米糠蛋白提取工艺条件的优化

李新华，富艳鑫，郑煜焱*

(沈阳农业大学食品学院，辽宁 沈阳 110866)

米糠蛋白提取工艺条件的优化

李新华，富艳鑫，郑煜焱*

(沈阳农业大学食品学院，辽宁 沈阳 110866)

以米糠为原料，分别采用碱法和酶法对米糠蛋白进行提取。在提取过程中，以蛋白提取率为指标，确定料液比、酶用量、时间和温度对米糠蛋白提取率的影响，通过正交试验确定最佳提取工艺。结果表明：碱法最佳提取工艺为料液比1:10(g/mL)、提取时间2.5h、提取温度45℃，米糠蛋白提取率可达57.8%。酶法最佳提取工艺为酶用量2%(E/S)、酶解时间2.5h、酶解温度50℃，米糠蛋白提取率可达38.4%。

米糠蛋白；提取；碱法；酶法

米糠是糙米碾白过程中被碾下的皮层，包括果皮、种皮、珠心层、糊粉层、米胚芽和小碎米屑的混合物[1]。米糠是一种价廉、营养丰富的稻米加工副产品，我国年产米糠1000万吨以上，是一种量大面广可再生资源[2]。全脂米糠一般含有蛋白质12%～18%，脂肪16%～20%，灰分12%左右，膳食纤维14%，包括淀粉、半纤维素和纤维素等在内的碳水化合物总量50%左右，具有较高的利用价值[3]。在天然状态下，米糠蛋白与米糠中的植酸和半纤维素等结合在一起[4]。早在1966年Cagampanget就采用碱法从米糠中提取蛋白质[5]。碱法提取虽然简单易行，但产品风味和色泽不理想，同时还会引起营养物质的损失[6]。酶法提取其反应条件较为温和，对蛋白质影响小，而且降解后的多肽具有一定的生理活性，在增大米糠蛋白溶解度同时，能改善蛋白质发泡、乳化等物化性能[7]。本研究分别采用碱法和酶法对蛋白进行提取，优化两种方法的工艺参数，为米糠蛋白的生产提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

微波稳定化米糠：沈阳农业大学实验场富友米业，实测蛋白质含量为13.91%、脂肪含量为22.54%、水分含量6.58%；纤维素酶(15000U/g)、氢氧化钠、盐酸、硫酸、硫酸铜、硫酸钾、硼酸、石油醚(均为分析纯) 国药集团化学试剂有限公司。

电子天平 上海民桥精密科学仪器有限公司；半微量凯式定氮仪 成都万科公司；TDL-5型离心机 上海安亭科学仪器厂；pH-3C型酸度汁 上海雷磁仪器厂；恒温水浴锅 天津市泰斯特仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 指标测定

水分：恒重法；蛋白含量：凯氏定氮法；脂肪：索氏抽提法。

1.2.2 碱法提取米糠蛋白工艺流程

稳定化米糠→过筛(40目)→胶体磨→调pH9.0→水浴(过程中控制一定的温度和时间，并使用NaOH调节pH值)→过滤→取上清液→调pH值至pI4.0→4000r/min离心30min→沉淀→酸洗→3000r/min离心15min→沉淀→调浆→调pH7.0→冷冻干燥→米糠蛋白

1.2.3 酶法提取米糠蛋白工艺流程

稳定化米糠(10g)→去离子水(100mL)→调pH5.0→添加纤维素酶→保温2h(55℃)→灭酶(调pH10.0)→3000r/min离心30min→取上清液→调pH值至pI4.0→3000r/min离心10min→调pH7.0→冷冻干燥→米糠蛋白

1.2.4 单因素及正交试验设计

研究碱法提取米糠蛋白条件的优化，采用料液比、时间和温度3个因素对蛋白的提取效果进行考察；研究酶法提取米糠蛋白条件的优化，采用酶用量、酶解时间和温度3个因素对蛋白提取率的影响进行考察。进而通过正交试验得到最佳提出条件。

2 结果与分析

2.1 碱法提取实验

2.1.1 料液比对米糠蛋白提取率的影响

在pH9、50℃的条件下反应2h，采用不同的料液比(g/mL)对米糠蛋白进行提取，考察料液比与米糠蛋白提取率的关系。

图1 料液比对蛋白提取率的影响Fig.1 Effect of material-liquid ratio on extraction rate of rice bran protein using alkali extraction method

