蛋白组分对米蛋白功能性质影响的研究

张 敏 殷 东 王长远

蛋白组分对米蛋白功能性质影响的研究

张 敏1，2殷 东3王长远3

（北京食品营养与人类健康高精尖创新中心（北京工商大学）1，北京 100048）
（北京市食品添加剂工程技术研究中心（北京工商大学）2，北京 100048）
（东北农业大学食品学院3，哈尔滨 150030）

以不同配比米蛋白组分的样品为试材，比较各样品的功能性质变化，明确各蛋白组分对蛋白产品品质影响的差异，为今后进行分子设计和重组生产米蛋白产品提供理论支撑。通过各蛋白样品的溶解性，乳化特性，起泡特性，持水性／持油性等功能性质研究，结果表明，米糠浓缩蛋白的溶解性比大米浓缩蛋白高200%左右；米糠蛋白各功能性质显著优于大米蛋白，但大米蛋白的起泡稳定性比米糠蛋白提高近20%。米蛋白中的清蛋白提高产品的溶解性、持水性／持油性，降低起泡稳定性；醇溶蛋白提高产品的乳化特性；谷蛋白提高产品的起泡稳定性。蛋白产品的功能性质与蛋白组分的组成密切相关。

米糠蛋白 大米蛋白 蛋白组分 功能性质

我国年产米糠约1 000万t，是目前最具开发潜力的一种高附加值资源［1］。与玉米、小麦等蛋白相比，米糠蛋白和大米蛋白具有氨基酸组成合理、人体吸收利用率高以及低过敏性等特点，因此米蛋白常用于婴幼儿食品及中老年人的保健食品中［2－3］。

按Osborn分级分离蛋白质方法，以溶解特性为基本原理，米糠蛋白和大米蛋白均可分成4种蛋白组分：清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。由于各蛋白组分中氨基酸组成及结构的差别，提取工艺的变化，使米蛋白产品的功能性质各不相同［4］。有不少学者对米糠和大米的浓缩蛋白及分离蛋白产品的功能性质做了较为详细的研究，其中迟明梅等［5］研究了大米蛋白的功能特性，并对不同品种水稻的大米蛋白功能特性进行了比较；陈正行等［6］在阐述大米蛋白和米糠蛋白优良的功能特性和营养价值的基础上，较详细地介绍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］筛选出制备米糠蛋白抗氧化活性肽的最适蛋白酶，并对酶解米糠蛋白的工艺进行研究；曲晓婷等［8］采用二次通用旋转正交组合设计的方法，优化出了米糠蛋白提取的最佳工艺条件，并在不同提取条件下考察了米糠蛋白的溶解性、乳化性和起泡性。

这些研究主要是以米蛋白的混合物作为研究对象，对于组成米蛋白的4种蛋白组分在蛋白产品中的作用，特别是它们对于蛋白产品功能性质的影响，目前鲜见报道。本研究以同一水稻品种的米糠和大米为原料，分别提取获得米糠浓缩蛋白及4种米糠蛋白组分和大米浓缩蛋白及4种大米蛋白组分等蛋白样品，在研究2种浓缩蛋白各功能性质的基础上，分别设计出高清蛋白组、高球蛋白组、高醇溶蛋白组和高谷蛋白组等蛋白产品，试图找出4种蛋白组分对米蛋白功能特性的影响规律，以期为今后各种米蛋白产品在食品中的应用和新型米蛋白产品研究与开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及样品处理

1.1.1 试验材料

水稻品种：空育131，全脂米糠和精制大米由黑龙江北大荒米业有限公司提供。

米糠原料组成成分：水分12.5%，脂质16.2%，蛋白质14.7%；大米原料组成成分：水分11.3%，脂质0.72%，蛋白质6.8%。

全脂米糠采用6＃溶剂脱脂3遍后备用。

1.1.2 各蛋白样品的制备

1.1.2.1 米糠和大米浓缩蛋白的制备

脱脂米糠／大米→加水1 000 mL（料液比1∶10，温度为45 ℃，pH 为8.5，时间为2 h）→4 500 r／min下离心20 min→收集上清液→米糠蛋白／大米蛋白。

