米胚分离蛋白营养和功能性评价*

罗美，李捷，熊华

1(南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌，330047)

2(南昌大学环境与化学工程学院，江西南昌，330031)

米胚是稻米的重要组成部分，约占稻谷质量的2% ～3%。大米加工时，糙米在碾白去皮过程中，绝大部分的米胚随米皮脱落，在我国，每年约产生400万t米胚［1］。作为稻米之精华，米胚含有丰富的蛋白质、脂肪及多种维生素和矿物质，且其蛋白质中氨基酸组成较为平衡，还含有一般食物中罕见的长寿因子——谷胱甘肽，在国外被誉为“天赐营养源”［2］。米胚开发利用的途径较多，如加工留胚米，或从中提取VE、谷维素、植物固醇等营养及用作食品营养强化剂等［1，3］。

目前国内米胚蛋白营养价值和功能特性的相关报道很少，本工作拟在文献［4］的基础上，先对米胚各蛋白组分的营养特性进行评估，进而对各蛋白组分的起泡性、吸水性、吸油性及表面疏水性等功能性质进行研究。

1 材料与仪器

1.1 材料与试剂

米胚，由江西省天玉油脂有限公司提供;大豆油，市售;氢氧化钠(分析纯)、盐酸(分析纯)，天津大茂试剂有限公司;胃蛋白酶，诺维信酶制剂有限公司;1-苯胺基萘-8-磺酸(分析纯)，Sigma分装;十二烷基硫酸钠(分析纯)，天津市永大化学试剂开发中心;考马斯亮蓝，上海索莱宝生物科技有限公司。

1.2 主要仪器设备

BS-224S型分析天平，赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;BH basicⅠ型磁力搅拌器，IKA公司;LXJIIB型离心机，上海安亭科学仪器厂;H835－50氨基酸自动分析仪、F－4500荧光光度分析仪，日本日立公司;KDY-9820凯氏定氮仪，厦门精艺兴业科技有限公司;FSH-Ⅱ型高速匀浆机，江苏环宇科学仪器厂。

2 实验方法

2.1 米胚蛋白组分的提取

采用Osborne的方法，分离得到清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白［4］。

2.2 米胚蛋白组分氨基酸组成检测

准确称取一定量的米胚4种蛋白质于水解管中，加入5.7 mol/L的盐酸溶液200 μL，抽真空充氮，反复3次，在110℃下水解24 h，取出定容，用氨基酸自动分析仪对溶液中的氨基酸含量进行测定。

色氨酸的测定采用碱水解的方法，将4种蛋白中加入8 mL NaOH溶液(5 mol/L)，在110℃下水解20 h，然后洗涤、中和，分析。

2.3 米胚蛋白组分营养价值评估

2.3.1 米胚蛋白组分利用率估算

2.3.1.1 氨基酸评分(AAS)

式中参考蛋白选用1985年FAO/WHO的氨基酸模型(2 ～5 岁小孩)［5］。

2.3.1.2 蛋白质功效比值(PER)的估算

由Alsmeyer［6］等人提出的回归方程计算:

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 蛋白质生物价(BV)的估算

根据Morup和Olesen［7］提出的回归方程计算:

其中，当ai样品≤ai参考时，;当ai样品≥ai参考时，qi=代表一种蛋白中某种必需氨基酸的含量与必需氨基酸总量的比值。

2.3.2 体外消化率的评估

分别称取300 mg的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白于50 mL的烧杯中，加入30 mL 0.1 mol/L的盐酸溶液，再加入30 mg的胃蛋白酶，在37℃的恒温水浴中反应4 h，加入20 mL 20%的三氯乙酸，静置10 min 后，离心(4 500 r/min，15 min)，利用凯氏定氮法测定上清液中氮的含量，同时做空白试验。体外消化率的计算公式如下:

2.4 米胚蛋白组分功能性质研究

在前期工作［4］的基础上，进一步考察米胚蛋白组分的起泡性及起泡稳定性、吸水性和吸油性、表面疏水性。

2.4.1 米胚蛋白各组分起泡性及起泡稳定性的测定

本实验主要研究pH值对起泡性及起泡稳定性的影响。方法:分别称取0.1 g的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白4种蛋白质于50 mL的离心管中，加入10 mL的蒸馏水，调节溶液的不同pH值，记录此时液体的体积V0，将离心管置于高速匀浆机的剪切搅拌下搅拌1 min(转速为13 000 r/min)，记录停止搅拌时泡沫和液体的总体积V1，30 min后再次记录泡沫的体积V2。计算公式如下:

