米渣蛋白分离提取技术研究进展

张存胜，李珂昕，马海乐

（江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江　212013）

米渣蛋白分离提取技术研究进展

张存胜，李珂昕，马海乐

（江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江212013）

米渣是一类极具开发价值的蛋白质资源，米渣蛋白分离提取方法较多且各具特色。在讨论米渣蛋白及氨基酸组成，分析碱法、蛋白酶法、淀粉酶法、物理法和混合法提取米渣蛋白的工艺特征及其研究进展的基础上，对每种提取方法的优缺点进行了对比分析，给出了选择米渣蛋白提取方法的建议。

米渣蛋白；谷蛋白；碱法；蛋白酶法；分离提取

米渣是以大米为原料的酒厂、味精厂、葡萄糖厂、麦芽糊精厂产生的富含碳水化合物和蛋白质的工业副产物，其蛋白质含量在40%（干基）以上，远高于大米和豆类中的蛋白质含量［1］。米渣蛋白的氨基酸构成模式与人体的需求模式基本一致，营养价值可与鸡蛋蛋白，甚至大豆和牛奶蛋白相媲美，并具有低过敏性、无色素干扰、味道柔和、营养价值高等特点，价格远低于大豆分离蛋白，是一类较具开发价值的蛋白质资源［2-3］。

1　米渣蛋白化学组成

大米蛋白质主要由4种蛋白质组成：谷蛋白（约80%）、球蛋白（约12%）、白蛋白（约5%）和醇溶蛋白（约3%）。4种蛋白质的相对分子量和结构组成有较大的差异，谷蛋白是由二硫键将多条肽链连接而成，醇溶蛋白是由二硫键将单条肽链连接而成，而白蛋白和球蛋白由单条肽链连接而成［4］。大米蛋白以2种聚合体形式存在，分别为PB-I和PB-II，二者常相伴存在［5］。PB-I型聚合体为片层结构，颗粒直径为0.5～2 μm；而PB-II型聚合体无分层结构，呈椭球形，颗粒直径约4 μm。醇溶蛋白存在于PB-I型聚合体中，而谷蛋白和球蛋白存在于PB-II型聚合体中。

大米中氨基酸含量丰富，组成平衡合理，与FAO/WHO推荐的理想模式十分接近。与其他动植物蛋白相比，大米蛋白中的氨基酸含量更接近推荐值。因此，从营养素搭配角度来看，大米蛋白的营养功能比其他谷物蛋白高。

主要谷物蛋白中必需氨基酸组成（g/100 g蛋白）［6］见表1。

以大米为原料味精、葡萄糖等物质的加工过程中，蛋白质经历了高温液化和淀粉酶的作用，米渣中的蛋白质在氨基酸组成、糖与蛋白结合性、蛋白质结构和溶解性上发生了一定的变化。由于部分白蛋白和球蛋白损失，米渣蛋白中的谷氨酸（Glu）和赖氨酸（Lys）含量降低，其中Lys只有大米蛋白的3/4。大米谷蛋白的11 kDa亚基是糖蛋白，该多肽链中羧基末端有N-糖肽键和O-糖肽键2种连接方式，而米渣中蛋白质与糖的连接方式是N-糖肽键。与大米蛋白结构相比，米渣蛋白中的二硫键显著增加，导致其溶解性降低，并且经过高温加热后蛋白质的二级结构（α-螺旋结构）发生了变化［7-8］。

表1　　主要谷物蛋白中必需氨基酸组成（g/100 g蛋白）

2　米渣蛋白的提取方法

米渣蛋白的水解性较低，直接用水溶提取米渣中蛋白质不能获得较高的蛋白提取率。目前提取米渣蛋白方法有多种，主要分为碱法、蛋白酶法、淀粉酶法、物理法和混合法等。

2.1碱法

碱法是目前最为常用的方法，这是由于米渣蛋白中80%为碱溶性蛋白（谷蛋白），碱法提取的原理是碱液可以使米渣中的淀粉结构变得疏松，从而使淀粉中的蛋白质溶出，进而被分离［9］。其工艺流程为米渣→粉碎→碱液浸泡→离心分离→蛋白质上清液→调pH值使蛋白沉淀→离心分离→洗涤→干燥→蛋白成品。影响碱法提取的因素较多，主要因素为碱液浓度、液固比、提取温度和提取时间等，提取条件的改变将导致蛋白提取率和提取纯度的改变。目前，每种因素对蛋白提取率的影响程度尚有争论。桂向东等人［9］对大米糟渣食用蛋白提取因素进行了研究，发现影响碱法蛋白提取率的主次因素为碱液浓度＞提取温度＞液固比＞提取时间。郭梅等人［10］在利用碱法提取大米蛋白的研究中发现，影响大米蛋白提取率的主次因素顺序为液固比＞碱液浓度＞提取时间＞提取温度。