1.1.2.2 米糠和大米分组蛋白的制备

脱脂米糠／大米→加水1 000 mL（料液比1∶10）→水浴浸提（过程中控制温度为45℃，时间为2 h）→4 500 r／min下离心20 min→收集上清液（米糠清蛋白／大米清蛋白）→固体残渣用1%NaCl溶液浸提（料液比1∶10，过程中控制温度为45℃，时间为2 h）→4 500 r／min离心20 min→收集上清液（米糠球蛋白／大米球蛋白）→固体残渣用去离子水清洗3遍后再用70% 乙醇溶液浸提（料液比1∶10，过程中控制温度为45℃，时间为2 h）→4 500 r／min离心20 min→收集上清液（米糠醇溶蛋白／大米醇溶蛋白）→固体残渣用去离子水浸提（料液比1∶10，用NaOH调节pH为8.5，过程中控制温度为45℃，时间为2 h）→4 500 r／min离心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，然后冷冻干燥备用［4］。

1.1.2.3 米蛋白样品的制备

在米糠蛋白和大米蛋白原始4种蛋白组成比例的基础上，分别增加每种蛋白的4种蛋白组分，设计成10组蛋白样品，各样品组成见表1和表2。

表1 米糠蛋白样品的组成／%

表2 大米蛋白样品的组成／%

1.2 试验方法

1.2.1 蛋白溶解性的测定

准确称取一定量的蛋白样品，用25 mL Tris－HCl缓冲溶液制备成米蛋白分散系，使用电动分散均质机在12 000 r／min下均质2 min后，静置30 min，在4 000 r／min下离心5 min。取上清液15 mL，测定上清液中的蛋白质含量［5］。

式中：m为上清液中蛋白质的质量；m1为总蛋白的质量。

1.2.2 蛋白乳化特性的测定

采用浊度法测定。配制一定浓度的蛋白溶液，取150 mL蛋白溶液与50 mL大豆油混合，12 000 r／min均质1 min，静置，从容器底部取50μL乳状液于试管中，加5 mL 0.1% 的SDS，充分混匀，于500 nm处测定吸光度值（以0.1%的SDS调整仪器零点）吸光度（A0）；10 min（t值）后吸光度（At）。蛋白质的乳化特性以乳化活性指数EAI（m2／g）和乳化稳定性指数ESI（min）表示。

ESI（min）＝ A0× t（A0－ At）

式中：T 为2.303；C 为蛋白质浓度（g·mL－1）；φ为溶液中油的体积分数。

1.2.3 蛋白质持水性／持油性的测定

称取蛋白样品1 g于50 mL的离心管中，加入10 mL的蒸馏水／大豆油，充分混合均匀，静置20 min 后，离心（4 000 r／min，15 min），弃去上清液，称取离心管和剩余物的质量，计算各蛋白样品的持水性／持油性。以每克蛋白质吸取水分的质量来表示蛋白质的持水性。

以每克蛋白质吸取大豆油的质量来表示蛋白质的持油性。

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

1.2.4 蛋白质起泡特性的测定

取一定量的蛋白样品，用25 mL水溶液分别制备成蛋白浓度为3 g／100 mL的蛋白质分散系，移入50 mL的离心管中，使用电动分散均质机在12 000 r／min下搅拌2 min，以产生的气泡的顶端与液面的距离为高，容器的横截面积为底面积，立即读取泡沫和液体的总体积，静置30 min后，再记录泡沫的体积。重复3次。

式中：V0为溶解样品水溶液的体积／mL；V1为搅拌停止时泡沫和液体的总体积／mL；V2为30 min后泡沫和液体的总体积／mL。

1.2.5 常规成分的测定

采用GB 5009—2010方法测定样品中蛋白含量、脂肪含量、灰分含量和水分含量。

2 结果与讨论

2.1 大米蛋白和米糠蛋白的组成分析

图1 4种蛋白组分对米糠蛋白溶解性的影响

提取制备的大米浓缩蛋白和米糠浓缩蛋白的组成成分见表3所示。

由表3的试验数据可见，同样的提取方法，米糠蛋白的纯度显著高于大米蛋白（P＜0.01）；米糠蛋白的脂肪含量高于大米蛋白。根据文献报道，米糠蛋白中的4种蛋白组成比例分别为清蛋白37%，球蛋白36%，醇溶蛋白5%，谷蛋白22%，大米蛋白中的4种蛋白组成比例为大米清蛋白（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种蛋白组分占总蛋白含量的百分比进行计算，获得米糠蛋白中蛋白组分的含量为清蛋白39%，球蛋白35%，醇溶蛋白4%和谷蛋白22%；大米蛋白中蛋白组分的含量为清蛋白5%，球蛋白6%，醇溶蛋白4%和谷蛋白85%。与资料报道的数据误差可能来源于稻米的原料品种的不同、加工方式的差别以及米糠蛋白和大米蛋白提取环境条件和提取工艺的不同。

