米糠蛋白質的開發與利用

唐 玲

(1.暨南大學 食品科學與工程系，廣東 廣州510632；2.汕尾職業技術學院，廣東 汕尾516600)

0 引言

據統計資料表明，我國1997 年稻谷產量20073·73 萬噸，約占全國糧食總產量的42%， 但在加工過程中有近1000 萬噸的米糠未被食品工業充分利用。從營養角度看，米糠的營養價值較高，它集中了稻谷64%的營養成分[1]，含有豐富的蛋白質、脂類、維生素、礦物質和膳食纖維，其中蛋白質的含量占12-15%大米中為7%)（Saunders,1990），相當于禽蛋中的蛋白質含量，同時，其必需氨基酸組成接近于人體需要量模式，尤其是賴氨酸、蛋氨酸和色氨酸含量高于大米及其它谷物的含量)(Juliano,1985),這補償了谷物蛋白中賴氨酸不足的缺陷，大大提高了米糠蛋白的營養價值，使其成為可與動物蛋白比擬的優質蛋白)蛋白質功效比值為2·0-2·5，牛乳蛋白為2·5[2]。除此之外，米糠蛋白的消化率＞90%，過敏率極低，非常適合用作嬰兒食品的添加蛋白。 研究和開發米糠蛋白產品，充分發揮其營養功能和作用，已成為谷物科學領域新的研究熱點。

1 米糠蛋白的分離

米糠蛋白的營養價值雖然較高，但較難分離，主要原因是：①溶解性低這種蛋白質聚合程度強，含有很多S-S 鍵)(Morita,1993)[3]；②米糠中含有較高的植酸鹽(1·7%)和纖維（12%）（Grossman,1983）,它們都可與蛋白質結合，使蛋白質很難從其它成分中分離出來[4]。 目前，資料報道的分離方法主要有以下兩類：堿處理法和酶提取法。

1.1 堿處理法

國外從米糠中提取蛋白最常用的方法是堿處理(Cagampang,etal,1966;Betschart,et al,1979;Haykawa,S.,1985)[5]， 一般條件是pH9～11，或0.05mol/LNaOH 溶液提取2～3 小時，然后過濾，用酸調節pH 值到4.5～5.0，達到等電點或采用加熱使蛋白質沉淀分離出來。

堿處理法雖然簡便易行，但堿性條件下會產生不利反應和生成潛在的有毒物，如賴-丙氨酸的生成，使其失去了營養價值。除此之外，高堿條件下還會產生以下不利反應：①蛋白質變性和水解；②加速美拉德反應，產生黑褐色物質；③提取物中非蛋白物含量增加，分離效果降低。

1.2 酶提取法

除了堿處理法以外，1995 年Hamada 采用堿性蛋白酶分離米糠蛋白，提取率隨水解度的增加而增加，分離率超過90%則需要很高的水解度[6]，但是蛋白的功能和營養特性卻隨蛋白水解度增加而降低(一般＜5%的水解度為最佳)，因此，此方法沒有很好的實效性。 另有報道表明，糖酶被用來改善植物蛋白的提取率，糖酶可以分解細胞壁組織，有利于蛋白質提取。 植物細胞壁主要由D-木糖聚合成的短鏈木聚多糖組成，可采用木聚糖酶水解木聚糖，有利于細胞內蛋白質的釋放。此外，植酸鹽與蛋白的相互作用，降低了蛋白的溶解性，植酸酶水解植酸鹽的磷酸鹽殘基，有利于增加蛋白的溶解性和提高蛋白純度。 木聚糖酶和植酸酶共同作用提取米糠蛋白將成為可能。

1.3 物理方法提取米糠蛋白

Anderson 等人[12]將全脂或脫脂米糠采用膠體磨和均質方法，通過破碎米糠的細胞結構，使米糠蛋白溶出而提取米糠蛋白。據報道，經膠體磨研后，全脂米糠漿料上清液中蛋白質回收率可以從21.8%增加到33%，進一步均質增加到38.2%，相當于總體增加75.2%蛋白質含量。而脫脂米糠經膠體磨研后， 上清液中蛋白質回收率從13.9%增加到14.7%，均質后達到16.5%，總體上蛋白質回收率增加18.7%，物理方法提取蛋白質，回收率低，但為提取米糠蛋白提供有益的嘗試。

