酶法分离制备谷朊粉加工技术研究

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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己取得良好的成效,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4.0h,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0.348mg/mL·min,米氏方程为: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:(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。
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