級酶解反應原料豆加水浸泡后進行粗研磨成為本發明所述的淀粉漿，該粗研磨可以是如傳統工藝中使用針磨、粉碎機等對原料破碎。
粗研磨后的淀粉漿經酶活化可發生第一級酶解反應，該過程可以是控制溫度30-55℃，維持攪拌，觀察物料的pH開始下降，說明酶被激活，繼續保溫攪拌1-2小時，完成第一級酶解。
前面已經介紹，也可以向新研磨的淀粉漿中加入已酶活化的淀粉漿、或分離出淀粉的蛋白乳(淀粉乳液分離出淀粉后的蛋白液)、或分離出蛋白質的乳清(酸沉蛋白質后的清液，其中含有酶及可溶性糖)均可立即激活淀粉漿中的蛋白酶，加入量可以是原料淀粉漿的1/10至1/5體積，此法可使酶激活速度加快，繼續維持攪拌進行酶解反應，可使淀粉漿全部被激活和第一級酶解反應時間縮短為1.5小時左右。
在工業化生產中也可以采用連續激活并酶解反應的方法，在前一批次淀粉漿完成酶活化反應后，用同等速度連續排出完成酶解反應的淀粉漿，并加入新磨的待活化和酶解的淀粉漿，形成連續反應。這種方法可以將激活與酶解時間縮短為1小時，并使生產連續化(即反應罐中物料交換周期為1小時)。
本發明上述工藝的實施基礎是，浸泡過的豆類，其中的酶已初步活化，但在細胞或組織內的酶依照自然規律，活化速度很慢，而磨碎釋放后的酶在適應的溫度下可以很快活化；若采用“接種”活化，釋放出的尚未活化的蛋白酶可以被已活化的任何蛋白酶迅速激活，大大縮短了活化和酶解反應周期，應用于工業生產。反應罐的容量、數量可根據產量、反應所需時間計算確定。
根據本發明優選的工藝，在淀粉漿酶激活反應后增加一次精磨，例如，使用膠體磨對酶反應后的漿液再次研細。酶反應過程中纖維素網膜及淀粉復粒外膜被軟化或部分溶解，精磨可充分破壞復粒外膜，釋放淀粉單粒，同時充分粉碎纖維素網膜，減少其對淀粉粒的“窩藏”，因為纖維素膜的凸凹結構使淀粉粒有了許多藏身之地，造成漿渣分離不徹底。
本發明方法的用水量比酸漿法大大降低，如前所述，單寧使蛋白質變性，絮凝，增大液體內部阻力，防礙淀粉沉降，為減小阻力，酸漿法中采用加大用水量來降低蛋白質濃度，以便淀粉順利沉降。本發明工藝對于含單寧的成分(綠豆皮)事先給予脫除，去除了單寧干擾，又經酶解促使蛋白質溶解，使原工藝中的淀粉(固體)-蛋白質(固體)-可溶性蛋白和糖類(液體)分離過程轉化為固體-液體分離(淀粉與蛋白質溶液)使分離工藝大大簡化，加水量也因此降低。酸漿法加水約為原料豆的20-25倍，而本方法可降至8-10倍。這也是本發明的又一個特點。
豆類中的各種酶在浸泡過程中已經逐漸活化，但速度很慢，不足以在加工過程中發揮主導作用，因此應該進一步激活，并且活化的纖維素酶可以使豆渣軟化，利于后續的精粉碎，活化的蛋白酶會發揮幾項功能a、使豆類子葉中的蛋白質充分溶出。特別是溶解性、分散性差的谷蛋白，經酶解反應可提高它的溶出率，提高蛋白質的總利用率。
豆科植物中按溶解度分級的蛋白質比例如下表(各種蛋白的溶解度變化從大到小清蛋白-球蛋白-谷蛋白)

引自《植物蛋白》，G諾頓 科學出版社 1983可見，在綠豆中谷蛋白占總蛋白質29％，簡單的水提取方法會造成這部分蛋白的部分損失。
b、酶解反應使球蛋白充分溶解或分散(其粒徑遠遠小于淀粉)。這樣淀粉與蛋白質之間的固-固分離充分轉化為固-液分離，否則淀粉中混入較多蛋白質，不便用離心分離方法，自然沉降時也會出現淀粉與蛋白質的混合層。
