呂 飛 許 宙 程云輝

LV Fei XU ZhouCHENG Yun－h(huán)ui

（長沙理工大學化學與生物工程學院，湖南 長沙 410114）

（College of Chemistry and Biology Engineering，Changsha University of Science and Technology，Changsha，Hunan 410114，China）

米糠是由果皮、糊粉層、亞糊粉層、種皮、珠心層、胚芽和一小部分胚乳組成［1］，在實際生產(chǎn)中，產(chǎn)生的米糠通常還混有大米胚芽和碎米［2］。米糠約占稻谷的6%～8%，按2013年中國稻谷總產(chǎn)量約2.03×108t計算，所產(chǎn)生的米糠副產(chǎn)物每年近1.4×107t［3］。從營養(yǎng)效價上來看，米糠的重量雖然僅為稻米總重的6%～8%，卻含有稻米中64%的重要營養(yǎng)成分以及90%以上的人體必需元素［4］。

米糠中含有約12%～16%的蛋白質(zhì)，米糠蛋白的氨基酸組成與FAO／WHO推薦模式相似，其生物效價為2.0～2.5、消化率可達到90%；同時，米糠蛋白具有的低過敏特性，可以用來作為特殊人群特別是嬰兒配方食品的食物原料，是不可多得的優(yōu)質(zhì)蛋白資源［5，6］。雖然早在20世紀70年代就已開展米糠蛋白提取和純化方法的研究，然而歷經(jīng)40年，米糠蛋白的商業(yè)化生產(chǎn)及應用仍然沒有實現(xiàn)。原因可能是因米糠蛋白的溶解性質(zhì)復雜，按Osborne分類方法，米糠蛋白中清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的比例分別為37%，31%，2%，27%，很難有合適的單一提取方法。米糠蛋白的提取方法，主要有化學法、酶法及物理法［7］，文章綜述了米糠蛋白的提取方法及在功能性食品、食品添加劑等領(lǐng)域的應用現(xiàn)狀，以期為米糠蛋白的工業(yè)化生產(chǎn)與應用提供理論 參考。

1 米糠蛋白的提取

1.1 化學法提取

化學法提取法中，堿液提取法最常用，雖然復合使用其他溶劑的提取方法也有報道，這些溶劑包括水、鹽、乙醇及NaOH溶液，但堿法提取是米糠蛋白化學提取方法中較為成熟的［8］。

堿液還可以切斷蛋白中的氫鍵、酰胺鍵及二硫鍵，并可使一些極性基團解離，使蛋白質(zhì)分子表面所帶電荷相同，促使蛋白質(zhì)與淀粉、纖維素等結(jié)合物質(zhì)分離，從而增加蛋白質(zhì)分子的溶解性。早在1966年，就有學者［8］采用堿法提取米糠蛋白；1980年，Barber等［9］研究發(fā)現(xiàn)從米糠中提取蛋白比從其他油料種子提取更難，需要較高的p H條件才能得到較高提取率。Yadav等［10］用堿法提取脫脂米糠中的蛋白，得到最優(yōu)的提取條件為：p H 11，溫度60℃，料液比1∶6（m∶V），反應60 min，此條件下提取率僅為13.2%。Gupta等［11］研究溫度對堿法提取米糠蛋白提取率及蛋白含量的影響，發(fā)現(xiàn)在p H 9.5時，溫度從30℃提高至75℃，可以使提取率從21%增加至48%，但是隨著溫度的升高，米糠蛋白含量從79.9%降低到71%。Bandyopadhyay等［12］將過80目篩的脫脂米糠原料采用堿提酸沉法提取米糠蛋白，在p H 10、溫度50～55 ℃下提取時間1 h，再在p H 4.0、50～55 ℃下酸沉1 h，提取率為24.1%，得到的米糠蛋白（其蛋白含量為86.2%）。李坤等［13］在固液比為1∶10（m∶V）、溫度50℃、p H 9.45、提取時間3 h的最佳提取條件下，得到蛋白提取率為53.7%。

