蛋白組分對米蛋白功能性質影響的研究

張 敏 殷 東 王長遠

蛋白組分對米蛋白功能性質影響的研究

張 敏1，2殷 東3王長遠3

（北京食品營養與人類健康高精尖創新中心（北京工商大學）1，北京 100048）
（北京市食品添加劑工程技術研究中心（北京工商大學）2，北京 100048）
（東北農業大學食品學院3，哈爾濱 150030）

以不同配比米蛋白組分的樣品為試材，比較各樣品的功能性質變化，明確各蛋白組分對蛋白產品品質影響的差異，為今后進行分子設計和重組生產米蛋白產品提供理論支撐。通過各蛋白樣品的溶解性，乳化特性，起泡特性，持水性／持油性等功能性質研究，結果表明，米糠濃縮蛋白的溶解性比大米濃縮蛋白高200%左右；米糠蛋白各功能性質顯著優于大米蛋白，但大米蛋白的起泡穩定性比米糠蛋白提高近20%。米蛋白中的清蛋白提高產品的溶解性、持水性／持油性，降低起泡穩定性；醇溶蛋白提高產品的乳化特性；谷蛋白提高產品的起泡穩定性。蛋白產品的功能性質與蛋白組分的組成密切相關。

米糠蛋白 大米蛋白 蛋白組分 功能性質

我國年產米糠約1 000萬t，是目前最具開發潛力的一種高附加值資源［1］。與玉米、小麥等蛋白相比，米糠蛋白和大米蛋白具有氨基酸組成合理、人體吸收利用率高以及低過敏性等特點，因此米蛋白常用于嬰幼兒食品及中老年人的保健食品中［2－3］。

按Osborn分級分離蛋白質方法，以溶解特性為基本原理，米糠蛋白和大米蛋白均可分成4種蛋白組分：清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。由于各蛋白組分中氨基酸組成及結構的差別，提取工藝的變化，使米蛋白產品的功能性質各不相同［4］。有不少學者對米糠和大米的濃縮蛋白及分離蛋白產品的功能性質做了較為詳細的研究，其中遲明梅等［5］研究了大米蛋白的功能特性，并對不同品種水稻的大米蛋白功能特性進行了比較；陳正行等［6］在闡述大米蛋白和米糠蛋白優良的功能特性和營養價值的基礎上，較詳細地介紹了大米蛋白和米糠蛋白及其功能性肽的水解提取方法；周梅等［7］篩選出制備米糠蛋白抗氧化活性肽的最適蛋白酶，并對酶解米糠蛋白的工藝進行研究；曲曉婷等［8］采用二次通用旋轉正交組合設計的方法，優化出了米糠蛋白提取的最佳工藝條件，并在不同提取條件下考察了米糠蛋白的溶解性、乳化性和起泡性。

這些研究主要是以米蛋白的混合物作為研究對象，對于組成米蛋白的4種蛋白組分在蛋白產品中的作用，特別是它們對于蛋白產品功能性質的影響，目前鮮見報道。本研究以同一水稻品種的米糠和大米為原料，分別提取獲得米糠濃縮蛋白及4種米糠蛋白組分和大米濃縮蛋白及4種大米蛋白組分等蛋白樣品，在研究2種濃縮蛋白各功能性質的基礎上，分別設計出高清蛋白組、高球蛋白組、高醇溶蛋白組和高谷蛋白組等蛋白產品，試圖找出4種蛋白組分對米蛋白功能特性的影響規律，以期為今后各種米蛋白產品在食品中的應用和新型米蛋白產品研究與開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及樣品處理

1.1.1 試驗材料

水稻品種：空育131，全脂米糠和精制大米由黑龍江北大荒米業有限公司提供。

米糠原料組成成分：水分12.5%，脂質16.2%，蛋白質14.7%；大米原料組成成分：水分11.3%，脂質0.72%，蛋白質6.8%。

全脂米糠采用6＃溶劑脫脂3遍后備用。

1.1.2 各蛋白樣品的制備

1.1.2.1 米糠和大米濃縮蛋白的制備

脫脂米糠／大米→加水1 000 mL（料液比1∶10，溫度為45 ℃，pH 為8.5，時間為2 h）→4 500 r／min下離心20 min→收集上清液→米糠蛋白／大米蛋白。

