大米蛋白性质研究

大米蛋白研究进展

作者：王章存申瑞玲姚惠源

来源：见正文

发布时间：2004-7-29 12:55:07

大米是世界上的主要粮食之一，全世界一半以上、我国三分之二以上的人口以大米为主食。因此，大米蛋白是人们膳食中重要的蛋白来源。我国稻谷种植面积很大，每年的稻谷产量有1800亿公斤左右。这些稻谷加工成的大米除了食用外，还作为味精发酵和淀粉糖生产的原料。在这些加工环节中产生了大量的副产品米糠和米渣。米糠含有丰富的营养物质，其中蛋白质的含量约12％，脱脂米糠中蛋白质的含量可高达18％。米渣中蛋白质的含量在40％以上，俗称大米蛋白粉和大米浓缩蛋白(RPC)。它们都是宝贵的蛋白质资源，国外非常重视大米和米糠的开发利用，并生产出了附加值很高的营养保健食品和化妆品。过去我国将它们作为动物饲料使用，资源未得到合理利用。近年来，国内对此给予高度重视，一些科研机构和企业加大了研究开发力度。本文从开发利用的角度对近年来国内外大米和米糠蛋白的研究最新进展作一介绍。

1 大米蛋白的结构、组成和性质

大米蛋白种类很多，一般以其溶解特性进行分类。首先用水提取大米或米糠中的蛋白质所得到的蛋白组分称为清蛋白；残渣用稀盐溶液提取得到的蛋白组分为球蛋白；再用75％乙醇提取的组分为醇溶蛋白，最后残渣中蛋白质只能用酸或碱溶解，分别称为酸溶性蛋白和碱溶性蛋白，二者统称为谷蛋白。

谷蛋白和醇溶蛋白也叫贮藏蛋白，是大米中的主要蛋白成分，谷蛋白占总蛋白的80％以上，醇溶蛋白占10％左右；而清、球蛋白含量极少，是大米中的生理活性蛋白，在稻谷发芽早期，它们起着重要的生理作用。

不同蛋白氨基酸组成各有特点。清蛋白中不带电荷的疏水性氨基酸含量较高，酸性氨基酸较低；球蛋白中碱性氨基酸含量较高，达15%以上，而醇溶性蛋白的碱性氨基酸含量只有球蛋白中的一半左右，但其疏水性氨基酸却远高于其它类蛋白。

蛋白的溶解性不仅与其氨基酸组成有关，与其存在状态也有关系。研究表明，在胚乳中蛋白主要以两种聚集体形式存在，即PB-I和PB-Ⅱ型。电子显微镜观察表明，PB-I聚集体呈片层结构，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。两种聚集体常相伴存在。

在大米发芽过程中，两种蛋白聚集体发生解体，但二者的可消化性明显不同，PB-Ⅱ因没有致密的硬核更容易被消化水解，而PB-I在发芽后9天时仍保持着片层结构。用

SDS-PAGE技术研究证明， PB-Ⅱ不断有新的电泳谱带亦即新的蛋白质组分出现，而PB-I 的组分稳定。说明二者蛋白质分子在代谢方面是有差异的。

大米蛋白中的胱氨酸含量较高，含有较多的-S-S-键。这些链内或链间-S-S-键使蛋白质多肽链聚集成致密分子，也可能是形成蛋白聚合体的重要原因。聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)分析结果显示，在PB-Ⅱ聚集体中的蛋白质含有分子量为64、140、240、320、380和500Kda甚至超过2000KDa的组分。分子生物学的研究表明，大米贮藏蛋白的基因表达时首先合成的是分子量为57KDa的蛋白分子，它再裂解成22KDa和37KDa两个亚基。谷蛋白中大小不等的蛋白分子由这两个亚基通过-S-S-装配而成。SDS可以破坏-S-S-的连接，改变SDS的用量，可以发现分子量为22～23KDa和37～39KDa的组分存在，因此这两个组分实际上是大分子聚集体的基本组成单位。

清蛋白中也有分子量高达100KDa的蛋白组分存在，但由于清蛋白中胱氨酸含量很低，不易形成-S-S-键，因而清蛋白更容易溶于水，这说明二硫键的存在对稳定蛋白聚合体是非常重要的。

将蛋白提取后对其氨基酸组成分析发现，大米中的某些蛋白并非完全由氨基酸组成的简单蛋白质，而是含有糖(鼠李糖)或脂类成分的结合蛋白。这些非氨基酸成分不仅影响蛋白质的性质，同时也赋予蛋白质特殊的生理功能。

