米糠蛋白提取工艺研究进展

曹慧英，李航，段庆松，霍金杰，肖志刚，高育哲

沈阳师范大学粮食学院（沈阳 110034）

米糠是大米加工的廉价副产品，其蛋白质、油脂、膳食纤维和其他微量植物化学成分具有较高的营养价值[1]。米糠中含10%～16%蛋白质，由于米糠蛋白良好的生物价值、抗癌活性、低致敏性及其丰富营养价值而被广泛认可。近年来，米糠因其高营养特性，如均衡的氨基酸、低过敏性、低胆固醇和降血脂作用，以及高抗癌活性等而备受关注[2]。除此之外，米糠蛋白不含乳糖、麸质和大豆，这使得它在非过敏和健康食品领域具有良好的市场机会。大米蛋白被认为是最重要的植物蛋白之一，可用于婴儿食品、无麸质食品等多种产品中。因此，寻找提取米糠蛋白质的方法具有重要的研究意义。

对于用于米糠蛋白的提取方法，如碱法提取、酶法提取、物理方法、多溶剂萃取等，在米糠蛋白的聚集和二硫键交联的作用下，米糠蛋白的提取仍然很困难[3]。米糠含有高植酸盐（1.7%），植酸盐可以与蛋白质结合，因此很难将蛋白质从中分离出来。而且，植酸还会与可能影响蛋白质溶解度的物质相互作用。pH低于蛋白质等电点（约pH 5）时，植酸盐的阴离子磷酸盐基团与蛋白质的阳离子基团强结合。pH高于等电点（约pH 5）时，蛋白质和植酸都带有净负电荷。然而，在此pH下，植酸在钙等多价阳离子存在下仍能与蛋白质结合，形成蛋白质-阳离子植酸的三元络合物[4]，均会影响蛋白质的提取。

1 米糠蛋白提取工艺

自20世纪70年代以来，关于米糠蛋白提取方法的研究取得进展。米糠蛋白的主要提取步骤包括物理方法、碱处理、酶水解和多溶剂萃取等。

1.1 物理方法

物理方法可通过破坏细胞壁来为米糠蛋白的提取创造良好的条件。虽然提取效率相对较低，但物理技术以其操作简单、经济实惠等优点在蛋白质的提取中仍有广泛应用。提取工艺：经物理处理后，调pH 4.5，根据等电点沉淀法来回收米糠蛋白，具体物理处理方法及结果见表1。

表1 物理处理提取米糠蛋白

胶体研磨和均质化降低米糠的粒径，并影响了回收产品中蛋白质的分布，超声波或水煮烹饪可以破坏细胞壁和分子键，稀硫酸浸泡可以帮助超声波使生物量的结构变松或打开，从而提高蛋白质的溶剂可及性。虽然物理技术工业化更容易、更经济，但与以前的化学和酶法提取相比，蛋白质回收率明显降低。这表明物理方法在破坏蛋白质中各组分之间的广泛聚集还是有所不足。因此，建议物理处理结合其他方法，如酶处理和碱处理等，可以更有效地从米糠中提取蛋白质。

1.2 化学方法

1.2.1 碱法提取

碱处理是生产米糠蛋白最常用的方法，高浓度NaOH溶液可导致蛋白质聚集物中的氢、酰胺和二硫键水解[10]。提取工艺为米糠经正己烷（1∶10，W/V）脱脂4 h，通风橱风干一夜后，溶于去离子水（1∶6，W/V），搅拌1 h，用2 mol/L NaOH溶液调pH 9.0，搅拌2 h，以1000 g离心30 min。取上清液，用2 mol/L HCl溶液调pH 4.5，以1000 g离心20 min，取沉淀，去离子水洗涤，冷冻干燥，即得米糠蛋白。在pH方面，pH 7.5～11，蛋白质纯度线性增加，达到pH 12时开始降低，这是由于在较高pH下一些非蛋白氮的溶解作用[11]。Yadav等[12]设定条件为：在pH 11，60 ℃下搅拌60 min，在pH 4.5，所得米糠蛋白最佳提取率为13.2%。而Zhang等[13]对于热稳定的米糠设定条件为：在pH 9.5，50 ℃下搅拌20 min，在pH 3.8，所得最佳提取率为32.9%。结合物理处理与碱法，获得较好的米糠蛋白提取率。具体条件及结果见表2。

