全 文 ：第 23卷 第 10期
2007年 10月
农 业 工 程 学 报
T ransactions o f the CS AE
Vo l. 23　 No. 10
Oct.　 2007
早籼米制备大米蛋白和酒精的联产工艺研究
王良东 , 潘敏尧 , 杜风光 , 史吉平
(上海天之冠可再生能源有限公司 ,上海 201203)
摘　要: 该文以早籼米为原料 ,采用碱法提取大米蛋白并利用残余淀粉发酵制备酒精。通过研究碱液浓度、提取温度、料液
比 和时间对大米蛋白提取的影响 ,确定了提取大米蛋白的较佳工艺条件为: 碱液浓度 0. 05 mol /L、提取温度 30℃、料液比
1∶ 4、提取时间 2 h。此条件下提取的大米蛋白纯度为 94. 9% ,提取率为 52. 4%。残余淀粉中添加 25%的玉米粉有较好的发
酵效果: 发酵时间 45 h,酒精度为 12. 78% ,残余还原糖为 0. 13%。
关键词: 大米蛋白 ; 酒精 ; 早籼米 ; 联产
中图分类号: T S210. 4　　　　文献标识码: A　　　　文章编号: 1002-6819( 2007) 10-0262-04
王良东 ,潘敏尧 ,杜风光 ,等 .早籼米制备大米蛋白和酒精的联产工艺研究 [ J].农业工程学报 , 2007, 23( 10): 262- 265.
Wang Liangdong , Pan M inyao, Du Fengguang , et al. Co-produc tion techno lo g y of rice pro tein and ethanol from ear ly
indica rice [ J]. T ransactions of the CSAE, 2007, 23( 10): 262- 265. ( in Chinese with English abstract )
收稿日期: 2006-10-17　修订日期: 2007-09-03
作者简介:王良东 ( 1972- ) ,男 ,浙江平湖人 ,主要从事粮食深加工
和食品领域的研究开发。 上海　上海天之冠可再生能源有限公司 ,
201203。 Email: starchw ang@ sohu. com
0　引　言
中国年稻谷产量近 2000亿 kg[1 ] ,占世界总产量的
35%左右 ,居世界首位 [2 ];而早稻的产量占稻谷总产量
的 1 /4左右 [3 ]。当前 ,全国粮食供需基本平衡 ,稻米总量
充裕 ;品质比较差的早稻米遭冷遇 ,库存爆满 ,销售困
难 ,造成粮食资源的严重浪费和巨大的经济损失 [2 ]。 这
些食用品质不高的早稻米特别是早籼米含直链淀粉高 ,
非常适合发酵生产燃料酒精。燃料酒精作为一种可再生
能源 ,按合适比例添加到汽油中可提高汽油的辛烷
值 [4 ] ,降低汽车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的排放 ,
减少环境污染 [5 ]。 但是 ,成本问题是制约燃料酒精生产
的重要因素之一 ,开发高附加值的副产品 ,加强原料综
合利用 ,是降低其成本的有效途径。
大米蛋白占大米总质量的 8%左右 [6 ] ,具有高营养、
低过敏性、风味温和、不会引起肠胃胀气等独特性质 ,其
应用越来越广泛 ,如生产大米蛋白粉、水解大米蛋白、大
米改性蛋白、大米肽等 ,作为混合饮料、布丁、冰淇淋、婴
儿食品等食品的添加剂 [7 ]。 目前 ,提取大米蛋白的方法
主要有溶剂法、酶法、碱法等。溶剂法是利用大米蛋白在
特殊溶剂的溶解性对蛋白质进行提取的 ,提取率不高 ,
且有溶剂残留问题 ,该法近年来已很少采用。酶法提取
是指利用酶促反应获得大米蛋白。可以利用蛋白酶直接
从原料当中把蛋白质提取出来 ,也可以采取排杂的思
路 ,利用诸如淀粉液化酶、纤维素酶、果胶酶、木质素酶、
脂肪酶等把原料中的非蛋白物质去掉 ,从而提高原料的
蛋白质含量。酶法提取反应条件温和 ,反应过程对蛋白
质的破坏较小。 但由于酶制剂价格高昂 ,酶法提取要实
现产业化还需要一定时间的研究。碱法提取的依据是大
米蛋白中有 80%以上为碱溶蛋白 ,该法工艺简单 ,易于
产业化 ,能得到纯度较高的蛋白质 ,特别适用于从大米
当中提取分离蛋白。 本文旨在研究以早籼米为原料 ,碱
法提取大米蛋白 ,并利用提取蛋白后的淀粉发酵制备酒
精的工艺 ,这种工艺目前尚未见文献报道。
1　材料与方法
