关于大米蛋白的详细介绍

【背景及概述】^[1][2][3]

农业是国民经济的基础，粮食是基础的基础，是人类赖以生存、繁衍和发展的必要条件，也是食品工业的基础，是所有食品工业的基本原料的来源。稻谷（Oyaza sativa）是人类重要的粮食种类之一，尤其是在亚洲地区。2007年国际水稻研究所统计数据显示，近年来世界年生产稻谷总产量约为5.33亿t，中国的稻谷总产量达到1.865亿t，占35％，居世界首位。稻谷生产和消费集中在亚洲地区，尤其以中国、印度尼西亚、孟加拉、越南和泰国为主。中国作为世界稻谷产量的国家，在稻谷种植业蓬勃发展的同时，稻谷深加工与综合利用为我国农业经济提供了新的增长点。

稻谷加工时往往仅利用淀粉，碎米、米胚、米糠、稻壳等加工副产品中含有大量的优质大米蛋白未能有效开发利用，造成了蛋白资源的极大浪费。大米蛋白的品质优于小麦蛋白和玉米蛋白，且过敏性低，同时大米蛋白的氨基酸组成模式优于酪蛋白和大豆分离蛋白，能够满足2～5岁儿童的氨基酸需求，这使其非常适合开发婴幼儿食品。此外大米蛋白可加工成酱油、高蛋白粉、蛋白饮料、蛋白胨和蛋白发泡粉等，若将其降解成短肽或氨基酸，则可制成营养价值极高的氨基酸营养液,从而用于保健饮料、调味品、食品添加剂等。长期以来，稻谷生产和稻谷加工产品及副产品的深加工一直倍受食品科学家高度关注。大米蛋白的开发和利用研究正是基于丰富稻米加工产品和合理利用稻米加工副产品的研究和综合利用。因此，提取和合理利用大米中蛋白质具有重要社会和经济意义。

【组成】^[4]

采用 Osborne 分级分离的方法从大米中制备得到 4 种蛋白，作为贮藏性蛋白的谷蛋白和醇溶蛋白是其主要成分，含量低的清蛋白和球蛋白是生理活性成分。其中占总量2%~5%的清蛋白，它溶于水、稀酸及稀碱溶液，遍及于生物体中；占总量2%~10%的球蛋白，它微溶于水，溶于中性稀盐溶液，普遍存在于生物体中；占总量 80% 以上的谷蛋白，它易溶于稀碱、稀酸，不溶于水、醇及中性盐溶液；占总量 1%~5% 的醇溶蛋白，它溶于 70%~80% 的乙醇，不溶于水，多存在于植物种子中。

【结构】^[2]

大米蛋白主要以两种蛋白体(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0.5～2μm，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4μm，其外周膜不明显，谷蛋白和球蛋白存在于PB-II中。两种蛋白体常相伴存在。

【性质】^[2]

1.溶解性

大米蛋白溶解性不是很好，主要是由于大米蛋白含80%以上的碱溶性谷蛋白，这些谷蛋白由许多大分子片断通过二硫键形成，彼此交联而凝聚，而溶于水的清蛋白仅占大米蛋白2%～5%。在pH对大米蛋白溶解性影响研究中发现在pH值4～7时，大米蛋白中谷蛋白溶解性增长缓慢，而pH值接近9时，蛋白溶解性迅速增加。同时改性也会对大米蛋白的溶解性产生一定的影响。研究表明脱酰胺度在19.6%～64.5%之间，随着脱酰胺度的增加,大米蛋白的溶解性增加，溶解度可达96.6%。通过对多种蛋白酶的对比分析可知，碱性蛋白酶的水解效果好于其它蛋白酶，但正交试验结果表明，即使在优化条件下水解，单一的碱性酶水解所得大米蛋白溶解性最高达到43.12%。若先用碱性蛋白酶水解再用复合蛋白酶水解则蛋白溶解性最高达到71.46%，而碱性蛋白酶与其它酶的联合应用效果略差；若先使用复合蛋白酶后使用碱性酶则蛋白溶解性只有54.73%。因此不同酶对大米蛋白分子具有不同的水解特点。

2.乳化性

乳化性包括乳化活性和乳化稳定性两个方面，乳化作用是蛋白质重要功能之一。研究表明，增加大米蛋白溶解性的措施均有利于改善大米蛋白的乳化性能。

谷蛋白一旦溶解其乳化能力与大豆蛋白相当。RPI、E-RPI经Na₂SO₃处理后，乳化性能明显提高，说明通过解除大米蛋白分子中亚基的聚合，可以改善大米蛋白的物化功能性。