2 米糠蛋白的營養特性

2.1 米糠蛋白中的四大蛋白質含量

米糠蛋白中的四大蛋白質含量為：37%的清蛋白，36%球蛋白，22%的谷蛋白和5%的醇溶蛋白(Betschart,et al,1977)。 從營養的觀點看，清蛋白和球蛋白有很好的氨基酸平衡，賴氨酸、質氨酸、色氨酸含量較高，含量高于大米以及其它谷麩中的含量(Juliano,1985[7])，這補償了谷物蛋白中賴氨酸不足的缺陷，大大提高了營養價值，其蛋白質功率比值為2.0-2.5(牛乳蛋白為2.5)。 而大米中蛋白質的主要成分是谷蛋白和醇溶蛋白，清蛋白和球蛋白的含量較低，致使賴氨酸、蛋氨酸、色氨酸含量極低，由于限制氨基酸的存在，使大米中蛋白質的營養價值偏低。

2.2 米糠蛋白中氨基酸的組成

米糠蛋白中必需氨基酸含量及組成較合理，米糠蛋白中必需氨基酸含量及組成較合理，表1 列舉了米糠蛋白提取物中必需氨基酸的組成，以及與人體需求量、酪蛋白、大豆蛋白的比較結果。 從比較結果中可以看出米糠蛋白中必需氨基酸含量接近1985 年FAO/WHO 推薦的理想蛋白質中的必需氨基酸組成，是一種較優質蛋白，雖然賴氨酸和蘇氨酸含量略低，但氨基酸分值已達到85 和93。 與酪蛋白、大豆蛋白相比較，米糠蛋白有相似或更高的必需氨基酸含量，尤其是蛋氨酸含量高于大豆蛋白(蛋氨酸是大豆蛋白的限制氨基酸，氨基酸分值只有71)；同時，根據2～5 歲兒童的必需氨基酸需要量，除賴氨酸以外，米糠蛋白基本可達到此年齡段兒童的需求量。因此，值得一提的是，米糠蛋白質還有一個最大的優點即低過敏性，它是已知谷物中過敏性最低的蛋白質[11]。 人對大米中的蛋白質有不良反應的非常少見。 美國的一項臨床調查表明，在700 個易敏感人群中，僅有不足1%的人對稻米有過敏反應(癥狀僅表現在皮膚上)。 目前還未見兒童對稻米有過敏反應的報道，因此米粉是最常見的嬰幼兒輔助食品.從大米或米糠中提取的蛋白質可作為低敏性蛋白質原料用于嬰幼兒食品中。作為一種過敏率極低，消化率在90%以上的蛋白質，米糠蛋白是一種良好的蛋白來源。

表1 米糠蛋白中必需氨基酸含量及與人體需求量、酪蛋白、大豆蛋白的比較結果（mg/100g）

米糠中除含有豐富的蛋白質以外，還含有13～16%的油脂，由于多不飽和脂防酸含量豐富，對心腦血管疾病有預防作用，是一種很好的可利用資源。 除此之外，米糠中的VB 和VE 以及脂多糖、α-硫辛酸、γ-谷維醇、角鯊烯等多種天然抗氧化劑和生物活性物質也是很好的開發資源。

總之，米糠蛋白中的賴氨酸、蛋氨酸、色氨酸含量較高，高過其它谷物食品，其消化率在90%以上，并且，過敏率極低，如加以大力開發，不僅原料廣泛、成本低廉，而且，將成為一種新型蛋白資源。 我國是一個農業大國，稻谷資源非常豐富，按5%的米糠產率計算，可年產800～1000 萬噸米糠，如果蛋白提取率以85%計算，每年可獲取82～100 萬噸的優質米糠蛋白。 除此之外，高品質膳食纖維和米糠油也會帶來很高的利潤回報，因此，綜合開發米糠產品會帶來極大的經濟效益。

3 米糠蛋白的功能性質

米糠蛋白功能特性如溶解性，乳化性及起泡穩定性方面較其他蛋白質存在較大差距。 米糠蛋白濃縮或分離產品通過不同提取工藝提取，由于蛋白質含量不一樣，其功能性質有明顯差異。 另外，采取全脂或脫脂米糠為原料提取米糠蛋白，由于脂肪和多糖含量不同，米糠蛋白的功能性質也存在明顯差異。

3.1 溶解性

由于米糠蛋白存在大量二硫鍵和聚集體，大部分蛋白質一般不能溶解于水溶液中。 取200mg 樣品分散在0.1mol/L 的NaCl 溶液（低鹽）和1.0mol/L 的NaCl 溶液（高鹽）中，調整pH 值（2～10.5）；另一組實驗是各種離子CaCl2 溶液中，分散樣品振蕩30mins 后離心（20mins）,分析上清液中蛋白質含量，這樣總氮和可溶性氮可評價出來，米糠蛋白的溶解性很差[14]。 經改性后能較好提高蛋白質溶解度，Hamada[15]利用蛋白酶提高米糠蛋白可溶性，在10%水解度溶解性可達92%，在限制水解到2%水解度，蛋白質復水可溶性增加從74%到80%，在Na2CO3或SDS 存在或二者同時存在時可達84%。