1. 1　原料与试剂
早籼米:蛋白质含量 (干基 ) 7. 87% ;玉米粉:蛋白质
含量 11. 8% ;氢氧化钠:分析纯 ,国药集团化学试剂有限
公司 ;硫酸: 分析纯 ,国药集团化学试剂有限公司 ;耐高
温α-淀粉酶 ,糖化酶:宜兴市生物工程公司 ;酿酒高活性
干酵母:安琪酵母股份公司。
仪器与设备: HR1707 /BC型二合一搅拌机 (飞利浦
家庭电器有限公司 ) ; JB90-D型强力电动搅拌机 (上海
标本模型厂 ) ; LX J-Ⅱ B低速大容量多管离心机 (上海安
亭科学仪器厂 ) ; 79HW-1型恒温磁力搅拌器 (浙江乐清
乐成电器厂 ) ; LDZX-40CI型立式自动电热压力蒸汽灭
菌器 (上海申安医疗器械厂 ) ; HZQ-F160A型高低温恒
温 振 荡 培 养 箱 (上 海 一 恒 科 技 有 限 公 司 ) ;
DELTA320pH计 (梅特勒 -托利多仪器 (上海 )有限公
司 ) ; D HG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱 (上海精宏实
验设备有限公司 ) ; K-370型全自动定氮仪 (瑞士 BU CH
公司 )。
262
1. 2　方法
1. 2. 1　大米蛋白和酒精的制备
工艺流程见下图 1。
图 1　早籼米制备大米蛋白和酒精的工艺流程
Fig. 1　 Process o f rice pro tein and ethanol
f rom ea rly indica rice
1. 2. 2　大米蛋白提取率
G= M1 /M0
式中　 G—— 大米蛋白提取率 ,% ; M1—— 大米蛋白
的蛋白质质量 , g; M0—— 提取上述大米蛋白所用原料
大米所含蛋白质质量 , g。
1. 2. 3　蛋白质的测定
微量凯氏定氮法 [8 ]。
1. 2. 4　水分的测定
105℃烘箱法 [8 ]。
1. 2. 5　残余还原糖的测定
直接滴定法 , GB / T5009. 7- 2003。
1. 2. 6　酒精度的测定
常规蒸馏法 , GB / T394. 2- 1994。
2　结果与分析
2. 1　大米蛋白提取工艺的优化
2. 1. 1　碱液浓度对大米蛋白提取的影响
碱液的浓度对大米蛋白的提取率和质量是至关重
要的 ,此处所用的碱是氢氧化钠。一方面 ,相同的条件
下 ,提高碱液浓度使大米的蛋白和非蛋白成分都更加容
易溶出 ,体现为大米蛋白的提取率、总质量在不断增加 ,
而纯度降低 (表 1) ;另一方面 ,随着碱液浓度的增加对蛋
白的破坏程度也在增加 ,导致产品质量下降。 易翠平等
采用 DSC对不同浓度碱液提取的大米蛋白进行扫描研
究 ,结果发现:碱液浓度大于 0. 05 mo l /L,大米蛋白扫描
图谱有两个以上峰 ,而小于 0. 05 mol /L碱液制备的大
米蛋白只有一个扫描峰 [8 ]。在实验过程中也发现: 由浓
度为 0. 03、 0. 04、 0. 05 mo l /L的氢氧化钠溶液提取的大
米蛋白如奶油 ,浓度越小越细腻而有光泽 ;而 0. 06、 0. 07
mol /L的氢氧化钠溶液提取的大米蛋白如豆渣。因此 ,
为了尽可能地保持大米分离蛋白的活性 ,同时兼顾产品
纯度和提取率 ,采用不大于 0. 05 mol /L浓度的氢氧化
钠溶液提取大米蛋白比较合理。
表 1　碱液浓度对大米蛋白提取的影响
Table 1　 Effects o f a lkali solution concentr ation
on th e rice pro tein ex tr action
碱液浓度
/mol· L- 1
大米蛋白纯度
/%
大米蛋白提取率
/%
大米蛋白总质量*
/g
0. 03 95. 6 30. 7 2. 420
0. 04 95. 7 35. 9 2. 825
0. 05 94. 7 44. 0 3. 493
0. 06 92. 9 47. 1 3. 826
0. 07 90. 2 48. 1 4. 019
　注: * 此处系大米蛋白干基质量 ,所用原料大米粉为 120 g,下同。
2. 1. 2　提取温度对大米蛋白提取的影响
随着温度的提高 ,大米蛋白提取率、总质量和其纯
度的变化趋势是相反的 ,即提取率、总质量在增加 ,而纯
度在下降。温度在 25℃时所得大米蛋白虽然有最高的蛋
白纯度 ,但是提取率偏低 ;同时考虑到加热需要增加能
