胃蛋白酶水解大米蛋白的研究

易翠平，周素梅，潘艳艳

(1.长沙理工大学化学与生物工程学院，湖南 长沙 410004；2.湖南农业大学作物学博士后流动站，湖南 长沙410128；3.中国农业科学院农产品加工研究所，北京 100094)

胃蛋白酶水解大米蛋白的研究

易翠平1,2，周素梅3，潘艳艳1

(1.长沙理工大学化学与生物工程学院，湖南 长沙 410004；2.湖南农业大学作物学博士后流动站，湖南 长沙410128；3.中国农业科学院农产品加工研究所，北京 100094)

采用胃蛋白酶对大米蛋白进行水解以改善其功能性质。结果表明，酶添加量7U/g(以蛋白质干基计)、pH1.5、时间5h、温度30℃时，胃蛋白酶对大米蛋白溶解性有较好的改善作用。水解后大米蛋白的乳化稳定性与乳化性分别为33.28min、0.456，高于大豆蛋白和鸡蛋清蛋白；起泡性和起泡稳定性比未经过任何处理的大米蛋白分别提高了25.0%、82.4%；持水性和持油性为2.80、3.30g/g，是未经处理的大米蛋白的2.09、2.92倍。

大米蛋白；胃蛋白酶；溶解性；乳化性；发泡性；持水性；持油性

Abstract ：Rice protein powder was hydrolyzed with pepsin to improve its functional properties. The effects of pepsin amount,reaction time and temperature and pH on soluble protein concentration in hydrolyzed rice protein powder were studied. Results showed that the optimal hydrolysis reaction for 5 h at pH 1.5, 30 ℃ and an enzyme dosage of 7 U/g (calculated on the basis of dry protein weight) resulted in an optimal improvement in the solubility of rice protein powder and the resulting hydrolysate exhibited 0.456 min emulsifying capacity and 33.28 min emulsion stability, which were both higher than those of soybean protein powder or egg white protein powder, 25.0% and 82.4% higher foaming capacity and foam stability than unhydrolyzed rice protein powder, respectively, and 2.80 g/g water holding capacity and 3.30 g/g oil holding capacity, with 2.09- and 2.92-fold enhancement in comparison with unhydrolyzed rice protein powder, respectively.

Key words：rice protein；pepsin；solubility；emulsifying capacity；foaming property；water holding capacity；oil holding capacity

大米蛋白因其营养性、低过敏性和纯正的风味，值得进一步利用[1]。但以溶解性为代表的功能性质不理想限制了大米蛋白的广泛使用。有关研究报道表明，碱性蛋白酶等不同酶水解可以提高米渣蛋白的溶解性[2]；胃蛋白酶水解米糠蛋白可获得抗氧化性的水解蛋白[3]，水解大米蛋白可以获得发泡粉[4]。但胃蛋白酶水解大米蛋白及其对以溶解性为代表的功能性质的影响尚未见研究报道。

本研究旨在通过胃蛋白酶水解增加大米蛋白溶解性的同时，改善其乳化性、发泡性和持水持油性，使大米蛋白不仅适宜于直接补充人体蛋白的营养需要，也可作为食品生产配料，扩大其应用范围。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

大米蛋白粉 自制；金龙鱼大豆色拉油 嘉里粮油(中国)有限公司。

胃蛋白酶(pepsin，1.5AU/g)、盐酸(质量分数36%，分析纯)、氢氧化钠(分析纯)。

AB204-S电子天平 瑞士梅特勒公司；PHS-2C型精密酸度计 上海雷磁仪器厂；LXJ-II型离心分离机 上海医用分析仪器厂；LOC-1M冷冻干燥机 北京医博康实验仪器有限公司；85-2型恒温磁力搅拌器 天津市泰斯特仪器有限公司；SF-100型粉碎机 上海中药机械制造厂。

1.2 方法

1.2.1 酶解反应

工艺流程：大米蛋白→胃蛋白酶水解→灭酶→测上清液蛋白质量浓度→调pH值至7.0→透析→冷冻干燥→测定蛋白质的功能性质。

在酶解反应实验中，主要考虑酶添加量(0.3、1.5、3.0、4.0、7.0、9.0U/g干蛋白质)、水解温度(30、35、40、45、50、55、60℃)、水解时间(1、2、3、4、5、6、7h)及 pH值(pH1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5)对可溶性蛋白质量浓度的影响，并据此设置单因素试验和正交试验。一个酶活力单位定义为：1U为25℃条件下1min转化1μmol底物所需的酶量。

