大米蛋白綜合利用研究進展

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　　摘要    大米蛋白過敏性低，營養價值高，且來源廣、產量大、成本低、功能性強，擁有巨大的應用前景。本文就大米蛋白的組成、分離提取技術、綜合利用以及國內外產業化發展現狀等方面進行了概述，并對其市場前景進行了展望。
　　關鍵詞    大米蛋白;提取技術;綜合利用
　　中圖分類號    TS201.1        文獻標識碼    A        文章編號   1007-5739（2019）06-0204-02
　　Abstract    Rice protein has huge application prospects，due to its low allergy，high nutritional value，wide source，high yield，low cost and multiple function.In this paper，the composition，extraction method，comprehensive utilization and the industrialization status of rice protein were summarized，and its market prospects were prospected.
　　Key words    rice protein;extraction method;integrated utilization
　　水稻是世界上重要的糧食作物之一，也是人類獲得蛋白質的重要來源。我國是世界水稻產量最大的國家。水稻不僅是南方居民的主食，也是餡糖、味精、葡萄糖、釀酒、麥芽糊精等食品工業的重要原料。然而僅利用大米，碎米、米胚、米糠、稻殼等加工副產品中尚有80%左右的優質大米蛋白未能有效開發利用，造成蛋白資源的極大浪費。隨著食品科技的進步，大米蛋白的高營養性、低過敏性、多功能性等特點被業界認同，開發大米蛋白已經成為行業內新的研究熱點。
　　1    大米蛋白簡介
　　按照經典的Osborne分級分離的方法，基于溶解度將大米蛋白分為4類：谷蛋白（glutelin，堿溶性）、醇溶蛋白（pro-lamin，醇溶性）、清蛋白（albumin，水溶性）和球蛋白（globulin，鹽溶性）[1]。其中作為生理活性成分的清蛋白和球蛋白含量較低，分別占總量的2%～5%和2%～10%;作為儲藏性蛋白的谷蛋白和醇溶蛋白是主要成分，谷蛋白可占儲藏蛋白總量的80%，而醇溶蛋白通常為1%～5%，最多可達20%～30%[2]。水稻胚乳中的儲藏蛋白都是在內質網膜上起始合成并且轉運到內質網腔中。大米醇溶蛋白由復雜的多基因家族編碼，每個單倍體基因組含有80～100個拷貝，其分子量范圍為12～17 kDa，屬于Ⅱ型醇溶蛋白，缺少富含脯氨酸或谷氨酰胺的重復結構域。醇溶蛋白在粗面內質網的腔中組裝并沉積形成蛋白聚集體PB-I。每個單倍體基因組編碼約15個大米谷蛋白基因，可分為A、B、C、D 4個亞家族。谷蛋白先合成為57 kDa前體，然后剪切成37～39 kDa的酸性亞基和22～23 kDa的堿性亞基，在內質網合成后通過高爾基體或直接來自粗面內質網的囊泡轉運至蛋白質儲存液泡形成蛋白聚集體PB-II[3]。
　　大米蛋白質與其他谷物相比雖然含量偏低，但其必需氨基酸構成較為完整，是禾谷類糧食中品質最好的蛋白質[4]。在8種人體必需氨基酸中，大米蛋白中的苯丙氨酸、賴氨酸、色氨酸、蛋氨酸、纈氨酸等5種氨基酸含量均高于其他谷類，并且組成平衡合理，與WHO推薦理想模式接近[5]。不僅如此，大米蛋白的生物價是77，在各種糧食作物中居第1位，可以與白魚（生物價76）相媲美，營養價值無可取代[6]。常見來源的植物蛋白如大豆和花生等含有對人體有害的抗營養因子（如胰蛋白酶抑制因子和凝集素等），常見來源的動物蛋白如牛奶和雞蛋等含有使人體過敏或中毒的β-乳球蛋白、卵類黏蛋白等，限制了其在生產中的開發應用[7]。傳統上認為，大米是唯一可以免于過敏實驗的低致敏性谷物[8]。近年來，大米蛋白的致敏性得到了進一步的研究發現[9]，但相比之下，大米蛋白具有低抗原活性、高消化吸收率等特性，方便嬰幼兒及特殊人群的需要，其優越性無可替代。
　　2    大米蛋白分離提取研究進展
　　提取大米蛋白是為了獲取高純度的大米蛋白產品，一般分為大米濃縮蛋白（RPC，rice protein concentrate）和大米分離蛋白（RPI，rice protein isolate）。傳統大米加工的副產品如碎米、米糠、米糟等原料都可以用來制備大米蛋白。大米蛋白提取方法主要有堿法提取、酶法提取、溶劑提取、物理分離法和復合提取法等（表1）。目前，常見的提取方法都存在一些優勢和不足。堿法提取的成本較低，已經實現產業化，但營養價值易受到破壞，且過多的堿液使用造成了環境污染;酶法提取的條件相對溫和，但成本較高、提取時間長、提取率較低，不利于產業化的實現;復合提取法提高了提取率，但操作較復雜，無法實現工業化;溶劑提取法有較高的回收率，但是溶劑不易去除，容易引起安全問題，導致成本過高;物理分離法是目前較為理想的分離制備方法，但是國內還未掌握和開發相應的成熟提取技術。綜上所述，研究一種低成本、高效率、高活性的提取方法是大米蛋白未來研究的新趨勢之一[10]。研究表明，利用亞臨界水（subcr-itical water）水解法能夠有效提取大米蛋白質和氨基酸[11]，其蛋白質得率高于傳統堿法水解提取，但也存在成本較高、工藝復雜、無法實現產業化等問題。 　　3    大米蛋白的綜合利用
