地区：上海市 宝山区
关键词：中国农业科学院农产品加工研究所
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000002900
成果描述：
| 项目背景：中国是小麦生产和消费大国。据统计，世界小麦年产量约6亿吨，中国小麦年产量在1.05亿吨左右，约占世界消费量的17%。特别是近几年，伴随着小麦种植面积扩大和亩产量的提升，中国小麦总产量呈逐年增加趋势。除食用加工外，以小麦为原料制取淀粉及深加工系列产品的工业消费模式也在增加。作为小麦深加工制取淀粉后的另一重要产物，谷朊粉的产量也在同步增加。据统计，世界谷朊粉年产量在50万吨左右，其中30%以上产自中国。作为一种性质独特的功能蛋白，谷朊粉合理、高效利用的问题已提上日程。通过物理方法分离得到的谷朊粉，其蛋白质含量通常在70%以上，超过一般浓缩植物蛋白水平，且脂肪、糖含量较低，钙、磷、铁含量较高。谷朊粉又称活性面筋粉，其遇水后可形成独特的网络结构，具有优良的吸水性、黏弹性、延伸性、吸脂乳化性等，这一独特功能特性使谷朊粉作为小麦粉品质改良剂、饲料黏结剂、营养添加剂等在食品和饲料工业中应用广泛。但也正是这一特性导致其溶解性极差，限制了其在更多领域的应用。除了作为功能性蛋白的应用，国内外市场上，以植物蛋白为原料，利用生物技术制备的活性肽产品受到推崇，产品附加值倍增。该项目依托中国农业科学院农产品加工研究所前期研究基础，以小麦蛋白-谷朊粉为原料，通过定向酶催化、蛋白质温和改性、可控美拉德反应等生物、化学等改性技术，并结合先进的高效分离、萃取手段(高通量膜分离技术、离子交换技术等)，对其进行结构与功能的修饰改性及纯化，赋予该产品新的加工应用功能与生理调节功能，制备高附加值食品配料、保健食品、药品的原辅料，包括功能性小麦蛋白粉、小麦活性多肽、植物源(素食)咸味香精等，显著提高产品附加值。谷朊粉的深度开发与高值化利用符合中国粮食加工产业链延伸、提高产品综合利用率的产业政策要求，产品顺应市场需求，有望成为中国小麦深加工企业新的利润增长点。关键技术：利用不溶性谷朊粉制备功能性小麦蛋白/小麦活性肽关键技术通过对蛋白质改性制备功能性蛋白和多肽的方法包括物理改性、化学改性和酶法改性三类。酶法改性由于反应的专一性强、条件温和、速度快、工艺简单、副产物少等特点，是改善蛋白质功能特性、实现蛋白质功能多样化的有效方法，已成为当今国际蛋白质加工领域最有前途的发展方向。该技术对谷朊粉的改性中，利用水解类蛋白酶的定向酶解改性作用，通过对适应性蛋白酶的筛选、反应进程调控，使谷朊粉中的小麦蛋白被有效降解成以低分子量蛋白、多肽、寡肽等为主的功能性小麦蛋白或小麦肽。功能性小麦蛋白：谷朊粉经适度改性后因功能与营养特性改善，产品的附加值得以显著提升。国内市场上谷朊粉价格在1万元/吨左右，经酶解改性后的普通小麦蛋白粉价格平均为2.5万元/吨，国外进口小麦活性肽价格则上升至15万元/吨。经酶解改性的小麦蛋白(肽)溶解性好、热稳定性高、气味平和、配伍性好，易于添加作用，可广泛添加于各类蛋白类及运动饮料、蛋白粉、配方奶粉等食品体系，以及作为保健食品或功能性饲料的原料。功能性小麦活性肽：国际市场上肽类产品众多，像大豆肽、玉米肽、乳清蛋白肽、胶原蛋白肽等，已作为高附加值原料广泛应用于食品、医药、化妆品等。而中国肽类产品的开发目标主要集中在大豆蛋白、酪蛋白等个别品种上，有关小麦肽的研究开发相对较少。