胃蛋白酶水解大米蛋白的研究

易翠平，周素梅，潘艷艷

(1.長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南 長沙 410004；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)作物學(xué)博士后流動(dòng)站，湖南 長沙410128；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100094)

胃蛋白酶水解大米蛋白的研究

易翠平1,2，周素梅3，潘艷艷1

(1.長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南 長沙 410004；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)作物學(xué)博士后流動(dòng)站，湖南 長沙410128；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100094)

采用胃蛋白酶對(duì)大米蛋白進(jìn)行水解以改善其功能性質(zhì)。結(jié)果表明，酶添加量7U/g(以蛋白質(zhì)干基計(jì))、pH1.5、時(shí)間5h、溫度30℃時(shí)，胃蛋白酶對(duì)大米蛋白溶解性有較好的改善作用。水解后大米蛋白的乳化穩(wěn)定性與乳化性分別為33.28min、0.456，高于大豆蛋白和雞蛋清蛋白；起泡性和起泡穩(wěn)定性比未經(jīng)過任何處理的大米蛋白分別提高了25.0%、82.4%；持水性和持油性為2.80、3.30g/g，是未經(jīng)處理的大米蛋白的2.09、2.92倍。

大米蛋白；胃蛋白酶；溶解性；乳化性；發(fā)泡性；持水性；持油性

Abstract ：Rice protein powder was hydrolyzed with pepsin to improve its functional properties. The effects of pepsin amount,reaction time and temperature and pH on soluble protein concentration in hydrolyzed rice protein powder were studied. Results showed that the optimal hydrolysis reaction for 5 h at pH 1.5, 30 ℃ and an enzyme dosage of 7 U/g (calculated on the basis of dry protein weight) resulted in an optimal improvement in the solubility of rice protein powder and the resulting hydrolysate exhibited 0.456 min emulsifying capacity and 33.28 min emulsion stability, which were both higher than those of soybean protein powder or egg white protein powder, 25.0% and 82.4% higher foaming capacity and foam stability than unhydrolyzed rice protein powder, respectively, and 2.80 g/g water holding capacity and 3.30 g/g oil holding capacity, with 2.09- and 2.92-fold enhancement in comparison with unhydrolyzed rice protein powder, respectively.

Key words：rice protein；pepsin；solubility；emulsifying capacity；foaming property；water holding capacity；oil holding capacity

大米蛋白因其營養(yǎng)性、低過敏性和純正的風(fēng)味，值得進(jìn)一步利用[1]。但以溶解性為代表的功能性質(zhì)不理想限制了大米蛋白的廣泛使用。有關(guān)研究報(bào)道表明，堿性蛋白酶等不同酶水解可以提高米渣蛋白的溶解性[2]；胃蛋白酶水解米糠蛋白可獲得抗氧化性的水解蛋白[3]，水解大米蛋白可以獲得發(fā)泡粉[4]。但胃蛋白酶水解大米蛋白及其對(duì)以溶解性為代表的功能性質(zhì)的影響尚未見研究報(bào)道。

本研究旨在通過胃蛋白酶水解增加大米蛋白溶解性的同時(shí)，改善其乳化性、發(fā)泡性和持水持油性，使大米蛋白不僅適宜于直接補(bǔ)充人體蛋白的營養(yǎng)需要，也可作為食品生產(chǎn)配料，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

大米蛋白粉 自制；金龍魚大豆色拉油 嘉里糧油(中國)有限公司。

胃蛋白酶(pepsin，1.5AU/g)、鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)36%，分析純)、氫氧化鈉(分析純)。

AB204-S電子天平 瑞士梅特勒公司；PHS-2C型精密酸度計(jì) 上海雷磁儀器廠；LXJ-II型離心分離機(jī) 上海醫(yī)用分析儀器廠；LOC-1M冷凍干燥機(jī) 北京醫(yī)博康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；85-2型恒溫磁力攪拌器 天津市泰斯特儀器有限公司；SF-100型粉碎機(jī) 上海中藥機(jī)械制造廠。

