米渣蛋白分離提取技術研究進展

張存勝，李珂昕，馬海樂

（江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇鎮江　212013）

米渣蛋白分離提取技術研究進展

張存勝，李珂昕，馬海樂

（江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇鎮江212013）

米渣是一類極具開發價值的蛋白質資源，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展的基礎上，對每種提取方法的優缺點進行了對比分析，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、麥芽糊精廠產生的富含碳水化合物和蛋白質的工業副產物，其蛋白質含量在40%（干基）以上，遠高于大米和豆類中的蛋白質含量［1］。米渣蛋白的氨基酸構成模式與人體的需求模式基本一致，營養價值可與雞蛋蛋白，甚至大豆和牛奶蛋白相媲美，并具有低過敏性、無色素干擾、味道柔和、營養價值高等特點，價格遠低于大豆分離蛋白，是一類較具開發價值的蛋白質資源［2-3］。

1　米渣蛋白化學組成

大米蛋白質主要由4種蛋白質組成：谷蛋白（約80%）、球蛋白（約12%）、白蛋白（約5%）和醇溶蛋白（約3%）。4種蛋白質的相對分子量和結構組成有較大的差異，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型聚合體為片層結構，顆粒直徑為0.5～2 μm；而PB-II型聚合體無分層結構，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，從營養素搭配角度來看，大米蛋白的營養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］見表1。

以大米為原料味精、葡萄糖等物質的加工過程中，蛋白質經歷了高溫液化和淀粉酶的作用，米渣中的蛋白質在氨基酸組成、糖與蛋白結合性、蛋白質結構和溶解性上發生了一定的變化。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，而米渣中蛋白質與糖的連接方式是N-糖肽鍵。與大米蛋白結構相比，米渣蛋白中的二硫鍵顯著增加，導致其溶解性降低，并且經過高溫加熱后蛋白質的二級結構（α-螺旋結構）發生了變化［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構變得疏松，從而使淀粉中的蛋白質溶出，進而被分離［9］。其工藝流程為米渣→粉碎→堿液浸泡→離心分離→蛋白質上清液→調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、提取溫度和提取時間等，提取條件的改變將導致蛋白提取率和提取純度的改變。目前，每種因素對蛋白提取率的影響程度尚有爭論。桂向東等人［9］對大米糟渣食用蛋白提取因素進行了研究，發現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＞提取時間。郭梅等人［10］在利用堿法提取大米蛋白的研究中發現，影響大米蛋白提取率的主次因素順序為液固比＞堿液濃度＞提取時間＞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比

表3對比了不同蛋白酶提取米渣蛋白的提取條件和蛋白提取率，結果表明，酶解pH值7.4～11.0，酶解溫度45～60℃，酶解時間一般在4 h以內，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，所提的蛋白質中不會有毒性物質的存在，所提取的蛋白質營養價值價高，并且節省了堿和水的消耗［19］。因此，蛋白酶法提取越來越受到人們的重視。

由于酶制劑特別是復合酶的產量低、價格昂貴、生產成本高，限制了蛋白酶法的發展，要實現蛋白酶法產業化應用，仍需解決酶制劑的來源問題。

2.3淀粉酶法

淀粉酶法主要是通過向米渣中添加淀粉酶，使非蛋白物質酶解被分離，最終獲得蛋白質。其工藝流程為米渣蛋白→過篩→加水→調節pH值→淀粉酶水解→水解離心→調節pH值→纖維素酶水解→水解離心→滅酶→干燥→產品。

米渣主要由蛋白質和碳水化合物組成，碳水化合物主要是未經酶水解或殘留的糊精，糊精與蛋白質的溶解度差異較大，通過高溫水將米渣溶解可去除部分糊精，再經過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化為糖類進而被去除，蛋白質純度可達80%以上，經冷凍干燥后的產品色澤和品質基本能達到食品級要求［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行水解去除，從而提高蛋白質的純度，但目前淀粉酶和纖維素酶的經濟成本較高，限制了該法的廣泛應用。