耗和工艺流程的复杂性 ,另外由于提取蛋白后的物料将
用于发酵制备酒精 ,保留一部分蛋白会有利于酒精生
产 ,综合这些因素 ,采用 30℃作为制备大米蛋白的提取
温度。
表 2　温度对大米蛋白提取的影响
Table 2　 Effects of ex tr action tempe ratur e on the
rice pro tein ex traction
提取温度
/℃
大米蛋白纯度
/%
大米蛋白提取率
/%
大米蛋白总质量
/g
25 94. 8 36. 5 2. 989
30 94. 7 44. 0 3. 493
35 94. 2 44. 1 3. 638
40 92. 5 46. 7 3. 804
45 90. 9 48. 1 3. 864
2. 1. 3　提取时间对大米蛋白提取的影响
时间决定了提取大米蛋白的生产周期 ,最终也会影
响到酒精生产的周期。由表 3可见 ,在 2 h以内随着提取
263　第 10期 王良东等:早籼米制备大米蛋白和酒精的联产工艺研究
时间的增加 ,有更多的大米蛋白得以溶出 ,表现为大米
蛋白的纯度和提取率都呈现明显的上升趋势。 2 h以
后 ,大米蛋白的提取率虽仍有提高 ,但是其增幅趋于平
缓 ,同时其纯度在下降 ,这应该是 2 h以后溶解出来的
成分主要是淀粉等非蛋白物质。大米蛋白总质量在 1～
4 h内始终是随着提取时间的增加而增加 ,可以推断 2 h
以后增加的主要是淀粉等物质。 因此 ,可以确定提取大
米蛋白的合理时间为 2 h。
表 3　提取时间对大米蛋白提取的影响
Table 3　 Effec ts o f ex traction time on the
rice pr otein ex t raction
提取时间
/h
大米蛋白纯度
/%
大米蛋白提取率
/%
大米蛋白总质量
/g
1 93. 8 40. 9 3. 287
2 94. 7 44. 0 3. 493
3 93. 5 44. 1 3. 552
4 91. 5 44. 3 3. 668
2. 1. 4　料液比对大米蛋白提取的影响
料液比的提高有助于大米蛋白的溶出 ,使蛋白提取
率得到了提高。当料液比由 1∶ 2提高到 1∶ 4时 ,大米蛋
白的提取率有显著的提高 ,由 29. 3%上升到了 52. 4% ,
增幅高达 78. 84% ;蛋白总质量也由 2. 427 g增加到了 4.
193 g ,增幅高达 72. 76% ;此后随着料液比的提高 ,提取
率的增长相对趋于缓和 ,在料液比由 1∶ 4提高到 1∶ 6
时 ,大米蛋白的提取率有 52. 4%提高到 53. 4% ,增幅仅
为 1. 91% ,而蛋白总质量也仅从 4. 193 g增加到了 4. 371
g ,增幅仅为 4. 25%。而大米蛋白纯度的变化趋势是:在
料液比由 1∶ 2提高到 1∶ 3时 ,大米蛋白的纯度显著提
高 ;此后随着料液比的提高 ,纯度的增长趋于缓和。考虑
到后续的酒精生产工序 ,料液比 1∶ 4比较合理 ,既保证
了大米蛋白的提取又不使生产酒精时的料液比太高。此
时 大 米 蛋 白 的 纯 度 为 94. 9% , 提 取 率 为
152. 4% 。　　　　　　　　　　　　
表 4　料液比对大米蛋白提取的影响
Table 4　 Effects of the ratio of stuff to alka li
so lution on the rice pro tein ex traction
料液比
/g· mL- 1
大米蛋白纯度
/%
大米蛋白提取率
/%
大米蛋白总质量
/g
1∶ 2 91. 0 29. 3 2. 427
1∶ 3 94. 7 44. 0 3. 493
1∶ 4 94. 9 52. 4 4. 193
1∶ 5 95. 1 52. 5 4. 209
1∶ 6 95. 6 53. 4 4. 371
2. 2　酒精发酵工艺的优化
2. 2. 1　大米蛋白提取对酒精发酵的影响
按照 2. 1确定的较佳工艺条件提取部分蛋白 ,残余
物料分别加入上清液 2和水以及直接用大米粉为原料
进行发酵制备酒精 ,实验结果见表 5。可见 ,大米粉提取
部分蛋白后对酒精制备的影响不是太大: 其中主要的不
利影响是发酵时间由 58 h延长到了 63 h,总酒精体积略
有下降 ,由 34. 3 mL下降到了 32. 9 mL;而酒精度稍有
提高 ,由 12. 43%提高到了 12. 99% ,残余还原糖都是 0.
