大米蛋白中苯丙氨酸脱除技术研究与产品开发

摘要

低苯丙氨酸特膳食品是苯丙酮尿症患者日常饮食所需的食品，因此制备低苯丙氨酸特膳食品备受关注，但目前存在着苯丙氨酸含量不达标、人工合成苯丙氨酸安全性不足等问题。因大米蛋白过敏性低、生物效价高、苯丙氨酸含量相对较低，本研究选用大米蛋白作为原料，确定了大米蛋白最佳预处理方法并对不同物理处理对蛋白性质的影响进行探究;确定了充分游离苯丙氨酸和快速游离苯丙氨酸的方法，明确了动态吸附脱除苯丙氨酸的方法，同时分析了苯丙氨酸脱除过程中大米蛋白的性质变化，以此制备低苯丙氨酸大米蛋白基料;在此基础上进行工艺放大实验，确定开发低苯丙氨酸特膳食品的配方，为低苯丙氨酸特膳食品的制备研究及其产品研发提供参考。
　　通过对大米蛋白组分的分析，确定了谷蛋白含量为92.43％;清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白含量较低，分别为3.66％、2.19％、1.72％。其中，由于谷蛋白含量较高，谷蛋白中苯丙氨酸含量占总苯丙氨酸含量的90.20％。明确了超声波细胞粉碎为最佳预处理方式:通过对其大米蛋白结构的探究，可以看出，扫描电镜显示超声波细胞粉碎处理较其他方法对蛋白表面结构影响较明显，使得蛋白结构更为疏松，蛋白间连接键断裂程度较深;傅里叶红外测试二级结构观察二级结构变化显著，其疏水作用力也说明其对苯丙氨酸的释放具有优越性。大米蛋白预处理方式的确定为苯丙氨酸的高效脱除奠定了良好的基础。
　　通过对不同蛋白酶的筛选和不同酶解条件的探究，明确了快速酶解工艺和充分酶解工艺。快速酶解工艺:采用中性蛋白酶与链霉蛋白酶复合酶解，中性蛋白酶在酶解温度50℃，底物浓度1％，加酶量5600 U/g蛋白，酶解2h后，加入链霉蛋白酶98 U/g蛋白，酶解温度37℃，酶解时间4h;在此条件下，游离苯丙氨酸含量占80％，酶解时间由10h缩短至4h，酶解效率高;充分酶解工艺:采用中性蛋白酶、糜蛋白酶与链霉蛋白酶复合酶解，中性蛋白酶酶解1h后，糜蛋白酶在酶解温度55℃，底物浓度1‰加酶量7200 U/g蛋白的条件下酶解6h，再加入链霉蛋白酶98 U/g蛋白，酶解温度37℃，酶解时间4 h;在此条件下游离苯丙氨酸含量占92.25％，酶解时间11h。
　　通过对不同吸附剂和不同吸附方式的筛选，确定了吸附过程最佳吸附剂和吸附方式并研究了苯丙氨酸脱除过程中大米蛋白性质变化。吸附剂为D101大孔吸附树脂;对比静态吸附与动态吸附两种吸附方式下大米蛋白中苯丙氨酸含量，确定了最佳吸附方式为动态吸附;控制洗脱速度30r/min，吸附时间4h，在此条件下经D101大孔吸附树脂处理后苯丙氨酸含量降至0.13％，低于我国国标限量。通过对大米蛋白、溶解后的大米蛋白、酶解后的大米蛋白、吸附后的大米蛋白性质分析可知:吸附后大米蛋白水解物分子量大多集中在200-500Da，且随着脱除过程，疏水作用力显著降低，蛋白苦味逐渐降低，吸附后未检测出Phe。经急性毒性实验验证，该低苯丙氨酸大米蛋白水解物无毒，可用于配方中低苯丙氨酸蛋白特膳食品的基料。
　　研究了制备低苯丙氨酸大米蛋白基料的工艺放大实验。采用快速游离苯丙氨酸的方法进行工艺放大实验，生产量放大倍数100倍，采用模拟移动床色谱进行吸附工艺放大，小型模拟移动床色谱脱除苯丙氨酸，处理量4.32 L/d，放大26倍;大型工业模拟移动床色谱脱除苯丙氨酸，处理量40000 L/d，放大26万倍。
　　通过于法制备与湿法制备低苯丙氨酸特膳食品的工艺研究，确定了最佳工艺与配方。低苯丙氨酸特膳食品是由制备低苯丙氨酸大米蛋白基料、葡萄糖浆、甘油三酯、大豆卵磷脂、低聚果糖、食用盐、鱼油、维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素C、维生素D、维生素E以不同配比组成，并对干法制备与湿法制备的产品进行感官评价、成本分析，确定了湿法制备优于干法制备。选择湿法制备作为配方法制备低苯丙氨酸特膳食品的方法。
　　本研究通过对大米蛋白预处理方式的选择，采用酶解与吸附结合的方法进行大米蛋白中苯丙氨酸的脱除，制备低苯丙氨酸大米蛋白基料;同时分别对酶解吸附进行工艺放大，并确定了制备低苯丙氨酸大米蛋白特膳食品的配方，为低苯丙氨酸特膳食品的制备提供理论依据，旨在为苯丙酮尿症患者带来福音。

目录

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摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1 低苯丙氨酸蛋白的制备

1．2 蛋白原料的筛选

1．2．1 动物蛋白

1．2．2 植物蛋白

1．3 苯丙氨酸的游离

1．3．1 酶种类

1．3．2 酶解条件

1．4 苯丙氨酸的吸附

1．4．1 吸附剂

1．4．2 吸附条件

1．5 特膳食品的开发

1．6 立题背景及意义

1．7 主要研究内容

1．8 技术路线

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 主要材料与试剂

2．2．2 主要设备

2．2．3 试验方法

2．3 结果与分析

2．3．1 大米蛋白组成分析

2．3．2 预处理方式的选择

2．3．3 快速酶解对苯丙氨酸游离效果的影响

2．3．4 充分酶解对苯丙氨酸游离效果的影响

2．4 本章小结

第三章 苯丙氨酸脱除及脱除过程中蛋白性质分析

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 主要材料与试剂

3．2．2 主要设备

3．2．3 试验方法

3．3 结果与分析

3．3．1 吸附法对苯丙氨酸脱除效果的影响

3．3．2 脱除过程中大米蛋白性质分析

3．3．3 急性毒理实验

3．4 本章小结

第四章 工艺放大研究与产品开发

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 主要材料与试剂

4．2．2 主要设备

4．2．3 试验方法

4．3 结果与分析

4．3．1 工艺放大研究

4．3．2 低苯丙氨酸特膳食品的开发

4．3．3 经济效益分析

4．4 本章小结

第五章 全文结论

参考文献

致谢

作者简历