c、酶的活化可腐蝕軟化淀粉復粒外膜，再經后續的精磨工序使淀粉充分釋放。粗磨過程中復粒外膜因吸水軟化，大部分被破壞，但仍有較多完整復粒，其密度小于淀粉，接近蛋白質，所以在酸漿法生產過程中復粒會混入蛋白層造成“跑粉”，復粒混入淀粉層會使沉淀層不堅實，與水分離時也會造成淀粉流失，酶解反應會軟化或脫落復粒外膜，再經過精磨的強烈機械作用，使之全部脫落，充分釋放出單粒淀粉，提高了淀粉的收率。
前面已經介紹，蛋白酶的激活活化可以有三種方法，自然激活方法依各類豆類原料所需活化時間可能有所不同，一般經2-3小時即可自動活化；“接種”活化法新磨碎的淀粉漿(子葉加水磨碎的漿狀物)中加入1/10-1/5體積的已活化的淀粉漿，或分離出淀粉的蛋白乳(淀粉乳液分離出淀粉后的蛋白液)，或分離出蛋白質的乳清，或者加入適量的蛋白酶制劑，均可立即激活淀粉漿中的蛋白酶，此法可使激活速度加快，使全部激活和第一次酶反應時間縮短為1.5小時；
連續激活和酶解反應方法即淀粉漿完成酶活化反應后，用同等速度從反應器中連續排出完成酶解反應的淀粉漿，并等速加入新磨的淀粉漿，反應器的加入、排出口相反(例如，上進下出或下進上出)，如此形成連續反應。這種方法可以將激活與酶解反應時間縮短為1小時，并使生產連續化(即反應罐中物料交換周期為1小時)。
酶解后淀粉漿的過濾分離發明人在試驗摸索中發現，酶解后淀粉漿液的組成很復雜，給分離帶來很多困難，也對淀粉質量產生重要影響，所以此分離過程不是簡單的固-液分離。分析其中的固體成分，纖維素主要是子葉中分隔淀粉復粒與蛋白質的網膜，破壞前為擠壓形成的多面體結構，破碎后多為凹凸不平的片狀或半球形，經精磨后大多數為100-200微米的不定形片狀物，還有少量20-100微米的片狀纖維，這種復雜的外型在過濾時會交織在一起形成致密的濾餅，水和溶于水的蛋白可以順利通過，而淀粉顆粒則難通過，會有較多淀粉粒截留在濾餅中。另外仍有少量未被破壞的復粒，粒徑與比重都與纖維相似；單粒淀粉表面的黏膜狀蛋白在此工序如果未除盡，單粒淀粉黏結到一起形成青蛙卵狀的團粒，比重及外徑也與復粒相似，它們也會截留在濾餅中；淀粉漿的pH值如接近蛋白等電點，其中的蛋白質為微絮狀，更加大料液黏度和內阻力，并阻塞濾餅中的微孔，更會降低過濾效率。
另一方面，酶解反應后的淀粉漿經過膠體磨精磨，可使殘留的復粒破碎，被軟化的纖維素進一步被切割，減少原有的凹凸面或半球形結構，破壞豆渣中“窩藏”淀粉粒的空間。一級酶解后的淀粉漿pH值可降至5-6或更低，此時蛋白質雖然充分從組織中溶出，卻因pH值低而呈微絮狀，過濾分離豆渣時造成濾餅密實、水和淀粉通過不暢，因此必須使其充分溶解或分散，使淀粉更順利通過濾餅。優選對第一級酶解反應后的物料先經膠體磨精磨并除渣后再分離粗淀粉和蛋白乳液。
本發明的創造性就是通過酶解淀粉漿先溶解蛋白成分，使淀粉與蛋白的分離轉化為固-液分離，所以此時要求漿液的pH高于蛋白的等電點，使蛋白質充分溶解，然后進行漿渣分離去除纖維素，并收取粗淀粉和蛋白混合乳液，經沉淀或離心分離得到粗淀粉和蛋白乳液。該調整酶解產物pH值的操作可以在對酶解后的漿液進行除渣前或除渣后完成，但是建議在對豆渣實施過濾分離之前將料液pH值調至弱堿性，以高于所包含的所有蛋白成分的等電點為最低標準，一般可調整pH到大約6.0-10.0，使蛋白質完全溶解，淀粉漿的黏度降低，濾餅疏松，提高分離效果。