1.2 方法

1.2.1 酶解反應(yīng)

工藝流程：大米蛋白→胃蛋白酶水解→滅酶→測上清液蛋白質(zhì)量濃度→調(diào)pH值至7.0→透析→冷凍干燥→測定蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)。

在酶解反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，主要考慮酶添加量(0.3、1.5、3.0、4.0、7.0、9.0U/g干蛋白質(zhì))、水解溫度(30、35、40、45、50、55、60℃)、水解時(shí)間(1、2、3、4、5、6、7h)及 pH值(pH1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5)對(duì)可溶性蛋白質(zhì)量濃度的影響，并據(jù)此設(shè)置單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)。一個(gè)酶活力單位定義為：1U為25℃條件下1min轉(zhuǎn)化1μmol底物所需的酶量。

1.2.2 蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度的測定

采用波長260nm及280nm吸收差法[5]。計(jì)算公式如下：蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度/(mg/mL)=1.5×A280－0.75×A260式中：A260為蛋白質(zhì)溶液在260nm波長處測得的吸光度；A280為蛋白質(zhì)溶液在280nm波長處測得的吸光度。

1.2.3 蛋白質(zhì)功能性質(zhì)測定

1.2.3.1 乳化性及乳化穩(wěn)定性[6]

采用濁度法。取質(zhì)量濃度1mg/mL的蛋白溶液21mL，加入大豆色拉油5mL，12000r/min攪拌1min；立即用微量注射器從溶液底部吸取0.1mL乳濁液，迅速與5mL 0.1%十二烷基硫酸鈉(SDS)溶液混合均勻，500nm波長下比色，記錄吸光度E0；經(jīng)過時(shí)間t(本實(shí)驗(yàn)為10min)后再從底部取0.1mL乳濁液，同樣稀釋，比色，記錄吸光度Et。蛋白質(zhì)的乳化能力指數(shù)用E0表示，乳化穩(wěn)定性指數(shù)用ESI表示，計(jì)算公式如下：

1.2.3.2 起泡性(FC)及起泡穩(wěn)定性[7]

將蛋白樣品用7.0～0.05mol/L磷酸二氫鉀-NaOH緩沖液配成1g/100mL的溶液，取100mL倒入高速組織搗碎機(jī)中，10000r/min攪拌1min；轉(zhuǎn)入250mL量筒，記錄泡沫體積V0(mL)。起泡穩(wěn)定性用失水率表示，即將上述體系靜置30min后，測出下層析出液的體積Vt(mL)。

1.2.3.3 持水性[8]

準(zhǔn)確稱取蛋白質(zhì)樣品m0(g)于離心管中，加入6mL水，用玻璃棒輕輕攪拌，分散至無明顯顆粒，再用吸管取2mL水沖洗玻棒和管壁，3000r/min離心20min，傾去上清液，將離心管斜置30min，稱量mt。

1.2.3.4 持油性[8]

準(zhǔn)確稱取蛋白樣品m0(g)于離心管中，加入4mL大豆色拉油，再用吸管取2mL油沖洗玻棒和壁管，3000r/min離心20min，吸取上層未吸附油，稱量mt。

2 結(jié)果與分析

2.1 胃蛋白酶水解大米蛋白的單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 酶添加量對(duì)溶解性效果的影響

圖1 酶添加量對(duì)大米蛋白水解效果的影響Fig.1 Effect of enzyme dosage on soluble protein concentration in hydrolyzed rice protein powder

