大米蛋白功能性質(zhì)研究進(jìn)展

大米蛋白功能性質(zhì)研究進(jìn)展

水稻是世界上最重要的糧食之一，大米蛋白是人們享受食物的重要蛋白來源。我國(guó)稻谷產(chǎn)量占世界首位,年產(chǎn)稻谷約1,800億公斤。由稻谷加工成大米除作為日常主食外,也可作為味精和淀粉糖等工業(yè)原料,在加工中產(chǎn)生大量副產(chǎn)品米糠和米渣。米糠富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),其中蛋白質(zhì)含量約為12%,且脫脂米糠蛋白質(zhì)含量高達(dá)18%;而米渣中蛋白質(zhì)含量則在40%以上。國(guó)外非常重視米糠和米渣開發(fā)利用,并已生產(chǎn)出附加值很高營(yíng)養(yǎng)保健食品和化妝品。由于大米蛋白中天冬氨酸和谷氨酸含量很高,其脫酰氨肽和蛋白水解物可用作食品風(fēng)味強(qiáng)化劑。經(jīng)外切和內(nèi)切蛋白酶改性米糠蛋白,可作為高附加值原料、食品增香劑和需在中等酸性條件下增大溶解性和乳化性食品原料。我國(guó)長(zhǎng)期以來,曾將其作為動(dòng)物飼料之用,資源未能得到合理利用。近年來,我國(guó)已對(duì)此給予高度重視,一些科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)加大對(duì)大米蛋白研究開發(fā)力度。大米蛋白具有低過敏性和高營(yíng)養(yǎng)性特點(diǎn),是優(yōu)質(zhì)植物蛋白,具有很高開發(fā)價(jià)值,可用作食品或營(yíng)養(yǎng)保健品加工基料。大米蛋白主要是大米胚乳中貯藏蛋白,堿溶酸沉法提取所得谷蛋白或純化所得大米分離蛋白溶解性都很差,其乳化勝、發(fā)泡性、持水性等很多加工性能己不能滿足食品加工需要,嚴(yán)重制約大米蛋白開發(fā)利用。酶法水解雖可改變大米蛋白功能性質(zhì),但有關(guān)資料報(bào)道很少。本文就近年來國(guó)內(nèi)外對(duì)大米蛋白功能性方面研究作一介紹。1蛋白質(zhì)及其氨基酸組成大米蛋白種類很多,一般以其溶解特性進(jìn)行分類。首先用水提取大米或米糠中蛋白質(zhì)所得到蛋白組分稱為清蛋白;殘?jiān)孟←}溶液提取得到蛋白組分為球蛋白;再用75%乙醇提取組分為醇溶蛋白,最后殘?jiān)械鞍踪|(zhì)只能用酸或堿溶解,分別稱為酸溶性蛋白和堿溶性蛋白,二者統(tǒng)稱為谷蛋白。谷蛋白和醇溶蛋白也稱貯藏蛋白,是大米主要蛋白成分,谷蛋白占總蛋白80%以上,醇溶蛋白占10%左右;而清蛋白、球蛋白含量極少,是大米中生理活性蛋白,在稻谷發(fā)芽早期,起著重要生理作用。不同蛋白氨基酸組成各有特點(diǎn),清蛋白中不帶電荷疏水性氨基酸含量較高,酸性氨基酸較低;球蛋白中堿性氨基酸含量較高,達(dá)15%以上,而醇溶性蛋白堿性氨基酸含量?jī)H為球蛋白一半左右,但其疏水性氨基酸量卻遠(yuǎn)高于其它類蛋白。將蛋白提取后對(duì)其氨基酸組成分析發(fā)現(xiàn),大米中某些蛋白并非完全由氨基酸組成簡(jiǎn)單蛋白質(zhì),而是含有糖(鼠李糖)或脂類成分結(jié)合蛋白。這些非氨基酸成分不僅影響蛋白質(zhì)性質(zhì),同時(shí)也賦予蛋白質(zhì)特殊生理功能。另外,大量研究表明,大米蛋白種類并不是固定不變。在大米陳化過程中,雖總蛋白含量不變,但其結(jié)構(gòu)、類型會(huì)發(fā)生變化,進(jìn)而也影響米飯流變特性。突出變化是二硫鍵數(shù)量增多,蛋白質(zhì)分子量增大,蛋白聚合體更加致密;蒸煮后蛋白質(zhì)與淀粉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致密,限制淀粉粒吸水膨脹和柔潤(rùn),因而米飯粘性下降而使硬度增加,此時(shí)若加入適量還原劑破壞二硫鍵,則將提高米飯粘性。