米糠蛋白的研究进展

研究生课程论文(2014-2015学年第二学期)米糠蛋白的研究进展研究生：刘玲玲提交日期：2015/6/30研究生签名：学号201420123151学院轻工与食品学院课程编号课程名称蛋白质科学与工程学位类别硕士任课教师杨晓泉、王金梅教师评语：成绩评定：分任课教师签名：年月日米糠蛋白的研究进展摘要：中国米糠资源的年产量约为1.4×107t,其中米糠蛋白约为2×106t,米糠蛋白的高营养性和低过敏性使它成为不可多得的优质蛋白资源。但米糠蛋白的提取和分离纯化难度高，其工业化生产仍未实现。本文对米糠蛋白的提取方法、功能性影响因素以及在食品中的应用情况进行了综述。旨在推动我国米糠蛋白的精深加工产业的发展。关键词：米糠蛋白；提取；应用Abstract：TheannualoutputofChinesericebranresourcesisabout1.4×107t,andthericebranproteinisabout2×106t,thehighnutritionandlowallergyofricebranproteinmakeitararequalityproteinresource.However,theextractionandpurificationofricebranproteinisdifficult,andtheindustrialproductionhasnotbeenrealized.Inthispaper,theextractionmethodofricebranprotein,functionalfactorsandtheapplicationinfoodweresummarized.InordertopromotethedevelopmentofdeepprocessingindustryinChina'sricebranprotein.Keyword:ricebranprotein；extraction；application米糠中含有约12%-16%的蛋白质，米糠蛋白的氨基酸组成与FAO/WHO推荐模式相似，其生物效价为2.0~2.5,消化率可达到90%。从营养效价上看，米糠蛋白的重量虽然仅为米糠总量的6%~8%，但却含有米糠中64%的营养成分以及90%以上的人体必需元素。同时，是已知的谷物中过敏性最低的蛋白质，可以用来作为特殊人群特别是婴儿配方食品的食物原料，是不可多得的优质蛋白资源。虽然早在20世纪70年代就己开展米糠蛋白提取和纯化方法的研究，然而历经40年米糠蛋白的商业化生产及应用仍然没有实现，原因可能是因米糠蛋白的溶解性质复杂。文章综述了米糠蛋白的提取方法及在功能性食品、食品添加剂等领域的应用现状，以期为米糠蛋白的工业化生产与应用提供理论参考。一、米糠蛋白的提取方法尽管米糠蛋白的营养和保健功能已得到公认，但是目前各国还没有工业化的米糠蛋白产品。米糠蛋白缺乏实用性的主要原因是由其提取的难度造成的。早在1966年，Cagampanget[1]等人就采用碱法从米糠中提取蛋白质，Betschartet,Gnanasambandam和Hettiarachehy采用同样的方法提取米糠蛋白[2]。随着酶技术的发展，人们开始采用不同的酶来提取蛋白质，从使用单一酶到多种复合酶进行提取，米糠蛋白的得率不断得到提高(国外有的高达92%)[3]。由于生活水平逐渐提高，人们对蛋白质的要求发生了从量到质的变化，所以现在研究人员正致力于蛋白提取物的高纯度化和高营养化。米糠蛋白的提取主要有三种方法，酶法、碱法、以及物理法。三种提取方法的工艺流程分别如下[4]：酶法：米糠+水搅拌调节适当pH,T(依据各种酶而定)加酶反应一定时间离心收集上清液(蛋白质浓缩物)调pH值离心干燥米糠蛋白碱法:米糠+水调节pH和温度离心过滤取上清液调节等电点离心过滤干燥米糠蛋白物理法：米糠浆胶体磨研磨均质离心取上清液浓缩干燥米糠蛋白目前，美国农业部南部地区研究中心的研究人员。