2.2 米糠蛋白产品功能性质的研究

图2 4种蛋白组分对米糠蛋白乳化性及乳化稳定性的影响

图3 4种蛋白组分对米糠蛋白起泡性及泡沫稳定性的影响

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样品的溶解性，乳化特性，起泡特性，持水性／持油性等功能性质的测定结果，如图1～图4所示。

图4 4种蛋白组分对米糠蛋白持水性／持油性的影响

表3 大米蛋白和米糠蛋白的组成成分质量分数／%

由图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号组和对照组1的差别最大，即清蛋白对米糠蛋白溶解性的影响最大。这可能是因为清蛋白含有的疏水性基团较其他3种蛋白质少，因此有利于米糠蛋白与水的结合［10］。5号组的谷蛋白降低了米糠蛋白的溶解性，这是因为谷蛋白由许多大分子的片段通过二硫键链接形成，彼此交联而凝聚［10］，因而影响了米糠蛋白的溶解性。溶解性被认为是表现蛋白质功能性质的最重要因素，这些溶解性的差异，与蛋白组分的结构密切相关。一般认为，蛋白分子非极性基团朝向分子内部，形成疏水键；极性基团位于分子内部的，相互作用形成氢键和盐键；极性基团朝向分子表面的，才可与极性水分子相互作用，从而增加蛋白的溶解性［11］。

由图2可以看出，4种蛋白组分除球蛋白外，都可提高米糠蛋白产品的乳化活性指数；但乳化稳定性差异显著。醇溶蛋白可显著增加米糠蛋白产品的乳化特性、球蛋白降低米糠蛋白的乳化稳定性。分析原因，可能是醇溶蛋白质中疏水性氨基酸的含量略高于其他3种蛋白组分，而表面疏水性是影响蛋白乳化性的重要因素［10］。有研究表明，米糠蛋白的乳化性与溶解性有关联，适当地提高米糠蛋白的溶解性可以改善产品的乳化性［12］。本研究观测到，虽然通过添加不同蛋白组分，使米糠蛋白产品的溶解性有增有减，但除了添加球蛋白的米糠蛋白产品的乳化稳定性降低外，其他米糠蛋白样品的乳化特性均提高。乳化性与溶解性不存在显著的相关性，只有蛋白质分子内部疏水性基团外漏，才可提高蛋白质的乳化性［13］。

由图3可以看出，清蛋白降低了米糠蛋白的起泡特性，谷蛋白对米糠蛋白起泡特性具有增强的作用。这也许是因为谷蛋白中含有大量的二硫键，谷蛋白分子之间交联而聚集形成网状结构使得气体分子不易扩散，即形成的空间结构牢固，形成的膜不易破裂，从而增加了米糠蛋白的起泡性和泡沫稳定性［11］。可见，在食品中额外增添米糠谷蛋白有利于提高产品的起泡性及泡沫稳定性；而添加米糠清蛋白的产品起泡性能较差。

由图4可以看出，清蛋白可以提高米糠蛋白持水性／持油性，谷蛋白则具有降低蛋白持水／持油性的能力；球蛋白和醇溶蛋白可显著降低产品的持水性，而对持油性影响不显著。这是因为持水性／持油性与米糠蛋白的表面疏水性有关联，由于清蛋白是水溶性蛋白，其他3种蛋白的溶解度易受到溶解介质的离子强度影响，其结合水、油的能力发生变化［13］。谷蛋白由于水溶性差，使其持水／持油性降低。4种蛋白组分对米糠蛋白产品的持水性／持油性影响与对泡沫特性的影响规律相反。适当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 大米蛋白产品的功能性质研究

