大米蛋白研究与利用概述

大米蛋白研究与利用概述

摘要：本文从大米蛋白组成成分、结构和性质出发，以研究开发和利用大米促进精深加工为支撑，阐述大米蛋白分离提取方法，概述国内外大米蛋白产品研究及开发利用现状，并对其前景进行展望。

关键词：大米；大米蛋白；提取工艺；制备；利用

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［1］。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。

1 大米蛋白的组成和理化特性

1.1 大米蛋白的组成

大米蛋白具有优良营养品质，是公认的谷类蛋白中的优质植物蛋白。按Osborne分类方法［2］，大米蛋白可粗分为4类：清蛋白（albumins），可溶解于水的蛋白质，占总量2%～5％；球蛋白（globulins），溶于0.5mol／L的NaCl溶液，占总量2%～10％；谷蛋白（glutelin），溶于稀酸或稀碱，占总量80％以上；醇溶蛋白（prolamins），溶于70%～80％乙醇溶液，占总量1%～5％。其中谷蛋白和醇溶蛋白成为贮藏性蛋白，它们是大米蛋白的主要成分。而清蛋白和球蛋白含量较低，是大米中的生理活性蛋白。大米蛋白因赖氨酸含量较高、必需氨基酸含量与其他谷类蛋白中必须氨基酸含量比较具有一定优势和生物价（BV）及蛋白质效用比率（PER）较高而具有良好得营养价值。

1.2 大米蛋白的主要理化特性

在大米贮藏性蛋白中，谷蛋白分子量较大，分子内和分子之间广泛存在的二硫键以及分子内存在的巯基，结构决定其不溶于中性盐溶液而只溶于稀酸、稀碱，大大限制了大米蛋白功能性开发。醇溶蛋白富含谷氨酸、亮氨酸和丙氨酸残基，赖氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸残基含量很少，纯化的醇溶蛋白疏水性很强。

在生理活性蛋白中，清蛋白成分非常复杂，是大米蛋白4种蛋白质中赖氨酸含量最高、谷氨酸含量最低的蛋白质。球蛋白中主要的氨基酸成分是谷氨酸和精氨酸，含硫氨基酸含量也较高（超过10％）。该类蛋白具有一定的营养价值并且容易提取，但是其含量偏低。

2 大米蛋白分离提取研究进展

大米蛋白提取目的是为了获取高纯度的大米蛋白产品，一般分为大米浓缩蛋白（RPC，蛋白质含量50％～89％）和大米分离蛋白（RPI，蛋白质含量90％以上）。碎米、米糟、米糠等原料都可以用来制备大米蛋白。从目前国内外研究进展看，以大米为原料，大米蛋白提取方法主要有碱法提取、酶法提取、溶剂提取、物理分离法和复合提取法等。

2.1 碱法提取

碱法提取是根据大米蛋白中有80％以上的蛋白可以溶于碱溶液的原理，利用强酸性或强碱性条件下大米蛋白溶解度较高，而在等电点条件下溶解度很低特性，通过调节分散体系pH将蛋白质与淀粉和纤维素分离出来［3］。孙庆杰等以籼米为原料碱法提取大米浓缩蛋白，工艺流程为：早籼米→碱液浸泡→磨浆→加碱液搅拌→离心分离→调沉淀pH至中性→离心分离→干燥→蛋白粉。通过正交实验得到提取浓缩大米蛋白的最佳工艺条件为：NaOH浓度0.09mol／L、提取时间4h、提取温度为室温、固液比1：7，可得到纯度为80.16％的大米浓缩蛋白，提取率为90.10％［4］。

碱法提取大米蛋白一般直接利用大米提取，工艺比较成熟，简单。但用碱量大，液固比大，且高碱会引起蛋白质剧烈变性，Maillard反应加剧，同时高碱使非蛋白物质溶解，某些

