米渣蛋白分離提取技術(shù)研究進(jìn)展

張存勝，李珂昕，馬海樂(lè)

（江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江　212013）

米渣蛋白分離提取技術(shù)研究進(jìn)展

張存勝，李珂昕，馬海樂(lè)

（江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013）

米渣是一類極具開(kāi)發(fā)價(jià)值的蛋白質(zhì)資源，米渣蛋白分離提取方法較多且各具特色。在討論米渣蛋白及氨基酸組成，分析堿法、蛋白酶法、淀粉酶法、物理法和混合法提取米渣蛋白的工藝特征及其研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，對(duì)每種提取方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析，給出了選擇米渣蛋白提取方法的建議。

米渣蛋白；谷蛋白；堿法；蛋白酶法；分離提取

米渣是以大米為原料的酒廠、味精廠、葡萄糖廠、麥芽糊精廠產(chǎn)生的富含碳水化合物和蛋白質(zhì)的工業(yè)副產(chǎn)物，其蛋白質(zhì)含量在40%（干基）以上，遠(yuǎn)高于大米和豆類中的蛋白質(zhì)含量［1］。米渣蛋白的氨基酸構(gòu)成模式與人體的需求模式基本一致，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值可與雞蛋蛋白，甚至大豆和牛奶蛋白相媲美，并具有低過(guò)敏性、無(wú)色素干擾、味道柔和、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高等特點(diǎn)，價(jià)格遠(yuǎn)低于大豆分離蛋白，是一類較具開(kāi)發(fā)價(jià)值的蛋白質(zhì)資源［2-3］。

1　米渣蛋白化學(xué)組成

大米蛋白質(zhì)主要由4種蛋白質(zhì)組成：谷蛋白（約80%）、球蛋白（約12%）、白蛋白（約5%）和醇溶蛋白（約3%）。4種蛋白質(zhì)的相對(duì)分子量和結(jié)構(gòu)組成有較大的差異，谷蛋白是由二硫鍵將多條肽鏈連接而成，醇溶蛋白是由二硫鍵將單條肽鏈連接而成，而白蛋白和球蛋白由單條肽鏈連接而成［4］。大米蛋白以2種聚合體形式存在，分別為PB-I和PB-II，二者常相伴存在［5］。PB-I型聚合體為片層結(jié)構(gòu)，顆粒直徑為0.5～2 μm；而PB-II型聚合體無(wú)分層結(jié)構(gòu)，呈橢球形，顆粒直徑約4 μm。醇溶蛋白存在于PB-I型聚合體中，而谷蛋白和球蛋白存在于PB-II型聚合體中。

大米中氨基酸含量豐富，組成平衡合理，與FAO/WHO推薦的理想模式十分接近。與其他動(dòng)植物蛋白相比，大米蛋白中的氨基酸含量更接近推薦值。因此，從營(yíng)養(yǎng)素搭配角度來(lái)看，大米蛋白的營(yíng)養(yǎng)功能比其他谷物蛋白高。

主要谷物蛋白中必需氨基酸組成（g/100 g蛋白）［6］見(jiàn)表1。

以大米為原料味精、葡萄糖等物質(zhì)的加工過(guò)程中，蛋白質(zhì)經(jīng)歷了高溫液化和淀粉酶的作用，米渣中的蛋白質(zhì)在氨基酸組成、糖與蛋白結(jié)合性、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和溶解性上發(fā)生了一定的變化。由于部分白蛋白和球蛋白損失，米渣蛋白中的谷氨酸（Glu）和賴氨酸（Lys）含量降低，其中Lys只有大米蛋白的3/4。大米谷蛋白的11 kDa亞基是糖蛋白，該多肽鏈中羧基末端有N-糖肽鍵和O-糖肽鍵2種連接方式，而米渣中蛋白質(zhì)與糖的連接方式是N-糖肽鍵。與大米蛋白結(jié)構(gòu)相比，米渣蛋白中的二硫鍵顯著增加，導(dǎo)致其溶解性降低，并且經(jīng)過(guò)高溫加熱后蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（α-螺旋結(jié)構(gòu)）發(fā)生了變化［7-8］。