2.4.2 米胚蛋白各组分吸水性和吸油性的测定

吸水性:分别称取1 g的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白四种蛋白质于50 mL的离心管中，加入10 mL的蒸馏水，充分混合均匀，静置20 min后，离心(4 000 r/min，15 min)，弃去上清液，称取离心管和剩余物的重量。以每克蛋白质吸取水分的质量来表示蛋白质的吸水性，即:

式中:m0，蛋白质的质量，g;m1，离心管的质量，g;m2，离心后离心管和剩余物的质量，g。

吸油性:分别称取1 g的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白4种蛋白质于50 mL的离心管中，加入10 mL的大豆油，充分混合均匀，静置20 min后，离心(4 000 r/min，15 min)，弃去上层油液，称取离心管和剩余物的重量。以每克蛋白质吸取大豆油的质量来表示蛋白质的吸油性，即:

式中:m0，蛋白质的质量，g;m1，离心管的质量，g;m2，离心后离心管和剩余物的质量，g。

2.4.3 表面疏水性的测定

采用荧光探针ANS法［8］:称取一定量的米胚蛋白各组分样品溶解于0.01 mol/L，pH 8磷酸缓冲溶液中，配制成 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/mL 的蛋白溶液。取4 mL的样品于试管中，加入20 μL 8 mmol/L的1-苯胺基-8-萘磺酸(ANS)溶液，立即混匀。用荧光分光光度计测定在激发波长390 nm、发射波长480 nm下样品的荧光强度。以蛋白质浓度为横坐标，荧光强度为纵坐标作图，曲线的低利率即为蛋白质分子的表面疏水性指数。

3 结果与分析

3.1 米胚蛋白组分的氨基酸组成分析

由表1可知，米胚4种蛋白中清蛋白的E/T、E/N值最高，其次为球蛋白、谷蛋白，醇溶蛋白最低，且清蛋白、球蛋白、谷蛋白与FAO/WHO推荐的E/T、E/N值分别为40%左右和60%左右的参考蛋白模式［5］十分接近，醇溶蛋白的品质相对较差。

但是清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白中苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、组氨酸等必需氨基酸的含量均高于FAO/WHO推荐模式中小孩的值，蛋氨酸、赖氨酸、色氨酸的含量略低于FAO/WHO的小孩值，远远大于成人所需要的值。4种蛋白中清蛋白除色氨酸略低于小孩推荐值外，其余均满足小孩所需求的量，连较易缺乏的赖氨酸的含量也较丰富，比小孩推荐值高0.32%;球蛋白中赖氨酸的含量也较小孩推荐值高，只有蛋氨酸、苯丙氨酸无法满足小孩的需求量;谷蛋白中除蛋氨酸、赖氨酸无法满足孩子需求外，其余氨基酸均高于小孩需求量，且蛋氨酸、赖氨酸的含量远远超过成人需求量。

表1 米胚各组分蛋白的氨基酸含量 g/100 g蛋白质

从非必需氨基酸来看，清蛋白、球蛋白、谷蛋白中的天门冬氨酸、谷氨酸、精氨酸的含量均较高。谷氨酸有健脑、解氨毒、使食味鲜美等作用;甘氨酸和精氨酸都是生血和促进钙质吸收的物质基础，且还有降压作用;天门冬氨酸具有特殊鲜味。这些比例适当的氨基酸有可能使米胚蛋白具有益气力、续精神等功效［9］。

3.2 米胚蛋白组分的营养价值

3.2.1 米胚蛋白组分利用率评价

利用氨基酸组成对米胚蛋白各组分进行估算，其营养参数如表2所示。由表2可以得出，米胚蛋白各组分中，清蛋白、球蛋白和谷蛋白的第一限制性氨基酸均为色氨酸，醇溶蛋白、谷蛋白的第一限制性氨基酸则为赖氨酸，其中谷蛋白的氨基酸评分(80.90)为最高，醇溶蛋白的氨基酸评分(26.61)最低，球蛋白为57.27，谷蛋白为28.18;赖氨酸为清蛋白、谷蛋白的第二限制性氨基酸色氨酸为醇溶蛋白的第二限制性氨基酸，蛋氨酸和半胱氨酸则为球蛋白的第二限制性氨基酸。