任順成等用SDS(聚丙烯酰胺凝膠電泳)法也證明大米陳化前后蛋白質(zhì)分子量這種變化;Teo等試驗(yàn)也證明大米中蛋白質(zhì)變化是導(dǎo)致大米流變學(xué)性質(zhì)變化重要因素。這些試驗(yàn)都說明-S-S-鍵對(duì)蛋白質(zhì)性質(zhì)重要性,且大米蛋白不僅在陳化中有更大分子形成,在加熱時(shí)也有明顯蛋白分子聚合。Mujoo指出,爆炒大米花時(shí),分子量為24、34、68KDa分子可聚集成4×104KDa特大聚合體;但分子量為13～16KDa醇溶蛋白不參與這種蛋白體形成。2物理化學(xué)性質(zhì)蛋白質(zhì)在食品加工、烹調(diào)、儲(chǔ)藏和銷售過程中發(fā)生作用的物理和化學(xué)性質(zhì),與環(huán)境因素作用下所具有物理化學(xué)性質(zhì),總稱為蛋白質(zhì)功能性。這些理化特性常指蛋白質(zhì)持水性、起泡性、乳化性、粘結(jié)性,形成凝膠、纖維、成膜等性質(zhì);也有人認(rèn)為蛋白質(zhì)功能性質(zhì)反映它在受到蛋白組成中其它共存物(水、鹽、糖、脂肪、風(fēng)味物等)影響下所具有物理化學(xué)性質(zhì)。2.1對(duì)大米蛋白性質(zhì)的影響大米蛋白溶解性不是很好,主要是由于大米蛋白含75%～90%堿溶性谷蛋白,這些谷蛋白由許多大分子片斷通過二硫鍵形成,彼此交聯(lián)而凝聚;而溶于水的清蛋白僅占大米蛋白2%～5%。研究表明,大米蛋白溶解性不僅與其氨基酸組成有關(guān),并與其存在狀態(tài)也有關(guān)系。在胚乳中蛋白主要以兩種聚集體形式存在,即PB-Ⅰ型和PB-Ⅱ型。經(jīng)電子顯微鏡觀察表明,PB-Ⅰ型聚集體呈片層結(jié)構(gòu),致密顆粒直徑為0.5～2μm,醇溶蛋白即存在于PB-Ⅰ型中;而PB-Ⅱ型呈橢球形,不分層,質(zhì)地均勻,顆粒直徑約4μm,其外周膜不明顯,谷蛋白和球蛋白存在于PB-Ⅱ型中。兩種聚集體常相伴存在。在pH對(duì)大米蛋白溶解性影響研究中,SamsonAgboola等發(fā)現(xiàn)在pH4～7時(shí),米蛋白中谷蛋白溶解性增長(zhǎng)緩慢,而接近pH9時(shí),蛋白溶解性迅速增加;同時(shí),改性會(huì)對(duì)大米蛋白溶解性產(chǎn)生一定影響。鄭建冰等利用酸法脫酰氨對(duì)大米蛋白進(jìn)行改性,能使其溶解性增加,溶解度最高可達(dá)96.6%。另外,王章存等對(duì)熱變性大米蛋白研究發(fā)現(xiàn),米蛋白經(jīng)高溫作用后溶解性較低,甚至凝固成為不溶性成分。2.2大米蛋白乳化性能及功能變化乳化性包括乳化活性和乳化穩(wěn)定性兩個(gè)方面,乳化作用是蛋白質(zhì)重要功能之一。每種蛋白質(zhì)都有一定的分子組成和特定空間結(jié)構(gòu),其乳化性能與分子表面疏水性密切相關(guān)。酸堿可改變蛋白質(zhì)帶電性質(zhì)和電荷分布,改變分子空間構(gòu)象,在提高溶解度同時(shí)有可能改善蛋白質(zhì)乳化、發(fā)泡等物化功能。經(jīng)鏈霉蛋白酶水解后米蛋白水解產(chǎn)物,其乳化性有很大提高。王章存等考察幾種大米蛋白在不同條件下乳化性能及其表現(xiàn)特點(diǎn),并與大豆蛋白乳化性能進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)增加大米蛋白溶解性措施均有利于改善大米蛋白乳化性。稀堿溶液提取得到谷蛋白一旦溶解,其乳化能力可與大豆蛋白媲美。Na2SO3對(duì)大米蛋白乳化行為改變,不僅與蛋白溶解性增加有關(guān),也與蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。