米胚分離蛋白營養和功能性評價*

羅美，李捷，熊華

1(南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，江西南昌，330047)

2(南昌大學環境與化學工程學院，江西南昌，330031)

米胚是稻米的重要組成部分，約占稻谷質量的2% ～3%。大米加工時，糙米在碾白去皮過程中，絕大部分的米胚隨米皮脫落，在我國，每年約產生400萬t米胚［1］。作為稻米之精華，米胚含有豐富的蛋白質、脂肪及多種維生素和礦物質，且其蛋白質中氨基酸組成較為平衡，還含有一般食物中罕見的長壽因子——谷胱甘肽，在國外被譽為“天賜營養源”［2］。米胚開發利用的途徑較多，如加工留胚米，或從中提取VE、谷維素、植物固醇等營養及用作食品營養強化劑等［1，3］。

目前國內米胚蛋白營養價值和功能特性的相關報道很少，本工作擬在文獻［4］的基礎上，先對米胚各蛋白組分的營養特性進行評估，進而對各蛋白組分的起泡性、吸水性、吸油性及表面疏水性等功能性質進行研究。

1 材料與儀器

1.1 材料與試劑

米胚，由江西省天玉油脂有限公司提供;大豆油，市售;氫氧化鈉(分析純)、鹽酸(分析純)，天津大茂試劑有限公司;胃蛋白酶，諾維信酶制劑有限公司;1-苯胺基萘-8-磺酸(分析純)，Sigma分裝;十二烷基硫酸鈉(分析純)，天津市永大化學試劑開發中心;考馬斯亮藍，上海索萊寶生物科技有限公司。

1.2 主要儀器設備

BS-224S型分析天平，賽多利斯科學儀器(北京)有限公司;BH basicⅠ型磁力攪拌器，IKA公司;LXJIIB型離心機，上海安亭科學儀器廠;H835－50氨基酸自動分析儀、F－4500熒光光度分析儀，日本日立公司;KDY-9820凱氏定氮儀，廈門精藝興業科技有限公司;FSH-Ⅱ型高速勻漿機，江蘇環宇科學儀器廠。

2 實驗方法

2.1 米胚蛋白組分的提取

采用Osborne的方法，分離得到清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白［4］。

2.2 米胚蛋白組分氨基酸組成檢測

準確稱取一定量的米胚4種蛋白質于水解管中，加入5.7 mol/L的鹽酸溶液200 μL，抽真空充氮，反復3次，在110℃下水解24 h，取出定容，用氨基酸自動分析儀對溶液中的氨基酸含量進行測定。

色氨酸的測定采用堿水解的方法，將4種蛋白中加入8 mL NaOH溶液(5 mol/L)，在110℃下水解20 h，然后洗滌、中和，分析。

2.3 米胚蛋白組分營養價值評估

2.3.1 米胚蛋白組分利用率估算

2.3.1.1 氨基酸評分(AAS)

式中參考蛋白選用1985年FAO/WHO的氨基酸模型(2 ～5 歲小孩)［5］。

2.3.1.2 蛋白質功效比值(PER)的估算

由Alsmeyer［6］等人提出的回歸方程計算:

PER(Ⅰ)=－0.684+0.456(Leu)－0.047(Pro)

PER(Ⅱ)=－0.468+0.454(Leu)－0.105(Tyr)

PER(Ⅲ)= －1.816+0.435(Met)+0.780(Leu)+0.21l(His)－0.944(Tyr)

2.3.1.3 蛋白質生物價(BV)的估算

根據Morup和Olesen［7］提出的回歸方程計算:

其中，當ai樣品≤ai參考時，;當ai樣品≥ai參考時，qi=代表一種蛋白中某種必需氨基酸的含量與必需氨基酸總量的比值。

2.3.2 體外消化率的評估

分別稱取300 mg的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白于50 mL的燒杯中，加入30 mL 0.1 mol/L的鹽酸溶液，再加入30 mg的胃蛋白酶，在37℃的恒溫水浴中反應4 h，加入20 mL 20%的三氯乙酸，靜置10 min 后，離心(4 500 r/min，15 min)，利用凱氏定氮法測定上清液中氮的含量，同時做空白試驗。體外消化率的計算公式如下:

2.4 米胚蛋白組分功能性質研究

在前期工作［4］的基礎上，進一步考察米胚蛋白組分的起泡性及起泡穩定性、吸水性和吸油性、表面疏水性。

2.4.1 米胚蛋白各組分起泡性及起泡穩定性的測定

本實驗主要研究pH值對起泡性及起泡穩定性的影響。方法:分別稱取0.1 g的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白4種蛋白質于50 mL的離心管中，加入10 mL的蒸餾水，調節溶液的不同pH值，記錄此時液體的體積V0，將離心管置于高速勻漿機的剪切攪拌下攪拌1 min(轉速為13 000 r/min)，記錄停止攪拌時泡沫和液體的總體積V1，30 min后再次記錄泡沫的體積V2。計算公式如下:

