米胚分離蛋白營養(yǎng)和功能性評價(jià)*

羅美，李捷，熊華

1(南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌，330047)

2(南昌大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，江西南昌，330031)

米胚是稻米的重要組成部分，約占稻谷質(zhì)量的2% ～3%。大米加工時(shí)，糙米在碾白去皮過程中，絕大部分的米胚隨米皮脫落，在我國，每年約產(chǎn)生400萬t米胚［1］。作為稻米之精華，米胚含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪及多種維生素和礦物質(zhì)，且其蛋白質(zhì)中氨基酸組成較為平衡，還含有一般食物中罕見的長壽因子——谷胱甘肽，在國外被譽(yù)為“天賜營養(yǎng)源”［2］。米胚開發(fā)利用的途徑較多，如加工留胚米，或從中提取VE、谷維素、植物固醇等營養(yǎng)及用作食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑等［1，3］。

目前國內(nèi)米胚蛋白營養(yǎng)價(jià)值和功能特性的相關(guān)報(bào)道很少，本工作擬在文獻(xiàn)［4］的基礎(chǔ)上，先對米胚各蛋白組分的營養(yǎng)特性進(jìn)行評估，進(jìn)而對各蛋白組分的起泡性、吸水性、吸油性及表面疏水性等功能性質(zhì)進(jìn)行研究。

1 材料與儀器

1.1 材料與試劑

米胚，由江西省天玉油脂有限公司提供;大豆油，市售;氫氧化鈉(分析純)、鹽酸(分析純)，天津大茂試劑有限公司;胃蛋白酶，諾維信酶制劑有限公司;1-苯胺基萘-8-磺酸(分析純)，Sigma分裝;十二烷基硫酸鈉(分析純)，天津市永大化學(xué)試劑開發(fā)中心;考馬斯亮藍(lán)，上海索萊寶生物科技有限公司。

1.2 主要儀器設(shè)備

BS-224S型分析天平，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;BH basicⅠ型磁力攪拌器，IKA公司;LXJIIB型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠;H835－50氨基酸自動(dòng)分析儀、F－4500熒光光度分析儀，日本日立公司;KDY-9820凱氏定氮儀，廈門精藝興業(yè)科技有限公司;FSH-Ⅱ型高速勻漿機(jī)，江蘇環(huán)宇科學(xué)儀器廠。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 米胚蛋白組分的提取

采用Osborne的方法，分離得到清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白［4］。

2.2 米胚蛋白組分氨基酸組成檢測

準(zhǔn)確稱取一定量的米胚4種蛋白質(zhì)于水解管中，加入5.7 mol/L的鹽酸溶液200 μL，抽真空充氮，反復(fù)3次，在110℃下水解24 h，取出定容，用氨基酸自動(dòng)分析儀對溶液中的氨基酸含量進(jìn)行測定。

色氨酸的測定采用堿水解的方法，將4種蛋白中加入8 mL NaOH溶液(5 mol/L)，在110℃下水解20 h，然后洗滌、中和，分析。

2.3 米胚蛋白組分營養(yǎng)價(jià)值評估

2.3.1 米胚蛋白組分利用率估算

2.3.1.1 氨基酸評分(AAS)

式中參考蛋白選用1985年FAO/WHO的氨基酸模型(2 ～5 歲小孩)［5］。

2.3.1.2 蛋白質(zhì)功效比值(PER)的估算

由Alsmeyer［6］等人提出的回歸方程計(jì)算:

PER(Ⅰ)=－0.684+0.456(Leu)－0.047(Pro)

PER(Ⅱ)=－0.468+0.454(Leu)－0.105(Tyr)

PER(Ⅲ)= －1.816+0.435(Met)+0.780(Leu)+0.21l(His)－0.944(Tyr)

2.3.1.3 蛋白質(zhì)生物價(jià)(BV)的估算

根據(jù)Morup和Olesen［7］提出的回歸方程計(jì)算:

其中，當(dāng)ai樣品≤ai參考時(shí)，;當(dāng)ai樣品≥ai參考時(shí)，qi=代表一種蛋白中某種必需氨基酸的含量與必需氨基酸總量的比值。

2.3.2 體外消化率的評估

分別稱取300 mg的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白于50 mL的燒杯中，加入30 mL 0.1 mol/L的鹽酸溶液，再加入30 mg的胃蛋白酶，在37℃的恒溫水浴中反應(yīng)4 h，加入20 mL 20%的三氯乙酸，靜置10 min 后，離心(4 500 r/min，15 min)，利用凱氏定氮法測定上清液中氮的含量，同時(shí)做空白試驗(yàn)。體外消化率的計(jì)算公式如下:

2.4 米胚蛋白組分功能性質(zhì)研究

在前期工作［4］的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察米胚蛋白組分的起泡性及起泡穩(wěn)定性、吸水性和吸油性、表面疏水性。

2.4.1 米胚蛋白各組分起泡性及起泡穩(wěn)定性的測定

本實(shí)驗(yàn)主要研究pH值對起泡性及起泡穩(wěn)定性的影響。方法:分別稱取0.1 g的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白4種蛋白質(zhì)于50 mL的離心管中，加入10 mL的蒸餾水，調(diào)節(jié)溶液的不同pH值，記錄此時(shí)液體的體積V0，將離心管置于高速勻漿機(jī)的剪切攪拌下攪拌1 min(轉(zhuǎn)速為13 000 r/min)，記錄停止攪拌時(shí)泡沫和液體的總體積V1，30 min后再次記錄泡沫的體積V2。計(jì)算公式如下:

2.4.2 米胚蛋白各組分吸水性和吸油性的測定

吸水性:分別稱取1 g的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白四種蛋白質(zhì)于50 mL的離心管中，加入10 mL的蒸餾水，充分混合均勻，靜置20 min后，離心(4 000 r/min，15 min)，棄去上清液，稱取離心管和剩余物的重量。以每克蛋白質(zhì)吸取水分的質(zhì)量來表示蛋白質(zhì)的吸水性，即:

式中:m0，蛋白質(zhì)的質(zhì)量，g;m1，離心管的質(zhì)量，g;m2，離心后離心管和剩余物的質(zhì)量，g。

吸油性:分別稱取1 g的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白4種蛋白質(zhì)于50 mL的離心管中，加入10 mL的大豆油，充分混合均勻，靜置20 min后，離心(4 000 r/min，15 min)，棄去上層油液，稱取離心管和剩余物的重量。以每克蛋白質(zhì)吸取大豆油的質(zhì)量來表示蛋白質(zhì)的吸油性，即:

式中:m0，蛋白質(zhì)的質(zhì)量，g;m1，離心管的質(zhì)量，g;m2，離心后離心管和剩余物的質(zhì)量，g。

2.4.3 表面疏水性的測定

采用熒光探針ANS法［8］:稱取一定量的米胚蛋白各組分樣品溶解于0.01 mol/L，pH 8磷酸緩沖溶液中，配制成 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/mL 的蛋白溶液。取4 mL的樣品于試管中，加入20 μL 8 mmol/L的1-苯胺基-8-萘磺酸(ANS)溶液，立即混勻。用熒光分光光度計(jì)測定在激發(fā)波長390 nm、發(fā)射波長480 nm下樣品的熒光強(qiáng)度。以蛋白質(zhì)濃度為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)作圖，曲線的低利率即為蛋白質(zhì)分子的表面疏水性指數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 米胚蛋白組分的氨基酸組成分析

由表1可知，米胚4種蛋白中清蛋白的E/T、E/N值最高，其次為球蛋白、谷蛋白，醇溶蛋白最低，且清蛋白、球蛋白、谷蛋白與FAO/WHO推薦的E/T、E/N值分別為40%左右和60%左右的參考蛋白模式［5］十分接近，醇溶蛋白的品質(zhì)相對較差。