72%。另外 ,由表 5可知回用上清液 2的工艺路线比直接
加水的发酵效果更加好 ,说明上清液 2中含有促进发酵
的营养成分 ,应当利用起来。
表 5　大米蛋白提取对酒精发酵的影响
Table 5　 Effects of rice pro tein ex traction
on ethanol fermenta tion
原　料 物料+ 上清液 2 物料+ 水 大米粉
原料质量 /g 70 70 70
发酵结束时间 /h 63 82 58
失重 /g 29. 85 29. 3 30. 0
发酵醪总体积 /mL 253 264 276
酒精度 /% 12. 99 12. 24 12. 43
残余还原糖 /% 0. 72 0. 87 0. 72
总酒精体积 /mL 32. 9 32. 3 34. 3
总酒精质量 /g 26. 3 25. 8 27. 4
2. 2. 2　不同添加物对酒精发酵的影响
酒精发酵时间的延长不利于提高生产效益 ,为了提
高发酵速度 ,对添加不同营养物后物料的发酵情况进行
了对比研究 ,实验结果见表 6。可见 ,提取蛋白后的物料
添加 10%的玉米粉可以达到比较好的发酵效果:发酵结
束时间缩短为 48 h,残余还原糖 0. 24% ,在考察的几种
添加物中都是最好的。而酒精度、总酒精体积和吨酒精
所需原料等指标也相当优异。玉米粉和提取部分蛋白的
大米在营养方面起到了互补的作用。
表 6　不同添加物对酒精发酵的影响
Table 6　 Effects of v arious additiv es on e thano l fe rmentation
添加物 不添加 硫酸铵 大米粉 玉米粉
占总重量的比例 /% — 2. 5 10 10
原料总重量 / g 70 70 70 70
发酵结束时间 /h 66 66 56 48
失重 / g 29. 56 29. 56 29. 55 30. 45
发酵醪总体积 /m L 247 254 269 263
酒精度 /% 13. 32 12. 45 12. 81 12. 84
残余还原糖 /% 0. 46 0. 85 0. 33 0. 24
总酒精体积 /m L 32. 86 31. 68 34. 47 33. 74
总酒精质量 / g 26. 28 25. 34 27. 58 26. 99
吨酒精所需原料 / t 2. 66 2. 76 2. 54 2. 33(大米 )
0. 26(玉米 )
2. 2. 3　玉米粉添加量对酒精发酵的影响
由表 7可知 ,玉米粉添加比例的增加有利于提高发
酵速度 ,减少残余还原糖 ,使酒精生产周期缩短并提高
264 农业工程学报 2007年　
原料的利用率。综合考虑大米蛋白提取工艺和酒精浓醪
发酵的要求 ,认为采用 1∶ 4的料液比提取部分蛋白后
的物料添加 25%的玉米粉可以有较好的发酵效果 ,此时
残余还原糖仅为 0. 13% ,发酵时间 45 h,酒精度
12. 78% ,同时控制了制备酒精时的料液比在 1∶ 3左
右 ,满足浓醪发酵的工艺条件 ,以减少能耗和废水产生。
表 7　玉米粉添加量对制备酒精的影响
Table 7　 Ef fects o f the do sage o f co rn flour on ethanol fermenta tion
玉米粉 /% 5 10 15 20 25
原料总质量 /g 70 70 70 70 70
发酵结束时间 /h 48 48 48 47 45
失重 /g 30. 0 30. 4 30. 1 29. 6 29. 3
发酵醪总体积 /m L 261 263 265 266 259
酒精度 /% 12. 64 12. 84 12. 29 12. 28 12. 78
残余还原糖 /% 0. 37 0. 24 0. 13 0. 18 0. 13
总酒精体积 /m L 32. 99 33. 74 32. 57 32. 66 33. 10
总酒精质量 /g 26. 39 26. 99 26. 05 26. 13 26. 48
吨酒精所需原料 /t 2. 52(大米 )
0. 13(玉米 )
2. 33(大米 )
0. 26(玉米 )
2. 29(大米 )
0. 40(玉米 )
2. 14(大米 )
0. 54(玉米 )
1. 98(大米 )
0. 66(玉米 )
3　结　论
早籼米联产大米蛋白和燃料酒精可以提高粮食的
综合利用价值。提取大米蛋白的较佳工艺条件是:碱液
浓度 0. 05 mo l /L、料液比 1∶ 4、提取时间 2 h、提取温度
30℃。此条件下大米蛋白的提取率为 52. 4% ,纯度为 94.