從以上研究報道可知，即使進行了提取工藝條件的優(yōu)化，單一堿液提取米糠蛋白法的提取率還是不高，有學者嘗試采用多種溶劑的分步、復合提取和超聲輔助提取來提高米糠蛋白的提取率。鄭耀華等［14］采用堿法、酸法、鹽法依次分步提取新鮮米糠中的蛋白，通過單因素及正交試驗優(yōu)化試驗方案，確定堿法提取的最佳工藝條件：p H 12，溫度30℃，料液比1∶11（m∶V），反應時間2.5 h，提取率為34.49%；酸法最佳工藝條件：p H 0.5，溫度35℃，料液比1∶11（m∶V），反應時間3 h，提取率為25.88%；鹽法提取最佳工藝條件：NaCl濃度0.6 mol／L，反應溫度35℃，料液比1∶11（m∶V），反應時間2.5 h，提取率為15.66%；依次采用堿法、酸法及鹽法的最優(yōu)參數(shù)對脫脂米糠蛋白進行分步提取，提取率為60.12%。王吉中等［15］采用超聲波及鹽提法輔助堿法提取米糠蛋白，得到米糠蛋白提取的最優(yōu)工藝條件為水浴溫度40℃、水浴時間90 min、超聲時間75 min、p H 10、KCl濃度為0.04 mol／L；此條件下米糠蛋白的提取率可達70%以上。

用堿液提取米糠蛋白時，雖然提取率隨著溶液p H的升高而增大，但應避免提取p H過高，因為蛋白質(zhì)暴露在堿性環(huán)境中會改變蛋白的營養(yǎng)性質(zhì)并且產(chǎn)生有毒物質(zhì)。Otterburn［16］發(fā)現(xiàn)在堿性條件下，蛋白中的半胱氨酸（Cys）和絲氨酸（Ser）會發(fā)生反應生成脫氫丙氨酸，隨著反應進行，脫氫丙氨酸進一步變?yōu)橘嚢彼帷彼釓秃衔?，這些賴氨酸—丙氨酸復合物可能對人體有毒副作用的［17］。另外堿液p H過高還會導致提取出來的蛋白質(zhì)與其他物質(zhì)結(jié)合緊密，從而影響到蛋白純度［18］。

1.2 酶法提取

酶法提取可以使米糠蛋白在中性或弱堿性條件下被提取出來［19］，此類方法不會讓蛋白暴露在堿性條件下而產(chǎn)生有害物質(zhì)或失去營養(yǎng)價值。糖酶可以通過攻擊細胞壁從米糠麩皮的糖基質(zhì)中釋放更多的蛋白來提高蛋白提取率［20］；植酸酶的作用是破壞米糠中蛋白與植酸的相互作用，從而解除它們對蛋白提取的干擾［21］；蛋白酶可以使米糠蛋白有效的水解，酶解后的蛋白具有更好的溶解性，更利于提取［22］。

1.2.1 糖酶 糖酶被認為是通過分解細胞壁基質(zhì)來提高蛋白提取率［23］。纖維素酶（cellulase）、半纖維素酶（hemicellulase）、木 聚 糖 酶 （xylanase）、復 合 細 胞 壁 水 解 酶 （cell wall hydrolase）、果膠酶、淀粉酶等都屬于糖酶種類。由于纖維素和半纖維素是米糠中的主要碳水化合物，已有使用纖維素酶和半纖維素酶提取米糠蛋白的研究報道［20］；木聚糖是細胞壁的常見多糖，木聚糖酶可以將其水解。白莉等［24］分別采用α－淀粉酶、纖維素酶、果膠酶對米糠提取蛋白，得到蛋白質(zhì)提取率分別為37.85%，43.93%，30.73%，其中纖維素酶的效果最佳。王騰宇等［25］在研究用糖酶提取新鮮米糠蛋白時，也發(fā)現(xiàn)纖維素酶的提取效果最佳，纖維素酶、果膠酶、木聚糖酶在其最佳條件下得到米糠蛋白的提取率分別為58.3%，48.9%，50.1%。Shih等［21］用α－淀粉酶在p H 6.5、反應溫度設(shè)定為95℃、提取時間為45 min的條件下，提取米糠蛋白得到蛋白提取率為13.4%。Tang等［20］用淀粉酶提取米糠蛋白時在p H 6.5、反應溫度45℃、反應時間3 h的條件下得到米糠蛋白的提取率為37.3%。

1.2.2 蛋白酶 蛋白酶可以使蛋白水解為肽而使其具有較好的溶解性。王騰宇等［26］比較了4種蛋白酶對米糠蛋白的提取效果，結(jié)果表明在酶添加量相同的情況下，不同蛋白酶對米糠蛋白提取率的影響程度依次為：堿性蛋白酶＞風味蛋白酶＞中性蛋白酶＞酸性蛋白酶，提取率分別為56.3%，51.5%，49.7%，32.8%。Apinunjarupong 等［27］用菠蘿蛋白酶提取米糠蛋白，其提取率可達73.3%。王曉雅等［28］研究堿性蛋白酶提取米糠蛋白時，在其最優(yōu)反應條件下，可提取出75.42%的米糠蛋白。Hamada等［22］發(fā)現(xiàn)用風味蛋白酶、堿性蛋白酶可以得到更高的提取率，分別為87.6%，81.4%。