但是清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白中蘇氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、組氨酸等必需氨基酸的含量均高于FAO/WHO推薦模式中小孩的值，蛋氨酸、賴氨酸、色氨酸的含量略低于FAO/WHO的小孩值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于成人所需要的值。4種蛋白中清蛋白除色氨酸略低于小孩推薦值外，其余均滿足小孩所需求的量，連較易缺乏的賴氨酸的含量也較豐富，比小孩推薦值高0.32%;球蛋白中賴氨酸的含量也較小孩推薦值高，只有蛋氨酸、苯丙氨酸無法滿足小孩的需求量;谷蛋白中除蛋氨酸、賴氨酸無法滿足孩子需求外，其余氨基酸均高于小孩需求量，且蛋氨酸、賴氨酸的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過成人需求量。

表1 米胚各組分蛋白的氨基酸含量 g/100 g蛋白質(zhì)

從非必需氨基酸來看，清蛋白、球蛋白、谷蛋白中的天門冬氨酸、谷氨酸、精氨酸的含量均較高。谷氨酸有健腦、解氨毒、使食味鮮美等作用;甘氨酸和精氨酸都是生血和促進(jìn)鈣質(zhì)吸收的物質(zhì)基礎(chǔ)，且還有降壓作用;天門冬氨酸具有特殊鮮味。這些比例適當(dāng)?shù)陌被嵊锌赡苁姑着叩鞍拙哂幸鏆饬?、續(xù)精神等功效［9］。

3.2 米胚蛋白組分的營養(yǎng)價(jià)值

3.2.1 米胚蛋白組分利用率評價(jià)

利用氨基酸組成對米胚蛋白各組分進(jìn)行估算，其營養(yǎng)參數(shù)如表2所示。由表2可以得出，米胚蛋白各組分中，清蛋白、球蛋白和谷蛋白的第一限制性氨基酸均為色氨酸，醇溶蛋白、谷蛋白的第一限制性氨基酸則為賴氨酸，其中谷蛋白的氨基酸評分(80.90)為最高，醇溶蛋白的氨基酸評分(26.61)最低，球蛋白為57.27，谷蛋白為28.18;賴氨酸為清蛋白、谷蛋白的第二限制性氨基酸色氨酸為醇溶蛋白的第二限制性氨基酸，蛋氨酸和半胱氨酸則為球蛋白的第二限制性氨基酸。

表2 米胚蛋白各組分的利用率分析

利用回歸方程計(jì)算得到的米胚蛋白各組分的PER值中，清蛋白的PER值最高，谷蛋白、球蛋白、醇溶蛋白次之，其中清蛋白、球蛋白、谷蛋白與優(yōu)質(zhì)蛋白的衡量標(biāo)準(zhǔn)值2.00接近，屬于優(yōu)質(zhì)蛋白。另外，清蛋白的BV值較球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白高。

3.2.2 米胚蛋白各組分的體外消化率分析

從圖1中可以看出，清蛋白的體外消化率最高，達(dá)到了78.45%，球蛋白、谷蛋白的體外消化率次之，醇溶蛋白的體外消化率相對較差，為59.62%。這表明清蛋白、球蛋白、谷蛋白的營養(yǎng)消化效率較高，是一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白資源，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值，值得開發(fā)與利用。

3.3 米胚蛋白組分的功能性質(zhì)

