碱法提取米糠中粗蛋白的几个影响因素探讨*

谢宇霞，吴家乾，黄 玉，古汶玉，李丹青，潘传荣

（广东省粮食科学研究所，广州 510050）

广东是粮食销区大省，每年从外部调入大量粮食，境内以优质稻谷种植为主。珠江三角洲大部分消费人群对米饭品质要求有偏好，饭桌上以“丝苗米”类米饭为首选。各处分布的大米种植的产业园中，有名的产区有清远北部“三连”地区、云浮罗定、江门台山恩平等地，生产出的丝苗米有米粒细长、米饭清香、饭粒完整油光、米饭爽滑及软而不粘等特点。在广东近139个县级区划中，几乎每个县区都有2家以上大米加工厂支撑着当地大米消费市场。企业为迎合消费者对大米白、亮、美的偏好，大米的过度抛光问题普遍。数据表明，每增加一次抛光，稻谷出米率会降低1个百分点[1]，同时米糠的产量会增加。如果将大米副产物均以打包形式一次性转卖为饲料原料必将造成很大的浪费，因而研究提升广东丝苗米加工副产物米糠的综合利用率是非常有必要的。

米糠占稻谷重量的5%～7%，有较高的保健开发价值。根据溶解度和可萃取性对米糠中的蛋白质进行分类，可将米糠蛋白分为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白及谷蛋白等4种蛋白，都属于储存蛋白，它们分别溶于水、稀盐溶液、醇溶液和酸碱溶液[2]。其中清蛋白和球蛋白含量相对较多，谷蛋白和醇溶蛋白则较少。另外米糠中蛋白质不含乳糖和麸质，营养价与米胚层蛋白质一样好，可用于婴儿食品、无麸质食品等多种产品中。榨油后的脱脂米糠含15%～20%蛋白质，用碱液提取和等电点沉淀法可提取出蛋白，再用酒精沉淀、分离，干燥成含量达 90%～94%食用蛋白粉，将其用作食品强化蛋白质的添加剂[3-4]。因此，研究提取米糠蛋白质的方法具有重要的意义。

目前化学法、物理法、酶法和多溶剂萃取等是提取米糠蛋白的主要方法，化学法主要是采用碱法提取，相对廉价简便。本文以位于“长寿之乡”之称的广东蕉岭丝苗米产业园的龙头企业梅州建丰粮业发展有限公司生产的“秀才郎丝苗米”的副产物新鲜米糠为原料，探讨碱法提取米糠蛋白工艺中料液比、碱的浓度和提取时间等因素对蛋白提取率的影响。

1 定义

米糠粗蛋白：米糠中各种含氮物质的总称。它包括了真蛋白质和非蛋白质含氮物，后者包括游离氨基酸、硝酸盐、氨等。

米糠粗蛋白提取率:米糠经碱提酸沉之后的固形物质量所占米糠中粗蛋白质量的百分比 (米糠蛋白的提取率=米糠蛋白固形物质量/米糠中粗蛋白质量×100%)[5]。

2 材料和设备

2.1 材料

梅州建丰粮业发展有限公司提供新鲜米糠，经理化测定其中粗脂肪除水后含量高达17.2%，广东丝苗米油性相对较高。

表1 丝苗米糠的理化组份

2.2 设备

FSJ-1型粮食试验粉碎机；101-1型电热鼓风干燥箱；HHS型四列孔电热恒温水浴锅；KDN-HYPY8型定氮仪-消化装备；KDN-2C型定氮仪蒸馏装置测氮仪；ABS204-s型电子天平；Z323K型台式冷冻高速离心机。

3 提取方法及粗蛋白测定

3.1 粗蛋白提取方法

取米糠磨粉过40目筛，称20 g，加一定浓度NaOH溶液浸泡提取一定的时间，用离心机4 000 r/min离心15 min后收集蛋白上清液，用0.1 mol/L盐酸调节蛋白上清液中的pH，使其达到大米蛋白的等电点4.5，使蛋白沉淀。再用8 000 r/min离心15min，倒掉上清液，收集沉淀蛋白质，离心两次，获得米糠蛋白。

3.2 粗蛋白质测定

参考GB 5009.5-2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》第一法凯氏定氮法，蛋白质折算系数取5.95。