1.2.3 植酸酶 植酸酶可破壞蛋白與植酸的相互作用，Wang等［29］研究表明提取米糠蛋白時，單獨使用植酸酶提取率為57%，復合使用植酸酶和木聚糖酶其提取率可提高至74.6%，這說明裂解細胞壁及打斷植酸蛋白的結(jié)合對于釋放米糠中的蛋白是很重要的。李坤等［13］利用植酸酶與淀粉酶及纖維素酶復合使用提取米糠蛋白。

1.2.4 復合酶 為獲得更高的蛋白提取率，利用復合酶提取米糠蛋白成為研究趨勢。劉穎等［30］采用淀粉酶、纖維素酶和植酸酶3種酶分步提取米糠蛋白，在最佳提取條件下，淀粉酶提取米糠蛋白質(zhì)的提取率為56.16%；在淀粉酶水解掉米糠中的淀粉后，再添加纖維素酶和植酸酶繼續(xù)提取米糠蛋白，經(jīng)3種酶分步提取后，米糠蛋白的提取率達77.41%、蛋白純度達68.83%。王騰宇等［25］以新鮮米糠為原料，用纖維素酶和木聚糖酶復合提取米糠蛋白，在其最佳提取條件下總提取率為70.3%。李坤等［13］采用淀粉酶、纖維素酶和植酸酶復合提取米糠蛋白，其蛋白提取率可達80.06%。

與堿法相比，酶法提取米糠蛋白可以較顯著地提高提取率，但是酶法提取米糠蛋白所用纖維素酶、木聚糖酶、植酸酶的成本費用相對較高；并且蛋白酶酶解的產(chǎn)物為米糠肽，蛋白質(zhì)降解為肽類通常會降低蛋白質(zhì)的膠凝性、起泡性、表面張力及風味結(jié)合等功能性質(zhì)，同時，蛋白水解時釋放出的苦味肽還可能會影響產(chǎn)品的可接受性。

1.3 物理法提取

物理法主要通過破碎細胞和釋放蛋白來提取蛋白，因此物理法可相對減少食物成分的改變而降低安全風險［23］。提取蛋白常用物理法包括膠體磨、均質(zhì)、高速混勻、凍融、高壓及聲波降解等［31，32］。膠體磨、均質(zhì)及高速混勻過程中產(chǎn)生的剪切力可以破碎細胞；凍融過程中細胞內(nèi)的水分會形成冰晶體，冰晶體會撐破或刺破細胞膜結(jié)構(gòu)而導致細胞裂解［33］；高壓也會使細胞破裂；超聲波產(chǎn)生的沖擊波可以打破細胞壁和分子鍵。

Tang等［20］研究表明物理法可以使細胞破碎而給酶催化提供合適的環(huán)境或者增加蛋白溶解性。Hourigan等［19］研究發(fā)現(xiàn)在提取蛋白時，膠體磨和均質(zhì)皆可以使米糠細胞破裂，但在膠體磨和均質(zhì)處理后，仍然有40%～67%的蛋白殘留在固體物中，蛋白提取率僅為38%。聲波降解法是提取米糠蛋白前景較好的物理方法之一，Tang等［20］采用超聲波提取米糠蛋白，超聲處理5 min即可獲得15%的提取率；鄒秀容等［34］采用超聲波法提取脫脂米糠中的蛋白，在最佳提取條件下米糠蛋白提取率可達51.66%。Tang等［20］的研究表明其他物理方法都未能有效地提高米糠蛋白的提取率，其中高速混勻、凍融、高壓處理的提取率分別僅有12%，12%，11%，而水提取的提取率也能達到12%，可以認為與水提取相比，這些物理方法未能有效提高提取率。其他物理方法如亞臨界水提取法、超臨界二氧化碳提取法對米糠蛋白提取亦有一定作用，張慧娟等［35］利用亞臨界水在100～200℃／0～30 min內(nèi)提取熱穩(wěn)定脫脂米糠中的蛋白質(zhì)，結(jié)果表明，在提取溫度175℃、提取時間30 min時，提取物中蛋白質(zhì)及氨基酸的 含 量 最 高，分 別 為 50% 和 48.6 mg／g。Sereewatthanawut等［36］采用超臨界二氧化碳萃取法提取脫脂米糠蛋白，在溫度100～200℃提取0～30 min，發(fā)現(xiàn)米糠蛋白提取率隨溫度和反應時間的增加而提高，在溫度200℃、反應時間30 min時，獲得的最優(yōu)提取率為219 mg／g。