从图1可以看出，料液比1:5～1:10，随着液体量的增加，其蛋白提取率也随之增加，在1:10的条件下蛋白提取率达到最大值54.1%。当料液比在1:10～1:15之间时，随着液体量的增加，蛋白提取率开始下降。说明提取米糠蛋白最佳的料液比是1:10。

2.1.2 提取时间对米糠蛋白提取率的影响

在pH9、提取温度50℃、料液比1:10的条件下，分别测定不同时间米糠蛋白的提取率，考察提取时间对蛋白提取率的影响。

图2 提取时间对米糠蛋白提取率的影响Fig.2 Effect of extraction time on extraction rate of rice bran protein using alkali extraction method

从图2可以看出，随着提取时间的延长，米糠的提取率不断增加。在1～2.5h之间，随着提取时间的延长，蛋白提取率明显增加。在2.5h以后，蛋白提取率虽提取时间的延长增加缓慢。说明2.5h以后延长提取时间对增加米糠蛋白的提取效果不明显，因此最佳提取时间应为2.5h。

2.1.3 提取温度对米糠蛋白提取率的影响

在pH9、料液比1:10的条件下提取2h，分别测定不同提取温度下米糠蛋白的提取率，考察提取温度对米糠蛋白提取率的影响。

图3 提取温度对米糠蛋白提取率的影响Fig.3 Effect of extraction temperature on extraction rate of rice bran protein using alkali extraction method

从图3可以看出，随着温度的升高，米糠蛋白提取率不断增加，45℃时蛋白提取率达到最大，当温度超过45℃时蛋白提取率开始下降。因此提取时间选择45℃左右最为适宜。

2.1.4 碱法提取正交试验

在pH9的条件下，以蛋白提取率作为评价指标，利用正交试验筛选出碱法提取米糠蛋白的最佳工艺参数，试验设计及结果见表1。

表1 碱法提取米糠蛋白正交试验设计及结果Table1 Design and results of orthogonal experiments for optimizing extraction of rice bran protein by alkali extraction method

由表1可知，RA＞RB＞RC，即料液比是影响提取率的主要因素，提取时间次之，提取温度最小。由此得出碱法提取米糠蛋白最佳工艺条件：料液比1:10、提取时间2.5h、提取温度45℃。

2.2 酶法提取实验

酶法提取米糠蛋白是利用酶对米糠蛋白的降解和修饰作用，使其变成可溶性肽而被提取出来[8-9]。米糠中含有大量的纤维素，对蛋白的束缚作用大，增大了蛋白的提取难度。采用纤维素酶能水解纤维素，使细胞壁被破坏，从而解除纤维素和半纤维素与蛋白质的相互作用，增加和改善蛋白质的可溶性，有利于蛋白的提取[10-13]。

2.2.1 酶用量对米糠蛋白提取率的影响

在pH5、温度50℃条件下提取2h，改变反应体系中纤维素酶的添加量，考察酶用量对米糠蛋白酶解的影响，结果见图4。

图4 酶用量对蛋白提取率的影响Fig.4 Effect of enzyme dosage on extraction rate of rice bran protein using enzymatic hydrolysis method

从图4可以看到，在酶添加量为1%～2%(E/S)时，随着酶添加量的增多，蛋白的提取率显著增加，酶用量为2%(E/S)时达到最高峰；继续增大酶用量，米糠蛋白提取率增加趋势不明显，而且酶添加量过大会增加提取成本，因此该纤维素酶的最适酶用量为2%(E/S)。

2.2.2 酶解时间对米糠蛋白提取率的影响

在pH5、酶用量2%(E/S)、温度50℃的条件下，测定不同酶解时间米糠蛋白的提取率。酶解时间对米糠蛋白提取率的影响，结果见图5。

图5 酶解时间对米糠蛋白提取率的影响Fig.5 Effect of hydrolysis time on extraction rate of rice bran protein using enzymatic hydrolysis method

从图5可以看出，在米糠蛋白提取过程中，随着时间的增加米糠蛋白提取率也不断增加。但酶解2.5h以后，蛋白提取率增加缓慢，所以从经济效益两方面考虑提最佳酶解间应选择2.5h。