表1　　主要谷物蛋白中必需氨基酸組成（g/100 g蛋白）

2　米渣蛋白的提取方法

米渣蛋白的水解性較低，直接用水溶提取米渣中蛋白質(zhì)不能獲得較高的蛋白提取率。目前提取米渣蛋白方法有多種，主要分為堿法、蛋白酶法、淀粉酶法、物理法和混合法等。

2.1堿法

堿法是目前最為常用的方法，這是由于米渣蛋白中80%為堿溶性蛋白（谷蛋白），堿法提取的原理是堿液可以使米渣中的淀粉結(jié)構(gòu)變得疏松，從而使淀粉中的蛋白質(zhì)溶出，進(jìn)而被分離［9］。其工藝流程為米渣→粉碎→堿液浸泡→離心分離→蛋白質(zhì)上清液→調(diào)pH值使蛋白沉淀→離心分離→洗滌→干燥→蛋白成品。影響堿法提取的因素較多，主要因素為堿液濃度、液固比、提取溫度和提取時(shí)間等，提取條件的改變將導(dǎo)致蛋白提取率和提取純度的改變。目前，每種因素對(duì)蛋白提取率的影響程度尚有爭(zhēng)論。桂向東等人［9］對(duì)大米糟渣食用蛋白提取因素進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)影響堿法蛋白提取率的主次因素為堿液濃度＞提取溫度＞液固比＞提取時(shí)間。郭梅等人［10］在利用堿法提取大米蛋白的研究中發(fā)現(xiàn)，影響大米蛋白提取率的主次因素順序?yàn)橐汗瘫龋緣A液濃度＞提取時(shí)間＞提取溫度。

堿法提取米渣蛋白的提取條件及蛋白提取率見(jiàn)表2。

表2　　堿法提取米渣蛋白的提取條件及蛋白提取率

表3　　不同蛋白酶的提取條件及提取率對(duì)比

表3對(duì)比了不同蛋白酶提取米渣蛋白的提取條件和蛋白提取率，結(jié)果表明，酶解pH值7.4～11.0，酶解溫度45～60℃，酶解時(shí)間一般在4 h以內(nèi)，液固比6∶1～11∶1，蛋白提取率在47%以上。與堿法相比，蛋白的提取率偏低，但蛋白酶法提取的條件溫和，所提的蛋白質(zhì)中不會(huì)有毒性物質(zhì)的存在，所提取的蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值價(jià)高，并且節(jié)省了堿和水的消耗［19］。因此，蛋白酶法提取越來(lái)越受到人們的重視。

由于酶制劑特別是復(fù)合酶的產(chǎn)量低、價(jià)格昂貴、生產(chǎn)成本高，限制了蛋白酶法的發(fā)展，要實(shí)現(xiàn)蛋白酶法產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，仍需解決酶制劑的來(lái)源問(wèn)題。

2.3淀粉酶法

淀粉酶法主要是通過(guò)向米渣中添加淀粉酶，使非蛋白物質(zhì)酶解被分離，最終獲得蛋白質(zhì)。其工藝流程為米渣蛋白→過(guò)篩→加水→調(diào)節(jié)pH值→淀粉酶水解→水解離心→調(diào)節(jié)pH值→纖維素酶水解→水解離心→滅酶→干燥→產(chǎn)品。

米渣主要由蛋白質(zhì)和碳水化合物組成，碳水化合物主要是未經(jīng)酶水解或殘留的糊精，糊精與蛋白質(zhì)的溶解度差異較大，通過(guò)高溫水將米渣溶解可去除部分糊精，再經(jīng)過(guò)淀粉酶和纖維素酶的處理與水洗，可將殘留的碳水化合物轉(zhuǎn)化為糖類進(jìn)而被去除，蛋白質(zhì)純度可達(dá)80%以上，經(jīng)冷凍干燥后的產(chǎn)品色澤和品質(zhì)基本能達(dá)到食品級(jí)要求［20］。

