低蛋白大米的加工調(diào)制與優(yōu)化研究

郭騏瑋，孫 濤

（邯鄲市第一中學(xué)，河北邯鄲 056006）

目前，慢性腎臟疾病（Chronic Kideny Disease，CKD）已經(jīng)成為全球較為關(guān)注的公共健康問(wèn)題，據(jù)中華醫(yī)學(xué)會(huì)腎臟病學(xué)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2017年我國(guó)總患病人數(shù)達(dá)到1.33億人，而用于治療慢性腎病的醫(yī)療費(fèi)用超過(guò)6 000億元。除了常規(guī)治療，CKD的飲食護(hù)理也很重要，低蛋白飲食（LowProtein Diet，LPD） 是治療CKD的有效方法。姜娜等人[1]研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)CKD患者使用低蛋白飲食，可有效緩解CKD的病癥，且對(duì)高血壓、尿毒癥、高磷血癥等有一定的減輕作用。大米是我國(guó)餐食重要的主食之一，其米粒凱氏蛋白質(zhì)含量在5.5%～8.5%，若CKD患者以普通大米作為主食，將導(dǎo)致體內(nèi)的蛋白質(zhì)含量增加，使病情更加惡化。目前，淀粉塑性再生米是大部分CKD患者低蛋白飲食主食之一，雖然蛋白含量為零，但是存在米粒形狀不規(guī)則、口感皮實(shí)、膠質(zhì)感強(qiáng)且略帶有揮發(fā)性酸味等缺點(diǎn)。蛋白酶發(fā)酵脫蛋白法是利用蛋白酶能夠降解大米蛋白，使其轉(zhuǎn)化為可溶性肽的原理，將大米中的蛋白提取分離出來(lái)。日本學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，酸性蛋白酶水解大米蛋白的分解率達(dá)90%以上，并且制成的大米無(wú)酸味。而國(guó)內(nèi)在酶法脫蛋白米的文獻(xiàn)報(bào)道較少，王文高等人[2]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，蛋白酶的種類選取對(duì)大米蛋白的分解具有很大的影響。周常[3]研究表明，通過(guò)優(yōu)化酶解條件，使酸性蛋白酶水解大米蛋白的分解率達(dá)73%以上，堿性蛋白酶水解大米蛋白的分解率達(dá)76%以上，制成的大米不僅與普通大米具有相同的外觀，而且口感較好。因此，選擇一個(gè)優(yōu)良的低蛋白大米加工調(diào)制工藝，將大米脫蛋白，并保持與普通大米有相同的外觀和口感，讓CKD患者無(wú)需改變飲食習(xí)慣，對(duì)延緩慢性腎病、滿足慢性腎病患者的飲食需求具有重大意義。試驗(yàn)以乳酸菌作為發(fā)酵菌種，通過(guò)Placket Burman與正交試驗(yàn)優(yōu)化酶解和發(fā)酵條件，降低大米中蛋白質(zhì)含量，并保持外觀完整和口感品質(zhì)，為工業(yè)化生產(chǎn)低蛋白大米提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與酶制劑

稻花香長(zhǎng)粒米（蛋白含量6.8%）、盤(pán)錦蟹田大米（蛋白含量7.1%）、金龍魚(yú)稻香貢米（蛋白含量7.5%），均為市售；木瓜蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶、中性蛋白酶、堿性蛋白酶、酸性蛋白酶，食品級(jí)，活力單位10×109U/g，河南萬(wàn)邦實(shí)業(yè)有限公司提供；乳酸菌，嗜熱鏈球菌，粉末狀固體，活菌量＞4×109CFU/g，常州益菌加生物科技有限公司提供；發(fā)酵袋，具有單向排氣閥裝置，規(guī)格30 cm×20 cm，袋裝容量1 000 g。

1.2 主要儀器設(shè)備

全自動(dòng)凱氏定氮儀，濟(jì)南海能儀器股份有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

工藝流程：清洗→發(fā)酵→酶解→清洗瀝干水分→干燥。

將大米放入發(fā)酵袋中，加水，調(diào)節(jié)pH值至一定值，加入乳酸菌發(fā)酵一定時(shí)間后，將大米與發(fā)酵液分離，大米用水清洗后加入酶，在設(shè)定溫度下反應(yīng)，酶解完成后，將大米清洗干凈，置于60℃下烘箱烘干。

1.4 加工調(diào)制與優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1 Plackett Burman設(shè)計(jì)

采用Plackett Burman設(shè)計(jì)法對(duì)影響低蛋白大米制備后蛋白質(zhì)含量影響的10個(gè)影響因素進(jìn)行篩選，采取N=12的試驗(yàn)設(shè)計(jì)[4]。