表2 米胚蛋白各组分的利用率分析

利用回归方程计算得到的米胚蛋白各组分的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、谷蛋白与优质蛋白的衡量标准值2.00接近，属于优质蛋白。另外，清蛋白的BV值较球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白高。

3.2.2 米胚蛋白各组分的体外消化率分析

从图1中可以看出，清蛋白的体外消化率最高，达到了78.45%，球蛋白、谷蛋白的体外消化率次之，醇溶蛋白的体外消化率相对较差，为59.62%。这表明清蛋白、球蛋白、谷蛋白的营养消化效率较高，是一种优质的植物蛋白资源，具有较高的营养价值，值得开发与利用。

3.3 米胚蛋白组分的功能性质

3.3.1 起泡性和起泡稳定性

图1 米胚蛋白各组分的体外消化率

本实验主要研究pH值对米胚蛋白组分起泡性和起泡稳定性的影响，如图2、图3所示，在pH 5时，清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白的起泡性最低，在30%左右;随着pH值增加，4种蛋白的起泡性均逐渐升高，起泡稳定性却随着pH值的增大而逐渐降低，在pH 5时达到最大值。这是由于在等电点附近，四种蛋白的溶解度很低，用来形成泡沫的蛋白质分子数量较少，降低了起泡性。同时在等电点附近，蛋白质分子之间电荷斥力较弱，有利于形成界面薄膜，界面与吸附分子间也缺乏斥力，更有利于蛋白质分子在界面聚集，从而增加了气液界面蛋白质薄膜的硬度和厚度，进而提高了泡沫的稳定性。

图2 米胚蛋白各组分的起泡性与pH值的关系

图3 米胚蛋白各组分的起泡稳定性与pH值的关系

3.3.2 吸水性和吸油性

米胚蛋白各组分的吸水性和吸油性如图4所示。蛋白质吸水性是蛋白质水合作用的直接表现，它与很多因素有关系，包括蛋白质分子内部的空间结构、分子的疏水性、体系的表面张力，此外还与体系的pH值、蛋白质浓度等外界环境有关。从图4看出，相比醇溶蛋白、谷蛋白，清蛋白、球蛋白的吸水性较好，在2.3 g/g左右。从图4中看出，醇溶蛋白的吸油性最高，为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。蛋白质的吸油性与蛋白质的疏水性、变性程度等因素有关。Lin等［10］研究发现，蛋白质吸油能力的大小主要由蛋白质非极性侧链结合烃链的能力有关，结合能力越强，蛋白质的吸油性越强。醇溶蛋白的疏水性氨基酸含量最高，故而其吸油性高。

图4 米胚蛋白各组分的吸水性和吸油性

3.3.3 表面疏水性

从图5可知，米胚蛋白各组分的表面疏水性都相对较高，特别是醇溶蛋白，表面疏水性指数达到了1 570，其余3种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组分水溶性低，使得其在食品中应用有一定局限性，如对米胚蛋白进行改性可以使其可利用性更为广泛。

图5 米胚蛋白各组分的表面疏水性

4 结论

米胚4种Osborne分离蛋白中，清蛋白、球蛋白、谷蛋白与FAO/WHO推荐的参考蛋白模式接近，但醇溶蛋白相对较差。清蛋白中除色氨酸外，其余必需氨基酸均超过小孩需求量的推荐值，且赖氨酸含量也较高;谷蛋白的氨基酸评分最高，为80.90;色氨酸和赖氨酸是四种蛋白中的限制性氨基酸，含量相对较低;清蛋白、球蛋白、谷蛋白的PER值与优质蛋白的衡量标准值2.00接近，BV值较高，属于优质的植物蛋白资源。

功能性质的研究表明:清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白的起泡性在pH 5时最低，随着pH值的增加，4种蛋白的起泡性逐渐升高，起泡稳定性却随着pH值的增大而逐渐降低，在pH 5时达到最大值;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;米胚蛋白各组分的表面疏水性较高，如需要改善其水溶性，则需对米胚蛋白进行改性处理。

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［2］ 李爱华.米胚的营养价值和胚芽米的加工技术［J］.粮食与饲料工业，1997(5):7－10.

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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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