與蛋白酶法提取不同，淀粉酶法主要是將米渣中的碳水化合物進(jìn)行水解去除，從而提高蛋白質(zhì)的純度，但目前淀粉酶和纖維素酶的經(jīng)濟(jì)成本較高，限制了該法的廣泛應(yīng)用。

2.4物理法

米渣蛋白的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與大米蛋白有較大的差別，經(jīng)過(guò)高溫處理的米渣蛋白形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，將淀粉和糊精緊密包裹，采用簡(jiǎn)單的水洗法難以將其網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)破壞，并將非蛋白物質(zhì)洗脫。在物理法提取中，目前常用超聲波、反復(fù)凍融和高速剪切等手段對(duì)米渣蛋白結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，以提高蛋白質(zhì)的分散性，然而物理法的提取效率仍難以與堿法和酶法相比，為此通常將物理法作為輔助手段與其他方法結(jié)合使用［21］。奚海燕等人［22］利用超高壓輔助堿性蛋白酶法提取大米蛋白，在壓力為400 MPa下，蛋白質(zhì)提取率提高了8.72%。另?yè)?jù)報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家對(duì)一種特別的均質(zhì)器所產(chǎn)生的高壓進(jìn)行淀粉和蛋白的物理分解，再基于傳統(tǒng)的物理分離工藝實(shí)現(xiàn)淀粉和蛋白的分離，該方法能夠完好地保留蛋白質(zhì)的原品質(zhì)，有望給蛋白質(zhì)生產(chǎn)帶來(lái)革命性的變革［21］。2014年，任仙娥等人［23］利用渦流泵研究了米渣蛋白在水力空化作用條件下性質(zhì)的變化，結(jié)果表明水力空化可提高米渣蛋白的溶解性，米渣蛋白在0.4 MPa下處理60 min，其溶解性比未處理的米渣蛋白提高了2.71倍，該技術(shù)有望成為米渣蛋白提取的新物理方法。

2.5混合法

上述的米渣蛋白提取方法各有優(yōu)勢(shì)，為獲得更高的蛋白提取率和蛋白純度，許多研究人員利用多種提取方法結(jié)合，獲得了較好的提取效果。江漓等人［24］耦合排雜法與酶法提取米渣蛋白，雖然排雜法沒(méi)有明顯提高蛋白質(zhì)含量，但提取條件更加溫和，毒性物質(zhì)生成量較少，米渣蛋白中的雜質(zhì)被有效去除，蛋白質(zhì)產(chǎn)品純度、色澤、溶解性及口感更佳。孫紅星等人［25］對(duì)比了2步酶解法與堿溶酸沉法的提取性能，發(fā)現(xiàn)2步酶解法所提取的米渣蛋白收率遠(yuǎn)高于堿溶酸沉法，且制得的蛋白純度也優(yōu)于堿溶酸沉法。上述研究表明，將多種提取方法有機(jī)結(jié)合，能夠克服單一提取方法的缺陷，提高米渣蛋白的提取率和蛋白純度，混合法已成為目前米渣蛋白提取的研究熱點(diǎn)。

2.6不同提取方法的優(yōu)缺點(diǎn)及方法選擇

不同提取方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表4。

由表4可知，堿法的蛋白質(zhì)提取率高，但該法提取的蛋白質(zhì)品質(zhì)較差，從營(yíng)養(yǎng)價(jià)值來(lái)講，不能達(dá)到食品級(jí)的營(yíng)養(yǎng)要求，且堿液的大量使用會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題；蛋白酶法提取條件溫和，通過(guò)蛋白酶解將蛋白分解成多肽物質(zhì)有利于人體快速吸收，但由于蛋白酶價(jià)格昂貴，目前尚未商業(yè)化應(yīng)用；淀粉酶法是提取米渣蛋白的有效方法，它可以有效地將非蛋白物質(zhì)溶解排出，提高蛋白質(zhì)的純度，但由于提取過(guò)程中蛋白質(zhì)受熱后結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，影響蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，且淀粉酶和纖維素酶的使用提高了該法的經(jīng)濟(jì)成本，限制了該法的工業(yè)應(yīng)用；物理法提取的蛋白質(zhì)不經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)，保持了蛋白質(zhì)原有的結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，蛋白質(zhì)的提取率有較明顯的提高，但與其他方法相比，提取率仍然偏低，該法是一種十分有發(fā)展前景的方法；混合法是利用不同方法的優(yōu)點(diǎn)，將2種或幾種方法混合使用，提高了蛋白質(zhì)的提取率和純度，是蛋白提取方法的發(fā)展趨勢(shì)。