Plackett-Burman設(shè)計(jì)各因素水平及編碼見(jiàn)表1。

1.4.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究多因素多水平的一種設(shè)計(jì)方法，根據(jù)Plackett Burman試驗(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵因素進(jìn)行試驗(yàn)，具有均勻分散、齊整可比的特點(diǎn)，是一種高效、快速、經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[5-6]。

表1 Plackett-Burman設(shè)計(jì)各因素水平及編碼

1.5 測(cè)定方法與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

蛋白質(zhì)含量的測(cè)定依據(jù)GB 5009.5—2010食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中的蛋白質(zhì)的測(cè)定。采用Design Expert軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Plackett Burman試驗(yàn)篩選主要影響因子

試驗(yàn)以蛋白質(zhì)含量為響應(yīng)值，選用試驗(yàn)次數(shù)N=12的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)大米種類、乳酸菌與嗜熱菌用量比、菌液接種量、酶制劑種類、酶添加量、袋裝量、初始pH值、濕度、酶解溫度和酶解時(shí)間10個(gè)因素進(jìn)行考查。每個(gè)因素取高低2個(gè)水平，另設(shè)2個(gè)虛擬變量，考查試驗(yàn)誤差。

Plackett Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 Plackett Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果

利用Design Expert 8.0.5對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，得到各影響因素的偏回歸系數(shù)及其顯著性。

偏回歸系數(shù)及影響因子的顯著性分析結(jié)果見(jiàn)表3，回歸模型方差分析結(jié)果見(jiàn)表4。

對(duì)表3進(jìn)行分析可知，以因素B為例，偏回歸系數(shù)為0.32，影響水平E（xi）為1.32，為正效應(yīng)，應(yīng)適當(dāng)增加該因素的水平；因素B對(duì)模型的貢獻(xiàn)率為20.21%，較其他因素具有明顯優(yōu)勢(shì)，顯著性結(jié)果為重要（Significant）。10個(gè)因素中菌液接種比、酶制劑種類、酶添加量、酶解時(shí)間的貢獻(xiàn)率分別為20.21%，28.43%，15.14%，13.24%，總和為77.02%。

由表 4 可以看出，Prob（p）＞F=0.001 9＜0.01，表示擬合的線性回歸方程為極顯著。模型確定系數(shù)R2=0.932 1，這表示93.21%試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可變性可用此模型解釋。調(diào)整后的Radj2=0.842 1表示方程模型有很高的可信度。精密度是有效信號(hào)與噪聲的比值，大于4.0視為合理，試驗(yàn)得出的精密度為16.31，說(shuō)明模型擬合程度較好。模型線性方程：

表3 偏回歸系數(shù)及影響因子的顯著性分析結(jié)果

表4 回歸模型方差分析結(jié)果

2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果與分析

同樣以蛋白質(zhì)為響應(yīng)值，對(duì)Plackett Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)篩選出的4個(gè)主要影響因子進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表5，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方差分析見(jiàn)表6。

表5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表6 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方差分析

由表5和表6可以看出，篩選出的4個(gè)因素都效果顯著（p＜0.05），結(jié)果與Plackett Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)各因素顯著性一致，因素間具有顯著性（p＜0.05）。經(jīng)多重比較，結(jié)合各因素差異顯著性，確定最優(yōu)組合為A'2B'3C'1D'2，即乳酸菌與嗜熱菌配比4∶1，酶制劑為復(fù)合，酶添加量2%，酶解時(shí)間36 h。在此最優(yōu)組合基礎(chǔ)上進(jìn)行6次平行試驗(yàn)，測(cè)得大米中蛋白質(zhì)平均含量由原來(lái)的7%降至0.63%，大米蛋白分解率達(dá)91%。結(jié)果表明，大米經(jīng)過(guò)乳酸菌和嗜熱菌接種發(fā)酵后產(chǎn)生蛋白酶降解大米中的植物蛋白，再次經(jīng)過(guò)酶解后，進(jìn)一步降低其蛋白含量；將其烘干后，大米不僅與普通大米具有相同的外觀，而且口感較好。

3 結(jié)論

試驗(yàn)通過(guò)響應(yīng)面分析法中Plackett Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在眾多相關(guān)因素中篩選出影響蛋白質(zhì)降解效果的4個(gè)主要影響因子，即乳酸菌與嗜熱菌用量比、酶制劑種類、酶添加量和酶解時(shí)間。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)大米中蛋白質(zhì)降解的條件進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳制備工藝條件為乳酸菌與嗜熱菌配比4∶1，酶制劑為復(fù)合酶制劑，酶添加量2%，酶解時(shí)間36 h。在此條件下測(cè)得大米中蛋白質(zhì)含量平均為0.63%。低蛋白米能滿足CKD等特殊人群的需求，有利于對(duì)蛋白攝入量的控制，讓CKD患者無(wú)需改變飲食習(xí)慣，對(duì)延緩慢性腎病、滿足慢性腎病患者的飲食需求具有重大意義。