1.1.2.2 米糠和大米分組蛋白的制備

脫脂米糠／大米→加水1 000 mL（料液比1∶10）→水浴浸提（過程中控制溫度為45℃，時間為2 h）→4 500 r／min下離心20 min→收集上清液（米糠清蛋白／大米清蛋白）→固體殘渣用1%NaCl溶液浸提（料液比1∶10，過程中控制溫度為45℃，時間為2 h）→4 500 r／min離心20 min→收集上清液（米糠球蛋白／大米球蛋白）→固體殘渣用去離子水清洗3遍后再用70% 乙醇溶液浸提（料液比1∶10，過程中控制溫度為45℃，時間為2 h）→4 500 r／min離心20 min→收集上清液（米糠醇溶蛋白／大米醇溶蛋白）→固體殘渣用去離子水浸提（料液比1∶10，用NaOH調節pH為8.5，過程中控制溫度為45℃，時間為2 h）→4 500 r／min離心20 min→收集上清液（米糠谷蛋白／大米谷蛋白）。

所有蛋白上清溶液均采用透析袋透析2遍，然后冷凍干燥備用［4］。

1.1.2.3 米蛋白樣品的制備

在米糠蛋白和大米蛋白原始4種蛋白組成比例的基礎上，分別增加每種蛋白的4種蛋白組分，設計成10組蛋白樣品，各樣品組成見表1和表2。

表1 米糠蛋白樣品的組成／%

表2 大米蛋白樣品的組成／%

1.2 試驗方法

1.2.1 蛋白溶解性的測定

準確稱取一定量的蛋白樣品，用25 mL Tris－HCl緩沖溶液制備成米蛋白分散系，使用電動分散均質機在12 000 r／min下均質2 min后，靜置30 min，在4 000 r／min下離心5 min。取上清液15 mL，測定上清液中的蛋白質含量［5］。

式中：m為上清液中蛋白質的質量；m1為總蛋白的質量。

1.2.2 蛋白乳化特性的測定

采用濁度法測定。配制一定濃度的蛋白溶液，取150 mL蛋白溶液與50 mL大豆油混合，12 000 r／min均質1 min，靜置，從容器底部取50μL乳狀液于試管中，加5 mL 0.1% 的SDS，充分混勻，于500 nm處測定吸光度值（以0.1%的SDS調整儀器零點）吸光度（A0）；10 min（t值）后吸光度（At）。蛋白質的乳化特性以乳化活性指數EAI（m2／g）和乳化穩定性指數ESI（min）表示。

ESI（min）＝ A0× t（A0－ At）

式中：T 為2.303；C 為蛋白質濃度（g·mL－1）；φ為溶液中油的體積分數。

1.2.3 蛋白質持水性／持油性的測定

稱取蛋白樣品1 g于50 mL的離心管中，加入10 mL的蒸餾水／大豆油，充分混合均勻，靜置20 min 后，離心（4 000 r／min，15 min），棄去上清液，稱取離心管和剩余物的質量，計算各蛋白樣品的持水性／持油性。以每克蛋白質吸取水分的質量來表示蛋白質的持水性。

以每克蛋白質吸取大豆油的質量來表示蛋白質的持油性。

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

1.2.4 蛋白質起泡特性的測定

取一定量的蛋白樣品，用25 mL水溶液分別制備成蛋白濃度為3 g／100 mL的蛋白質分散系，移入50 mL的離心管中，使用電動分散均質機在12 000 r／min下攪拌2 min，以產生的氣泡的頂端與液面的距離為高，容器的橫截面積為底面積，立即讀取泡沫和液體的總體積，靜置30 min后，再記錄泡沫的體積。重復3次。

