大米蛋白质提取技术研究.doc

精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除大米蛋白质提取技术研究摘 要：大米蛋白是一种优质植物蛋白，它氨基酸组成合理，有较高的生物利用率及特有的低过敏性。本文从碱性提取，酶法提取，复合提取几个方面详细介绍了大米蛋白质的提取工艺,并阐述了提取大米蛋白工艺的发展趋势。关键词：大米蛋白质 提取 溶剂法提取 酶法提取 发展趋势1 引言稻谷是一种重要粮食作物，据统计，全球约有一半左右人口都以大米作为主食。长期以来，稻谷生产及其综合利用一直受到食品科学家高度关注。大米副产品开发与利用，如米糠、碎米等资源都得到较好开发利用，但对其中蛋白质开发利用研究，却还十分有限。与玉米、小麦等蛋白相比，大米蛋白具有营养价值优及人体吸收利用率高等特点，其生物效价达771，远高于其它植物蛋白；大米蛋白还具有低过敏性、无色素干扰等特点，味道柔和而不刺激。此外，大米蛋白富含各类氨基酸，尤其是赖氨酸含量居谷物类食物第一位。1 大米蛋白的组成和结构1.1 大米蛋白的组成大米蛋白主要由清蛋白、球蛋白、醇溶性蛋白和谷蛋白四种蛋白组成，其中谷蛋白和球蛋白为主要成分，各自占80和12，醇溶蛋白占3。球蛋白和清蛋白是大米胚乳中生理活性蛋白，种类很多，相对分子质量为10200 KDa和16130 KDa。醇溶蛋白和谷蛋白是大米中的储藏蛋白，醇溶蛋白含量不高，但与胚乳蛋白体的形态密切相关。大米渣中主要是胚乳蛋白，由白蛋白(49)、盐溶性球蛋白(1011)、醇溶性谷蛋白(3)和碱溶性谷蛋白(6678)组成。1.2 大米蛋白的结构大米蛋白主要以两种蛋白体(protein body，PB)形式存在，即PB.I和PB.II两种类型。电子显微镜观察表明，PB.I蛋白体呈片层结构，致密颗粒直径为0.52,醇溶蛋白即存在于PB.I中；而PB.II呈椭球形，不分层，质地均匀，颗粒直径约4 ，其外周膜不明显，谷蛋白和球蛋白存在于PBII中。两种蛋白体常相伴存在2-32 大米蛋白分离提取研究现状大米蛋白来源较广泛，以早籼米或碎米为原料生产淀粉糖或米粉糖化后等副产品米渣，蛋白质含量高达4070，是蛋白质良好资源。2.1 溶剂法提取大米蛋白目前，提取大米蛋白使用的溶剂有：表面活性剂(SDS，十六烷基三甲基溴化铵)；弱酸；氢键破坏剂(尿素)；碱液(NaOH溶液、KOH溶液)；脂肪酸盐；还原剂(巯基乙醇)。大米蛋白以食用为目的提取时，用碱液最为广泛。另外研究发现，高浓度碱提取大米蛋白时会有不良现象发生(如生成有毒物质，促进美拉德反应使产品变黄，造成淀粉糊化，降低提取效率4。2.1.1碱法提取大米蛋白质80以上为碱溶性米谷蛋白，稀碱可以使大米中紧密的淀粉质结构变得疏松，碱对大分子的米谷蛋白有降解作用，从而使大米淀粉颗粒中的蛋白质溶出而被分离。孙庆杰等5研究用氢氧化钠(NaOH)提取大米蛋白的最佳工艺，NaOH浓度为009 molL时，大米蛋白提取率达到901 ，随着NaOH浓度的增加，大米蛋白的提取率增加，但浓度太高，淀粉会糊化。碱法提取大米蛋白操作简单，但是由于高碱条件下的降解作用，蛋白质的得率一般较低，并会引起分子间的交叉耦合和重排，导致蛋白质营养价值下降，还可能形成有毒物质如Lysinoalnine等6。碱法提取工艺为：大米粉或米糠一加碱一离心分离一蛋白液一酸沉一离心分离一水洗一酸中和一干燥一大米蛋白。2.1.2复合提取法由于单纯使用碱法或酶法提取会出现这样或那样的问题,人们开始考虑采用复合提取法，既保证产品的质量和产率，又尽可能的降低成本。有人采用碱、酶两步法从米渣分步提取大米蛋白，获得较好的效果。