　　3.1    功能肽開發
　　大米蛋白酶解產生的小分子肽種類繁多、功能多樣，相比游離氨基酸更容易被人體消化吸收。大米清蛋白的胰蛋白酶水解物中分離純化的活性肽oryzatensin，具有類阿片樣拮抗肽活性，可以用來調節免疫活性[12]。大米蛋白酶解產物具有螯合金屬鐵離子、清除H2O2、羥自由基、DPPH自由基和抑制亞油酸自然氧化等作用，其抗氧化肽的序列主要為Met-Pro-Pro-Ser-Ser-Pro-His（376.68u）、Leu-Ala-Gly-Pro-Lys-Phe-Ala-Leu（408.75u）和Met-Pro-Arg-His-Asp-Pro-Gln（440.70u）等[13]。大米蛋白活性肽可以通過抑制脂質合成酶的活性、阻礙腸道膽固醇吸收、促進膽固醇轉化和排泄、降低血清中LDL的濃度、抑制ACAT2基因的表達和增加CYP7A1基因的表達等機制降低膽固醇水平及調控膽固醇代謝[14]。大米蛋白活性肽還可以通過激活5-羥色胺-N-乙酰基轉移酶活性，增強谷胱甘肽合成量，從而改善睡眠障礙[15]。
　　3.2    蛋白質營養補充劑
　　大米蛋白具有低致敏性和高營養性，是特殊人群補充營養的首選植物蛋白。大米蛋白配方米粉可有效改善嬰幼兒的敏感性腹瀉;小麥不耐癥、過敏或有腹腔疾病的人群也更加適合食用無麩質的大米蛋白。飼料級的大米蛋白粉作為目前大米淀粉工業的副產品，來源廣、產量大、營養成分豐富，替代飼料原料不僅能夠解決原料緊張問題，同時節約飼養成本、提高經濟效益，是畜牧業及飼料工業的優良添加劑[16]。大米蛋白酶解產生替代谷氨酸鈉的風味肽，一方面可以開發作為人類食品的風味改良劑，另一方面可在動物飼料及食品中有效掩蓋苦味、增強飼料的黏度和改善飼料的適口性，提高動物的采食量。大米蛋白粉在水產飼料上替代魚粉也得到了廣泛的研究，可應用于對蝦以及團頭魴、黑頭鯛、虹鱒等經濟魚類的養殖[17]。
　　3.3    可食用膜
　　大米可食用蛋白膜是一種擁有良好保鮮性、阻氣性、阻油性、防潮性的綠色包裝膜，符合高質量和安全食品的需求以及適于處理不可再生包裝材料的環境問題，是可再生農業的新途徑。此外，大米可食用蛋白膜具有很大的潛力，可以攜帶活性成分，如抗褐變劑、著色劑、香料、營養素、香料和抗菌化合物等，可延長保質期，降低病原體在食品表面生長的風險。通過優化大米蛋白和甘油濃度以及酚類提取物和礦物成分比例，生產出能抗拉和抗水蒸氣的可食用膜，可直接用作蔬菜和水果的包裝材料[18]。
　　3.4    食品添加劑
　　雖然大米蛋白的溶解性較差，但水解后可隨著溶解性增加表現出較好的發泡性、乳化性等，且失水率較低，可以有效地開發利用于食品工業上[19]。經酶水解或改性的大米蛋白在食品中用途廣泛，可在焙烤食品及糖果中起發泡作用，在液體或半固體食品（例如肉制品）中起穩定、增稠作用等。大米蛋白經蛋白酶alcalase和flavourzyme水解后，將水解物進行Maillard反應制備肉味香精，可廣泛用于方便面、膨化食品、肉產品加工以及調味品中[20]。
　　4    國內外產業化發展現狀
　　國外對大米蛋白研究較多并取得了很好的成果。美國大米蛋白的開發趨向使用于日常生活中的常見食品，已形成多個產業品牌，廣泛應用于兒童營養粉、烘焙、湯、蛋白質奶昔、飲料等制品。日本近年來更趨向于對大米蛋白的深度開發，例如大米蛋白水解提取的活性肽，具有血管緊張素轉化酶抑制成分，可對高血壓病起到輔助治療作用;另外一種活性肽還可通過激活5-羥色胺-N-乙?；D移酶活性，改善睡眠障礙等。相比之下，國內無論在提取技術研究還是在應用開發深度研究上都與國外存在一定差距。隨著大米蛋白多功能性的逐步開發以及各國對大米蛋白的關注，大米蛋白近幾年來在谷物類蛋白的研究開發中脫穎而出，成為了行業內的熱點。我國對大米蛋白的研發和應用也取得了一定突破。2011年5月，國家發展與改革委員會批準建立了糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室，依托科研成果并經技術成果轉化，近2年成功地開發了大米蛋白固體飲料等品牌產品。江西和遼寧的2家大米蛋白生產企業分別于2016年和2017年實現了對美國和瑞士等國際市場的開發[21]。
　　5    展望
　　大米蛋白過敏性低，氨基酸組成合理，生物學效價高，具有較高的營養價值。大米蛋白來源廣、產量大、成本低，在功能肽開發、蛋白質營養補充劑、可食用膜和食品添加劑等方面擁有巨大的應用前景。開發利用大米蛋白，綜合利用大米加工產生的低附加值副產物，將其轉化為高附加值產品，既符合我國國情，也是國內大米蛋白市場研發的趨勢，更可為我國農業經濟提供新的增長點，具有廣闊的市場前景。
　　6   參考文獻
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