式中：V0為溶解樣品水溶液的體積／mL；V1為攪拌停止時泡沫和液體的總體積／mL；V2為30 min后泡沫和液體的總體積／mL。

1.2.5 常規成分的測定

采用GB 5009—2010方法測定樣品中蛋白含量、脂肪含量、灰分含量和水分含量。

2 結果與討論

2.1 大米蛋白和米糠蛋白的組成分析

圖1 4種蛋白組分對米糠蛋白溶解性的影響

提取制備的大米濃縮蛋白和米糠濃縮蛋白的組成成分見表3所示。

由表3的試驗數據可見，同樣的提取方法，米糠蛋白的純度顯著高于大米蛋白（P＜0.01）；米糠蛋白的脂肪含量高于大米蛋白。根據文獻報道，米糠蛋白中的4種蛋白組成比例分別為清蛋白37%，球蛋白36%，醇溶蛋白5%，谷蛋白22%，大米蛋白中的4種蛋白組成比例為大米清蛋白（4%～9%），大米球蛋白（10%～11%），大米醇溶蛋白（3%）和大米谷蛋白（66%～78%）［4］。本研究以4種蛋白組分占總蛋白含量的百分比進行計算，獲得米糠蛋白中蛋白組分的含量為清蛋白39%，球蛋白35%，醇溶蛋白4%和谷蛋白22%；大米蛋白中蛋白組分的含量為清蛋白5%，球蛋白6%，醇溶蛋白4%和谷蛋白85%。與資料報道的數據誤差可能來源于稻米的原料品種的不同、加工方式的差別以及米糠蛋白和大米蛋白提取環境條件和提取工藝的不同。

2.2 米糠蛋白產品功能性質的研究

圖2 4種蛋白組分對米糠蛋白乳化性及乳化穩定性的影響

圖3 4種蛋白組分對米糠蛋白起泡性及泡沫穩定性的影響

米糠蛋白、高清米糠蛋白、高球米糠蛋白、高醇米糠蛋白和高谷米糠蛋白等樣品的溶解性，乳化特性，起泡特性，持水性／持油性等功能性質的測定結果，如圖1～圖4所示。

圖4 4種蛋白組分對米糠蛋白持水性／持油性的影響

表3 大米蛋白和米糠蛋白的組成成分質量分數／%

由圖1可以看出，米糠清蛋白和米糠球蛋白增加了米糠蛋白的溶解性；谷蛋白使米糠蛋白溶解性降低。2號組和對照組1的差別最大，即清蛋白對米糠蛋白溶解性的影響最大。這可能是因為清蛋白含有的疏水性基團較其他3種蛋白質少，因此有利于米糠蛋白與水的結合［10］。5號組的谷蛋白降低了米糠蛋白的溶解性，這是因為谷蛋白由許多大分子的片段通過二硫鍵鏈接形成，彼此交聯而凝聚［10］，因而影響了米糠蛋白的溶解性。溶解性被認為是表現蛋白質功能性質的最重要因素，這些溶解性的差異，與蛋白組分的結構密切相關。一般認為，蛋白分子非極性基團朝向分子內部，形成疏水鍵；極性基團位于分子內部的，相互作用形成氫鍵和鹽鍵；極性基團朝向分子表面的，才可與極性水分子相互作用，從而增加蛋白的溶解性［11］。

由圖2可以看出，4種蛋白組分除球蛋白外，都可提高米糠蛋白產品的乳化活性指數；但乳化穩定性差異顯著。醇溶蛋白可顯著增加米糠蛋白產品的乳化特性、球蛋白降低米糠蛋白的乳化穩定性。分析原因，可能是醇溶蛋白質中疏水性氨基酸的含量略高于其他3種蛋白組分，而表面疏水性是影響蛋白乳化性的重要因素［10］。有研究表明，米糠蛋白的乳化性與溶解性有關聯，適當地提高米糠蛋白的溶解性可以改善產品的乳化性［12］。本研究觀測到，雖然通過添加不同蛋白組分，使米糠蛋白產品的溶解性有增有減，但除了添加球蛋白的米糠蛋白產品的乳化穩定性降低外，其他米糠蛋白樣品的乳化特性均提高。乳化性與溶解性不存在顯著的相關性，只有蛋白質分子內部疏水性基團外漏，才可提高蛋白質的乳化性［13］。