蛋白提取方法的不同直接影響蛋白提取率、蛋白純度、蛋白營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、色澤和品質(zhì)等，在提取方法選擇上，要根據(jù)所提蛋白質(zhì)的用途進(jìn)行合理的選擇。一般來(lái)講，提取食品級(jí)的蛋白質(zhì)要選擇條件溫和的提取方法，如酶法和物理法；將蛋白作為起泡劑等工業(yè)原料使用，可選用提取率較高的方法，如堿法和淀粉酶法等。還需要根據(jù)原料性質(zhì)，針對(duì)性地選擇提取方法，把各種提取方法優(yōu)化組合，使其優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，除考察蛋白質(zhì)提取率和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值外，還需計(jì)算工藝成本，使提取工藝的能量和經(jīng)濟(jì)耗費(fèi)降至最低。

表4　　不同提取方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

3　展望

米渣是一種極富有開(kāi)發(fā)價(jià)值的蛋白質(zhì)資源，米渣蛋白具有多種優(yōu)點(diǎn)和保健作用，是人們需求的目標(biāo)蛋白質(zhì)，根據(jù)生產(chǎn)需求選擇合理的蛋白提取方法尤為重要。雖然目前國(guó)內(nèi)外對(duì)米渣蛋白提取工藝進(jìn)行了較廣泛的研究，但大多數(shù)研究集中在提取工藝優(yōu)化上，對(duì)蛋白質(zhì)在提取過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化、提取機(jī)理以及提取后蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)性能評(píng)價(jià)上的研究較少，對(duì)提取過(guò)程中流體力學(xué)、分離提取罐結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面的研究鮮有報(bào)道，目前國(guó)內(nèi)少數(shù)高校已開(kāi)始利用化工軟件開(kāi)展對(duì)米渣蛋白分離提取過(guò)程進(jìn)行仿真研究，今后該部分研究有望成為米渣蛋白提取方向新的研究?jī)?nèi)容。

［1］李綺麗，吳衛(wèi)國(guó)，張喻，等.雙酶法水解米渣蛋白工藝研究 ［J］.糧食與油脂，2011（1）：19-22.

［2］王毅梅，陳季旺，潘浩，等.米渣蛋白脫色工藝優(yōu)化及對(duì)產(chǎn)品功能性質(zhì)的影響 ［J］.食品科學(xué)，2011，32（12）：73-77.

［3］郭榮榮，潘思軼，王可興.堿法與酶法提取大米蛋白工藝及功能特性比較研究 ［J］.食品科學(xué)，2005，26（3）：173-176.

［4］榮先萍.米渣蛋白成分分析及蛋白提取研究 ［D］.無(wú)錫：江南大學(xué)，2011.

［5］肖蓮榮，任國(guó)譜.大米蛋白改性研究進(jìn)展 ［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2012，38（2）：151-156.

［6］孫智慧.利用米渣制備米蛋白及其工業(yè)設(shè)計(jì)研究 ［D］.西安：西北大學(xué)，2008.

［7］徐敏，酶法水解米渣蛋白制備寡肽工藝的研究 ［D］.合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

［8］王章存，劉衛(wèi)東，申瑞玲，等.大米蛋白水解機(jī)制研究——III酶水解對(duì)大米蛋白-糖結(jié)合特性的影響 ［J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2007，22（6）：5-7，11.