碱法提取米渣蛋白的提取条件及蛋白提取率见表2。

表2　　碱法提取米渣蛋白的提取条件及蛋白提取率

表3　　不同蛋白酶的提取条件及提取率对比

表3对比了不同蛋白酶提取米渣蛋白的提取条件和蛋白提取率，结果表明，酶解pH值7.4～11.0，酶解温度45～60℃，酶解时间一般在4 h以内，液固比6∶1～11∶1，蛋白提取率在47%以上。与碱法相比，蛋白的提取率偏低，但蛋白酶法提取的条件温和，所提的蛋白质中不会有毒性物质的存在，所提取的蛋白质营养价值价高，并且节省了碱和水的消耗［19］。因此，蛋白酶法提取越来越受到人们的重视。

由于酶制剂特别是复合酶的产量低、价格昂贵、生产成本高，限制了蛋白酶法的发展，要实现蛋白酶法产业化应用，仍需解决酶制剂的来源问题。

2.3淀粉酶法

淀粉酶法主要是通过向米渣中添加淀粉酶，使非蛋白物质酶解被分离，最终获得蛋白质。其工艺流程为米渣蛋白→过筛→加水→调节pH值→淀粉酶水解→水解离心→调节pH值→纤维素酶水解→水解离心→灭酶→干燥→产品。

米渣主要由蛋白质和碳水化合物组成，碳水化合物主要是未经酶水解或残留的糊精，糊精与蛋白质的溶解度差异较大，通过高温水将米渣溶解可去除部分糊精，再经过淀粉酶和纤维素酶的处理与水洗，可将残留的碳水化合物转化为糖类进而被去除，蛋白质纯度可达80%以上，经冷冻干燥后的产品色泽和品质基本能达到食品级要求［20］。

与蛋白酶法提取不同，淀粉酶法主要是将米渣中的碳水化合物进行水解去除，从而提高蛋白质的纯度，但目前淀粉酶和纤维素酶的经济成本较高，限制了该法的广泛应用。

2.4物理法

米渣蛋白的结构和性质与大米蛋白有较大的差别，经过高温处理的米渣蛋白形成网络状结构，将淀粉和糊精紧密包裹，采用简单的水洗法难以将其网络状结构破坏，并将非蛋白物质洗脱。在物理法提取中，目前常用超声波、反复冻融和高速剪切等手段对米渣蛋白结构进行破坏，以提高蛋白质的分散性，然而物理法的提取效率仍难以与碱法和酶法相比，为此通常将物理法作为辅助手段与其他方法结合使用［21］。奚海燕等人［22］利用超高压辅助碱性蛋白酶法提取大米蛋白，在压力为400 MPa下，蛋白质提取率提高了8.72%。另据报道，美国科学家对一种特别的均质器所产生的高压进行淀粉和蛋白的物理分解，再基于传统的物理分离工艺实现淀粉和蛋白的分离，该方法能够完好地保留蛋白质的原品质，有望给蛋白质生产带来革命性的变革［21］。2014年，任仙娥等人［23］利用涡流泵研究了米渣蛋白在水力空化作用条件下性质的变化，结果表明水力空化可提高米渣蛋白的溶解性，米渣蛋白在0.4 MPa下处理60 min，其溶解性比未处理的米渣蛋白提高了2.71倍，该技术有望成为米渣蛋白提取的新物理方法。

2.5混合法

上述的米渣蛋白提取方法各有优势，为获得更高的蛋白提取率和蛋白纯度，许多研究人员利用多种提取方法结合，获得了较好的提取效果。江漓等人［24］耦合排杂法与酶法提取米渣蛋白，虽然排杂法没有明显提高蛋白质含量，但提取条件更加温和，毒性物质生成量较少，米渣蛋白中的杂质被有效去除，蛋白质产品纯度、色泽、溶解性及口感更佳。孙红星等人［25］对比了2步酶解法与碱溶酸沉法的提取性能，发现2步酶解法所提取的米渣蛋白收率远高于碱溶酸沉法，且制得的蛋白纯度也优于碱溶酸沉法。上述研究表明，将多种提取方法有机结合，能够克服单一提取方法的缺陷，提高米渣蛋白的提取率和蛋白纯度，混合法已成为目前米渣蛋白提取的研究热点。