正在寻找合适的方法来实现米糠蛋白的工业化生产。Hamada[5]等人利用酶制剂、超滤、HPLC等技术对米糠蛋白的提取、纯化做了许多深入的研究工作。用食品级蛋白酶制剂将米糠蛋白部分水解，可以增加米糠蛋白的回收率(从60％增至93％)。蛋白酶的作用可使米糠蛋白的提取率增加，但水解过度会降低米糠蛋白的功能性质，在蛋白质功能性质的优化上，建议水解度小于5％。经过如此改性的米糠蛋白，溶解性显著增加(最高达83％)，乳化活性及稳定性也得以提高[6]。利用风味蛋白酶Flavourzyme则能够解决水解产品的苦味问题。经此酶法改性的米糠蛋白不仅可作为营养强化剂，还可作为食品的风味增强剂[7]。用于许多食品中，如肉制品、快餐食品、焙烤制品、小吃、汤料、酱料以及其它调味品等。韩国的研究者也曾采用碱溶酸沉的方法从米糠中获得米糠蛋白，然后用酶法获得蛋白水解物，经过10KDa超滤和柱层析。获得的2～10KDa和0.2～0.6KDa的多肽组分．具有结合胆酸的功能，是开发功能食品的良好基料。纤维素和半纤维素(主要是木聚糖)是构成植物细胞壁中的最基本成分．纤维素酶和木聚糖酶可将纤维素和木聚糖切成短链寡聚糖．这有助于切断多糖基质中的连接，释放出更多的分子内物质．如蛋白质。Ansharullah利用纤维素酶和复合糖酶(Vis-cozymeL)的作用，将米糠蛋白的得率从25％提高到54％。WangM．[8]等删除了利用木聚糖酶外。还使用了植酸酶。植酸酶水解植酸盐中的磷酸基团，由此切断蛋白质与植酸的连接。使米糠蛋白的溶解性和纯度增加。试验结果表明，在这两类酶的作用下．米糠蛋白的提取率达到74.6％，蛋白质纯度为92.0％。米糠的粒度对蛋白质的提取率也有一定影响。米糠被磨细后，提取液中蛋白质的含量会略微增加，均质后还会进一步增加。对于不同的米糠原料。蛋白质的最大沉淀量在pH4～5之间，CaCl2对蛋白质的沉淀程度没有影响。六偏磷酸盐可使米糠蛋白的提取率提高4倍。Na2S03、半胱氨酸以及SDS的存在也会使蛋白质的提取率增加[9]。值得注意的是,米糠蛋白的提取受到米糠稳定化处理条件、米糠油的提取工艺的影响。在米糠的挤压稳定化处理中，由于受热的时问较短，蛋白质变性可能还不十分严重，但是如果采取的是高温提油或脱溶工艺，米糠粕中的蛋白质会发生严重变性而难以提取。为了开发利用脱脂米糠中的蛋白质以及减少油中溶剂残留，国外已改进了米糠油的提取工艺．采用了以短链烷烃类化合物(丙烷、正丁烷)为溶剂的高压低温浸油技术[10]。把过去单一的油脂提取发展到蛋白质和油脂提取并重的生产工艺上来。二、米糠蛋白的功能性质米糠蛋白的功能性质是指米糠蛋白在加工、处理、贮藏、制备和消费过程中影响其在食品体系中应用的某些物理、化学特性的总称。可概括为水溶性、乳化性及乳化稳定性、起泡性及起泡稳定性。2.1乳化性和乳化稳定性Beuchat]等曾经定义乳化性为每克蛋白质乳化的油脂的毫升数。牛血清蛋白是良好的乳化剂，一般作为评价乳化特性的标准。米糠蛋白的乳化能力低于牛血清蛋白，表面疏水性是影响蛋白质的重要因素，米糠分离蛋白表面的疏水基团较少，与油脂结合性比牛血清蛋白低。而适度的水解和脱氨能够增加蛋白质的乳化能力和乳化稳定性[11]。2.2起泡性和泡沫稳定性蛋清蛋白具有良好的起泡性，常作为评价起泡性的标准。米糠分离蛋白的起泡性和泡沫稳定性分别为(18.9±1.04)min和(108±1.3)min，其起泡性与蛋清蛋白相近(20.5±0.3)min，泡沫稳定性略低于蛋清蛋白(120±1.4)min[12]。2.3溶解性由于米糠蛋白中存在大量的二硫键和聚集体。大部分蛋白质不能溶解于一般水溶液中。BeraM．B等采用200mg样品分散在0.1mo/LNaCl溶液(低盐)和1.0mol/LNaCl溶液(高盐)中，调整pH值(2～10.5)，另一组实验是在各种离子的CaCl2溶液中，分散样品振荡30min后离心(1000r/min，20min)分析上清液中蛋白质含量。这样总氮和可溶性氮可以评价出来。