由圖3可以看出，清蛋白降低了米糠蛋白的起泡特性，谷蛋白對米糠蛋白起泡特性具有增強的作用。這也許是因為谷蛋白中含有大量的二硫鍵，谷蛋白分子之間交聯而聚集形成網狀結構使得氣體分子不易擴散，即形成的空間結構牢固，形成的膜不易破裂，從而增加了米糠蛋白的起泡性和泡沫穩定性［11］。可見，在食品中額外增添米糠谷蛋白有利于提高產品的起泡性及泡沫穩定性；而添加米糠清蛋白的產品起泡性能較差。

由圖4可以看出，清蛋白可以提高米糠蛋白持水性／持油性，谷蛋白則具有降低蛋白持水／持油性的能力；球蛋白和醇溶蛋白可顯著降低產品的持水性，而對持油性影響不顯著。這是因為持水性／持油性與米糠蛋白的表面疏水性有關聯，由于清蛋白是水溶性蛋白，其他3種蛋白的溶解度易受到溶解介質的離子強度影響，其結合水、油的能力發生變化［13］。谷蛋白由于水溶性差，使其持水／持油性降低。4種蛋白組分對米糠蛋白產品的持水性／持油性影響與對泡沫特性的影響規律相反。適當的提高米糠蛋白的溶解性可以增加米糠蛋白的持水性／持油性；提高米糠蛋白中谷蛋白的含量，降低了米糠蛋白的持水性／持油性。

2.3 大米蛋白產品的功能性質研究

大米蛋白、高清大米蛋白、高球大米蛋白、高醇溶大米蛋白和高谷大米蛋白等樣品的溶解性，乳化特性，起泡特性，持水性／持油性等功能性質的測定結果，如圖5～圖8所示。

圖5 4種蛋白組分對大米蛋白溶解性的影響

圖6 4種蛋白分別對大米蛋白乳化性及乳化穩定性的影響

圖7 4種蛋白分別對大米蛋白起泡性及泡沫穩定性的影響

圖8 4種蛋白分別對大米蛋白持水性／持油性的影響

由圖5可以看出，大米清蛋白可以增加大米蛋白的溶解性，其他蛋白的加入則顯著地降低了大米蛋白的溶解性。這與米糠蛋白的反應不盡相同。比較圖1和圖5可以發現，和米糠蛋白相比，大米蛋白的溶解性較低，這也許是由于大米蛋白中水不溶性的谷蛋白含量較高造成的；也可能是蛋白組分中疏水性氨基酸結構變化引起［14］。更具體的蛋白分子結構變化，有待進一步研究。

由圖6可以看出，清蛋白和醇溶蛋白明顯地提高了大米蛋白的乳化活性；醇溶蛋白有利于大米蛋白的乳化穩定性提高，而谷蛋白降低了大米蛋白的乳化穩定性。比較圖2和圖6發現，相比于米糠蛋白，大米蛋白的乳化性和乳化穩定性均較差，但無論是米糠蛋白還是大米蛋白，醇溶蛋白對米蛋白的乳化性均起到顯著增加的作用，這可能是醇溶蛋白中疏水性的氨基酸含量略高于其他3種蛋白組分所引起的［15］。