表2 物理处理辅助碱法提取米糠蛋白

在极端的碱性或高温环境下，蛋白会发生变性，并且产生令人不好的气味和颜色，导致各种营养物质不必要的损失，同时还会伴随着产生一些有毒化合物，如赖氨酸氨基丙氨酸等。碱法提取米糠蛋白的缺点突出。因此，探索米糠蛋白提取的有效方法还有待进一步研究。

1.2.2 酶法提取

与碱法相比较，酶法是一种不需极端条件就可以提取米糠蛋白的温和方法，既保留了米糠蛋白特有的营养特性，又改善米糠蛋白的功能和感官特性，并且通过从多糖基质中释放更多的蛋白质提高中性pH下的产量[16]。将米糠样品（10 g）置于1个锥形瓶中，并将4个体积pH 3.8～5.4的醋酸盐溶液放入培养设备中，醋酸盐中含有任意1种或多种酶，水浴震荡3～4 h，在40 ℃下培养。酶处理后，加入6体积的去离子水，用2 mol/L NaOH溶液调pH 7.0，1 h后，以3500 g离心15 min[17]，具体条件及结果见表3。

随着酶的使用，米糠蛋白提取率显著提升。从表3中能够看出，植酸酶和木聚糖酶的联合应用使得米糠蛋白获得最高的提取率（74.6%）和纯度（92.0%）。Wang等[11]认为植酸酶和木聚糖酶的结合具有释放和提高与细胞成分、矿物质和/或植酸结合的蛋白质的可提取性的优点。因此，释放的蛋白质可以溶解，分离，并以分离物的形式获得。且在植酸酶和木聚糖酶处理过程中，这些柔性蛋白质的表面可能会有更多的亲水基团，这可能导致这种米糠蛋白的表面疏水性低于未经植酸酶和木聚糖酶处理的米糠蛋白。植酸酶和木聚糖酶水解米糠释放的RBPI具有更为灵活的无规卷曲结构。由于植酸盐、矿物质和细胞成分的损失，这些蛋白质可能更具弹性，因为它们失去复杂的二级或三级结构，具有与蛋清相似的起泡特性。由于酶的成本较高，无法实现酶法提取米糠蛋白的商业化生产。

表3 酶法提取米糠蛋白

1.2.3 多溶剂萃取

米糠中的蛋白质可在水、盐、醇溶液和酸中溶解，将其依次分为白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。多溶剂萃取就是分别用水、2% NaCl、70%乙醇和0.1 mol/L盐酸将米糠蛋白质依次分离为34%白蛋白、15%球蛋白、6%醇溶蛋白和11%谷蛋白。剩余的不溶性部分由高分子量多肽组成，具有较强的聚集性和交联性。具体工艺：新鲜米糠经0.250 mm孔径筛过滤后，在室温下用1∶10（g/mL）正己烷脱脂3次，时间4 h。在4 ℃下去除己烷10 min，并将颗粒部分在4 ℃下干燥48 h，筛分至0.250 mm，并在4 ℃下储存直至使用。使用2% NaCl在150 r/min（25 ℃和1 h）下进行振荡，在5000g离心机分离2次（每次15 min），组合上清液通过光谱透析膜在4 ℃下用蒸馏水透析48 h，分馏成白蛋白和球蛋白，用70%乙醇提取复合沉淀，上清液以5000g离心15 min得到醇溶蛋白，用0.1 mol/L氢氧化钠提取得到谷蛋白。结果为清蛋白提取率34.4%，球蛋白提取率30.7%，醇溶蛋白提取率5.5%，谷蛋白提取率23.4%[25]。

