从脱脂米糠中提取蛋白质和植酸的研究

朱春凤 汤冬梅 周明达

米糠具有丰富的营养成分，且来源丰富，价格低廉，因此开发米糠的营养成分具有很好的实用价值[1-2]。目前米糠蛋白的提取方法主要有碱法和酶法，传统碱法在高pH值下得到米糠蛋白容易变性[3]；采用酶法[4-5]避免了这一缺点，酶法具有反应条件温和、时间短、消耗量少等优点。植酸的提取方式主要是酸浸取法[6-7]，但该方法浸提时间长，工艺路线长，且生产费用高。目前，尚未有文献报道从米糠中同时提取蛋白和植酸，因此本文采用超声结合酶法，利用超声的空化效应促进米糠中有效成分的溶出，以克服传统酶法蛋白提取率低、植酸浸提时间长等缺点，结合酶法提高植酸和蛋白质的提取量，能更多地保留蛋白质营养价值，降低生产成本，为米糠中营养成分的同时开发开辟了新的途径。

1 实验材料与方法

1.1 原料与试剂

脱脂米糠（市售）；纤维素酶（cellulase）：杰辉生物科技有限公司，活力单位≥400 μ/mg；木瓜蛋白酶（papain）：杰辉生物科技有限公司，活力单位≥800 μ/mg；果胶酶（pectinase）：杰辉生物科技有限公司，活力单位≥500 μ/mg；其它试剂：均为分析纯。

1.2 仪器

高速组织捣碎机，搅拌器，恒温水浴锅，离心机，pH计，离子交换柱，超声波发生器，抽滤装置，浓缩仪，紫外-可见分光光度计。

1.3 实验方法

称取脱脂米糠20 g于烧杯中，根据料液比1：10（W：V）加自来水，搅拌均匀，放入超声器中超声30 min，然后依据三种酶调适当的pH值和温度（T），加入一定量的酶，恒温2 h后，过滤，收集滤液定容至250 ml，测定蛋白质[9]，在100℃下加热30 min使蛋白质变性[10]后，测定植酸[11]。

2 结果与讨论

2.1 超声预处理对提取的影响

2.1.1 超声波处理的影响

实验条件：米糠20g，料液比1：10，超声时间30min，果胶酶量[E]/[S]=2%(pH=3.5,T=50℃)，恒温2 h。由表1可看出，超声预处理后米糠蛋白和植酸的提取量较不用超声处理的高，先加酶后超声不利蛋白和植酸的提取。超声波的振动破坏细胞壁，可以促进蛋白和植酸的同时溶出，但超声技术对酶的活性起到一定的破坏作用，因此先超声后加酶法更有利于脱脂米糠蛋白和植酸的提取。

表1 超声波处理对米糠蛋白质和植酸提取的影响

2.1.2 超声时间的影响

在相同的实验条件下，考察超声时间对提取的影响，结果如图1。由图1可知，在30 min以前米糠蛋白和植酸的提取量随着提取时间的延长而增加，30 min以后提取量基本保持不变。这是由于在30 min后，绝大多数的水溶性蛋白和植酸已经从细胞壁中溶出，剩下的蛋白和植酸与细胞中的纤维素结合在一起。因此，最佳超声处理时间为30 min。

图1 超声波处理时间对米糠蛋白和植酸的提取的影响

2.2 料液比的影响

在相同的实验条件下，考察了料液比（W：V）分别为1：5、1：10、1：15时，同时提取米糠蛋白和植酸的影响，结果见表2。

表2 料液比对脱脂米糠蛋白质和植酸提取的影响

由表2可知，在料液比为1：10时，其蛋白提取量稍低于料液比1：15，但从水的去除成本考虑，料液比以1：10为佳。

2.3 三种酶对脱脂米糠蛋白和植酸提取的影响

2.3.1 酶用量对提取的影响

在三种酶最适pH值和温度（T）条件下，考察了酶的用量对米糠蛋白和植酸的提取影响，结果如图2和图3。从结果可知，随着酶添加量的增加，脱脂米糠中蛋白质和植酸的提取量先增加后基本保持不变。由图2可知，酶添加量从0.5%～2.5%，蛋白提取量提高的幅度不大，因为绝大多数的水溶性蛋白已经从细胞壁中溶出来了；木瓜蛋白酶提取的蛋白质，其提取量较果胶酶、纤维素酶的高。由图3可知，果胶酶提取的植酸，其提取量较纤维素酶和木瓜蛋白酶的高。从结果得知，纤维素酶和果胶酶最佳用量为2%，木瓜蛋白酶最佳用量为1.5%。