2.4.2 米胚蛋白各組分吸水性和吸油性的測定

吸水性:分別稱取1 g的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白四種蛋白質于50 mL的離心管中，加入10 mL的蒸餾水，充分混合均勻，靜置20 min后，離心(4 000 r/min，15 min)，棄去上清液，稱取離心管和剩余物的重量。以每克蛋白質吸取水分的質量來表示蛋白質的吸水性，即:

式中:m0，蛋白質的質量，g;m1，離心管的質量，g;m2，離心后離心管和剩余物的質量，g。

吸油性:分別稱取1 g的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白4種蛋白質于50 mL的離心管中，加入10 mL的大豆油，充分混合均勻，靜置20 min后，離心(4 000 r/min，15 min)，棄去上層油液，稱取離心管和剩余物的重量。以每克蛋白質吸取大豆油的質量來表示蛋白質的吸油性，即:

式中:m0，蛋白質的質量，g;m1，離心管的質量，g;m2，離心后離心管和剩余物的質量，g。

2.4.3 表面疏水性的測定

采用熒光探針ANS法［8］:稱取一定量的米胚蛋白各組分樣品溶解于0.01 mol/L，pH 8磷酸緩沖溶液中，配制成 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/mL 的蛋白溶液。取4 mL的樣品于試管中，加入20 μL 8 mmol/L的1-苯胺基-8-萘磺酸(ANS)溶液，立即混勻。用熒光分光光度計測定在激發波長390 nm、發射波長480 nm下樣品的熒光強度。以蛋白質濃度為橫坐標，熒光強度為縱坐標作圖，曲線的低利率即為蛋白質分子的表面疏水性指數。

3 結果與分析

3.1 米胚蛋白組分的氨基酸組成分析

由表1可知，米胚4種蛋白中清蛋白的E/T、E/N值最高，其次為球蛋白、谷蛋白，醇溶蛋白最低，且清蛋白、球蛋白、谷蛋白與FAO/WHO推薦的E/T、E/N值分別為40%左右和60%左右的參考蛋白模式［5］十分接近，醇溶蛋白的品質相對較差。

但是清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白中蘇氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、組氨酸等必需氨基酸的含量均高于FAO/WHO推薦模式中小孩的值，蛋氨酸、賴氨酸、色氨酸的含量略低于FAO/WHO的小孩值，遠遠大于成人所需要的值。4種蛋白中清蛋白除色氨酸略低于小孩推薦值外，其余均滿足小孩所需求的量，連較易缺乏的賴氨酸的含量也較豐富，比小孩推薦值高0.32%;球蛋白中賴氨酸的含量也較小孩推薦值高，只有蛋氨酸、苯丙氨酸無法滿足小孩的需求量;谷蛋白中除蛋氨酸、賴氨酸無法滿足孩子需求外，其余氨基酸均高于小孩需求量，且蛋氨酸、賴氨酸的含量遠遠超過成人需求量。

表1 米胚各組分蛋白的氨基酸含量 g/100 g蛋白質

從非必需氨基酸來看，清蛋白、球蛋白、谷蛋白中的天門冬氨酸、谷氨酸、精氨酸的含量均較高。谷氨酸有健腦、解氨毒、使食味鮮美等作用;甘氨酸和精氨酸都是生血和促進鈣質吸收的物質基礎，且還有降壓作用;天門冬氨酸具有特殊鮮味。這些比例適當的氨基酸有可能使米胚蛋白具有益氣力、續精神等功效［9］。

3.2 米胚蛋白組分的營養價值

3.2.1 米胚蛋白組分利用率評價

利用氨基酸組成對米胚蛋白各組分進行估算，其營養參數如表2所示。由表2可以得出，米胚蛋白各組分中，清蛋白、球蛋白和谷蛋白的第一限制性氨基酸均為色氨酸，醇溶蛋白、谷蛋白的第一限制性氨基酸則為賴氨酸，其中谷蛋白的氨基酸評分(80.90)為最高，醇溶蛋白的氨基酸評分(26.61)最低，球蛋白為57.27，谷蛋白為28.18;賴氨酸為清蛋白、谷蛋白的第二限制性氨基酸色氨酸為醇溶蛋白的第二限制性氨基酸，蛋氨酸和半胱氨酸則為球蛋白的第二限制性氨基酸。