该方法先用碱溶法提取部分蛋白质，然后采用碱性蛋白酶对残渣轻微水解，以提高蛋白质的溶解性，进行蛋白质二次提取，使蛋白质提取率达到78.8 7。碎米采用碱酶两步法提取大米蛋白，工艺流程如下 ：碎米一粉粹(过80目筛)一稀碱提取(pH110、50oC、水料比8、120 min)一离心(3 000/min、20min)一蛋白液一淀粉酶水解(120Ug、pH6.0、50、30min)一灭酶(pH9.0、15min)一离心(3000r/min、30min)一沉淀一冷冻干燥大米蛋白。2.2 大米蛋白的酶法提取酶法提取是利用蛋白酶对大米蛋白的降解和修饰作用，使其变成可溶性的肽而被提取出来。酶法提取反应条件温和，蛋白质多肽链可水解为短肽链，提高了蛋白质的溶解性，同时其反应的液固比小，提高了提取液中的固形物含量，降低了用于除去提取液水分的能量消耗8引为工业生产创造了有利条件。酶法提取时，大米蛋白经部分酶解不仅提高了营养价值，有利于消化、吸收，而且大米蛋白特定肽链的降解还可能产生具有多种活性的生物活性肽，例如：大米白蛋白(rice a1bumin)的GYPMYPLR肽序列具有免疫活性，大米蛋白的胰蛋白酶解物中的YPMYPLPR肽序列具有类鸦片活性等9。蛋白质功能性质方面的研究发现，酶法大米蛋白分离物比碱法大米蛋白分离物的表面疏水性值、乳化活性和稳定性低，但溶解度比较好10。在pH3，pH5，pH7，pH9和pH11时，前者的溶解度分别是40,6,13,l7和84 ；后者的溶解度分别是28,6,10 ,13和56。通过酶水解的方法，使蛋白的疏水性提高，可以有效地提高其溶解性、乳化性和起泡性8。按照蛋白酶作用条件不同可分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶。郭荣荣等用Alcalase碱性蛋白酶提取籼米中的大米蛋白，发现在温度为50,pH为8,E/S为5,液固比为3:1,酶解时间为4 h时,大米蛋白提取率为40 ，蛋白质纯度为45 ；还有人用胃蛋白酶从米渣中提取大米蛋白,提取率为72.411。蛋白酶法提取蛋白的工艺，有限水解可使蛋白溶解性有一定增加，但过度水解会降低蛋白质的某些功能性，并限制其在某些食品工业中的应用。一淀粉酶可以有效地去除蛋白液中的淀粉，对大米蛋白营养、品质和理化特性影响较小，并且可以减轻环境污染。此外， 一淀粉酶可将大米淀粉降解为易溶解的糊精和低聚糖，可通过离心或过滤方法将其除去，相对提高沉淀物中的蛋白质含量，从而可以生产高质量的大米蛋白粉12。Morita在1993年报道了用高温液化的淀粉酶在97下与大米粉反应2 h，然后将糖类物质过滤，得到的大米蛋白纯度在90以上，生产工艺如下：蒸馏水10L，米粉5kgTermanyl120L(60 m1)搅拌加热到97酶消化2 h过滤沸水5 L(洗3次)沉淀过滤沉淀物酒精5L(洗3次)过滤大米分离蛋白(产量353507g)13。近期还有采用高温一淀粉酶酶解淀粉制取麦芽糊精，然后分离提取浓缩蛋白的报道，报道结果显示，在使用高温一淀粉酶3 ml、固液比1:4、酶解温度95、酶解时间1 h、DE值为8.44的情况下，大米蛋白纯度达82.41 ，提取率高达4.69。麦芽糊精的理论平均分子量为2 14068 u；通过蛋白质氨基酸组成分析表明，氨基酸组成没有明显变化14。蛋白酶也可用于米粉中蛋白质的提取，但是谷蛋白经蛋白酶水解后产生易溶于水的小分子，产品的乳化性能增加。这种方法可以用于提取蛋白后剩余部分来生产大米淀粉，使淀粉质量明显提高。酶法提取由于酶制剂价格昂贵，特别是复合使用几种酶，生产成本高，要实现产业化还需要一定时间的研究。至于提取大米蛋白具体采用何种蛋白酶更加合适，不同研究由于采用酶来自不同生产厂商，酶活力、组成等存在不同，采用原料不同，提取工艺也不尽相同，所以结论也有所差异。