圖1表明，隨著酶添加量增加，上清液中的可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度逐漸增加。到3.0U/g干蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)得率增長減緩。酶添加量為3.0U/g干蛋白質(zhì)時(shí)，可溶性蛋白質(zhì)濃度是0.55mg/mL；酶添加量為7.0U/g干蛋白質(zhì)時(shí)，可溶性蛋白質(zhì)濃度是0.58mg/mL；酶添加量為9.0U/g干蛋白質(zhì)時(shí)，可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度是0.59mg/mL。因此，7.0U/g干蛋白質(zhì)的酶添加量是適宜的加酶量。

2.1.2 水解時(shí)間對(duì)水解效果的影響

圖2 水解時(shí)間對(duì)大米蛋白溶解效果的影響Fig.2 Effect of hydrolysis time on soluble protein concentration in hydrolyzed rice protein powder

圖2表明，水解時(shí)間為4h，大米蛋白的溶出量較為理想。在4h之后，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，可溶性蛋白質(zhì)的質(zhì)量濃度增長減緩。因此，4h是適宜的水解時(shí)間。

2.1.3 溫度對(duì)水解效果的影響

圖3 溫度對(duì)大米蛋白水解效果的影響Fig.3 Effect of hydrolysis temperature on soluble protein concentration in hydrolyzed rice protein powder

圖3表明，從30～40℃，可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度隨著溫度的上升而上升，溫度達(dá)到45℃時(shí)，質(zhì)量濃度下降。因此，40℃是適宜的水解溫度。

2.1.4 pH值對(duì)水解效果的影響

圖4 pH值對(duì)大米蛋白水解效果的影響Fig.4 Effect of pH on soluble protein concentration in hydrolyzed rice protein powder

圖4表明，在pH1.0～3.5范圍內(nèi)，隨著pH值的升高，水解液中可溶性蛋白質(zhì)的質(zhì)量濃度降低，pH1.0時(shí)，可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度最高，達(dá)到0.53mg/mL的含量，說明pH1.0是適宜的水解酸堿度。

2.2 胃蛋白酶水解大米蛋白的參數(shù)優(yōu)化

由單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定正交試驗(yàn)中酶添加量為5.0、7.0、10.0U/g干蛋白質(zhì)；pH值為1.0、1.5、2.0；水解時(shí)間為3、4、5h；溫度為30、40、50℃。設(shè)計(jì)L9(34)正交試驗(yàn)，研究胃蛋白酶對(duì)大米蛋白溶解性改善的最佳工藝參數(shù)。

表1的正交試驗(yàn)直觀分析結(jié)果表明，對(duì)胃蛋白酶對(duì)大米蛋白溶解性改善影響因素依次是pH值＞酶添加量＞水解時(shí)間>溫度。改善的最優(yōu)條件是A2B2C3D1，即酶添加量7.0U/g干蛋白質(zhì)、pH1.5、水解時(shí)間5h、溫度30℃。

表1 胃蛋白酶水解大米蛋白正交試驗(yàn)結(jié)果表Table 1 Orthogonal array design matrix and corresponding experimental values of soluble protein concentration in hydrolyzed rice protein powder

2.3 酶解大米蛋白的功能性質(zhì)

2.3.1 乳化性和乳化穩(wěn)定性

表2 4種蛋白質(zhì)的乳化性與乳化穩(wěn)定性對(duì)照表Table 2 Comparisons of emulsifying capacity and emulsion stability among rice protein powder and its hydrolysate, soybean protein powder and egg white protein powder

試驗(yàn)得到酶解大米蛋白的乳化性(E0)為0.456，乳化穩(wěn)定性為33.28min。由此看出水解后的大米蛋白乳化及乳化穩(wěn)定性比未經(jīng)過任何處理的大米蛋白高出很多，且比大豆蛋白和雞蛋清蛋白都要高。研究中還發(fā)現(xiàn)，蛋白酶解物形成的乳狀液不僅帶有半固體性質(zhì)，而且非常穩(wěn)定。

2.3.2 起泡性和起泡穩(wěn)定性

表3 4種蛋白質(zhì)的起泡性與起泡穩(wěn)定性對(duì)照表Table 3 Comparisons of foaming capacity and foam stability among rice protein powder and its hydrolysate, soybean protein powder and egg white protein powder