本發明工藝優選對精磨后的物料進行一次以上的過濾來分離除渣，先篩除粒徑大的粗渣，再進一步過濾篩除細渣。可以采用多級過濾方法對精磨后的漿液實施過濾除渣，例如曲篩，或者二元或三元組合的振動篩。考慮到操作成本，可使用三層濾網的三元振動篩，例如使用40-80-120目組合(也可選用其他組合，根據精磨效果而定)，每一層濾網上都不會形成質密的濾餅，如40目濾網只截留40目以上粗渣，渣內孔隙不會存留大量細渣，形成順暢通道，使淀粉和細渣通過，加之篩網振動可以形成不固定的濾餅。多級過濾，克服物料自身造成的相互阻塞，提高淀粉的通過率，料液在網上存留時間也縮短，提高了工作效率。
除渣后收取的濾液進行分離操作，分別收取粗淀粉和蛋白乳液，而濾渣用水洗滌，洗滌后的水沉降進一步分出粗淀粉后可用于原料豆的磨漿。分離后的豆渣經水洗后再多級分離，這樣經過一次水洗，豆渣中殘留淀粉即可達到原工藝多次水洗的效果。
通過濾網的濾液含淀粉和少量微絮狀蛋白質及細小纖維，會造成后期淀粉沉淀或離心分離的困難，并降低淀粉與粉絲質量，可使用200-250目振動篩過濾一次，篩上物中包括細小纖維，未破壞的復粒，粘結成蛙卵狀的淀粉團粒，這些篩上物可返回酶解反應罐。篩上物雖少，但不加清除卻會大大降低淀粉質量。
經200-250目過濾的淀粉乳液可直接用自然沉降法分離出淀粉，也可用離心機分離出淀粉，此種淀粉簡稱“粗淀粉”(因為淀粉單粒表面蛋白膜未除盡，需再與酸性蛋白乳清再次酶解反應完成淀粉精制)。分離淀粉后剩余的蛋白乳液，需經酸沉淀得到分離蛋白。
蛋白質酸沉反應(第二級酶解反應)分離出淀粉的蛋白乳液中(此時pH值因繼續酶解反應而降低至約為6.0-7.5)，蛋白質處于溶解狀態，在酸沉罐中繼續保溫(30-55℃)并攪拌，其pH值會不斷下降，待其降至等電點附近(pH值4.5-5.0)時，離心分離得到沉淀蛋白，再經水洗、中和、噴霧干燥得到豆類(綠豆或豌豆)的分離蛋白，其功能(如溶解性、乳化性、保水性等)，可與大豆蛋白互補，將成為有開發價值的新植物蛋白品種。綠豆蛋白也可不經噴霧干燥而生產其他食品。而酸沉淀也可在同一反應罐中連續進行，形成連續化生產。
蛋白酸沉后的液體(簡稱酸性乳清)主要含有乳清蛋白、糖類和蛋白酶，其中的蛋白酶正處于活性高峰期，本發明直接將其用于粗淀粉的精制。
粗淀粉精制(或稱第三級酶解反應)粗淀粉中除少量復粒淀粉外，尚有許多單粒淀粉的外膜未除盡，它會造成淀粉沉淀層的不堅實，水洗后難于沉降分離，還影響濕淀粉的外觀、色澤，干燥后的成品淀粉色澤灰暗無光，易結硬塊，難恢復成粉末，流散性也差，加工成粉絲則不耐煮，不晶瑩透明。此精制過程就是為徹底去除單粒淀粉外膜。把粗淀粉與酸性乳清保溫(30-55℃)攪拌進行第三級水解反應，此時可以令物料水解到底，即，理論上物料的pH值不再下降，在實際操作中可以控制當pH值下降到1-3時，進入進出料的等速反應階段，物料交換周期為1.0-1.5小時。經此次處理，可脫除粗淀粉中的殘余蛋白質，使淀粉外膜可完全除去，得到純凈的精淀粉。精淀粉干燥后潔白光亮(亞硫酸法處理的淀粉潔白而無光澤)，手捻酥脆立即成粉末，無顆粒感，有沙沙的聲響和摩擦感(不潤滑)，而未除盡蛋白膜的淀粉則沒有此種手感與聲響。
酶法處理得到的精淀粉無二氧化硫殘留，由于經過了二次酶處理，淀粉中蛋白質殘留量能達到國家標準，完全可以與酸漿法、亞硫酸法制取的淀粉等同。