2.4物理法

米渣蛋白的結構和性質與大米蛋白有較大的差別，經過高溫處理的米渣蛋白形成網絡狀結構，將淀粉和糊精緊密包裹，采用簡單的水洗法難以將其網絡狀結構破壞，并將非蛋白物質洗脫。在物理法提取中，目前常用超聲波、反復凍融和高速剪切等手段對米渣蛋白結構進行破壞，以提高蛋白質的分散性，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，蛋白質提取率提高了8.72%。另據報道，美國科學家對一種特別的均質器所產生的高壓進行淀粉和蛋白的物理分解，再基于傳統的物理分離工藝實現淀粉和蛋白的分離，該方法能夠完好地保留蛋白質的原品質，有望給蛋白質生產帶來革命性的變革［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的變化，結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勢，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，雖然排雜法沒有明顯提高蛋白質含量，但提取條件更加溫和，毒性物質生成量較少，米渣蛋白中的雜質被有效去除，蛋白質產品純度、色澤、溶解性及口感更佳。孫紅星等人［25］對比了2步酶解法與堿溶酸沉法的提取性能，發現2步酶解法所提取的米渣蛋白收率遠高于堿溶酸沉法，且制得的蛋白純度也優于堿溶酸沉法。上述研究表明，將多種提取方法有機結合，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。

2.6不同提取方法的優缺點及方法選擇

不同提取方法優缺點對比見表4。

由表4可知，堿法的蛋白質提取率高，但該法提取的蛋白質品質較差，從營養價值來講，不能達到食品級的營養要求，且堿液的大量使用會帶來環境污染問題；蛋白酶法提取條件溫和，通過蛋白酶解將蛋白分解成多肽物質有利于人體快速吸收，但由于蛋白酶價格昂貴，目前尚未商業化應用；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溶解排出，提高蛋白質的純度，但由于提取過程中蛋白質受熱后結構發生改變，影響蛋白質的營養價值，且淀粉酶和纖維素酶的使用提高了該法的經濟成本，限制了該法的工業應用；物理法提取的蛋白質不經過化學反應，保持了蛋白質原有的結構和營養價值，蛋白質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展前景的方法；混合法是利用不同方法的優點，將2種或幾種方法混合使用，提高了蛋白質的提取率和純度，是蛋白提取方法的發展趨勢。

蛋白提取方法的不同直接影響蛋白提取率、蛋白純度、蛋白營養價值、色澤和品質等，在提取方法選擇上，要根據所提蛋白質的用途進行合理的選擇。一般來講，提取食品級的蛋白質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。還需要根據原料性質，針對性地選擇提取方法，把各種提取方法優化組合，使其優勢互補，除考察蛋白質提取率和營養價值外，還需計算工藝成本，使提取工藝的能量和經濟耗費降至最低。

表4　　不同提取方法優缺點對比

3　展望

米渣是一種極富有開發價值的蛋白質資源，米渣蛋白具有多種優點和保健作用，是人們需求的目標蛋白質，根據生產需求選擇合理的蛋白提取方法尤為重要。雖然目前國內外對米渣蛋白提取工藝進行了較廣泛的研究，但大多數研究集中在提取工藝優化上，對蛋白質在提取過程中的結構變化、提取機理以及提取后蛋白質營養性能評價上的研究較少，對提取過程中流體力學、分離提取罐結構改進方面的研究鮮有報道，目前國內少數高校已開始利用化工軟件開展對米渣蛋白分離提取過程進行仿真研究，今后該部分研究有望成為米渣蛋白提取方向新的研究內容。

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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劃項目（1401067B）；江蘇高校優勢學科建設工程資助項目（201303）。

張存勝（1983— ），男，博士，講師，研究方向為食品廢棄物資源化利用。