大米蛋白功能性质研究进展

大米蛋白功能性质研究进展

水稻是世界上最重要的粮食之一，大米蛋白是人们享受食物的重要蛋白来源。我国稻谷产量占世界首位,年产稻谷约1,800亿公斤。由稻谷加工成大米除作为日常主食外,也可作为味精和淀粉糖等工业原料,在加工中产生大量副产品米糠和米渣。米糠富含营养物质,其中蛋白质含量约为12%,且脱脂米糠蛋白质含量高达18%;而米渣中蛋白质含量则在40%以上。国外非常重视米糠和米渣开发利用,并已生产出附加值很高营养保健食品和化妆品。由于大米蛋白中天冬氨酸和谷氨酸含量很高,其脱酰氨肽和蛋白水解物可用作食品风味强化剂。经外切和内切蛋白酶改性米糠蛋白,可作为高附加值原料、食品增香剂和需在中等酸性条件下增大溶解性和乳化性食品原料。我国长期以来,曾将其作为动物饲料之用,资源未能得到合理利用。近年来,我国已对此给予高度重视,一些科研机构和企业加大对大米蛋白研究开发力度。大米蛋白具有低过敏性和高营养性特点,是优质植物蛋白,具有很高开发价值,可用作食品或营养保健品加工基料。大米蛋白主要是大米胚乳中贮藏蛋白,碱溶酸沉法提取所得谷蛋白或纯化所得大米分离蛋白溶解性都很差,其乳化胜、发泡性、持水性等很多加工性能己不能满足食品加工需要,严重制约大米蛋白开发利用。酶法水解虽可改变大米蛋白功能性质,但有关资料报道很少。本文就近年来国内外对大米蛋白功能性方面研究作一介绍。1蛋白质及其氨基酸组成大米蛋白种类很多,一般以其溶解特性进行分类。首先用水提取大米或米糠中蛋白质所得到蛋白组分称为清蛋白;残渣用稀盐溶液提取得到蛋白组分为球蛋白;再用75%乙醇提取组分为醇溶蛋白,最后残渣中蛋白质只能用酸或碱溶解,分别称为酸溶性蛋白和碱溶性蛋白,二者统称为谷蛋白。谷蛋白和醇溶蛋白也称贮藏蛋白,是大米主要蛋白成分,谷蛋白占总蛋白80%以上,醇溶蛋白占10%左右;而清蛋白、球蛋白含量极少,是大米中生理活性蛋白,在稻谷发芽早期,起着重要生理作用。不同蛋白氨基酸组成各有特点,清蛋白中不带电荷疏水性氨基酸含量较高,酸性氨基酸较低;球蛋白中碱性氨基酸含量较高,达15%以上,而醇溶性蛋白碱性氨基酸含量仅为球蛋白一半左右,但其疏水性氨基酸量却远高于其它类蛋白。将蛋白提取后对其氨基酸组成分析发现,大米中某些蛋白并非完全由氨基酸组成简单蛋白质,而是含有糖(鼠李糖)或脂类成分结合蛋白。这些非氨基酸成分不仅影响蛋白质性质,同时也赋予蛋白质特殊生理功能。另外,大量研究表明,大米蛋白种类并不是固定不变。在大米陈化过程中,虽总蛋白含量不变,但其结构、类型会发生变化,进而也影响米饭流变特性。突出变化是二硫键数量增多,蛋白质分子量增大,蛋白聚合体更加致密;蒸煮后蛋白质与淀粉网络结构致密,限制淀粉粒吸水膨胀和柔润,因而米饭粘性下降而使硬度增加,此时若加入适量还原剂破坏二硫键,则将提高米饭粘性。任顺成等用SDS(聚丙烯酰胺凝胶电泳)法也证明大米陈化前后蛋白质分子量这种变化;Teo等试验也证明大米中蛋白质变化是导致大米流变学性质变化重要因素。这些试验都说明-S-S-键对蛋白质性质重要性,且大米蛋白不仅在陈化中有更大分子形成,在加热时也有明显蛋白分子聚合。Mujoo指出,爆炒大米花时,分子量为24、34、68KDa分子可聚集成4×104KDa特大聚合体;但分子量为13～16KDa醇溶蛋白不参与这种蛋白体形成。2物理化学性质蛋白质在食品加工、烹调、储藏和销售过程中发生作用的物理和化学性质,与环境因素作用下所具有物理化学性质,总称为蛋白质功能性。这些理化特性常指蛋白质持水性、起泡性、乳化性、粘结性,形成凝胶、纤维、成膜等性质;也有人认为蛋白质功能性质反映它在受到蛋白组成中其它共存物(水、盐、糖、脂肪、风味物等)影响下所具有物理化学性质。2.1对大米蛋白性质的影响大米蛋白溶解性不是很好,主要是由于大米蛋白含75%～90%碱溶性谷蛋白,这些谷蛋白由许多大分子片断通过二硫键形成,彼此交联而凝聚;而溶于水的清蛋白仅占大米蛋白2%～5%。研究表明,大米蛋白溶解性不仅与其氨基酸组成有关,并与其存在状态也有关系。