需要說明的是，為便于表述，本發明采用“第一級酶解反應”、“第二級酶解反應”、“第三級酶解反應”的名稱來定義三個階段的反應，以清楚地揭示本發明的技術特征在于包括了三個階段的酶解反應，在實際生產中，這三個階段的稱謂及順序沒有嚴格要求，它們可以各自獨立，例如，生產開始一段時間后，有可能會三個階段工序同時進行或交叉進行，而精制淀粉時使用的乳清可以是前面生產批次中得到的，甚至可以是其它途徑得到的，只要其中的蛋白酶具有活性就可以用來處理粗淀粉。
附圖1描述了本發明工藝的一個具體實施過程，但不用于限定本發明的實施范圍。
實施例1脫皮的綠豆500克，清洗表面細粉后于45℃水中浸泡2小時，達到飽和吸水，用小型砂輪磨磨漿成為淀粉漿，細度盡可能提高。此淀粉漿再于40℃保溫并電動攪拌約2小時，觀察漿液的pH值開始下降，說明原料內源酶已被激活。繼續反應1小時再以膠體磨精磨，用0.1mol/l氫氧化鈉調pH值至約8.5，然后分別用40目、80目、120目標準篩依次過濾、除渣。
篩上殘留物合并，分別用約5倍水(2500毫升)洗滌兩次，每次都用三級過濾。濾液自然沉降，得到粗淀粉(I)，洗渣水作為下一批原料的浸泡用水；除渣后的篩下物料(淀粉與蛋白的混合漿料)靜置約1小時，淀粉全部沉淀，并且淀粉層堅實，分出上層的蛋白乳液(可用虹吸取出)，分別得到了粗淀粉(II)和蛋白乳液。
上述過程也可以是將經膠體磨精磨后的漿料先進行過濾除渣(對濾渣也可以進行洗滌沉降等，分出其中的少量粗淀粉)，此時淀粉漿過濾除渣后的濾液pH值為6.61，用0.1mol/l氫氧化鈉調pH值至約8.0，靜置1小時，淀粉全部沉降，淀粉層堅實，上層蛋白乳液可虹吸取出，淀粉層不產生上浮漂動，從而將粗淀粉(II)與蛋白乳液分離。
蛋白乳液在40℃水浴中保溫并攪拌2小時，pH值降至約4.7時，停止攪拌，靜置1小時任其沉降，底層為少量粗淀粉(III)，上層為蛋白清液，中層為白色絮狀蛋白，虹吸法取出上中層蛋白液，離心分離得到膏狀蛋白和上清液(簡稱酸性乳清)，膏狀蛋白經水洗再離心分離，調pH值至7.5后冷凍干燥，得到分離蛋白(淡黃色晶狀粉末)，因蛋白質量少而未進行噴霧干燥。
上述分離沉淀得到三部分粗淀粉合并，加入離心分離蛋白后的酸性乳清液，再次于45℃水浴中攪拌1小時，pH值自動降至3.75，靜置沉淀出淀粉，經二次水洗，于冰箱中放置過夜，再于50℃烘箱熱風干燥，得到干燥精制淀粉。
上述工藝流程可參考附圖1。
所得到的精淀粉潔白具有光澤及透明感，淀粉團干燥后為層狀結構，一觸即散，每層厚約6-7毫米，每層散落后為一束束針狀結構，手感酥脆，易成粉末，無顆粒感，手捻可產生吱吱聲。
產率500克脫皮綠豆得淀粉281.5克，得率56.5％；分離蛋白140.0克，得率28.0％；豆渣50.1克(10％)，潔白晶瑩，口感綿軟，可加工食用纖維(酸性乳清中所含可溶蛋白與糖類未計)。
淀粉外觀、散落性、色澤與酸漿法(取自酸漿法工廠產品)和二氧化硫法(自制對照樣)相比，都明顯優越。
實施例2浸泡后脫皮的綠豆800克及4升水，用砂輪磨研磨成淀粉漿液，加入500毫升另一次試驗存留的酸性蛋白乳清液作為“種液”，于42℃水浴中攪拌反應1小時，用氫氧化鈉溶液調pH值到8.0，用40-80-120目三層篩過濾。三層篩上豆渣合并，加水2升，仍用膠體磨精磨一次，再用三層篩過濾，渣合并，洗渣水自然沉淀1小時，淀粉全部沉淀切堅實，攪動水時淀粉不易浮起。