［9］桂向東，王洪.大米糟渣中食用蛋白堿法提取的研究 ［J］.中國(guó)調(diào)味品，2009，34（4）：68-69，81.

［10］郭梅，郭偉，王娜，等.堿法提取大米蛋白的研究 ［J］.糧食加工，2011，36（2）：42-44.

［11］Evelynmae S T，Bemardita V E，Juliano B O.Studies on the extraction and composition of endosperm gluten and prolamin［J］.Cereal Chem，1971，48：168-181.

［12］榮先萍，彭奇均.米渣蛋白組成成分及提取工藝研究 ［J］.應(yīng)用化工，2010，39（6）：800-805.

［13］孫慶杰，田正文.堿法提取濃縮大米蛋白工藝條件的研究 ［J］.食品工業(yè)科技，2003（9）：38-39，42.

［14］盧時(shí)勇，錢俊青，鄒小明.酶法提取米渣蛋白工藝的研究 ［J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2005，20（2）：1-4.

［15］郭興鳳，張娟娟，馬宇翔，等.響應(yīng)面法優(yōu)化中性蛋白酶提取米渣中蛋白質(zhì)的研究 ［J］.河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，29（6）：13-17.

［16］許尨，袁江蘭，靳艷，等.米渣蛋白堿性蛋白酶酶解條件優(yōu)化 ［J］.食品科技，2012，37（12）：60-62.

［17］陳中愛(ài)，曾海英，董宏偉.酶法提取糖渣蛋白的工藝研究 ［J］.食品科技，2013，38（6）：236-241.

［18］廖珍龍，陳濤，陳麗梅，等.米渣蛋白質(zhì)提取純化的技術(shù)研究 ［J］.糧食與飼料工業(yè)，2010（3）：21-24.

［19］Sarmadi B H，Ismail A.Antioxidative peptides from food proteins：A review.Peptides，2010：1 949-1 956.

［20］田蔚，林親錄，劉一洋.米渣蛋白的提取及應(yīng)用研究 ［J］.糧食加工，2009，34（2）：31-37.

［21］陽(yáng)仲秋.米渣中蛋白質(zhì)的提取及其改性研究 ［D］.長(zhǎng)沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2010.

［22］奚海燕，歐小慶，張暉，等.超高壓輔助酶法提取大米蛋白的研究 ［J］.糧食與飼料工業(yè)，2007（10）：26-28.

［23］任仙娥，楊鋒，黃永春，等.基于渦流的水力空化對(duì)米渣蛋白功能性質(zhì)的影響 ［J］.食品工業(yè)科技，2014（14）：88-90，94.

［24］江漓，林洮，趙小虎，等.除雜和酶法相結(jié)合提取米渣蛋白 ［J］.食品科技，2011，36（12）：179-186.

［25］孫紅星，龐雪風(fēng)，尤夢(mèng)圓，等.從米渣中制備米渣蛋白的研究 ［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械，2013，23（8）：50-53.◇

Progress of Research on Separation and Extraction Technology of Rice Dreg Protein

ZHANG Cunsheng，LI Kexin，MA Haile
（School of Food and Biological Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu 212013，China）

Rice dreg is a kind of protein resource with high development value.The separation and extraction methods for rice dreg protein are diverse and each of them owns its feature.The chemical composition and amino acids of rice dreg protein are discussed，and the characteristics and progress of extraction technologies including alkaline，protein enzymatic，diastasic，

physical and mixed methods are analyzed specifically in this paper.Moreover，the merits and drawbacks of each extraction approach are analyzed，and finally，the advices of choosing extraction methods for rice dreg protein are given.

rice dreg protein；glutelin；alkaline approach；protein enzymatic approch；separation and extraction

TS210.9

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.01.049

2015-11-04

江蘇省博士后科研資助計(jì)劃項(xiàng)目（1401067B）；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目（201303）。

張存勝（1983— ），男，博士，講師，研究方向?yàn)槭称窂U棄物資源化利用。