表2 米胚蛋白各組分的利用率分析

利用回歸方程計算得到的米胚蛋白各組分的PER值中，清蛋白的PER值最高，谷蛋白、球蛋白、醇溶蛋白次之，其中清蛋白、球蛋白、谷蛋白與優質蛋白的衡量標準值2.00接近，屬于優質蛋白。另外，清蛋白的BV值較球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白高。

3.2.2 米胚蛋白各組分的體外消化率分析

從圖1中可以看出，清蛋白的體外消化率最高，達到了78.45%，球蛋白、谷蛋白的體外消化率次之，醇溶蛋白的體外消化率相對較差，為59.62%。這表明清蛋白、球蛋白、谷蛋白的營養消化效率較高，是一種優質的植物蛋白資源，具有較高的營養價值，值得開發與利用。

3.3 米胚蛋白組分的功能性質

3.3.1 起泡性和起泡穩定性

圖1 米胚蛋白各組分的體外消化率

本實驗主要研究pH值對米胚蛋白組分起泡性和起泡穩定性的影響，如圖2、圖3所示，在pH 5時，清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白的起泡性最低，在30%左右;隨著pH值增加，4種蛋白的起泡性均逐漸升高，起泡穩定性卻隨著pH值的增大而逐漸降低，在pH 5時達到最大值。這是由于在等電點附近，四種蛋白的溶解度很低，用來形成泡沫的蛋白質分子數量較少，降低了起泡性。同時在等電點附近，蛋白質分子之間電荷斥力較弱，有利于形成界面薄膜，界面與吸附分子間也缺乏斥力，更有利于蛋白質分子在界面聚集，從而增加了氣液界面蛋白質薄膜的硬度和厚度，進而提高了泡沫的穩定性。

圖2 米胚蛋白各組分的起泡性與pH值的關系

圖3 米胚蛋白各組分的起泡穩定性與pH值的關系

3.3.2 吸水性和吸油性

米胚蛋白各組分的吸水性和吸油性如圖4所示。蛋白質吸水性是蛋白質水合作用的直接表現，它與很多因素有關系，包括蛋白質分子內部的空間結構、分子的疏水性、體系的表面張力，此外還與體系的pH值、蛋白質濃度等外界環境有關。從圖4看出，相比醇溶蛋白、谷蛋白，清蛋白、球蛋白的吸水性較好，在2.3 g/g左右。從圖4中看出，醇溶蛋白的吸油性最高，為2.48 g/g，其次是谷蛋白2.24 g/g、清蛋白2.08 g/g、球蛋白1.96 g/g。蛋白質的吸油性與蛋白質的疏水性、變性程度等因素有關。Lin等［10］研究發現，蛋白質吸油能力的大小主要由蛋白質非極性側鏈結合烴鏈的能力有關，結合能力越強，蛋白質的吸油性越強。醇溶蛋白的疏水性氨基酸含量最高，故而其吸油性高。

圖4 米胚蛋白各組分的吸水性和吸油性

3.3.3 表面疏水性

從圖5可知，米胚蛋白各組分的表面疏水性都相對較高，特別是醇溶蛋白，表面疏水性指數達到了1 570，其余3種蛋白的表面疏水性也在1 400左右。高表面疏水性表明米胚蛋白各組分水溶性低，使得其在食品中應用有一定局限性，如對米胚蛋白進行改性可以使其可利用性更為廣泛。

圖5 米胚蛋白各組分的表面疏水性

4 結論

米胚4種Osborne分離蛋白中，清蛋白、球蛋白、谷蛋白與FAO/WHO推薦的參考蛋白模式接近，但醇溶蛋白相對較差。清蛋白中除色氨酸外，其余必需氨基酸均超過小孩需求量的推薦值，且賴氨酸含量也較高;谷蛋白的氨基酸評分最高，為80.90;色氨酸和賴氨酸是四種蛋白中的限制性氨基酸，含量相對較低;清蛋白、球蛋白、谷蛋白的PER值與優質蛋白的衡量標準值2.00接近，BV值較高，屬于優質的植物蛋白資源。

功能性質的研究表明:清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白的起泡性在pH 5時最低，隨著pH值的增加，4種蛋白的起泡性逐漸升高，起泡穩定性卻隨著pH值的增大而逐漸降低，在pH 5時達到最大值;清蛋白、球蛋白的吸水性比醇溶蛋白、谷蛋白好，醇溶蛋白的吸油性最好;米胚蛋白各組分的表面疏水性較高，如需要改善其水溶性，則需對米胚蛋白進行改性處理。

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［6］ Alsmeyer R H，Cunningham A D，Happich M L.Equations predict PER from amino acid analysis［J］.Food Technology，1974，28:34－38.

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