第一次過濾得到的淀粉和蛋白的混合乳液離心分離(1000rpm，3min)得到堅實淀粉層和蛋白乳液，淀粉層表面存在灰白色蛋白薄層，此粗淀粉與洗渣得到的粗淀粉合并，用另一批試驗存留的酸性乳清于45℃反應1小時(pH值降至2.3)，用200目篩過濾，再除去細渣，收集到精淀粉，經水洗得到潔白有光澤濕淀粉團，冰箱中放置過夜，再于55℃熱風烘干，得到如實施例1同樣的精淀粉。
離心除淀粉的蛋白乳液繼續于45℃攪拌反應到pH值4.5時，再離心分離得到分離蛋白，經水洗，中和到pH值7.5后冷凍干燥，得與實驗例1同樣的分離蛋白。
實施例3豌豆500克，室溫(15-20℃)浸泡48小時，加4升水用砂輪磨磨成細漿，加入400毫升已活化的綠豆蛋白乳(沉淀出淀粉的蛋白乳液)于45℃攪拌反應1.5小時，用氫氧化鈉溶液調pH值至大約8.0，并通過膠體磨精磨(間隙調至最細)，用40-80目二層篩過濾，濾渣合并，水洗(2升水)再次過濾，濾液自然沉降，1小時后得到堅實淀粉層(淀粉I)。
第一次過濾的淀粉蛋白乳液自然沉降1小時得到堅實的淀粉層(II)和蛋白乳，兩次淀粉合并，用另一批存留的酸性乳清于45℃攪拌反應1.5小時，用200目篩過濾除去殘渣，再次沉淀、水洗得到精淀粉，此淀粉與實施例1所得到綠豆淀粉相似，并有白中泛綠的光澤，有晶瑩透明感，干燥后有類似晶束的狀態，粉末流散性都與綠豆相似。
蛋白乳液于45℃攪拌反應pH值降到5.0時離心分離得到分離蛋白。條件同實施例1。
實施例4蠶豆300克室溫(18-25℃)浸泡48小時，吸水飽和后為585克，再與1500毫升水用組織搗碎機打漿，再加入300毫升綠豆酸性乳清，在43℃水浴中保溫并攪拌1.5小時，即第一級酶解反應，反應結束加0.1mol/l的氫氧化鈉調至pH值8.0左右，并用膠體磨精研磨后過濾去渣，選用40-100目兩層振動標準篩，此次濾液靜置使淀粉沉淀分離，并得到上層蛋白乳液。豆渣水洗兩次，洗出水合并，沉淀出淀粉。三次所得淀粉合并為粗淀粉。
首次沉淀分離出淀粉的蛋白乳液在43℃水浴中繼續攪拌反應，1.5小時后蛋白乳液pH值降到4.7，離心分離得分離蛋白和酸性乳清，分離蛋白經水洗、中和至pH值7.2，冷凍干燥，得到淡黃色碎片狀粉末，蛋白粉57.5克，收率19.2％。
粗淀粉與分離蛋白后的酸性乳清繼續攪拌保溫，當pH值降至1.0時停止反應，沉淀得到精淀粉，水洗并熱風(50℃)干燥，得到106克精淀粉，收率35.3％，淀粉松散易成粉末，潔白有光澤。
試驗例蛋白質殘留量是影響淀粉質量的重要指標，既影響淀粉的物理性質、顏色、光澤、粉末性質、結塊性，也影響粉絲的光澤、透明度、耐煮性(國家標準中淀粉的蛋白質殘留量≤0.4％)。蛋白質含量低的淀粉潔白，有光澤，干燥后不易結塊，有些甚至形成針形結晶狀的結塊，輕輕捻壓即成粉絲且有沙沙的感覺，而蛋白殘留高的色澤暗，結塊堅硬。
分別把取自工廠采用傳統酸漿法生產的綠豆淀粉、二氧化硫法制備的綠豆淀粉、實施例1方法制備的綠豆淀粉和實施例3方法制備的豌豆淀粉通過凱氏定氮法測定蛋白質殘留量，結果如下表

從上表可以看出，本發明方法制備的淀粉完全達到了國家標準，在品質上與傳統方法生產的淀粉相當，但是本發明方法在生產精制淀粉的同時還可得到分離蛋白，這是傳統方法所不能達到的。