1.2.2 蛋白质质量浓度的测定

采用波长260nm及280nm吸收差法[5]。计算公式如下：蛋白质质量浓度/(mg/mL)=1.5×A280－0.75×A260式中：A260为蛋白质溶液在260nm波长处测得的吸光度；A280为蛋白质溶液在280nm波长处测得的吸光度。

1.2.3 蛋白质功能性质测定

1.2.3.1 乳化性及乳化稳定性[6]

采用浊度法。取质量浓度1mg/mL的蛋白溶液21mL，加入大豆色拉油5mL，12000r/min搅拌1min；立即用微量注射器从溶液底部吸取0.1mL乳浊液，迅速与5mL 0.1%十二烷基硫酸钠(SDS)溶液混合均匀，500nm波长下比色，记录吸光度E0；经过时间t(本实验为10min)后再从底部取0.1mL乳浊液，同样稀释，比色，记录吸光度Et。蛋白质的乳化能力指数用E0表示，乳化稳定性指数用ESI表示，计算公式如下：

1.2.3.2 起泡性(FC)及起泡稳定性[7]

将蛋白样品用7.0～0.05mol/L磷酸二氢钾-NaOH缓冲液配成1g/100mL的溶液，取100mL倒入高速组织捣碎机中，10000r/min搅拌1min；转入250mL量筒，记录泡沫体积V0(mL)。起泡稳定性用失水率表示，即将上述体系静置30min后，测出下层析出液的体积Vt(mL)。

1.2.3.3 持水性[8]

准确称取蛋白质样品m0(g)于离心管中，加入6mL水，用玻璃棒轻轻搅拌，分散至无明显颗粒，再用吸管取2mL水冲洗玻棒和管壁，3000r/min离心20min，倾去上清液，将离心管斜置30min，称量mt。

1.2.3.4 持油性[8]

准确称取蛋白样品m0(g)于离心管中，加入4mL大豆色拉油，再用吸管取2mL油冲洗玻棒和壁管，3000r/min离心20min，吸取上层未吸附油，称量mt。

2 结果与分析

2.1 胃蛋白酶水解大米蛋白的单因素试验结果

2.1.1 酶添加量对溶解性效果的影响

图1 酶添加量对大米蛋白水解效果的影响Fig.1 Effect of enzyme dosage on soluble protein concentration in hydrolyzed rice protein powder

图1表明，随着酶添加量增加，上清液中的可溶性蛋白质质量浓度逐渐增加。到3.0U/g干蛋白质，蛋白质得率增长减缓。酶添加量为3.0U/g干蛋白质时，可溶性蛋白质浓度是0.55mg/mL；酶添加量为7.0U/g干蛋白质时，可溶性蛋白质浓度是0.58mg/mL；酶添加量为9.0U/g干蛋白质时，可溶性蛋白质质量浓度是0.59mg/mL。因此，7.0U/g干蛋白质的酶添加量是适宜的加酶量。

2.1.2 水解时间对水解效果的影响

图2 水解时间对大米蛋白溶解效果的影响Fig.2 Effect of hydrolysis time on soluble protein concentration in hydrolyzed rice protein powder

图2表明，水解时间为4h，大米蛋白的溶出量较为理想。在4h之后，随着反应时间的延长，可溶性蛋白质的质量浓度增长减缓。因此，4h是适宜的水解时间。

2.1.3 温度对水解效果的影响

图3 温度对大米蛋白水解效果的影响Fig.3 Effect of hydrolysis temperature on soluble protein concentration in hydrolyzed rice protein powder

图3表明，从30～40℃，可溶性蛋白质质量浓度随着温度的上升而上升，温度达到45℃时，质量浓度下降。因此，40℃是适宜的水解温度。

2.1.4 pH值对水解效果的影响

图4 pH值对大米蛋白水解效果的影响Fig.4 Effect of pH on soluble protein concentration in hydrolyzed rice protein powder