SamsonAgboola等發(fā)現(xiàn)米蛋白低溶解性和高分子量導(dǎo)致其乳化性能不是很好,所以可通過對(duì)大米蛋白分子結(jié)構(gòu)改造提高其溶解、乳化等功能性質(zhì)。Hamada用風(fēng)味蛋白酶處理大米蛋白,在pH7情況下,水解液乳化能力高于酪蛋白,乳化穩(wěn)定性比牛血清蛋白更高。李積華等采用Alcalase2.4L堿性蛋白酶有限水解對(duì)米渣蛋白水溶性和乳化性功能進(jìn)行改善,分析水解度與乳化性關(guān)系,確定堿性蛋白酶對(duì)蛋白水解度為4.59%時(shí)乳化性能最好。最近,CristinaMarco等通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)TG作用后,樣品蛋白乳化性也有明顯提高,且白蛋白或乳清蛋白加入也能增強(qiáng)米蛋白乳化活性,但乳化穩(wěn)定性卻降低;而大豆蛋白等則很難通過這樣方法提高其乳化性。2.3溫度對(duì)米蛋白水溶率的影響玄國(guó)東等研究發(fā)現(xiàn):在最佳酶解反應(yīng)條件下研究結(jié)果表明,反應(yīng)開始時(shí),隨著酶解物水解度增加,酶解物起泡性升高,當(dāng)水解度達(dá)10.4%時(shí),起泡性最高(37.5%);之后隨水解度增加,起泡性迅速下降,當(dāng)水解度達(dá)11.5%后,起泡性開始緩慢下降;起泡穩(wěn)定性也具有類似變化趨勢(shì)。李清筱等研究發(fā)現(xiàn),隨蛋白質(zhì)濃度增加,其起泡性及起泡穩(wěn)定性都有所增強(qiáng)。為得到最好起泡特性,要兼顧溶解性和疏水性,使親水和疏水達(dá)到一種良好平衡。王文高等研究發(fā)現(xiàn),噴霧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凍干燥產(chǎn)品。有的研究者認(rèn)為,不溶的蛋白質(zhì)粒子會(huì)提高起泡穩(wěn)定性,而研究發(fā)現(xiàn),在pH4～7時(shí),米蛋白中谷蛋白溶解性和乳化性都增加緩慢,而接近pH9時(shí),迅速增加。同時(shí),經(jīng)鏈霉蛋白酶水解后米蛋白水解產(chǎn)物,隨其氮溶解值升高,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質(zhì),根據(jù)樣品水解度與發(fā)泡性對(duì)應(yīng)值,分析并確定大米蛋白水解度與發(fā)泡性能關(guān)系,指出控制水解度為9.0時(shí),蛋白發(fā)泡性能最佳。2.4玉米蛋白與油脂蛋白質(zhì)持水性與食品儲(chǔ)藏過程中“保鮮”及“保型”有密切關(guān)系,另外,還與食品粘度有關(guān);而吸油性則與蛋白質(zhì)種類、來源、加工方法、溫度及所用油脂有關(guān)。由于大米蛋白溶解性差,限制其持水性與持油性。但經(jīng)脫酰胺改性后,大米蛋白持水性和持油性均有所改善,脫酰胺度在35.7%時(shí),持水性最低,為2.4g/g,持油性達(dá)到最高,為3.4g/g;脫酰胺度為42.4%時(shí),持水性與持油性相當(dāng),都為2.6g/g。遲明梅等在實(shí)驗(yàn)中對(duì)富士光、沙沙泥、彩稻等不同品種大米蛋白進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),大米蛋白吸油性均較差,均為1ml/g左右。3酶解米渣蛋白研究與開發(fā)利用大米蛋白具有十分鮮明學(xué)術(shù)意義與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。隨著小肽吸收