图2 不同量的酶对脱脂米糠蛋白质提取的影响

图3 不同量的酶对脱脂米糠植酸提取的影响

2.3.2 温度的影响

在纤维素酶和果胶酶用量为2%，木瓜蛋白酶用量为 1.5%情况下，温度分别设为 14、20、30、40、50、60℃进行实验，结果见图4和图5。从图4、图5可以看出，脱脂米糠中蛋白质和植酸的提取量随着温度的升高而增加，因为温度的升高可以降低细胞壁对蛋白质和植酸的作用力，有利于它们的溶出。从图4总体曲线来看，果胶酶对蛋白质量的提取低于纤维素酶和木瓜蛋白酶的提取量；当温度大于40℃时，纤维素酶和木瓜蛋白酶提取的蛋白质曲线相似，这两种酶的活性基本达到一致。从图5可以得知，果胶酶对植酸的提取量明显高于纤维素酶和木瓜蛋白酶。总体考虑，纤维素酶和木瓜蛋白酶的最高活性的温度为40℃，果胶酶的最高活性的温度为50℃。

图4 温度对不同酶从脱脂米糠中提取蛋白质的影响

图5 温度对不同酶从脱脂米糠中提取植酸的影响

2.3.3 pH值对提取的影响

在纤维素酶、木瓜蛋白酶、果胶酶最高活性的温度下，考察pH值对米糠蛋白和植酸提取的影响。从图6和图7可知，随着pH值的增大，脱脂米糠中蛋白质的提取量逐渐增加，而植酸的提取量则逐渐降低。因为蛋白质在碱性条件下的提取量高，而植酸在pH值约为1.5～3.0的酸性溶液中更易溶出。从蛋白和植酸同时提取的量考虑，纤维素酶和木瓜蛋白酶以pH=4.5为佳，果胶酶以pH=3.5为佳。

图6 pH值对不同酶从脱脂米糠中提取蛋白质的影响

图7 pH值对不同酶从脱脂米糠中提取植酸的影响

2.4 两种酶复合作用对脱脂米糠蛋白和植酸提取的影响

在单一酶的基础上，只采用纤维素酶或木瓜蛋白酶对蛋白的提取效果更好，但不利于植酸的提取；只采用果胶酶对蛋白和植酸的提取结果则相反。因此考虑两种酶复合作用对脱脂米糠蛋白和植酸提取的影响。

2.4.1 木瓜蛋白酶和纤维素酶复合作用

由于木瓜蛋白酶和纤维素酶作用底物不同，所以用这两种酶分别作用。先用纤维素（[E]/[S]=2%，T=40℃，pH=4.5）破坏细胞壁，使植酸和蛋白质同时溶出，加入木瓜蛋白酶（[E]/[S]=1.5%，T=40 ℃，pH=4.5）进一步提高植酸和蛋白质的提取量，结果米糠蛋白量为1.537 3 g，植酸量为1.280 8 g。由此可以得知，同时使用这两种酶可以略微提高蛋白质的量，对植酸的提取影响不大。

2.4.2 木瓜蛋白酶和果胶酶复合作用

由于植物细胞壁含有部分果胶和半纤维素，先用果胶酶（[E]/[S]=2%，T=50℃，pH=3.5）破坏细胞壁，使植酸和蛋白质同时溶出，加入木瓜蛋白酶（[E]/[S]=1.5%，T=40℃，pH=4.5）是否可以进一步提高植酸和蛋白质的提取，结果米糠蛋白量为1.256 4 g，植酸量为1.238 6 g。这说明木瓜蛋白酶和果胶酶不适合共同使用，会降低米糠蛋白和植酸量的提取。

2.4.3 果胶酶和纤维素酶的复合作用

由于果胶是细胞壁组成部分，在有纤维素酶存在的情况下同时加入果胶酶。具体操作先加纤维素酶（[E]/[S]=2%，T=40℃，pH=4.5）后加果胶酶（[E]/[S]=2%，T=50 ℃，pH=3.5），结果米糠蛋白量为 1.810 6 g，植酸量为1.431 4 g。由此得知，纤维素酶和果胶酶的复合作用优于单一酶法，在相应的基础上，比单一使用纤维素酶蛋白质提取量提高了0.4 g左右，比单一使用果胶酶植酸提取量提高了0.2 g左右。

表3 重现性的验证实验

3 结论

本文使用了超声结合酶的方法，对从脱脂米糠中同时提取蛋白质和植酸进行了探讨，优化得到了提取的最佳条件：在料液比1：10的情况下超声30 min后，使用果胶酶提取的植酸高于纤维素酶和木瓜蛋白酶，纤维素酶和木瓜蛋白酶对蛋白质的提取效果基本一致，纤维素酶和果胶酶的复合法优于单一酶法，得到米糠蛋白量1.804 3 g，植酸量1.430 5 g，在原有的基础上，蛋白质提取量提高了0.4 g左右，植酸提取量提高了0.2 g左右。此法可以保持米糠蛋白的较高营养价值和有较高的提取量，避免传统碱法提取蛋白所带来的负面影响，同时可以缩短植酸的浸提时间，提高植酸的提取量，降低生产成本，为充分利用我国米糠资源提供了广阔的空间。

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[2]梁少华，赵西周，胡前.米糠深加工技术的分析与评价(Ⅰ)——米糠制油及脱脂米糠的利用[J].中国油脂,2005,30(10):41-44.

[3]陈正行，姚惠源，周素梅.米蛋白和米糠蛋白开发利用[J].粮食和油脂，2002(4):6-10.

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