按Osborne分類方法，米糠蛋白中含有清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白，其溶解特性復雜；且因米糠蛋白分子的聚合度較強，分子中存在較多的二硫鍵交聯(lián)而很難溶解［37］，因此，目前米糠蛋白工業(yè)化提取和分離純化的難度還較大。Hamada等［37］認為必須深入探討并闡明米糠蛋白的復雜溶解特性，才能研發(fā)出有效提取和分離米糠蛋白的方法。

2 米糠蛋白的應用現(xiàn)狀

目前，米糠蛋白主要應用于功能性食品、食品添加劑及食品包裝材料等領(lǐng)域。

2.1 在嬰兒配方食品中的應用

米糠蛋白具有作為功能食品、營養(yǎng)保健品原料和配料的巨大潛力。因為低過敏性，米糠蛋白不僅適合作為嬰兒配方食品的原料，還可作為有飲食限制的食物過敏癥兒童的食品原料。Khan等［38］用植酸酶與纖維素酶從微波穩(wěn)定化及干熱穩(wěn)定化的米糠中提取米糠蛋白，再將米糠蛋白與地瓜粉、面粉、米粉、玉米粉、全脂乳粉等混合制備嬰兒配方食品，其營養(yǎng)成分能滿足嬰幼兒補充食品的標準，熱值高達1 697～1 739 kJ／100 g，體外消化率為80.90%～84.45%，短期嬰兒喂養(yǎng)試驗證明該配方具有良好的可接受性。劉穎等［39］以乳粉和米糠蛋白粉為原料，按40∶60比例將乳粉與米糠蛋白粉混合，且比較了復合米糠蛋白粉與市售乳粉和酪蛋白的營養(yǎng)價值，發(fā)現(xiàn)米糠蛋白粉與乳粉復配可有效提高其營養(yǎng)價值，復合米糠蛋白粉的蛋白質(zhì)功效比為2.45，其他蛋白質(zhì)相關(guān)生物學價值如真消化率、生物效價及凈利用率分別為89.12%，79.34，67.53%，皆比市售乳粉（真消化率、生物效價及凈利用率分別為81.53%，71.48，58.28%）優(yōu)異。

2.2 在保健食品中的應用

米糠蛋白及其水解物可用作降血壓肽［40］、阿片樣拮抗肽［41］、抗氧化肽［42］、抗衰老肽［43］等功能性食品的原料。Hatanaka等［44］采用鮮味酶 G（Umamizyme G）制備出的米糠肽具有抑制DPP－IV作用，半抑制濃度IC50值為2.3 mg／m L，米糠肽中具有抑制DPP－IV作用的主要為Leu－Pro及Ile－Pro兩個二肽；Zhang等［45］研究發(fā)現(xiàn)米糠蛋白經(jīng)堿性蛋白酶酶解后，采用DA201－C型大孔吸附樹脂脫鹽及分離得到的75%乙醇洗脫組分的膽固醇抑制率最高，為19.37%，說明米糠肽疏水部分對膠束膽固醇顯示出較高抑制活性，可用作制備輔助治療血膽固醇癥保健食品的原料。Yu等［46］通過對小鼠喂食高脂肪含量食物建立高脂肪堆積模型，同時給4組小鼠分別喂食0%米糠蛋白和100%的酪蛋白、10%的米糠蛋白、20%的米糠蛋白及大豆分離蛋白，50 d喂食后的研究結(jié)果表明，完全替代酪蛋白20%的米糠蛋白喂食小鼠可明顯降低高脂肪飲食小鼠的最終體重和附睪脂肪墊，并且用米糠蛋白替代酪蛋白喂食的小鼠血液和肝臟中的白蛋白和總蛋白的濃度沒有任何差異，因此認為米糠蛋白具有減少脂肪堆積的作用，可用作減肥產(chǎn)品的原料。

2.3 作為食品添加劑的應用

米糠蛋白及其水解物可作為營養(yǎng)補充劑，還可作為風味和功能增強劑、抗褐變和抗氧化劑應用在蛋白飲料、焙烤制品、果蔬制品及湯類等調(diào)味品中［47］。