4 粗蛋白提取率影响因素的探讨

影响米糠提取粗蛋白因素主要有：米糠粗蛋白提取的溶剂种类、溶剂用量、提取碱液的浓度值、提取时间、提取温度等[6]。

4.1 溶剂选择

一般以随处可得的水作为提取溶剂，也可考虑一定浓度的乙醇溶液，提取率会增高，但工作中可能会增加成本、降低安全系数。故本实验使用水溶液。

4.2 料液比

分别选取 1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10 和 1∶12 的料液比提取米糠粗蛋白，溶液统一为0.08 mol/L氢氧化钠水溶液，提取时间150 min，提取温度25℃。提取结果见图1。由图1中看出，随着溶液的增加，大米蛋白的提取率不断增加，当料液比达到1∶10提取率为72%，之后提高并不明显。

图1 料液比对米糠粗蛋白提取率的影响

4.3 提取时间

碱液浓度为 0.08 mol/L，料液比 1∶6，提取温度25℃，选取30～210 min每隔30 min递增提取时间。蛋白提取结果见图2。由图2可看出，随着提取时间的增加，蛋白提取率不断升高，当提取时间达150 min时，蛋白提取率可达72.6%。当进一步增加提取时间时，蛋白提取率反而呈下降趋势。可能由于部分溶出的蛋白质与原来的物质重新结合，使得蛋白提取率反而下降。

图2 提取时间对米糠粗蛋白提取率的影响

4.4 碱液浓度

料液比1∶6，提取时间150 min，提取温度25℃，分别选取 0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.14 mol/L的NaOH溶液做提取米糠蛋白实验，结果见图3所示。

图3 NaOH溶液浓度对米糠蛋白提取率的影响

由图3得出，NaOH溶液的浓度对大米蛋白的提取率具有显著影响，NaOH浓度越低，蛋白的提取率也越低，随着浓度的不断升高其提取率也不断升高，当浓度升高到0.10 mol/L以后，碱液浓度对蛋白提取率的影响不再明显。当NaOH浓度为0.02 mol/L时，大米蛋白提取率仅有20.2%；当浓度达到0.08 mol/L时，提取率高达70.2%，这可能与米糠蛋白大部分是碱溶性蛋白相关。实验表明碱液浓度过高，淀粉易发生糊化现象，不利于大米蛋白的提取。因此，碱液浓度为0.10 mol/L时大米蛋白提取率最佳，达70.6%。

4.5 提取温度

料液比 1∶6，提取时间 150 min，碱液浓度0.08mol/L分别选取25℃、30℃、35℃、40℃和45℃不同的温度条件进行蛋白提取试验，结果见图4。由图4可以看出，温度对蛋白提取率的影响并不显著，过高的温度有可能引起蛋白质变性，从节能的角度考虑常温25℃是较佳的提取温度。

图4 提取温度对大米蛋白提取率的影响

5 结果与讨论

（1）开发米糠蛋白、米糠油和膳食纤维等一直是米糠研究的重点方向。根据以上单因子影响因素的实验4.1～4.5分析看出，影响广东丝苗米糠中粗蛋白提取率的因素从大到小为提取时间、NaOH浓度、料液比和提取温度。较优的提取工艺条件为NaOH浓度为0.10 mol/L，料液比为1∶10，提取温度为25℃，提取时间为150 min。表2看出根据该工艺条件提取米糠中蛋白提取率达74.3%，这对指导广东大规模工业化提取米糠蛋白有一定现实意义。

表2 最佳工艺提取米糠中粗蛋白的理化分析

（2）目前广东稻谷加工企业众多，米糠总产量大，但多数企业规模小且分散，加上新鲜米糠稳定性差，米糠难以集中处理，不容易储存和运输等诸多原因，米糠的利用尚未形成成熟的产业链，与国际水平差距很大。另一方面，米糠作为一种优质的动物能量来源，在畜牧和饲料业中有重要作用，因而广东大部分米糠仍以转卖给饲料企业为主。展望未来，我们要进一步开发米糠蛋白提取利用技术、采取多技术结合的方式进一步优化米糠蛋白的提取工艺，稳定提高米糠蛋白的提取率和应用价值，加快米糠产业链体系的建设。