在胚乳中蛋白主要以两种聚集体形式存在,即PB-Ⅰ型和PB-Ⅱ型。经电子显微镜观察表明,PB-Ⅰ型聚集体呈片层结构,致密颗粒直径为0.5～2μm,醇溶蛋白即存在于PB-Ⅰ型中;而PB-Ⅱ型呈椭球形,不分层,质地均匀,颗粒直径约4μm,其外周膜不明显,谷蛋白和球蛋白存在于PB-Ⅱ型中。两种聚集体常相伴存在。在pH对大米蛋白溶解性影响研究中,SamsonAgboola等发现在pH4～7时,米蛋白中谷蛋白溶解性增长缓慢,而接近pH9时,蛋白溶解性迅速增加;同时,改性会对大米蛋白溶解性产生一定影响。郑建冰等利用酸法脱酰氨对大米蛋白进行改性,能使其溶解性增加,溶解度最高可达96.6%。另外,王章存等对热变性大米蛋白研究发现,米蛋白经高温作用后溶解性较低,甚至凝固成为不溶性成分。2.2大米蛋白乳化性能及功能变化乳化性包括乳化活性和乳化稳定性两个方面,乳化作用是蛋白质重要功能之一。每种蛋白质都有一定的分子组成和特定空间结构,其乳化性能与分子表面疏水性密切相关。酸碱可改变蛋白质带电性质和电荷分布,改变分子空间构象,在提高溶解度同时有可能改善蛋白质乳化、发泡等物化功能。经链霉蛋白酶水解后米蛋白水解产物,其乳化性有很大提高。王章存等考察几种大米蛋白在不同条件下乳化性能及其表现特点,并与大豆蛋白乳化性能进行比较,发现增加大米蛋白溶解性措施均有利于改善大米蛋白乳化性。稀碱溶液提取得到谷蛋白一旦溶解,其乳化能力可与大豆蛋白媲美。Na2SO3对大米蛋白乳化行为改变,不仅与蛋白溶解性增加有关,也与蛋白质分子结构变化有关。SamsonAgboola等发现米蛋白低溶解性和高分子量导致其乳化性能不是很好,所以可通过对大米蛋白分子结构改造提高其溶解、乳化等功能性质。Hamada用风味蛋白酶处理大米蛋白,在pH7情况下,水解液乳化能力高于酪蛋白,乳化稳定性比牛血清蛋白更高。李积华等采用Alcalase2.4L碱性蛋白酶有限水解对米渣蛋白水溶性和乳化性功能进行改善,分析水解度与乳化性关系,确定碱性蛋白酶对蛋白水解度为4.59%时乳化性能最好。最近,CristinaMarco等通过试验研究发现,经TG作用后,样品蛋白乳化性也有明显提高,且白蛋白或乳清蛋白加入也能增强米蛋白乳化活性,但乳化稳定性却降低;而大豆蛋白等则很难通过这样方法提高其乳化性。2.3温度对米蛋白水溶率的影响玄国东等研究发现:在最佳酶解反应条件下研究结果表明,反应开始时,随着酶解物水解度增加,酶解物起泡性升高,当水解度达10.4%时,起泡性最高(37.5%);之后随水解度增加,起泡性迅速下降,当水解度达11.5%后,起泡性开始缓慢下降;起泡稳定性也具有类似变化趋势。李清筱等研究发现,随蛋白质浓度增加,其起泡性及起泡稳定性都有所增强。为得到最好起泡特性,要兼顾溶解性和疏水性,使亲水和疏水达到一种良好平衡。王文高等研究发现,喷雾干燥大米蛋白溶解性和表面疏水性都很差,所以其起泡性要低于冷冻干燥产品。有的研究者认为,不溶的蛋白质粒子会提高起泡稳定性,而研究发现,在pH4～7时,米蛋白中谷蛋白溶解性和乳化性都增加缓慢,而接近pH9时,迅速增加。同时,经链霉蛋白酶水解后米蛋白水解产物,随其氮溶解值升高,起泡性也有很大提高。李雁群等用中性蛋白酶水解大米糖糟中蛋白质,根据样品水解度与发泡性对应值,分析并确定大米蛋白水解度与发泡性能关系,指出控制水解度为9.0时,蛋白发泡性能最佳。2.4玉米蛋白与油脂蛋白质持水性与食品储藏过程中“保鲜”及“保型”有密切关系,另外,还与食品粘度有关;而吸油性则与蛋白质种类、来源、加工方法、温度及所用油脂有关。由于大米蛋白溶解性差,限制其持水性与持油性。但经脱酰胺改性后,大米蛋白持水性和持油性均有所改善,脱酰胺度在35.7%时,持水性最低,为2.4g/g,持油性达到最高,为3.4g/g;脱酰胺度为42.4%时,持水性与持油性相当,都为2.6g/g。迟明梅等在实验中对富士光、沙沙泥、彩稻等不同品种大米蛋白进行研究发现,大米蛋白吸油性均较差,均为1ml/g左右。3酶解米渣蛋白研究与开发利用大米蛋白具有十分鲜明学术意义与现实应用价值。随着小肽吸收