3.2 乳化性和乳化穩定性

采用Beuchat 等（1975）定義的乳化性為每克蛋白質乳化的油脂毫克數[16]。牛血清蛋白良好的乳化性，一般作為評價乳化性的標準。米糠蛋白乳化能力均低于牛血清蛋白，表面疏水性是影響蛋白質的重要因素，米糠分離蛋白表面的疏水基團較少，與油脂結合性比牛血清蛋白低。 而適度的水解和脫氨能增加蛋白的乳化能力和乳化穩定性。

3.3 起泡性和泡沫穩定性

蛋清蛋白具有良好的起泡性，常作為評價起泡性標準。 米糠分離蛋白的起泡性和泡沫穩定性約為（18.9±1.04）ml 和（108±1.3）min，其起泡性與蛋清蛋白相近（20.5±0.3）ml,泡沫穩定性略低于蛋清蛋白（120±1.4）min[17]。

4 米糠蛋白的開發利用

4.1 生產嬰兒配方食品

米糠蛋白作為一種必需氨基酸齊全、生物效價高、低過敏性、良好消化性優質植物蛋白資源，可作為生產嬰兒食品蛋白原料。 目前我國嬰幼兒食品發展較快，市售母乳化奶粉或其他一些具有生理活性的嬰兒配方奶粉，其主要用途是添加免疫球蛋白和乳鐵蛋白，以期望達到提高嬰兒免疫目的。 然而，絕大多數嬰兒食品忽略了一些敏感體質嬰兒由于攝入某種蛋白質而引起過敏現象，開發和利用米糠蛋白作為嬰兒食品低過敏性蛋白源具有十分重要的意義[13]。

4.2 功能性多肽開發

功能性多肽是具有調節生理節律、增強機體防御功能、預防疾病等功能的生物活性分子，蛋白質水解可產生某些活性肽，這已成為目前蛋白質水解研究的熱門課題，據資料報道，在一定條件下米糠蛋白經酶解，可獲得具有鎮痛作用類阿片拮抗肽和具有降血壓、增強免疫功能活性肽[14]。 據日本研究報道，以大米中清蛋白為原料，通過酶解生成有增強免疫功能活性肽（八肽）；而米糠中清蛋白含量是大米的6～7倍。若能利用米糠中清蛋白開發活性肽，從理論上講則更為經濟可行。

4.3 營養強化劑及改善食品功能特性

米糠蛋白營養價值可與大米內胚層蛋白質相當，是制作高蛋白保健、營養食品理想強化劑。米糠蛋白及其系列水解物，可應用于很多食品，如焙烤食品、咖啡伴侶、攪打奶油、糖果、填充料、強化飲料、小吃、湯料、醬料、肉鹵及其它調味品。

天然植物蛋白物化功能性普遍較差。用蛋白酶提取米糠蛋白即可改善蛋白質溶解性、起泡性等功能性質。 酶法水解或改性后米糠蛋白在食品生產中具有廣泛用途， 如在焙烤食品和糖果中起發泡作用，在肉制品中起增稠和粘合作用，在液體或半固體食品中起穩定、增稠作用等。

4.4 生產替代谷氨酸鈉風味肽

長期以來，谷氨酸及其鈉鹽作為調味劑在食品中廣泛使用，但過量使用會有一定的毒副作用。米糠蛋白含有豐富谷氨酰胺和天門冬酰胺，通過蛋白酶水解和脫酰胺作用，使7.6%肽鍵水解，生產谷氨酰胺風味增強劑，可開發將取代可能對人體有害的味精風味增強劑。

4.5 蛋白飲料保健食品

米糠經高溫處理，然后用番木瓜蛋白酶使米糠蛋白成為可溶性物質，經過加酸味劑分離出固體物質，即能制成一種呈透明狀、大眾化米糠蛋白飲料。 另外，酶水解可制成功能性飲品如Rice Choice 和Rice X等產品，具有柔和風味、良好營養性和一定保健功能。

5 展望

米糠蛋白的用途很多，能夠添加到很多的食品中。 從全脂米糠和脫脂米糠中得來的蛋白質濃縮物可以應用于很多方面， 比如面包、飲料、粘連劑、蜜餞以及嬰兒食品。盡管人們對于米糠的用途和保健作用做了很多研究，但實際商業上的應用還不是很多。 在那些資源相對比較缺乏的國家，這將是一種很有潛力的資源。 作為大米主產國的我們則更應該好好利用這一資源優勢，積極進行技術創新，提高米糠蛋白的產量和進一步加強對其功能性研究，讓米糠蛋白成為我國的特色優勢產品。

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