酶法分离制备谷朊粉加工技术研究

摘要

谷朊粉俗称小麦面筋粉，是一种优质的谷物蛋白质。目前，分离制备谷朊粉多是在小麦面粉中加入大量水，然后通过反复搓洗得以实现，这种加工方法具有耗水量大，废水多，加工能耗高，所得谷朊粉质量差等缺点。所以寻找一种经济效益好、用水量小的加工方法一直是谷朊粉加工产业中研究的热点之一。
　　近年来，酶技术在食品工业中得到了广泛的应用，尤其在大米蛋白、大豆蛋白等谷物蛋白的分离方面已取得良好的成效，但还鲜见利用该技术分离谷朊粉的报道。本文基于此，以小麦面粉为原料，研究了酶法分离制备谷朊粉的酶解工艺、酶解机理、超滤纯化工艺，以及不同干燥条件对制备谷朊粉功能特性的影响等内容，以期寻找一种开发谷朊粉的方法。主要研究如下：
　　(1)在单因素试验基础上，利用Design-Expert7.1.6软件进行响应面设计，优化α-淀粉酶分离制备谷朊粉的工艺参数，并建立数学模型，结合建立的模型预测出最佳工艺参数为：加酶量2.58%，酶解温度58℃，酶解pH5.94，酶解时间4.0h，此时谷朊粉纯度的预测值为80.28%。结合经济效益和实际操作方便的考虑，对数据进行修正为：加酶量2.5%，酶解温度55℃，酶解pH6.0，酶解时间4.0 h，通过验证实验，测得实际谷朊粉的纯度值为77.57%，在此基础上测得谷朊粉的实际提取率为76.70%，表明模型的预测值与实际值基本吻合。
　　(2)在上述酶解的基础上，研究了底物浓度、酶浓度、pH及酶解温度对α-淀粉酶酶解小麦面粉反应速率的影响，并采用Lineweaver-Burk作图法和Wilkinson统计法求解酶解过程的动力学常数Km和vm，并建立酶解动力学方程。实验结果表明：在最佳pH6.0，温度60℃条件下，动力学常数Km为2.940mg/mL，vm为0.348 mg/mL·min，米氏方程为：v=0.348[S]/2.940+[S]
　　验证试验表明，方程预测值与实测值基本吻合。在30～60℃的条件下，酶解动力学方程为：
　　v=0.210·exp(-3755.4/RT)/6.887-exp(-2343/RT)+[S][E]总[S]
　　(3)以酶解液为对象，采用超滤纯化手段分离制备高纯度谷朊粉。通过正交试验研究了压力、pH、固液比、温度对蛋白质截留率、透过液总糖浓度和膜通量的影响，得到了最优的组合条件为压力0.25MPa，pH6.0，固液比3%，温度25℃；通过验证试验得到谷朊粉纯度为83.23%。对超滤传质过程进行研究，采用回归拟合得出了传质方程为：J=-17.9471nCb+44.851，分析传质方程可知，当超滤主体液的浓度达到12.17%时，膜通量就会变得很小，如若继续增大主体液的浓度已无太大的价值。
　　(4)以乳化性及乳化稳定性、起泡性及起泡稳定性、持水力及吸油性、溶解度等为考察指标，分析比较超滤纯化后湿面筋在热风干燥、真空干燥和冷冻干燥等三种不同干燥方式下所得谷朊粉的功能特性，并与市售谷朊粉相比较。实验结果表明：冷冻干燥所得谷朊粉乳化性及乳化稳定性分别为64.32%和60.43%，与热风干燥所得样品的38.35%和48.32%相差较大。真空干燥所得谷朊粉的起泡性及起泡稳定性分别为65.37%和63.25%，与热风干燥所得的样品的起泡性及起泡稳定性的48.45%和56.23%相差也较大。三种方法干燥所得谷朊粉的溶解度差异不大。真空干燥所得谷朊粉功能特性略优于市售谷朊粉，综合加工经济性考虑，其效果最优。

目录

文摘

英文文摘

致谢

插图清单

表格清单

第一章 前言

1.1 引言

1.2 谷朊粉的组成和特性

1.2.1 谷朊粉的组成

1.2.2 谷朊粉的功能特性

1.3 谷朊粉的应用

1.3.1 在食品工业中的应用

1.3.2 饲料工业中的应用

1.3.3 其它工业上的应用

1.4 谷朊粉的生产工艺

1.4.1 马丁法及其改良法

1.4.2 巴特法

1.4.3 雷西奥法

1.4.4 三相卧螺工艺

1.5 酶在蛋白分离中应用现状

1.6 研究意义与内容

1.6.1 研究意义

1.6.2 研究内容

第二章 谷朊粉酶法分离条件研究

2.1 材料与方法

2.1.1 主要试剂

2.1.2 主要仪器与设备

2.1.3 试验方法

2.2 结果与分析

2.2.1 温度对谷朊粉纯度影响

2.2.2 固液比对谷朊粉纯度影响

2.2.3 加酶量对谷朊粉纯度影响

2.2.4 时间对谷朊粉纯度影响

2.2.5 pH值对谷朊粉纯度影响

2.2.6 Box-Behnken试验及结果分析

2.2.7 方程的建立与显著性检验

2.2.8 响应面和等高线分析图

2.2.9 优化最佳工艺条件

2.3 本章小结

第三章 α-淀粉酶酶解小麦面粉动力学模型研究

3.1 材料与方法

3.1.1 主要试剂

3.1.2 主要仪器与设备

3.1.3 试验方法

3.2 结果与分析

3.2.1 pH值对酶解速率的影响

3.2.2 温度对酶解速率的影响

3.2.3 酶浓度对酶解速率的影响

3.2.4 底物浓度对反应速率的影响

3.2.5 酶解动力学研究

3.3 本章小结

第四章 超滤处理小麦粉酶解液纯化制取谷朊粉

4.1 材料与方法

4.1.1 主要试剂

4.1.2 主要仪器与设备

4.1.3 试验方法

4.1.4 各因素试验水平的选取及正交设计

4.1.5 超滤传质过程的研究

4.2 结果与分析

4.2.1 超滤正交试验结果

4.2.2 各因素水平的选取

4.2.3 验证试验

4.2.4 传质系数K和平衡浓度Cw的计算

4.3 本章小结

第五章 不同干燥方法对谷朊粉功能特性影响

5.1 材料与方法

5.1.1 主要试剂

5.1.2 主要仪器与设备

5.1.3 试验方法

5.2 结果与分析

5.2.1 不同干燥方法对谷朊粉乳化性及乳化稳定性影响

5.2.2 不同干燥方法对谷朊粉起泡性及起泡稳定性影响

5.2.3 不同干燥方法对谷朊粉持水力及吸油性影响

5.2.4 不同干燥方法对谷朊粉溶解度影响

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文