3.3.1 起泡性和起泡穩(wěn)定性

圖1 米胚蛋白各組分的體外消化率

本實(shí)驗(yàn)主要研究pH值對米胚蛋白組分起泡性和起泡穩(wěn)定性的影響，如圖2、圖3所示，在pH 5時(shí)，清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白的起泡性最低，在30%左右;隨著pH值增加，4種蛋白的起泡性均逐漸升高，起泡穩(wěn)定性卻隨著pH值的增大而逐漸降低，在pH 5時(shí)達(dá)到最大值。這是由于在等電點(diǎn)附近，四種蛋白的溶解度很低，用來形成泡沫的蛋白質(zhì)分子數(shù)量較少，降低了起泡性。同時(shí)在等電點(diǎn)附近，蛋白質(zhì)分子之間電荷斥力較弱，有利于形成界面薄膜，界面與吸附分子間也缺乏斥力，更有利于蛋白質(zhì)分子在界面聚集，從而增加了氣液界面蛋白質(zhì)薄膜的硬度和厚度，進(jìn)而提高了泡沫的穩(wěn)定性。

圖2 米胚蛋白各組分的起泡性與pH值的關(guān)系

圖3 米胚蛋白各組分的起泡穩(wěn)定性與pH值的關(guān)系

3.3.2 吸水性和吸油性

米胚蛋白各組分的吸水性和吸油性如圖4所示。蛋白質(zhì)吸水性是蛋白質(zhì)水合作用的直接表現(xiàn)，它與很多因素有關(guān)系，包括蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)、分子的疏水性、體系的表面張力，此外還與體系的pH值、蛋白質(zhì)濃度等外界環(huán)境有關(guān)。從圖4看出，相比醇溶蛋白、谷蛋白，清蛋白、球蛋白的吸水性較好，在2.3 g/g左右。從圖4中看出，醇溶蛋白的吸油性最高，為2.48 g/g，其次是谷蛋白2.24 g/g、清蛋白2.08 g/g、球蛋白1.96 g/g。蛋白質(zhì)的吸油性與蛋白質(zhì)的疏水性、變性程度等因素有關(guān)。Lin等［10］研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)吸油能力的大小主要由蛋白質(zhì)非極性側(cè)鏈結(jié)合烴鏈的能力有關(guān)，結(jié)合能力越強(qiáng)，蛋白質(zhì)的吸油性越強(qiáng)。醇溶蛋白的疏水性氨基酸含量最高，故而其吸油性高。

圖4 米胚蛋白各組分的吸水性和吸油性

3.3.3 表面疏水性

從圖5可知，米胚蛋白各組分的表面疏水性都相對較高，特別是醇溶蛋白，表面疏水性指數(shù)達(dá)到了1 570，其余3種蛋白的表面疏水性也在1 400左右。高表面疏水性表明米胚蛋白各組分水溶性低，使得其在食品中應(yīng)用有一定局限性，如對米胚蛋白進(jìn)行改性可以使其可利用性更為廣泛。

圖5 米胚蛋白各組分的表面疏水性

4 結(jié)論

米胚4種Osborne分離蛋白中，清蛋白、球蛋白、谷蛋白與FAO/WHO推薦的參考蛋白模式接近，但醇溶蛋白相對較差。清蛋白中除色氨酸外，其余必需氨基酸均超過小孩需求量的推薦值，且賴氨酸含量也較高;谷蛋白的氨基酸評分最高，為80.90;色氨酸和賴氨酸是四種蛋白中的限制性氨基酸，含量相對較低;清蛋白、球蛋白、谷蛋白的PER值與優(yōu)質(zhì)蛋白的衡量標(biāo)準(zhǔn)值2.00接近，BV值較高，屬于優(yōu)質(zhì)的植物蛋白資源。

功能性質(zhì)的研究表明:清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白的起泡性在pH 5時(shí)最低，隨著pH值的增加，4種蛋白的起泡性逐漸升高，起泡穩(wěn)定性卻隨著pH值的增大而逐漸降低，在pH 5時(shí)達(dá)到最大值;清蛋白、球蛋白的吸水性比醇溶蛋白、谷蛋白好，醇溶蛋白的吸油性最好;米胚蛋白各組分的表面疏水性較高，如需要改善其水溶性，則需對米胚蛋白進(jìn)行改性處理。

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