2.6不同提取方法的优缺点及方法选择

不同提取方法优缺点对比见表4。

由表4可知，碱法的蛋白质提取率高，但该法提取的蛋白质品质较差，从营养价值来讲，不能达到食品级的营养要求，且碱液的大量使用会带来环境污染问题；蛋白酶法提取条件温和，通过蛋白酶解将蛋白分解成多肽物质有利于人体快速吸收，但由于蛋白酶价格昂贵，目前尚未商业化应用；淀粉酶法是提取米渣蛋白的有效方法，它可以有效地将非蛋白物质溶解排出，提高蛋白质的纯度，但由于提取过程中蛋白质受热后结构发生改变，影响蛋白质的营养价值，且淀粉酶和纤维素酶的使用提高了该法的经济成本，限制了该法的工业应用；物理法提取的蛋白质不经过化学反应，保持了蛋白质原有的结构和营养价值，蛋白质的提取率有较明显的提高，但与其他方法相比，提取率仍然偏低，该法是一种十分有发展前景的方法；混合法是利用不同方法的优点，将2种或几种方法混合使用，提高了蛋白质的提取率和纯度，是蛋白提取方法的发展趋势。

蛋白提取方法的不同直接影响蛋白提取率、蛋白纯度、蛋白营养价值、色泽和品质等，在提取方法选择上，要根据所提蛋白质的用途进行合理的选择。一般来讲，提取食品级的蛋白质要选择条件温和的提取方法，如酶法和物理法；将蛋白作为起泡剂等工业原料使用，可选用提取率较高的方法，如碱法和淀粉酶法等。还需要根据原料性质，针对性地选择提取方法，把各种提取方法优化组合，使其优势互补，除考察蛋白质提取率和营养价值外，还需计算工艺成本，使提取工艺的能量和经济耗费降至最低。

表4　　不同提取方法优缺点对比

3　展望

米渣是一种极富有开发价值的蛋白质资源，米渣蛋白具有多种优点和保健作用，是人们需求的目标蛋白质，根据生产需求选择合理的蛋白提取方法尤为重要。虽然目前国内外对米渣蛋白提取工艺进行了较广泛的研究，但大多数研究集中在提取工艺优化上，对蛋白质在提取过程中的结构变化、提取机理以及提取后蛋白质营养性能评价上的研究较少，对提取过程中流体力学、分离提取罐结构改进方面的研究鲜有报道，目前国内少数高校已开始利用化工软件开展对米渣蛋白分离提取过程进行仿真研究，今后该部分研究有望成为米渣蛋白提取方向新的研究内容。

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［7］徐敏，酶法水解米渣蛋白制备寡肽工艺的研究 ［D］.合肥：安徽农业大学，2012.

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［25］孙红星，庞雪风，尤梦圆，等.从米渣中制备米渣蛋白的研究 ［J］.农业机械，2013，23（8）：50-53.◇

Progress of Research on Separation and Extraction Technology of Rice Dreg Protein

ZHANG Cunsheng，LI Kexin，MA Haile
（School of Food and Biological Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu 212013，China）

Rice dreg is a kind of protein resource with high development value.The separation and extraction methods for rice dreg protein are diverse and each of them owns its feature.The chemical composition and amino acids of rice dreg protein are discussed，and the characteristics and progress of extraction technologies including alkaline，protein enzymatic，diastasic，

physical and mixed methods are analyzed specifically in this paper.Moreover，the merits and drawbacks of each extraction approach are analyzed，and finally，the advices of choosing extraction methods for rice dreg protein are given.

rice dreg protein；glutelin；alkaline approach；protein enzymatic approch；separation and extraction

TS210.9

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.01.049

2015-11-04

江苏省博士后科研资助计划项目（1401067B）；江苏高校优势学科建设工程资助项目（201303）。

张存胜（1983— ），男，博士，讲师，研究方向为食品废弃物资源化利用。