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大米酶解蛋白的研究进展

2015年12月08日 00:52 来源:大米价格信息网 标签:大米酶解蛋白

稻谷作为我国第一大粮食品种,2008年全球的稻米产量大约是6.61亿吨,我国每年产稻谷1.85 亿吨 ,占全国粮食总产量的42%,月产出1000万吨米糠与2000万吨碎米等稻谷副产物,约占稻谷总量的15-21%。由于产量巨大,价格便宜,可以作为饲料原料进行开发利用。本文就大米蛋白的组成、营养价值、制备方法及其在畜禽生产中的应用作一综述, 为大米蛋白资源的开发利用提供参考。
一、 大米蛋白的组成与结构
大米主要由淀粉和蛋白质组成,其中,淀粉占大米总重约80%,蛋白质只占总重的8%左右。大米蛋白按照溶解性的不同,可分为四类:1.水溶蛋白,清蛋白2.盐溶蛋白,球蛋白3.醇溶蛋白4.碱溶蛋白,谷蛋白;谷蛋白和醇蛋白也称为贮藏蛋白,是大米蛋白的主要成分。谷蛋白占蛋白总量的80%以上,相对分子量从105Da到数百Da,蛋白质分子由二硫键连接的多肽键构成;醇溶蛋白占蛋白质总量的10%左右,是分子内二硫键连接单肽链而成,分子量在7-12.6KDa;清蛋白、球蛋白含量较低,是大米蛋白中的生理活性蛋白,在稻谷萌芽期,清、球蛋白起着重要作用。
大米蛋白主要以PB-I和PB-II两种蛋白质形式相伴存在。通过电镜观察,PB-I呈片层结构。致密颗粒直径为0.5-2um,结构组分稳定,是醇溶蛋白存在的场所;而PB-II呈椭球形,不分层,质地均匀颗粒直径约4um,其外周膜不明显,结果组分不稳定,谷蛋白和球蛋白存在于其中。

二、 制作大米蛋白的原料分析
整米及碎米中蛋白质含量为7-9%;米糠中含有13.3-17.4%的蛋白质;米渣中的蛋白质含量高达40-70%(干基,视淀粉糖不同而有所差异)。碎米由于本身蛋白质含量较低,不直接应用制备大米蛋白,而是通过生产淀粉糖产生副产物米渣进行大米蛋白质的制备;米糠富含粗蛋白、脂肪、灰分、无氮浸出物,还富含B族微生素和生育酚,是较好的能量饲料;而且它的营养浓度、氨基酸和脂肪酸构成都优于谷类饲料,且价格低于玉米小麦麸。在畜禽饲料中适量搭配米糠粕控制用量25%以内,饲用价值相当于玉米;对反刍动物而言,米糠是经济且营养价值很高的饲料。然而,由于米糠中含有较多的纤维素,另外非反刍动物中由于缺乏分解纤维素的瘤胃微生物,因此使用量不能过多,否则会使肉鸡生长速度显著下降,饲料转化率也逐渐降低。
三、 制备大米蛋白的方法
酶法制备:
酶法提取的一种思路是利用蛋白酶对大米蛋白的降解和修饰作用, 使其变成可溶性的肽而被提取出来。这种方法反应条件温和, 蛋白质多肽链可水解为短肽链, 提高了蛋白质的溶解性。


酶解法使蛋白的疏水性提高,可以有效地提高其溶解性、乳化性和起泡性,其缺点在于生产成本较高,所使用酶不同,提取率差别较大。按照蛋白酶作用条件的不同, 可以分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶等。1985 年日本特许公报提到用酸性蛋白酶提取大米蛋白, 提取率达到 90%以上, 提取蛋白质后的大米生产的淀粉、淀粉糖、清酒质量明显提高。黄绐华采用胃蛋白酶从米渣中提取大米蛋白, 提取率为 72.4%。王胜林用微生物酸性蛋白酶提取大米蛋白, 提取率为75%~80%。Hamada 报道利用碱性蛋白酶提取米糠蛋白, 水解度为 10%时, 米糠蛋白提取率达 92%。葛娜等则报道了使用碱性蛋白酶从籼米提取大米水解蛋白的研究, 蛋白提取率可达 79.86%。
酶法提取的另一种思路是利用诸如淀粉液化酶、纤维素酶、果胶酶、木质素酶、脂肪酶等把原料中的非蛋白物质去掉, 从而提高原料的蛋白质含量, 这是一种采用排杂思路来制备大米蛋白的方法。
碱溶酸沉淀法:
碱液可以使大米中紧密的淀粉结构变得疏松,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,使蛋白质分子表面具有相同的电荷。从而对蛋白质分子有增溶作用,促进了淀粉与蛋白质的分离。


