堿法提取米糠中粗蛋白的幾個影響因素探討*

謝宇霞，吳家乾，黃 玉，古汶玉，李丹青，潘傳榮

（廣東省糧食科學研究所，廣州 510050）

廣東是糧食銷區大省，每年從外部調入大量糧食，境內以優質稻谷種植為主。珠江三角洲大部分消費人群對米飯品質要求有偏好，飯桌上以“絲苗米”類米飯為首選。各處分布的大米種植的產業園中，有名的產區有清遠北部“三連”地區、云浮羅定、江門臺山恩平等地，生產出的絲苗米有米粒細長、米飯清香、飯粒完整油光、米飯爽滑及軟而不粘等特點。在廣東近139個縣級區劃中，幾乎每個縣區都有2家以上大米加工廠支撐著當地大米消費市場。企業為迎合消費者對大米白、亮、美的偏好，大米的過度拋光問題普遍。數據表明，每增加一次拋光，稻谷出米率會降低1個百分點[1]，同時米糠的產量會增加。如果將大米副產物均以打包形式一次性轉賣為飼料原料必將造成很大的浪費，因而研究提升廣東絲苗米加工副產物米糠的綜合利用率是非常有必要的。

米糠占稻谷重量的5%～7%，有較高的保健開發價值。根據溶解度和可萃取性對米糠中的蛋白質進行分類，可將米糠蛋白分為清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白及谷蛋白等4種蛋白，都屬于儲存蛋白，它們分別溶于水、稀鹽溶液、醇溶液和酸堿溶液[2]。其中清蛋白和球蛋白含量相對較多，谷蛋白和醇溶蛋白則較少。另外米糠中蛋白質不含乳糖和麩質，營養價與米胚層蛋白質一樣好，可用于嬰兒食品、無麩質食品等多種產品中。榨油后的脫脂米糠含15%～20%蛋白質，用堿液提取和等電點沉淀法可提取出蛋白，再用酒精沉淀、分離，干燥成含量達 90%～94%食用蛋白粉，將其用作食品強化蛋白質的添加劑[3-4]。因此，研究提取米糠蛋白質的方法具有重要的意義。

目前化學法、物理法、酶法和多溶劑萃取等是提取米糠蛋白的主要方法，化學法主要是采用堿法提取，相對廉價簡便。本文以位于“長壽之鄉”之稱的廣東蕉嶺絲苗米產業園的龍頭企業梅州建豐糧業發展有限公司生產的“秀才郎絲苗米”的副產物新鮮米糠為原料，探討堿法提取米糠蛋白工藝中料液比、堿的濃度和提取時間等因素對蛋白提取率的影響。

1 定義

米糠粗蛋白：米糠中各種含氮物質的總稱。它包括了真蛋白質和非蛋白質含氮物，后者包括游離氨基酸、硝酸鹽、氨等。

米糠粗蛋白提取率:米糠經堿提酸沉之后的固形物質量所占米糠中粗蛋白質量的百分比 (米糠蛋白的提取率=米糠蛋白固形物質量/米糠中粗蛋白質量×100%)[5]。

2 材料和設備

2.1 材料

梅州建豐糧業發展有限公司提供新鮮米糠，經理化測定其中粗脂肪除水后含量高達17.2%，廣東絲苗米油性相對較高。

表1 絲苗米糠的理化組份

2.2 設備

FSJ-1型糧食試驗粉碎機；101-1型電熱鼓風干燥箱；HHS型四列孔電熱恒溫水浴鍋；KDN-HYPY8型定氮儀-消化裝備；KDN-2C型定氮儀蒸餾裝置測氮儀；ABS204-s型電子天平；Z323K型臺式冷凍高速離心機。

3 提取方法及粗蛋白測定

3.1 粗蛋白提取方法

取米糠磨粉過40目篩，稱20 g，加一定濃度NaOH溶液浸泡提取一定的時間，用離心機4 000 r/min離心15 min后收集蛋白上清液，用0.1 mol/L鹽酸調節蛋白上清液中的pH，使其達到大米蛋白的等電點4.5，使蛋白沉淀。再用8 000 r/min離心15min，倒掉上清液，收集沉淀蛋白質，離心兩次，獲得米糠蛋白。

3.2 粗蛋白質測定

參考GB 5009.5-2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》第一法凱氏定氮法，蛋白質折算系數取5.95。