2.2.3 酶解温度对米糠蛋白提取率的影响

在pH5、酶用量2%(E/S)的条件下酶解2h，控制不同温度对米糠进行酶解。以蛋白提取率为指标，考察酶解温度对蛋白提取率的影响，结果见图6。

图6 酶解温度对米糠蛋白提取率的影响Fig.6 Effect of hydrolysis temperature on extraction rate of rice bran protein using enzymatic hydrolysis method

从图6可以看出，在50℃时蛋白提取率最高，但温度大于50℃时蛋白提取率明显下降，这是由于温度过高引起的部分纤维素酶失活，酶解效果减弱。因此，选择50℃的酶解温度最为适宜。

2.2.4 酶法提取正交试验

采用纤维素酶对米糠蛋白进行提取，以蛋白提取率

作为评价指标，利用正交试验筛选出酶法提取米糠蛋白的最佳工艺参数，试验设计及结果见表2。

表2 酶法提取米糠蛋白正交试验设计及结果Table2 Results of orthogonal experiments for optimizing extraction of rice bran protein by enzymatic hydrolysis method

由表2可知，RA＞RC＞RB，即酶用量是影响提取率的主要因素，酶解温度次之，酶解时间最小。由此得出酶法提取米糠蛋白最佳工艺条件：酶用量2%(E/S)、酶解时间2.5h、酶解温度50℃。

3 结论与讨论

在碱法提取条件下，研究单因素下料液比、时间和温度对米糠蛋白的提取效果，进而通过正交试验得到最佳工艺提取条件：料液比1:10、提取时间2.5h、提取温度45℃，获得蛋白提取率为57.8%。

在酶法提取条件下，分别验证了酶用量、酶解时间和温度对蛋白提取率的影响，进而通过正交试验得到最佳提取工艺：酶用量2%(E/S)、酶解时间2.5h、酶解温度50℃，获得蛋白提取率为38.4%。

利用碱法提取米糠蛋白，碱液可以使米糠中紧密的结构变得疏松，同时碱液对蛋白质分子的次级键特别是氢键具有破坏作用，并可使某些极性基团发生解离，使蛋白质分子表面的分子具有相同电荷，促进了结合物与蛋白质的分离，从而对蛋白质分子有增溶作用，所以随着碱性的增加，米糠中蛋白质的提取率增加。本实验利用碱法提取米糠蛋白，提取率达到了57.8%。但高浓度的碱溶液会产生潜在毒性，氨基酸间有可能发生脱水缩合反应，生成赖氨酰、丙氨酸等有害身体健康的物质，还能引起一些副反应，如蛋白质变性和水解、增加美拉德反应等[14-15]。而利用纤维素酶作用米糠提取米糠蛋白，可以打破米糠纤维素对蛋白质的束缚，有利于米糠蛋白的提取分离，并消除了碱法提取时碱液对米糠蛋白的不良影响，确保米糠蛋白的结构稳定和固有的营养价值。本实验采用酶法提取米糠蛋白，提取率为38.4%，低于碱法提取。进一步提高酶法的蛋白质提取率，还有待于做深入的实验研究。

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Optimization of Extraction Conditions for Rice Bran Protein

LI Xin-hua，FU Yan-xin，ZHENG Yu-yan*
(College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China)

Rice bran was used as the raw material to extract rice bran protein by alkali extraction method and enzymatic hydrolysis method. The optimal extraction processing parameters were explored by orthogonal experiments through evaluating the effects of material-liquid ratio, enzyme addition amount, extraction time and extraction temperature on extraction rate of rice bran protein. Results indicated that the optimal extraction processing parameters for alkali extraction method were material-liquid ratio of 1:10, extraction time of 2.5 h, and extraction temperature of 45 ℃. The extraction rate of rice bran protein was 57.8% under the optimal extraction conditions. Similarly, the optimal extraction processing parameters for enzymatic hydrolysis method were enzyme dosage of 2% (E/S), hydrolysis time of 2.5 h, hydrolysis temperature of 50 ℃. The extraction rate of rice bran protein was 38.4% under the optimal hydrolysis conditions. These studies will provide a theoretical reference for protein extraction from rice bran.

rice bran protein；extraction；alkali extraction metod；enzymatic hydrolysis method

TS210.9

A

1002-6630(2010)22-0251-04

2010-06-30

李新华(1955—)，男，教授，博士，研究方向为粮油加工与转化。E-mail：lixh.syau@163.com

*通信作者：郑煜焱(1976—)，女，讲师，博士，研究方向为农产品深加工转化理论及技术。E-mail：zhengyuyan76@163.com