小麦蛋白中因富含谷氨酸与谷氨酰胺，其酶解产物在增强风味、调节肠道健康以及抗疲劳等方面具有优越的加工与生理活性。国内已有为数不多的小麦肽生产企业(分布在江苏、山东等小麦主产省)，但产品在水解度、纯度及得率方面与国际市场上日本不二公司、荷兰DMV公司的相比普遍较低，产品售价与之亦有显著差距。该技术针对中国小麦活性肽开发中存在的共性问题，通过计算机技术辅助技术预测酶切位点，筛选适宜的蛋白酶种类、并通过定向控制酶解、活性肽段高通量膜分离纯化、喷雾干燥脱苦等系列技术手段集成可得到系列小麦活性肽，同时避免了盲目选酶和分离纯化困难造成的目标物纯度低，活性不突出的弊端。所制备的产品具有突出的改善肠营养、抗疲劳、免疫调节、抗氧化、抑制肿瘤生长等生理活性，未来产品售价有望达到15～20万元/吨。利用谷朊粉制备咸味香精关键技术：咸味香精是20世纪70年代国际市场上兴起的一类新型食品香精，其制备机理是利用氨基酸、多肽等蛋白水解物与还原糖的美拉德反应(Maillard Reaction，MR)。咸味香精主要以肉类风味为主，如鸡肉、牛肉、猪肉、海鲜类等，自问世以来，以其天然营养、风味独特以及价格上的优势，在餐饮业、肉制品、调味品、方便食品、膨化食品、焙烤食品和烹调菜肴等领域得到了广泛应用；另因安全性较好，国际上将咸味香精列入了天然香料范畴。中国咸味香精的制备多以肉品加工的下脚料(禽畜鲜骨、血等)、低值鱼虾和植物蛋白(大豆粕)为原料，将蛋白质首先水解成反应程度较高的水解蛋白，而后再通过对还原糖种类及其它反应条件的控制，生成具有特定肉类风味的物质。对来源相对丰富的小麦蛋白在此领域的应用性研究相对较少。从小麦蛋白的组成与结构上看，小麦蛋白中含有大量的鲜味氨基酸—谷氨酸和脯氨酸，一级结构中富含呈味肽序列，是制备呈味肽和咸味香精的良好原料。该技术以小麦蛋白为原料，通过蛋白定向酶解技术和热反应技术集成制备系列风味的美拉德反应咸味香精，涉及关键技术已申报国家专利(授权号ZL2012102457690.0)。反应所得系列产物具有肉味浓郁、风味醇厚、咸鲜味突出、色泽良好等特点。较市场现有同类产品优势更加明显的是，作为植物源咸味香精，产品亦可应用于清真、素食等对动物源食品有严格禁忌的食品品类中。参考市场同类产品定价，小麦呈味肽、咸味香精产品价值在20～25万元/吨。投资规模估算：根据国内外市场产品需求，设计处理量2000吨/年谷朊粉高值转化与系列产品开发集成生产线，实现小麦蛋白活性肽产量1000吨/年、功能性小麦蛋白产量500吨/年、咸味香精配料产量100吨/年。需要厂房2000～2500平米，设备投资预计800万，主要包括：调配罐、生物反应罐、沉淀罐、压滤机、高温瞬时灭菌机、热压反应罐、均质机、膜分离设备、离心机、真空干燥机、成品包装机等 30余台(套)。效益分析与运行模式：效益分析：按照设计生产线全负荷运行，年处理谷朊粉2000吨，按照80%的产品得率，可获得小麦蛋白活性肽粉1000吨、功能性小麦蛋白粉500吨、咸味香精100吨。产品定价综合参考市场上的类似产品(如大豆肽和蛋白粉等)按10万元/吨保守估计，年产值即可达到1.6亿元。运行模式：该技术已完成实验室生产工艺优化和小试扩大试验，并已申请专利一项，技术尚未转让。未来可通过技术转让或共同开发(入股)的模式与企业或投资方合作。生产涉及技术内容部分的完善与生产培训由技术持有方负责，生产投资与市场推广由企业或投资方负责。 |