張智等［48］采用戊聚糖酶和復合蛋白酶提取的米糠蛋白酶解物制備蛋白飲料，其制品的感官特性良好，蛋白含量為0.62%，高于0.5%的國家標準。張薇等［49］制備了一種添加米糠蛋白的復合乳飲料，最佳配方為全脂乳粉2%、米糠蛋白添加量0.7%、復合穩(wěn)定劑0.2%，在此條件下制得的米糠蛋白復合乳飲料口感細膩，蛋白質(zhì)含量1.0%，乳化穩(wěn)定性97.52%。竇博鑫等［50］將米糠蛋白酶解物添加到復原奶中制作發(fā)酵型酸奶，米糠蛋白肽酸奶中奶粉、肽液添加量分別為12.0%，4.0%，42℃發(fā)酵5 h，可制得口感純正的優(yōu)質(zhì)米糠蛋白肽酸奶，其乳酸菌數(shù)≥6.5×107CFU／m L。鄭煜焱等［51］在制作海綿蛋糕時添加米糠蛋白，發(fā)現(xiàn)米糠蛋白可較好地改善蛋糕的膨發(fā)體積。Yadav等［10］用小麥粉與米糠蛋白分別按100∶0，95∶5，90∶10和85∶15的比例制作餅干，通過考察餅干的理化性質(zhì)、斷裂強度和感官性質(zhì)來評估餅干可接受性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與其他3組相比，用米糠蛋白替換10%的精制小麥粉制作的餅干具有更好的可接受性。利用米糠蛋白的抗氧化活性還可將其用作褐變抑制劑、脂質(zhì)氧化抑制劑，Kubglomsong等［52］發(fā)現(xiàn)米糠蛋白對抑制蔬菜、水果泥褐變有較好的效果，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過米糠蛋白處理的馬鈴薯、香蕉和蘋果泥在貯存6 h后褐變值分別為27.16，13.29，18.22，均比用蒸餾水處理的褐變值低，米糠蛋白的褐變抑制率分別為46.68%，16.76%，10.24%；Vijitpunyaruk等［53］將堿性蛋白酶米糠蛋白酶解物用于大豆抗脂質(zhì)過氧化研究中，發(fā)現(xiàn)米糠蛋白酶解物具有良好的抗脂質(zhì)過氧化作用，酶解50 min的米糠蛋白酶解物抑制脂質(zhì)過氧化的活性最高，抑制率可達66%，可將米糠蛋白作為潛在的脂質(zhì)過氧化抑制劑。

2.4 作為可食性膜的應用

可食性膜的基質(zhì)可以是蛋白質(zhì)類、多糖類、脂質(zhì)類及其復合物，可食性膜不僅具有保護食品品質(zhì)的包裝功能，還可以與食品一起食用。Abayomi等［54］研究發(fā)現(xiàn)米糠蛋白可以用來制備可降解的蛋白質(zhì)膜，將堿提酸沉得到的米糠蛋白和甘油在p H 8的條件下制作出的膜強度較大，與采用大豆蛋白制備的可食用膜的功能性質(zhì)相近。Shin等［55］用脫脂米糠制備的米糠蛋白制作可食性膜，發(fā)現(xiàn)4%米糠蛋白與4%明膠復合膜的物理性質(zhì)較理想，具有較高的抗拉強度，可達23.90 MPa。Shin等［56］還研究了采后處理中米糠蛋白膜對草莓質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)草莓樣品分別用50μg／g的二氧化氯溶液處理、5 kJ／m2紫外光照射，并用含1%葡萄柚籽提取物的米糠蛋白膜包裝，可較好地保持草莓的品質(zhì)。

3 展望

與來自動物的蛋白資源相比，來自植物的蛋白資源價格低廉，隨著對相對價廉并具備多種功能活性［57］的植物蛋白資源需求的增長，米糠蛋白的工業(yè)化生產(chǎn)及應用變得越來越迫切。中國雖然擁有大量的米糠資源，但對米糠的深加工利用比例僅為10%～15%，中國食品工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃明確提出將集中利用米糠資源生產(chǎn)米糠油、米糠蛋白、谷維素、糠蠟、肌醇等產(chǎn)品作為稻谷加工業(yè)的發(fā)展方向和重點，以加大對米糠資源的綜合利用。米糠蛋白氨基酸組成與FAO／WHO推薦模式相似，生物效價、消化率皆較高，其開發(fā)利用對稻米資源的深加工及解決糧食危機皆具重要意義。

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