由圖7可以看出，除清蛋白提高大米蛋白的起泡性外，其他3種蛋白組分都是降低大米蛋白的起泡性；清蛋白降低大米蛋白的起泡穩定性，谷蛋白提高起泡穩定性。比較圖3和圖7可以發現，相比于米糠蛋白，大米蛋白具有較低的起泡性，但具有較高的泡沫穩定性。谷蛋白和清蛋白對米蛋白的起泡特性影響較大，但2個組分在米糠蛋白和大米蛋白中所起的作用又有差異，這應該是蛋白的溶解性、蛋白分子中二硫鍵及次級鍵的作用［16］，最終使親水性分子提高界面的交互作用，影響起泡能力［17］。大米蛋白的起泡穩定性較米糠蛋白提高近20%，分析造成差異的原因，一方面，是由于大米蛋白本身的起泡性較低，對于泡沫穩定性的維持相對容易；另一方面，大米蛋白中高的谷蛋白含量使大米蛋白較米糠蛋白的起泡穩定性高。

由圖8可以看出，蛋白組分均可提高大米蛋白的持水性；清蛋白提高大米蛋白的持油性、球蛋白降低大米蛋白的持油性。比較圖4和圖8發現，相比于米糠蛋白，大米蛋白具有較低的持水性／持油性，但持水性明顯好于持油性；清蛋白可提高米蛋白的持水性／持油性。清蛋白含有較多的親水性基團，有利于蛋白與水的結合［18］；醇溶蛋白雖然含有大量的疏水性氨基酸，有利于與油脂結合［19］，但醇溶蛋白對米蛋白的持水性／持油性的影響卻不顯著。

3 結論

相比于大米濃縮蛋白產品，米糠濃縮蛋白產品的溶解性提高200%左右。大米蛋白的起泡性和乳化性只達米糠蛋白的20%左右、乳化穩定性和持水性達米糠蛋白的40%左右、持油性不及米糠蛋白的20%。但大米蛋白的起泡穩定性比米糠蛋白提高近20%。

米糠蛋白中，清蛋白、球蛋白可提高蛋白產品的溶解性，谷蛋白可降低溶解性；球蛋白使乳化穩定性降低、醇溶蛋白可顯著增加米糠蛋白的乳化特性；清蛋白可降低蛋白產品的起泡特性，谷蛋白具有增強蛋白產品起泡特性的作用；清蛋白提高了蛋白產品的持水性／持油性，谷蛋白降低持水性／持油性。

大米蛋白中，清蛋白可提高蛋白產品的溶解性，其他蛋白組分則降低溶解性；除球蛋白外，其他蛋白組分可增加蛋白產品的乳化特性；清蛋白降低蛋白產品的起泡特性，谷蛋白具有增強作用；清蛋白可提高蛋白產品的持水性／持油性。

米蛋白產品的功能性質與4種蛋白組分的組成密切相關。

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Research on the Effects of Protein Components of Rice Protein Functional Properties

Zhang Min1，2Yin Dong3Wang Changyuan3
（Beijing Advanced Innovation Center for Food Nutrition and Human Health （BTBU）1，Beijing 100048）
（Beijing Engineering and Technology Research Center of Food Additives（BTBU）2，Beijing 100048）
（College of Food Science，Northeast Agricultural University3，Haerbin 150030）

Taking samples with different ratio of rice protein components as test materials，this functional property variation of the samples is compared，and differences in the effect of protein components on the quality of protein products are cleared out，in order to provide theoretical support for molecular design＆ recombination and production of rice protein products in the future.Investigation on functional properties is carried out，including solubility，emulsification properties，blistering properties，water／oil binding capacity.The results show that the solubility of rice bran protein concentrate is about 200%higher than that of rice protein concentrate；The functional properties of rice bran protein concentrate is obviously better than that of rice protein concentrate，but foam stability of rice protein is almost 200%higher than that of rice bran protein.Albumin constituting in rice protein can improve the solubility，water／oil binding capacity，and reduce the foam stability of products；Gliadin can promote the emulsification properties of product，and gluten protein can improve the foam stability of products.The functional properties of protein products are closely related with composition of protein components.

rice bran protein，rice protein，protein components，functional properties

TS21

A

1003－0174（2016）07－0051－07

國家自然科學基金（31371830，31101387）

2014－11－17

張敏，女，1972年出生，教授，糧食油脂與植物蛋白工程