压力处理对大米蛋白提取率的影响

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　　摘 要：本实验以金健星2号大米（籼米）为原料，通过压力处理大米，蒸馏水浸泡分离大米蛋白，利用凯式定氮法测定提取后大米中的蛋白含量。通过正交试验进行优化，选择出蛋白质含量低的大米择最优的反应条件。实验结果表明，在处理压力不大于0.2MPa的条件下，压力处理条件对大米蛋白的提取率没有显著的影响。
　　关键词：大米蛋白;压力;低蛋白大米
　　中图分类号：S-3       文献标识码：A
　　DOI：10.19754/j.nyyjs.20200430018
　　大米是中国人的主食之一，据现代营养学分析，大米由蛋白质、脂肪、维生素B1、维生素A、维生素E及多种矿物质组成。就品种而言，大米可分为粳米、籼米和糯米。各种化学成分在大米中的分布情况，直接决定其各种生理特性。只有了解和掌握大米各部分的化学组成、营养价值、生理功效，才能对大米进行合理的开发和研究利用。大米中蛋白质的含量约为7.8%[1]，蛋白质虽然不是大米中含量丰富的物质成分，但其作用却是最重要的。
　　大米蛋白的营养价值很高，是一种广受赞誉的谷类植物蛋白[2]。按Osborne分类[3]，大米蛋白大致分为4种：谷蛋白（glutelin），能在稀酸、稀碱内溶解，占大米蛋白总量的80%以上;球蛋白（globulins），在NaC的l0.5mol/L溶液中可溶解，占大米蛋白总量的2%～10%;清蛋白（albumins），在水中可以溶解，占大米蛋白总量的2%～5%;醇溶性蛋白（prolamins），在乙醇的70%～80%溶液中可溶解，占大米蛋白总量的1%～5%。其中，贮藏性蛋白包括谷蛋白和醇溶蛋白，占大米蛋白质的大部分比例，而含量比较低的清蛋白、球蛋白，则是具有生理功能的活性蛋白。
　　低蛋白大米的制取是降低大米中的蛋白质的含量，即以较好的工艺提取大米中多余的蛋白质，而高压在一定程度上可以提高大米中蛋白质的溶解特性，高压作用使蛋白分子的结构或其存在状态发生改变，对增加大米蛋白的溶解性具有直接的影响。和没有进行高压作用的工艺相比，高压作用使大米中分子量较大的大米蛋白分子逐渐溶出，在此过程中产生了分子量更小的大米蛋白分子[4]。
　　1 实验材料与设备
　　1.1 实验材料
　　原料：金健星2号大米（购自商超，品种为籼米）。
　　试剂：无水乙醚，浓硫酸，蒸馏水，硫酸钾，硫酸铜，氢氧化钠，硼酸，混合指示剂（1份甲基红乙醇溶液与5份溴甲酚绿乙醇溶液混合），盐酸，碳酸氢钠，甲基红乙醇溶液等。
　　1.2 仪器与设备
　　手提式半自动高压蒸汽灭菌锅：上海宜川仪表厂;
　　JXFM110锤式旋风磨：上海嘉定粮油仪器有限公司;
　　GZX-9070 MBE数显鼓风干燥箱：上海博讯实业有限公司医疗设备厂;
　　DL-1万用电炉：北京市永光明医疗仪器厂有限公司;
　　SRJX-4-13高温箱式电阻炉：前锦炉业有限公司;
　　FW80高速万能粉碎机：天津泰斯特仪器有限公司;
　　LD5002电子天平：龙腾电子有限公司;
　　FA2104N分析天平：上海民桥精密科学仪器有限公司;
　　KDN-04A消化炉：上海精隆科学仪器有限公司;
　　SKD-2000全自动凯氏定氮仪：上海沛欧分析仪器公司等。
　　2 实验方法
　　2.1 大米基本成分测定
　　2.1.1 大米水分含量的測定
　　参照GB 5009.3-2010《食品安全国家标准 食品中水分的测定》完成。
　　2.1.2 大米蛋白质含量的测定
　　参照GB 5009.5-2010《食品中蛋白质的测定》中的第一法凯氏定氮法完成。
　　2.1.3 大米脂肪含量的测定
　　参照GBT 5009.6-2003《食品中脂肪的测定》中的索氏抽提法完成。
　　2.1.4 大米灰分的测定
　　参照GBT 5009.4-2010《食品中灰分的测定》中的方法完成。
　　2.2 大米蛋白提取工艺
　　2.2.1 大米蛋白提取工艺路线
　　原料大米（干基）→压力处理→蒸馏水浸泡→沥干→烘干→磨粉→蛋白质含量测定。
　　2.2.2 大米蛋白质提取工艺单因素实验
　　2.2.2.1 不同压力对大米蛋白降低率的影响