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样品的溶解性，乳化特性，起泡特性，持水性／持油性等功能性质的测定结果，如图5～图8所示。

图5 4种蛋白组分对大米蛋白溶解性的影响

图6 4种蛋白分别对大米蛋白乳化性及乳化稳定性的影响

图7 4种蛋白分别对大米蛋白起泡性及泡沫稳定性的影响

图8 4种蛋白分别对大米蛋白持水性／持油性的影响

由图5可以看出，大米清蛋白可以增加大米蛋白的溶解性，其他蛋白的加入则显著地降低了大米蛋白的溶解性。这与米糠蛋白的反应不尽相同。比较图1和图5可以发现，和米糠蛋白相比，大米蛋白的溶解性较低，这也许是由于大米蛋白中水不溶性的谷蛋白含量较高造成的；也可能是蛋白组分中疏水性氨基酸结构变化引起［14］。更具体的蛋白分子结构变化，有待进一步研究。

由图6可以看出，清蛋白和醇溶蛋白明显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稳定性提高，而谷蛋白降低了大米蛋白的乳化稳定性。比较图2和图6发现，相比于米糠蛋白，大米蛋白的乳化性和乳化稳定性均较差，但无论是米糠蛋白还是大米蛋白，醇溶蛋白对米蛋白的乳化性均起到显著增加的作用，这可能是醇溶蛋白中疏水性的氨基酸含量略高于其他3种蛋白组分所引起的［15］。

由图7可以看出，除清蛋白提高大米蛋白的起泡性外，其他3种蛋白组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稳定性，谷蛋白提高起泡稳定性。比较图3和图7可以发现，相比于米糠蛋白，大米蛋白具有较低的起泡性，但具有较高的泡沫稳定性。谷蛋白和清蛋白对米蛋白的起泡特性影响较大，但2个组分在米糠蛋白和大米蛋白中所起的作用又有差异，这应该是蛋白的溶解性、蛋白分子中二硫键及次级键的作用［16］，最终使亲水性分子提高界面的交互作用，影响起泡能力［17］。大米蛋白的起泡稳定性较米糠蛋白提高近20%，分析造成差异的原因，一方面，是由于大米蛋白本身的起泡性较低，对于泡沫稳定性的维持相对容易；另一方面，大米蛋白中高的谷蛋白含量使大米蛋白较米糠蛋白的起泡稳定性高。

由图8可以看出，蛋白组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。比较图4和图8发现，相比于米糠蛋白，大米蛋白具有较低的持水性／持油性，但持水性明显好于持油性；清蛋白可提高米蛋白的持水性／持油性。清蛋白含有较多的亲水性基团，有利于蛋白与水的结合［18］；醇溶蛋白虽然含有大量的疏水性氨基酸，有利于与油脂结合［19］，但醇溶蛋白对米蛋白的持水性／持油性的影响却不显著。

3 结论

相比于大米浓缩蛋白产品，米糠浓缩蛋白产品的溶解性提高200%左右。大米蛋白的起泡性和乳化性只达米糠蛋白的20%左右、乳化稳定性和持水性达米糠蛋白的40%左右、持油性不及米糠蛋白的20%。但大米蛋白的起泡稳定性比米糠蛋白提高近20%。

米糠蛋白中，清蛋白、球蛋白可提高蛋白产品的溶解性，谷蛋白可降低溶解性；球蛋白使乳化稳定性降低、醇溶蛋白可显著增加米糠蛋白的乳化特性；清蛋白可降低蛋白产品的起泡特性，谷蛋白具有增强蛋白产品起泡特性的作用；清蛋白提高了蛋白产品的持水性／持油性，谷蛋白降低持水性／持油性。

大米蛋白中，清蛋白可提高蛋白产品的溶解性，其他蛋白组分则降低溶解性；除球蛋白外，其他蛋白组分可增加蛋白产品的乳化特性；清蛋白降低蛋白产品的起泡特性，谷蛋白具有增强作用；清蛋白可提高蛋白产品的持水性／持油性。

米蛋白产品的功能性质与4种蛋白组分的组成密切相关。

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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

国家自然科学基金（31371830，31101387）

2014－11－17

张敏，女，1972年出生，教授，粮食油脂与植物蛋白工程