酶碱两步法


四、 蛋白酶对大米蛋白的酶解作用
基于大米蛋白水溶性不佳,且非蛋白成分主要是碳水化合物的特点,提取的蛋白质应该进一步纯化(Purification)。还可以用纤维素酶、果胶酶及异淀粉酶等处理,促进更多碳水化合物的溶解。在大米淀粉糖生产中采用这种方法,既可以使淀粉糖的得率提高,同时也获得纯度很高的大米浓缩蛋白,蛋白质的回收率也能达到满意的程度。
碱性蛋白酶改性大米蛋白的工艺
(1)碎米→浸泡→湿磨 →米浆液→调浆
(2)大米粉:碱液(0.06mol/L) =1:8→室温搅拌提取 2h→3500r/min 离心 20min→取上清液→调 pH 至 4.8 等电点酸沉→3500r/min 离心 10min→沉淀→冷冻干燥→碱提大米蛋白
(3)碱提大米蛋白粉→5%(w/v)大米蛋白悬浮液→室温水化溶解 1h→55℃超级恒温水浴→按不同的加酶量、底物浓度、pH 进行酶解(pH-Stat[76]法使体系 pH 稳定,测定水解度) →3500r/min 离心 20min→上清液→85℃ /10min灭酶→真空浓缩→冷冻干燥→大米蛋白酶解物
碱性蛋白酶 Alcalase 改性得到的大米蛋白酶解物相比碱提酸沉大米蛋白,溶解度增大了 13.92 倍,乳化性增大了 3.07 倍,乳化性稳定性增大了 2.26 倍,起泡性增大了 1.07 倍,泡沫稳定性增大了 1.21 倍,大米蛋白酶解物的功能性质均有不同程度的改善。与纪崴等采用 Protease N 水解大米蛋白相比,Alcalase酶解产物溶解性的提高更为显著;与蒋甜燕采用酸法脱酰胺改性的蛋白质溶解度的提高相接近;与玄国东、郭荣荣、彭清辉研究酶解对改善大米蛋白溶解性的结论一致,蛋白质的溶解性都达到了 90%以上。
胃蛋白酶改性大米蛋白的工艺
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。
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3 0 ℃。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3 3 . 2 8mi n 、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。
五、 大米蛋白在畜禽生产中的应用
大米蛋白作为一种植物性蛋白,其富含各种氨基酸且组成平衡,与秘鲁鱼粉相似。对其进行养分分析发现,大米蛋白中粗蛋白质含量≥60%,粗脂肪占8% ~ 9.5%,可消化蛋白质为56%,赖氨酸含量极其丰富,居谷类食物之首。此外,大米蛋白含有多种微量元素、生物活性物质及微生物酶系等,使其具有生理调节能力(栾慧,2011;杨林等,2010)。相关研究表明,在饲料中添加大米蛋白类产品可以提高畜禽生长性能和免疫力, 改善畜禽舍环境等,是一种具有广阔应用前景的蛋白饲料资源。
六、 分析与总结
综上所述,大米蛋白的氨基酸组成合理,生物学效价高,过敏性低,具有较高的营养价值。通过酶解手段,增加大米蛋白的溶解性,提高乳化性、乳化稳定性,持水性和持油性,改善大米蛋白品质,使其更容易被动物吸收利用。我国是稻米生产大国,具有丰富大米资源,这为大米蛋白的开发利用提供了基础,大米蛋白作为极具开发价值的植物蛋白资源, 为解决我国饲料蛋白资源不足问题提供了一条可行途径。

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