16 kDa米糠白蛋白具有抗氧化活性，并且米糠白蛋白的性质比其他米糠蛋白更加明显，能阻止Cu2+诱导的低密度脂蛋白氧化，性质与血清白蛋白类似。米糠白蛋白的抗氧化活性之所以与血清白蛋白相似，是因为它们的N端氨基酸序列是同源的。因为植物含有一定量的盐，所以可以同时进行白蛋白和球蛋白的提取。球蛋白中含有适量的胱氨酸和蛋氨酸，但不含赖氨酸。由于它们带有净电荷，它们都很容易溶于盐水。广泛聚集、二硫键合和糖基化是大米谷蛋白的特性之一，这些特性使其难以溶解，难以从米糠中提取。

多溶剂萃取的米糠蛋白和碱法提取的米糠蛋白的氨基酸组成相比，谷氨酸钠和赖氨酸含量均高于碱法提取的米糠蛋白。pH 8左右时，可溶性成分主要是白蛋白，其次为球蛋白，还有很少的醇溶蛋白和谷蛋白。pH 12时，白蛋白具有最高的起泡能力（95.3%）。而醇溶蛋白分子内疏水性较强或分子外疏水性较低或较松散。白蛋白中含有较多的α-螺旋、β-转角和无规卷曲，球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白中β-转角和无规卷曲不多，说明多溶剂萃取提取后，球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白失去了有序的二级结构。这些性质揭示米糠蛋白在乳化、起泡、发泡等方面的潜在应用前景，为米糠蛋白组分结构性质的研究提供基础。

2 米糠蛋白功能特性及应用

米糠蛋白在功能性食品配料和营养补充剂等方面具有很高的潜力。米糠蛋白的蛋氨酸、酪氨酸、亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、组氨酸、胱氨酸、精氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸和色氨酸含量与大豆分离蛋白相近或较高。由于婴儿的快速生长和胃肠功能的不成熟，婴儿有非常关键的营养需求，且米糠蛋白具有低过敏性，它可以作为婴儿食品配方和食物过敏儿童限制饮食的合适成分。此外，从米糠蛋白质中提取的肽被报道具有更好的溶解性和乳化能力，以及令人满意的生理功能，包括抗氧化剂、抗癌、抗糖尿病能力和降血脂功能，因此，它们可以作为其他蛋白质肽用于健康补充剂[26]和特殊饮食食品中。

米糠蛋白可以通过氢键和疏水相互作用作为生物活性化合物的载体[26]。米糠白蛋白与其他蛋白一样，其容易溶于水，因为存在足够的净电荷和缺乏任何广泛的二硫键交联或聚集，而且米糠白蛋白在防止Cu2+诱导的低密度脂蛋白氧化方面比其他大米蛋白更加有效[27]。将米糠蛋白（如球蛋白和白蛋白）加入茶儿茶素中可以提高茶儿茶素在消化过程中的稳定性。水解度15.1%的米糠蛋白水解物可有效抑制糊化大米淀粉的回生[28]。因此，有可能成为保持淀粉基食品质量的天然替代品。米糠蛋白还具有较好的水和油的吸附能力，无麸质面包通过添加2%米糠蛋白浓缩物改善比体积、孔径、保气性和货架期。有研究用蛋清蛋白、乳清蛋白浓缩物、大豆蛋白浓缩物和米糠浓缩蛋白制备富含蛋白质的无麸质面食。近年来，越来越多的米糠蛋白制品应用投放于市场。其中，理柏科技的Proryza黄金就是一种低过敏性米糠纤维和蛋白质产品，适合作为健康营养食品的营养成分。

3 结语与展望

对米糠蛋白的提取工艺、功能特性及其在各方面的应用进行综述。米糠蛋白来源简单廉价，具有独特的低过敏性和抗癌活性等营养价值，具有很大应用开发潜力。然而，根据以往的研究，米糠蛋白性质复杂，提取困难。碱法提取碱性过大会导致蛋白质变性，酶法具有较好的提取率，但是酶的成本较高，单纯物理处理提取率较低。近几年，研究者趋向于结合一种或多种辅助方式对米糠蛋白进行提取，使米糠蛋白提取率提高。为充分利用米糠中蛋白质，需要开展更多研究工作，找到一种更加简单、经济的米糠蛋白提取工艺。