權利要求
1.一種利用內源蛋白酶同時生產豆類淀粉與分離蛋白的方法，其包括如下過程1)利用豆類內源酶使豆類原料發生第一級酶解反應，反應溫度30-55℃，物料的pH值自動下降后繼續反應1-2小時，然后調整物料的pH值到高于其含有的蛋白成分的等電點，使蛋白質充分溶解，分別收取粗淀粉與蛋白乳液；2)上述蛋白乳液繼續保溫進行第二級酶解反應，至pH值到達蛋白等電點附近時離心分離，得到沉淀蛋白和酸性乳清；3)利用酸性乳清使第一級酶解反應后的粗淀粉繼續進行第三級酶解反應，酶解溫度30-55℃，酶解完成后去除酸性蛋白乳清液，得到精制淀粉。
2.權利要求1所述的方法，其中，所述豆類內源酶是指豆類原料自身所含有的酶，包括其相應的蛋白酶，且至少其中的蛋白酶在發生酶解反應之前被激活。
3.權利要求1或2所述的方法，其還包括采用如下方法激活原料自身蛋白酶使豆類原料發生第一級酶解反應，分離得到粗淀粉和蛋白乳液1)自然活化豆類原料加水粉碎后的淀粉漿于30-55℃攪拌反應，當pH值開始下降時說明酶被活化；2)“接種”活化向原料中加入其中蛋白酶已被活化的淀粉漿、或活化蛋白乳液或活化酸性乳清，或蛋白酶制劑，于30-55℃攪拌使原料中的蛋白酶活化；3)連續活化使待活化的淀粉漿進入酶解反應器，被反應器中的已活化的淀粉漿激活，同時等速排出完成第一級酶解反應的活化淀粉漿，而酶解反應連續進行。
4.權利要求1或2所述的方法，其中，第一級酶解反應后的物料先經精磨處理，經除渣后再分離粗淀粉和蛋白乳液。
5.權利要求1所述的方法，其中，所述第二級酶解反應至pH值到達蛋白等電點附近，離心分離出沉淀蛋白，經水洗、中和及干燥得到分離蛋白。
6.權利要求1所述的方法，其中，第三級酶解反應產物進行離心分離或自然沉降，脫除酸性蛋白乳清液，收集精制淀粉。
7.權利要求1所述的方法，其中，所述豆類原料包括綠豆、豌豆、蠶豆、紅豆、蕓豆或它們的混合物。
8.權利要求1、2或7任一項所述的方法，其中，所述豆類原料是脫皮后的綠豆。
9.權利要求4所述的方法，其中，第一級酶解反應后的物料精磨后進行一次以上的過濾以分離除渣；收取的濾液進行分離操作，分別收取粗淀粉和蛋白乳液，濾渣用水洗滌，洗滌后的水沉降分出粗淀粉后用于原料豆的磨漿。
10.權利要求4或9所述的方法，其中，調整第一級酶解反應后物料的pH到蛋白成分的等電點以上的操作是在物料的除渣前或除渣后完成。
全文摘要
本發明提供了一種利用內源蛋白酶同時生產豆類淀粉和分離蛋白的方法，使原料在其自身所含有的蛋白酶作用下首先發生第一級酶解反應，并調整反應后物料的pH使其中的粗淀粉與蛋白分離乳液；蛋白乳液繼續進行第二級酶解反應至等蛋白電點附近，經分離收集沉淀蛋白和酸性乳清；該酸性乳清再用于使粗淀粉發生第三級酶解反應，得到精制淀粉。本發明方法通過三級酶解反應，在得到符合國家標準的豆類淀粉的同時，還得到了分離蛋白，減少了蛋白資源的浪費，完全不同于傳統的酸漿法和二氧化硫法，并且有利于在保證產品質量的前提下實現工業化生產。
文檔編號C12P21/00GK1737157SQ200510093850
公開日2006年2月22日 申請日期2005年8月31日 優先權日2005年8月31日
發明者鮑魯生, 陳雪松, 叢小甫 申請人:北京市食品研究所