試驗(yàn)得到酶解大米蛋白的起泡性(FC)為25.0%，起泡穩(wěn)定性(失水率)為82.4%。其起泡性能較大豆蛋白和雞蛋清蛋白弱，但比未經(jīng)過任何處理的大米蛋白好。此外，泡沫非常細(xì)膩，穩(wěn)定性較好。

2.3.3 持水性和持油性

表4 4種蛋白質(zhì)的持水和持油性對(duì)照表Table 4 Comparisons of water holding capacity and oil holding capacity among rice protein powder and its hydrolysate, soybean protein powder and egg white protein powder

酶解大米蛋白的持水性為2.80g/g、持油性3.30g/g，是未經(jīng)處理的大米蛋白的2.09、2.92倍。其中，持水性介于大豆蛋白和雞蛋清蛋白之間，持油性優(yōu)于大豆蛋白和雞蛋清蛋白。

3 結(jié) 論

胃蛋白酶對(duì)大米蛋白溶解性有一定的改善作用，影響因素依次是pH值＞酶添加量＞水解時(shí)間＞溫度。最優(yōu)參數(shù)為酶添加量7.0U/g、pH1.5、水解時(shí)間5h、溫度30℃。

水解大米蛋白的功能性質(zhì)比未經(jīng)處理的大米蛋白高。其中，乳化穩(wěn)定性與乳化性分別為33.28min、0.456，甚至高于大豆蛋白和雞蛋清蛋白。起泡性和起泡穩(wěn)定性分別為25.0%、82.4%，持水性和持油性為2.80、3.30g/g，分別是未經(jīng)處理的大米蛋白的2.09、2.92倍。

[1] JU Z Y, HETTIARACHY N S, RATH N. Extraction, denaturation and hydrophobic properties of rice flour proteins[J]. Journal of Food Science,2001, 66(2): 229-232.

[2] 王章存, 聶卉. 酶水解法提高大米蛋白溶解性的研究[J]. 食品科學(xué),2006, 27(12): 371-373.

[3] CHANPUT W, THEERAKULKAIT C, NAKAI S. Antioxidative properties of partially purified barley hordein, rice bran protein fractions and their hydrolysates[J]. Journal of Cereal Science, 2009, 49(3): 422-428.

[4] 胡中澤. 酶法水解制取大米蛋白發(fā)泡粉工藝參數(shù)的研究[J]. 糧食與飼料工業(yè), 2002(9): 45-46.

[5] 汪家政, 范明. 蛋白質(zhì)技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2001.

[6] CHAVAN U D, MCKENZIE D B, SHAHIDI F. Functional properties of protein isolates from beach pea (Lathyrus maritimus L.)[J]. Food Chem,2001, 74(2): 177-187.

[7] BERA M B, MUKHERIEE R K. Solubility, emulsifying and foaming properties of rice bran protein concentrates[J]. Food Sci, 1989, 54(1):142-145.

[8] SOSULSKI F W, HUMBERT E S. Functional properties of rapeseed flours, concentrates and isolates[J]. Food Sci, 1976, 41(6): 1349-1353.

Pepsin Hydrolysis of Rice Protein Powder

YI Cui-ping1,2，ZHOU Su-mei3，PAN Yan-yan1
(1. School of Chemistry and Biology Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410004, China；2. Crop Science Postdoctoral Station, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China；3. Institue of Agro-food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100094, China)

TS202.3

A

1002-6630(2010)10-0129-04

2009-08-13

湖南省科技廳科技計(jì)劃重大專項(xiàng)(2007FJ1007)；湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)作物學(xué)博士后基金項(xiàng)目

易翠平(1973—)，女，副教授，博士，研究方向?yàn)榧Z食、油脂與植物蛋白。E-mail：yicp963@163.com