氨基酸如赖氨酸与丙氨酸或胱氨酸之间发生缩合反应，生成有毒物质，赖氨酸营养价值大大降低，且成品颜色深，味道苦，食用性差［5］。

2.2 酶法提取

酶法提取主要利用蛋白酶、淀粉酶等对大米蛋白的降解和修饰作用，使其变成可溶性的肽后被抽提出来。按照蛋白酶作用方式的不同，蛋白酶分为内切蛋白酶和外切蛋白酶。其中，外切蛋白酶是从肽链的任意一端切下一个单位氨基酸残基；内切蛋白酶是在多肽链的内部破坏肽键，依赖不同水解程度产生一系列分子量不同的多肽，工业用蛋白酶主要是内切蛋白酶。内切蛋白酶和外切蛋白酶因对底物的作用方式差异而影响蛋白质的提取［3］。按照蛋白酶的作用条件不同，蛋白酶可分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶等，其中常用碱性蛋白酶提取大米蛋白研究居多。葛娜等利用碱性蛋白从籼米中提取大米水解蛋白率可达79.86％［6］。利用酶法提取大米蛋白研究中，因原料和提取工艺不同和蛋白酶的种类、生产厂商、酶活力和组成等诸多因素差异，蛋白提取结论不尽相同。

采用排杂存主提取大米蛋白是酶法提取的另一种思路创新，即利用诸如淀粉液化酶、纤维素酶、果胶酶、木质素酶、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［3，7］。谭志光等研究了采用高温α-淀粉酶制取旱籼米浓缩蛋白的方法，工艺流程是：早籼米→粉碎→加水调浆→糊化→液化→离心→烘干→大米浓缩蛋白，所得大米浓缩蛋白纯度达82.41％，提取率达94.69％［8］。

酶法提取蛋白质反应条件温和，液固比小，蛋白质多肽链可水解为短肽链，提高了蛋白质的溶解性。但因酶价格较高，生产成本大幅度提高，要实现产业化还需要作一定优化设计研究。若将酶法和碱提取法相结合可能是今后大米蛋白提取的发展趋势，但作为工业化生产将优先考虑碱法提取蛋白质。

2.3 溶剂提取法

用以提取大米蛋白的溶剂有：（1）表面活性剂：十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化胺；（2）脂肪酸盐；（3）弱酸：醋酸、乳酸；（4）氢键破坏剂：尿素、盐酸胍；（5）还原剂：

巯基乙醇、DT等［3］。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，产品应用特别是在食品应用中存在安全问题，提取溶剂成本较高使生产成本增加。

2.4 物理分离法

据报道，美国科学家发现一种效价比更高的新方法，即利用一种特别均质器所产生高压，对大米中淀粉和蛋白质聚成块后进行分解。大米只需一次性通过此种设备，即可产生水状的颗粒均匀的淀粉和蛋白质微分子，然后通过基于密度的传统分离工艺对其中的淀粉和蛋白质进行分离，生产出的蛋白质和淀粉与传统的加工方法相比具有更好的完整性与功能性。美国科学家认为，这种新方法有可能对大米淀粉和蛋白质生产业带来革命性变化［7］。

2.5 复合提取法

由于单纯使用碱法或酶法存在优劣，人们开始考虑采用复合提取方法，以作到既保证产品质量和产率又尽可能地降低生产成本，为此人们做了许多实验研究。陈季旺等则利用碎米通过碱酶两步法抽取大米蛋白，工艺是：碎米→粉碎→稀碱提取→离心→蛋白液→淀粉酶水解→灭酶→离心→沉淀→冷冻干燥→大米蛋白。大米蛋白提取率为73.22%，纯度为88.75％［8］。金世合等用脱脂米糠制备米糠蛋白，工艺流程是：脱脂米糠+水→复合糖酶作用→离心→沉淀→弱碱法提取→沉淀→再次洗涤→离心→上清液合并→调节等电点沉淀→离心→水洗涤→调节中性→干燥。复合糖酶处理脱脂米糠后，降低了米糠中半纤维素和植酸盐含量，使蛋白质的提取率和纯度明显提高，所得产品的蛋白含量达到80.2％［9］。

3 国内外大米蛋白产品开发现状

大米蛋白功能性开发的主要产品形式有：改善大米蛋白物化功能并用作食品添加剂；制取高蛋白营养粉（蛋白含量80％以上）；具有特殊功能的生物活性肽等。以上3种主要产品形式在处理技术上共同点是将大米分离蛋白（RPI）水解和改性。

3.1 食品添加剂