米糠蛋白的可溶性较差，碱法提取后其溶解度在pH值2.0、4.0、6.0、8.0、10.0时分别为38％、5％、8％、46％、58％。Wang．M[13]等报道采用木糖酶和植酸酶提取的分离蛋白，其溶解度在上述pH值条件下为53％、8％、60％、78％、82％。Hamada[8]采用exoprotease和endoproteases处理米糠蛋白达到水解度8％～9％时，在pH5.0、7.0、9.0溶解度为53％、61％、70％，而用Flavourzyme处理后可达到56％、73％、86％，经过改性后能较好地提高蛋白质的溶解度。Hamada[8]也利用蛋白酶来提高米糠蛋白的可溶性，在10％的水解度溶解性可达到92％，在限制水解到2％的水解度，蛋白质复水可溶性从74％增加到80％，在Na2CO3，或SDS的存在或者两者同时存在时可达84％。三、米糠蛋白的深加工3.1生产婴儿配力食品米糠蛋白作为一种必需氨基酸齐全、生物效价高、低过敏性、良好消化性优质植物蛋白资源，可作为生产婴儿食品蛋白原料日前我国婴幼儿食品发展较快，市售母乳化奶粉或其他一些具有生理活性的婴儿配力奶粉，其主要用途是添加免疫球蛋白和乳铁蛋白，以期望达到提高婴儿免疫日的然而，绝大多数婴儿食品忽略了一些敏感体质婴儿由于摄入某种蛋白质而引起过敏现象，开发和利用米糠蛋白作为婴儿食品低过敏性蛋白源具有十分重要的意义[14]。Khan[15]用植酸酶与纤维素酶从微波稳定化及干热稳定化的米糠中提取米糠蛋白，再将米糠蛋白与地瓜粉、面粉、米粉、玉米粉、全脂乳粉等混合制备婴儿配方食品，其营养成分能满足婴幼儿补充食品的标准，热值高达1697-1739kJ/100g，体外消化率为80.90%一84.45%短期婴儿喂养试验证明该配方具有良好的可接受性。刘颖[16]以乳粉和米糠蛋白粉为原料，按40:60比例将乳粉与米糠蛋白粉混合，且比较了复合米糠蛋白粉与市售乳粉和酪蛋白的营养价值，发现米糠蛋白粉与乳粉复配可有效提高其营养价值，复合米糠蛋白粉的蛋白质功效比为2.45，其他蛋白质相关生物学价值如真消化率、生物效价及净利用率分别为89.12%,79.34%,67.53%,皆比市售乳粉(真消化率、生物效价及净利用率分别为81.53%,71.48%,58.28%优异。3.2功能性多肽开发功能性多肽是具有调节生理节律、增强机体防御功能、预防疾病等功能的生物活性分子，蛋白质水解可产生某些活性肽，这已成为日前蛋白质水解研究的热门课题，据资料报道，在一定条件下米糠蛋白经酶解，可获得具有镇痛作用类阿片拮抗肽和具有降血压、增强免疫功能活性肽。据日本研究报道，以大米中清蛋白为原料，通过酶解生成有增强免疫功能活性肽(八肽);而米糠中清蛋白含量是大米的6-7倍若能利用米糠中清蛋白开发活性肽.从理论上讲则更为经济可行[17-19]。3.3营养强化剂及改善食品功能特性米糠蛋白营养价值可与大米内胚层蛋白质相当，是制作高蛋白保健、营养食品理想强化剂米糠蛋白及其系列水解物，可应用于很多食品，如焙烤食品、咖啡伴侣、搅打奶油、糖果、填充料、强化饮料、小吃、汤料、酱料、肉卤及其它调味品[20]。天然植物蛋白物化功能性普遍较差用蛋白酶提取米糠蛋白即可改善蛋白质溶解性、起泡性等功能性质酶法水解或改性后米糠蛋白在食品生产中具有广泛用途，如在焙烤食品和糖果中起发泡作用，在肉制品中起增稠和粘合作用，在液体或半固体食品中起稳定、增稠作用等[21]。3.4生产替代谷氨酸钠风味肽长期以来，谷氨酸及其钠盐作为调味剂在食品中广泛使用，但过量使用会有一定的毒副作用米糠蛋白含有丰富谷氨酰胺和天门冬酰胺，通过蛋白酶水解和脱酰胺作用，使7.6%肽键水解，生产谷氨酰胺风味增强剂，可开发将取代可能对人体有害的味精风味增强剂[22]。3.5蛋白饮料保健食品米糠经高温处理，然后用香术瓜蛋白酶使米糠蛋白成为可溶性物质[23]，经过加酸味剂分离出固体物质，即能制成一种呈透明状、大众化米糠蛋白饮料另外，酶水解可制成功能性饮品如RiceC