酶水解和碱水解有着本质的区别，酶法提取则可提取更多的水溶性蛋白、醇溶蛋白及经降解和修饰水溶性小分子活性肽和游离氨基酸，不仅不会破坏大米蛋白生物功能，降低提取物营养价值，而且还可以提高和促进人体对其消化和吸收。因此从营养角度和风昧角度以及生物功能等多方面考虑；而碱法提取蛋白质是提取其中占蛋白质总量80 以上的碱溶性蛋白，是蛋白质大分子，但强碱可能会使氨基酸之间缩合产生有毒物，且产生苦涩怪味，酶法水解提取蛋白质要优于碱法提取。2.3 新的提取方法国外研究发现，利用声波、冻结一融化、高压和高速度均质等物理处理与酶处理相结合提取大米糠中蛋白质效果较好。I Sereewatthanawut等15开展利用亚临界水(subcritical water)水解法从脱脂米糠中提取大米蛋白质和氨基酸的研究。结果表明：在温度为200 ，反应时间为30rain的亚临界水状态下，亚临界水能够有效从脱脂米糠中提取大米蛋白质和氨基酸，其蛋白质得率高于传统碱法水解提取。同时，随着温度升高蛋白质提取率提高，这是因为高温状态下蛋白质的溶解度增加。但是其主要原因是由于温度升高电离常数增加，在水合离子和氢氧离子存在的条件下，肽键断裂形成小分子溶解性的蛋白质和氨基酸。3 提取大米蛋白工艺的发展趋势由于大米蛋白具有低过敏性及高营养价值，使其越来越受到人们的青睐。可是我国大部分大米蛋白没有被开发利用，而只是作为某些淀粉厂或酒精厂的残渣被当作饲料出售掉了。因此，为了更好地利用大米蛋白的高营养性能，应该对大米蛋白的开发利用做更深入的研究。上述不同工艺流程各具优劣，应针对原料的性质采用不同的工艺流程。以米粉或碎米为原料生产大米蛋白时，采用碱法提取大米蛋白工艺；而以其他原料来生产大米蛋白时，可采用的工艺较多，如碱法与蛋白酶法的结合；淀粉酶法和其他试剂提取的结合 ；单纯的蛋白酶法。目前，在我国碱法提取大米蛋白工艺比较成熟，但是提取得到的大米蛋白的某些功能特性比较差，需要进一步改进。而酶法仍处在初级阶段，并且蛋白酶的价格极高，所以今后的研究方向应该是把碱法和酶法结合起来，使其优势互补，同时再找到一种产酶高的菌种来降低酶价格。参考文献1方奇林，丁霄霖碱法分离大米蛋白质和淀粉的工艺研究J稂油深加工及食品，2004，(12)：22242 H Sawai，Morita YStudies on rice glutelin Gross structure of glutelin from rice endospermJAgrBiol Chem，1968，32(4)：4965003 K ColierA study of indigestible protein fraction of rice endospermJCereal Science，1998，27(1)：951014J C Woodard，D D ShortToxicity of alkalitreated soy protein in ratsJJ Nutri，1973，103：569-5745孙庆杰，田正文碱法提取浓缩大米蛋白工艺条件的研究J食品工业科技，2003，24(9)：40426 Degroot A P，Slumps PEfect of Severe Alkali Treatment of Protein on Ainino Acid Composition and Nutritive ValuelJJournal of Nutrition，1969，98：45487 王亚林碱酶两步法提取米渣中蛋白质的工艺研究J中国油脂，2002(27)：53548 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