4 粗蛋白提取率影響因素的探討

影響米糠提取粗蛋白因素主要有：米糠粗蛋白提取的溶劑種類、溶劑用量、提取堿液的濃度值、提取時間、提取溫度等[6]。

4.1 溶劑選擇

一般以隨處可得的水作為提取溶劑，也可考慮一定濃度的乙醇溶液，提取率會增高，但工作中可能會增加成本、降低安全系數。故本實驗使用水溶液。

4.2 料液比

分別選取 1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10 和 1∶12 的料液比提取米糠粗蛋白，溶液統一為0.08 mol/L氫氧化鈉水溶液，提取時間150 min，提取溫度25℃。提取結果見圖1。由圖1中看出，隨著溶液的增加，大米蛋白的提取率不斷增加，當料液比達到1∶10提取率為72%，之后提高并不明顯。

圖1 料液比對米糠粗蛋白提取率的影響

4.3 提取時間

堿液濃度為 0.08 mol/L，料液比 1∶6，提取溫度25℃，選取30～210 min每隔30 min遞增提取時間。蛋白提取結果見圖2。由圖2可看出，隨著提取時間的增加，蛋白提取率不斷升高，當提取時間達150 min時，蛋白提取率可達72.6%。當進一步增加提取時間時，蛋白提取率反而呈下降趨勢?？赡苡捎诓糠秩艹龅牡鞍踪|與原來的物質重新結合，使得蛋白提取率反而下降。

圖2 提取時間對米糠粗蛋白提取率的影響

4.4 堿液濃度

料液比1∶6，提取時間150 min，提取溫度25℃，分別選取 0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.14 mol/L的NaOH溶液做提取米糠蛋白實驗，結果見圖3所示。

圖3 NaOH溶液濃度對米糠蛋白提取率的影響

由圖3得出，NaOH溶液的濃度對大米蛋白的提取率具有顯著影響，NaOH濃度越低，蛋白的提取率也越低，隨著濃度的不斷升高其提取率也不斷升高，當濃度升高到0.10 mol/L以后，堿液濃度對蛋白提取率的影響不再明顯。當NaOH濃度為0.02 mol/L時，大米蛋白提取率僅有20.2%；當濃度達到0.08 mol/L時，提取率高達70.2%，這可能與米糠蛋白大部分是堿溶性蛋白相關。實驗表明堿液濃度過高，淀粉易發生糊化現象，不利于大米蛋白的提取。因此，堿液濃度為0.10 mol/L時大米蛋白提取率最佳，達70.6%。

4.5 提取溫度

料液比 1∶6，提取時間 150 min，堿液濃度0.08mol/L分別選取25℃、30℃、35℃、40℃和45℃不同的溫度條件進行蛋白提取試驗，結果見圖4。由圖4可以看出，溫度對蛋白提取率的影響并不顯著，過高的溫度有可能引起蛋白質變性，從節能的角度考慮常溫25℃是較佳的提取溫度。

圖4 提取溫度對大米蛋白提取率的影響

5 結果與討論

（1）開發米糠蛋白、米糠油和膳食纖維等一直是米糠研究的重點方向。根據以上單因子影響因素的實驗4.1～4.5分析看出，影響廣東絲苗米糠中粗蛋白提取率的因素從大到小為提取時間、NaOH濃度、料液比和提取溫度。較優的提取工藝條件為NaOH濃度為0.10 mol/L，料液比為1∶10，提取溫度為25℃，提取時間為150 min。表2看出根據該工藝條件提取米糠中蛋白提取率達74.3%，這對指導廣東大規模工業化提取米糠蛋白有一定現實意義。

表2 最佳工藝提取米糠中粗蛋白的理化分析

（2）目前廣東稻谷加工企業眾多，米糠總產量大，但多數企業規模小且分散，加上新鮮米糠穩定性差，米糠難以集中處理，不容易儲存和運輸等諸多原因，米糠的利用尚未形成成熟的產業鏈，與國際水平差距很大。另一方面，米糠作為一種優質的動物能量來源，在畜牧和飼料業中有重要作用，因而廣東大部分米糠仍以轉賣給飼料企業為主。展望未來，我們要進一步開發米糠蛋白提取利用技術、采取多技術結合的方式進一步優化米糠蛋白的提取工藝，穩定提高米糠蛋白的提取率和應用價值，加快米糠產業鏈體系的建設。