3.起泡性

研究发现利用碱性蛋白酶Alcalase对大米分离蛋白进行改性，可显著改善其发泡性能。用碱性酶提取大米蛋白后，当pH中性时，随着蛋白浓度的增大，起泡性增大，起泡稳定性下降；当pH值为6.8时，即米蛋白溶液接近中性时，米蛋白的起泡性和泡沫稳定性较好，并且碱性蛋白酶提取的米蛋白比木瓜蛋白酶提取的米蛋白的泡沫稳定性好；而两种酶提取的米蛋白在不同pH值条件下起泡性差异不大。随着浓度的增大，两种酶提取的米蛋白的起泡性和起泡稳定性均逐渐增大。从总体上看，利用木瓜蛋白酶提取的米蛋白，起泡性和起泡稳定性均比碱性蛋白酶提取的米蛋白好。

4.持水性、持油性

蛋白质持水性与食品储藏过程中保鲜及保型有密切关系。另外还与食品黏度有关而吸油性则与蛋白质种类、来源、加工方法、温度及所用油脂有关。由于大米蛋白溶解性差，限制其持水性与持油性。但经脱酰胺改性后，大米蛋白持水性和持油性均有所改善，脱酰胺度在35.7%时，持水性最低，持油性达到最高，脱酰胺度为42.4%时，持水性与持油性相当。

【应用】 ^[2][4][5]

国内外对大米蛋白的研究主要包括改善食品物化功能的食品添加剂；作为洗护产品的天然增稠剂及发泡剂；特殊人群需要的高蛋白营养粉；满足特定功能的生物活性肽；促进机体保健的活性成分；用于畜禽生产的蛋白饲料；绿色环保的可食用膜等。

1.食品添加剂：

食品添加剂是一类能改善食品品质和色、香、味的添加物。合适的分子大小及氨基酸组成都会赋予蛋白质一定的物化性能, 如溶解性、发泡性、乳化性等。大米蛋白在疏水、柔韧、无序的结构下更容易溶于水和浓缩于气液界面，表现出发泡乳化性。

2.蛋白质营养补充剂

大米蛋白以其低致敏性和高营养性，已成为特殊人群补充营养的首选植物蛋白。大米蛋白配方米粉可针对婴幼儿的敏感性腹泻；无面筋质的大米蛋白更适应于小麦不耐症、过敏或有腹腔疾病的人群；大米浓缩蛋白可以在正常蛋白摄入量减少或该消化机能受到损害时更好地补充机体能力，维持氮平衡；并且可以辅助治疗消化性溃炎、外伤等。

3.功能肽开发

现代研究表明，小分子肽中氨基酸残基与游离氨基酸相比，更容易被人体消化吸收。小分子肽形式存在的氨基酸不仅可以避免转运竞争，还可以降低氨基酸的高浓度毒副作用，肽转运系统低耗能，且不易饱和，使得水解蛋白质产品得到活性肽的研究受到人们的欢迎。

4.蛋白饲料

大米制备淀粉糖的副产物—大米蛋白粉，是一种蛋白含量高、能量转化快、消化率高、适口性好、抗病性好、抗原性低、氨基酸平衡的优良饲料原材料。在水产饲料中添加大米谷蛋白的浓缩物，不仅可以提高鱼类的消化性能，还可以控制其排泄量，从而保持水质澄清，控制水质污染。大米蛋白酶解可产生替代谷氨酸钠 (MSG) 的风味肽，它可以有效掩盖苦味、增强饲料的黏度和改善饲料的适口性，并且可以螯合微量元素矿物质，在提高动物采食量的同时又保证了安全无害。

【提取】^[2][4][6]

目前用于生产大米蛋白的原料较广泛，多来源于生产淀粉糖、味精、有机酸和米酒的副产品，如碎米、米渣、米糠等，蛋白质含量相当可观。商品化的大米蛋白一般有两种：蛋白质含量高达 90%以上的大米分离蛋白 (RPI) 和含量为50%~89%的大米浓缩蛋白 (RPC)，从当前国内外研究进展看，碱法提取、溶剂提取、酶法提取、复合提取法和物理分离提取法是大米蛋白的常见提取方法。

1.碱法

碱法提取得益于大米蛋白中含有 80% 以上的碱溶性谷蛋白，稀碱能够疏松胚乳内部紧密的交联结构，破坏次级键特别是氢键，解离某些极性基团，使蛋白质分子表面带同种电荷，经固液分离后，使蛋白质从淀粉颗粒中溶出，再加酸调至蛋白质等电点聚沉，再经二次固液分离，即可得到蛋白质含量高达 85% 以上的大米蛋白，工艺流程如下：