　　由资料查得在压力不超过0.25MPa条件下，大米蛋白在温度大于90℃时就不会完全变性。称取同等质量的大米，分别置压力为：0.05MPa、0.1MPa、0.15MPa、0.20MPa的高压蒸汽灭菌锅中放置1h，取出对样品进行蛋白含量测定。
　　2.2.2.2 常压浸泡温度对大米蛋白降低率的影响
　　将称好的大米，分别放入20℃、40℃、60℃、80℃、100℃的温度环境，保温1h后。取出样品进行浸泡24h，再进行凯氏定氮法测定蛋白质含量的检测，方法同以上。平行3次实验与空白样对比取平均值。
　　2.2.2.3 浸泡时间对大米蛋白降低率的影响
　　取等量的大米样品，加蒸馏水搅拌均匀后置于25℃的室温下分别浸泡1h、12h、24h、36h、48h后，取出对样品进行蛋白质含量的检测，平行3次实验与空白样对比取平均值。
　　2.2.3 正交实验
　　通过单因素实验得出影响大米蛋白提取率的主要因素及水平，选用正交表进行正交实验，最后得出大米蛋白的最佳提取工艺。
　　2.3 大米蛋白含量测定及提取率的计算方法
　　2.3.1 蛋白质含量的测定方法
　　本文以测定大米蛋白质含量为指标，进而计算出蛋白质的提取率。蛋白质含量的测定采用凯氏定氮法（GB 5009.5-2010食品安全国家标准《食品中蛋白质的测定》）。 　　2.3.2 大米蛋白质降低率
　　A=a0-a1a0×100%
　　式中，A为大米蛋白降低率，a0为原料大米中蛋白质百分比含量，a1为压力处理后样品大米中蛋白质百分比含量。
　　3 结果与分析
　　3.1 大米成分含量测定
　　金健星2号大米（籼米）基本成分（以干基计算）见表1。
　　
　　3.2 单因素实验结果
　　3.2.1 浸泡温度对大米蛋白降低的影响
　　固定蒸汽压力为0.1MPa，浸泡时间为12h，不同浸泡温度对大米蛋白提取率的影响如图1。
　　
　　由图1可知，随着温度的升高，大米蛋白降低率会略有升高，这是因为在一定温度范围内，随着温度的升高，谷蛋白能更好的溶于碱，有利于蛋白质的提取。但是由资料中查得，温度对大米蛋白的提取率影响极小，同时，温度过高也会使蛋白质变性，引起蛋白质的聚集和沉淀作用，使其溶解度下降，从而降低蛋白质提取率。因此提取温度不宜过高，但过低又会影响提取效果，故选择25℃为最佳去除大米蛋白的温度。
　　3.2.2 浸泡时间对大米蛋白降低的影响
　　
　　由图2可知，大米蛋白的降低率随着浸泡时间的延长而升高。当提取时间由1h延长至36h时，蛋白质降低率提高显著，而当提取时间大于36h时，降低率升高缓慢没有变化，可能是大米中碱溶性蛋白已基本溶解，故再延长浸泡时间，降低率增长缓慢，所以选择36h为最佳的浸泡时间。
　　3.2.3 压力处理对大米蛋白降低的影响
　　
　　固定浸泡时间为12h，浸泡温度为25℃，在蒸汽压力不大于0.2MPa的情况下，不同蒸汽压力处理大米对大米蛋白降低率的影响如图3。
　　由图3可知，随着蒸汽压力的增加，大米蛋白质的降低率出现逐渐增大的趋势。因为高压处理对蛋白质分子结构产生影响，增加其溶解性能。但在压力小于0.2MPa的蒸汽压力下，增加的趋势不显著。
　　4 结论
　　在压力小于0.2MPa的条件下，利用一定的蒸汽压力处理大米生产低蛋白大米时，对大米蛋白质含量影响从高到低的因素依次为浸泡时间、处理压力、浸泡温度。通过单因素和正交实验优化了大米蛋白提取工艺，即将原料大米在25℃下用0.2MPa压力条件下浸泡36h，此工艺条件下大米蛋白的降低率为15.92%;在压力不大于0.2MPa的条件下，压力处理对大米蛋白提取率的影响不显著。
　　参考文献
　　[1] 湛贻璞.低蛋白饮食对延缓慢性肾损害进展的意义—MDRD试验[J].中国医药导刊，2001（2）：128-130.
　　[2]姚慧源.稻米深加工[M].北京：化学工业出版社，2004：137-141.
　　[3]国家粮食局人事司.粮油质量检验员[M].北京：中国轻工业出版社，2010：38-39.
　　[4]刘英，胡中泽，范磊，丁小娟.低蛋白大米生產工艺参数的优选[J].粮食与饲料工业，2004（10）：23-25.
　　（责任编辑 周康）
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