另外，大量的研究表明，大米中的蛋白种类并不是固定不变的。在大米陈化过程中，虽然总蛋白含量不变，但其结构、类型会发生变化，进而也影响了米饭的流变特性，突出的变化是二硫键数量增多，蛋白质分子量增大，蛋白聚体更加致密，蒸煮后蛋白质与淀粉的网络结构致密，限制了淀粉粒的吸水膨胀和柔润，因而米饭的粘性下降而硬度增加。此时若加入适量的还原剂破坏二硫键，则米饭的粘性提高。任顺成等用SDS-PAGE方法也证明了大米陈化前后蛋白质分子量的这种变化；Teo等的试验也证明大米中的蛋白质的变化是导致大米流变学性质变化的重要因素。这些试验都说明-S-S-键对蛋白质性质的重要性。

大米蛋白不仅在陈化中有更大分子的形成，在加热时也有明显的蛋白分子的聚合。Mujoo指出，爆炒大米花时，分子量为24、34、68 KDa的分子可以聚集成4×104KDa的特大聚合体，但分子量为13～16KDa的醇溶蛋白不参与这种蛋白体的形成。

由此可见，开发利用大米蛋白质尤其要注意大米陈化、加热和二硫键的氧化、还原对蛋白质性质的影响。

米糠中四类蛋白的含量与大米中的明显不同。其依次用水、盐、醇、酸、碱溶液提取所

得到的清、球、醇溶、酸溶和碱溶蛋白的含量分别为34％、15％、6％、11％和32％，其中酸溶蛋白和碱溶蛋白均为谷蛋白，也就是说，米糠中水溶性蛋白含量很高。色谱分析表明，前四种蛋白的分子量范围分别为10～100KDa、lO～150KDa、33～150KDa和25～

100KDa。碱溶性蛋白在提取过程中有二硫键的断裂，其主要组分的分子量仍然分布在45～150KDa，所有这类谷蛋白分子量更大，更难溶于水。但如果打破二硫键，也可以使98％以上的米糠蛋白溶解出来。需要指出，米糠经稳定化处理(一般是加热灭酶)前后，其各种蛋白成分含量变化很大，主要表现在清蛋白含量降低(变性所致)、谷蛋白含量明显增加。

2 大米蛋白的营养价值

大米蛋白被公认为优质食用蛋白，主要是大米蛋白的氨基酸组成平衡合理，符合WHO ／FAO推荐的理想模式，其中蛋氨酸含量较高，是其它植物蛋白所无法比拟的。米蛋白和米糠蛋白的生物价很高，它们的营养价值可与鸡蛋、牛乳相媲美。

另外，大米蛋白是低抗原性蛋白，不会产生过敏反应，对生产婴幼儿食品是十分有利的。世界上很多国家都有婴幼儿大米蛋白营养粉出售。很多植物性蛋白中含有抗营养因子，如大豆蛋白、花生蛋白中的胰蛋白酶抑制素和凝血素、小麦中的一种清蛋白、菠萝中的菠萝蛋白酶等，它们往往引起免疫反应使食用者产生过敏或中毒反应。动物性食品中也有一些致敏因子，如牛奶中的乳球蛋白、鸡蛋清中的卵类粘蛋白等，婴幼儿对这些因子最敏感。相比之下，大米蛋白最安全，大米是唯一可以免于过敏试验的谷物。随着对大米蛋白研究技术日趋完善，婴幼儿和老年用大米蛋白强化食品在市场上正呈普及之势。

大米蛋白除了基本的营养功能外，还有其它一些保健功能。Morita用大米分离蛋白(RPI)和酪蛋白在小鼠中的试验表明，RPI能显著降低血清中的胆固醇、甘油和磷脂的浓度，鼠肝的重量也低于饲喂酪蛋白的试验组。

二甲基苯并蒽(DMBA)是乳腺癌的诱变剂。以30mg DMBA／Kg体重的剂量饲喂小鼠，基础饲料中的蛋白质分别为RPI、大豆分离蛋白(SPI)和酪蛋白。试验结果表明，饲喂RPI 鼠的瘤重低于饲喂酪蛋白者，饲喂7天时各组试验鼠血清中的苯酚物羟化酶的活性差别不大。说明RPI具有抵抗DMBA诱导癌变的作用。从米糠中提取的RPI也表现出同样的效果；进一步用色质联机分析RPI的成分发现，在 RPI中有三萜烯醇、阿魏酸等成分的存在，说明 RPI是结合蛋白。蛋白质的特殊作用可能必须这些非氨基酸成分的参与。

Neriega的试验也是很有意思的。他比较了食用大米和面包的人群对亚极限性体力训练的忍耐力，发现食用大米者耐力更强，受试者血液中的乳酸含量较低。

米糠还具有抗糖尿病的作用。链脲佐菌素(Streptozotocin，STZ)是诱发糖尿病的引诱剂。在米糠的功能试验中发现，米糠饲喂实验鼠两个月，可显著减轻STZ诱导的糖尿