2.溶剂法

提取大米蛋白的溶剂有表面活性剂、脂肪酸盐、弱酸、氢键破坏剂和还原剂等。Borght 以脱脂大米胚乳为原料，用不同溶剂提取到分子量各异的蛋白质。在试验条件下，2.0%的 SDS 可提取 64% 的蛋白质；添加 6.0 mol/L 尿素可使提取率高达 79%；而 20~100 mmol/L 的氢氧化钠可提取 70%～81% 的蛋白质。体系中加入 2.0% 的SDS，6.0 mol/L 的尿素和 0.5%~1.5% 的二硫苏糖醇可得到提取率。采用此种非碱性溶剂提取大米蛋白具有一定优势，但是提取溶剂不易去除，产品的应用特别是在食品中的应用存在安全问题，提取溶剂成本较高使生产成本增加。

3.酶法

酶法可提取更多醇溶性和水溶性蛋白，经降解并修饰的水溶性小分子活性肽以及游离氨基酸等，酶法提取分为蛋白酶法与非蛋白酶法。蛋白酶法原理是大米蛋白在酶的降解和修饰下变为可溶性肽被提取出来。用胰蛋白酶处理米渣，可得到回收率约为 50% 的大米蛋白；采用碱性蛋白酶，在不经过物理处理的原料初始浓度 100 g/L，pH为10.5，E：S 为1 ：10，温度为 50 ℃的条件下得到蛋白质的提取率为 63.4%；用碱性蛋白酶提取米糠蛋白，提取率达 92%。一般而言，任何蛋白酶均可提取蛋白。研究发现利用 Flavourzyme、Neautrase、Alcalse、木瓜蛋白酶等可获得含量为 80%~90%的大米蛋白，提取率约达 80%，但多以碱性蛋白酶提取效果。

非蛋白酶法是利用了排杂的理念，即利用诸如淀粉液化酶、纤维素酶、脂肪酶等把原料中的非蛋白物质除去后留存蛋白质，从而提高成品的蛋白质含量。淀粉酶作为大米蛋白提取中常用的酶制剂，能够将大米淀粉降解为更易溶解的糊精和低聚糖，而后用离心或过滤的方法将其除去，相对提高沉淀物中的蛋白质含量。

4.复合法

针对酶法和碱法制取大米蛋白的不足，结合二者优势，利用蛋白酶和碱溶分步复合提取能够提高提取效率。利用排杂法结合双酶提取米渣蛋白，得到含量为 81.3% 的米糠蛋白，其色泽口感更佳。复合法提取优于单一法，复合法蛋白质提取率、纯度、营养价值高，但提取工艺复杂、能耗大。

5.物理法

声波、冻结-融化、高压和高速度均质等物理处理辅助酶法提取米糠中蛋白质能够得到理想效果。探究发现采用微射流辅助法能获得回收率为 81.87% 的大米蛋白。在温度为 200 ℃，反应时间为 30 min的亚临界水状态下，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。亚临界水

(subcriticalwater) 水解法中温度的升高，促使电离常数增加，从而使肽键断裂形成可溶性小分子的蛋白质和氨基酸。物理法提取蛋白质营养价值高，但提取率低于其他方法。

6.新提取方法

国外研究发现,利用声波、冻结-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。用超高压辅助酶法提取大米蛋白，采用单因素和响应面分析的方法对碱性蛋白酶提取大米蛋白的条件进行优化，最终确定碱性蛋白酶提取条件为：加酶量1.4%，酶解温度58℃，酶解pH值8.3，酶解时间4h及液固比9∶1，在此条件下，大米蛋白质提取率为70%。并在此基础上研究了超高压对碱酶提取大米蛋白质提取率的影响，试验表明在压力为400MPa下，蛋白质提取率升高到78.2%。利用亚临界水(subcriticalwater)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30min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。

【主要参考资料】

[1] 彭清辉, 林亲录, 陈亚泉. 大米蛋白研究与利用概述[J]. 中國食物與營養, 2008, 2008(8): 34-36.

[2] 单成俊, 周剑忠. 大米蛋白研究进展及其应用[J]. 糧食與飼料工業, 2009, 2009(7): 30-33.

[3] 王章存, 申瑞玲, 姚惠源. 大米蛋白研究进展[J]. 中国粮油学报, 2004, 19(2): 11-15.

[4] 陈媛, 张志国. 大米蛋白研究进展[J]. 粮食与油脂, 2017, 7: 004.

[5] 刘骥, 姚惠源, 陈正行. 大米蛋白产品开发研究进展[J]. 河南工業大學學報 (自然科學版), 2005, 26(6): 75-79.

[6] 李亦蔚. 大米蛋白提取与分离纯化技术的研究[D]. 长沙: 长沙理工大学, 2012.