9% 。大米提取部分蛋白后添加 25%的玉米粉可以有较
好的发酵效果:发酵时间 45 h,残余还原糖为 0. 13% ,酒
精度 12. 78%。
[参　考　文　献 ]
[ 1 ]　王章存 ,申瑞玲 ,姚惠源 .大米蛋白开发利用 [ J].粮食与油
脂 , 2004, ( 1): 12- 14.
[ 2 ]　何忠伟 .中国稻米产业的发展: 现状、压力与对策 [ J].农业
技术经济 (京 ) , 2003, ( 6): 41- 44.
[3]　周惠明 .早稻资源的开发与利用 [ J].粮食与饲料工业 ,
1999, ( 11): 24- 25.
[4]　 Rober t K. Niv en. Ethano l in gaso line: envir onmental
impacts and sustainabilit y r ev iew a rticle [ J]. Renew able
and Sustainable Energ y Review s, 2005, 9( 6): 535- 555.
[5]　 Haroon S, Kheshg i, Roger C Prince. Sequest ration o f
fermentation CO2 from e thano l production [ J ]. Ene rg y,
2005, 30( 10): 1865- 1871.
[6]　 Marshall W G, Wordsw o rth J I. Rice science and
technolog y [M ]. New York: Marcel Dekke r, 1nc. 1994: 237
- 259.
[ 7]　魏明英 ,邬应龙 .大米蛋白的研究进展 [ J].粮食与饲料工
业 , 2003, 3: 44- 45.
[8]　柯惠玲 ,李庆龙 . 谷物品质分析 [M ]. 武汉:湖北科学技术
出版社 , 1988: 1- 31.
[ 9]　易翠平 ,姚惠源 .高纯度大米蛋白和淀粉的分离提取 [ J].
食品与机械 , 2004, 20( 6): 18- 21.
Co-production technology of rice protein
and ethanol from early indica rice
Wang Liangdong , Pan Minyao , Du Fengguang , Shi Jiping
( Shanghai Tianzhiguan Renewable Energy Co. L td . , Shanghai 201203, China )
Abstract: The prepa ra tion of rice pro tein f rom early indica rice and ethanol fermentation using residues, as w ell as
the effects o f alkali solution concentration, the ratio o f stuf f to alkali solution, ex t raction time and temperature on
the ex t raction o f rice protein a re discussed. Resul ts show tha t the preferable technical conditions of the rice
pro tein ex t raction a re as fol low s: alkali so lution concentration 0. 05 mo l /L, the ra tio o f stuf f to alkali so lution
1∶ 4, ex t raction time 2 h , temperature 30℃ . The puri ty and ex t raction ra te of rice pro tein under these conditions
a re 94. 9% and 52. 4% respectively. When 25% ( w /w ) co rn f lour is added in the residue, the condi tions of
ethanol fermentation are good, and the fermentation time is 45 h, alcoholici ty is 12. 78% and the remainder
reducing suga r is 0. 13% .
Key words: rice protein; ethano l; early indica rice; co-production
265　第 10期 王良东等:早籼米制备大米蛋白和酒精的联产工艺研究