图4表明，在pH1.0～3.5范围内，随着pH值的升高，水解液中可溶性蛋白质的质量浓度降低，pH1.0时，可溶性蛋白质质量浓度最高，达到0.53mg/mL的含量，说明pH1.0是适宜的水解酸碱度。

2.2 胃蛋白酶水解大米蛋白的参数优化

由单因素试验结果，确定正交试验中酶添加量为5.0、7.0、10.0U/g干蛋白质；pH值为1.0、1.5、2.0；水解时间为3、4、5h；温度为30、40、50℃。设计L9(34)正交试验，研究胃蛋白酶对大米蛋白溶解性改善的最佳工艺参数。

表1的正交试验直观分析结果表明，对胃蛋白酶对大米蛋白溶解性改善影响因素依次是pH值＞酶添加量＞水解时间>温度。改善的最优条件是A2B2C3D1，即酶添加量7.0U/g干蛋白质、pH1.5、水解时间5h、温度30℃。

表1 胃蛋白酶水解大米蛋白正交试验结果表Table 1 Orthogonal array design matrix and corresponding experimental values of soluble protein concentration in hydrolyzed rice protein powder

2.3 酶解大米蛋白的功能性质

2.3.1 乳化性和乳化稳定性

表2 4种蛋白质的乳化性与乳化稳定性对照表Table 2 Comparisons of emulsifying capacity and emulsion stability among rice protein powder and its hydrolysate, soybean protein powder and egg white protein powder

试验得到酶解大米蛋白的乳化性(E0)为0.456，乳化稳定性为33.28min。由此看出水解后的大米蛋白乳化及乳化稳定性比未经过任何处理的大米蛋白高出很多，且比大豆蛋白和鸡蛋清蛋白都要高。研究中还发现，蛋白酶解物形成的乳状液不仅带有半固体性质，而且非常稳定。

2.3.2 起泡性和起泡稳定性

表3 4种蛋白质的起泡性与起泡稳定性对照表Table 3 Comparisons of foaming capacity and foam stability among rice protein powder and its hydrolysate, soybean protein powder and egg white protein powder

试验得到酶解大米蛋白的起泡性(FC)为25.0%，起泡稳定性(失水率)为82.4%。其起泡性能较大豆蛋白和鸡蛋清蛋白弱，但比未经过任何处理的大米蛋白好。此外，泡沫非常细腻，稳定性较好。

2.3.3 持水性和持油性

表4 4种蛋白质的持水和持油性对照表Table 4 Comparisons of water holding capacity and oil holding capacity among rice protein powder and its hydrolysate, soybean protein powder and egg white protein powder

酶解大米蛋白的持水性为2.80g/g、持油性3.30g/g，是未经处理的大米蛋白的2.09、2.92倍。其中，持水性介于大豆蛋白和鸡蛋清蛋白之间，持油性优于大豆蛋白和鸡蛋清蛋白。

3 结 论

胃蛋白酶对大米蛋白溶解性有一定的改善作用，影响因素依次是pH值＞酶添加量＞水解时间＞温度。最优参数为酶添加量7.0U/g、pH1.5、水解时间5h、温度30℃。

水解大米蛋白的功能性质比未经处理的大米蛋白高。其中，乳化稳定性与乳化性分别为33.28min、0.456，甚至高于大豆蛋白和鸡蛋清蛋白。起泡性和起泡稳定性分别为25.0%、82.4%，持水性和持油性为2.80、3.30g/g，分别是未经处理的大米蛋白的2.09、2.92倍。

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Pepsin Hydrolysis of Rice Protein Powder

YI Cui-ping1,2，ZHOU Su-mei3，PAN Yan-yan1
(1. School of Chemistry and Biology Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410004, China；2. Crop Science Postdoctoral Station, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China；3. Institue of Agro-food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100094, China)

TS202.3

A

1002-6630(2010)10-0129-04

2009-08-13

湖南省科技厅科技计划重大专项(2007FJ1007)；湖南农业大学作物学博士后基金项目

易翠平(1973—)，女，副教授，博士，研究方向为粮食、油脂与植物蛋白。E-mail：yicp963@163.com