從脫脂米糠中提取蛋白質和植酸的研究

朱春鳳 湯冬梅 周明達

米糠具有豐富的營養成分，且來源豐富，價格低廉，因此開發米糠的營養成分具有很好的實用價值[1-2]。目前米糠蛋白的提取方法主要有堿法和酶法，傳統堿法在高pH值下得到米糠蛋白容易變性[3]；采用酶法[4-5]避免了這一缺點，酶法具有反應條件溫和、時間短、消耗量少等優點。植酸的提取方式主要是酸浸取法[6-7]，但該方法浸提時間長，工藝路線長，且生產費用高。目前，尚未有文獻報道從米糠中同時提取蛋白和植酸，因此本文采用超聲結合酶法，利用超聲的空化效應促進米糠中有效成分的溶出，以克服傳統酶法蛋白提取率低、植酸浸提時間長等缺點，結合酶法提高植酸和蛋白質的提取量，能更多地保留蛋白質營養價值，降低生產成本，為米糠中營養成分的同時開發開辟了新的途徑。

1 實驗材料與方法

1.1 原料與試劑

脫脂米糠（市售）；纖維素酶（cellulase）：杰輝生物科技有限公司，活力單位≥400 μ/mg；木瓜蛋白酶（papain）：杰輝生物科技有限公司，活力單位≥800 μ/mg；果膠酶（pectinase）：杰輝生物科技有限公司，活力單位≥500 μ/mg；其它試劑：均為分析純。

1.2 儀器

高速組織搗碎機，攪拌器，恒溫水浴鍋，離心機，pH計，離子交換柱，超聲波發生器，抽濾裝置，濃縮儀，紫外-可見分光光度計。

1.3 實驗方法

稱取脫脂米糠20 g于燒杯中，根據料液比1：10（W：V）加自來水，攪拌均勻，放入超聲器中超聲30 min，然后依據三種酶調適當的pH值和溫度（T），加入一定量的酶，恒溫2 h后，過濾，收集濾液定容至250 ml，測定蛋白質[9]，在100℃下加熱30 min使蛋白質變性[10]后，測定植酸[11]。

2 結果與討論

2.1 超聲預處理對提取的影響

2.1.1 超聲波處理的影響

實驗條件：米糠20g，料液比1：10，超聲時間30min，果膠酶量[E]/[S]=2%(pH=3.5,T=50℃)，恒溫2 h。由表1可看出，超聲預處理后米糠蛋白和植酸的提取量較不用超聲處理的高，先加酶后超聲不利蛋白和植酸的提取。超聲波的振動破壞細胞壁，可以促進蛋白和植酸的同時溶出，但超聲技術對酶的活性起到一定的破壞作用，因此先超聲后加酶法更有利于脫脂米糠蛋白和植酸的提取。

表1 超聲波處理對米糠蛋白質和植酸提取的影響

2.1.2 超聲時間的影響

在相同的實驗條件下，考察超聲時間對提取的影響，結果如圖1。由圖1可知，在30 min以前米糠蛋白和植酸的提取量隨著提取時間的延長而增加，30 min以后提取量基本保持不變。這是由于在30 min后，絕大多數的水溶性蛋白和植酸已經從細胞壁中溶出，剩下的蛋白和植酸與細胞中的纖維素結合在一起。因此，最佳超聲處理時間為30 min。

圖1 超聲波處理時間對米糠蛋白和植酸的提取的影響

2.2 料液比的影響

在相同的實驗條件下，考察了料液比（W：V）分別為1：5、1：10、1：15時，同時提取米糠蛋白和植酸的影響，結果見表2。

表2 料液比對脫脂米糠蛋白質和植酸提取的影響

由表2可知，在料液比為1：10時，其蛋白提取量稍低于料液比1：15，但從水的去除成本考慮，料液比以1：10為佳。

2.3 三種酶對脫脂米糠蛋白和植酸提取的影響

2.3.1 酶用量對提取的影響

在三種酶最適pH值和溫度（T）條件下，考察了酶的用量對米糠蛋白和植酸的提取影響，結果如圖2和圖3。從結果可知，隨著酶添加量的增加，脫脂米糠中蛋白質和植酸的提取量先增加后基本保持不變。由圖2可知，酶添加量從0.5%～2.5%，蛋白提取量提高的幅度不大，因為絕大多數的水溶性蛋白已經從細胞壁中溶出來了；木瓜蛋白酶提取的蛋白質，其提取量較果膠酶、纖維素酶的高。由圖3可知，果膠酶提取的植酸，其提取量較纖維素酶和木瓜蛋白酶的高。從結果得知，纖維素酶和果膠酶最佳用量為2%，木瓜蛋白酶最佳用量為1.5%。

圖2 不同量的酶對脫脂米糠蛋白質提取的影響

圖3 不同量的酶對脫脂米糠植酸提取的影響

2.3.2 溫度的影響

在纖維素酶和果膠酶用量為2%，木瓜蛋白酶用量為 1.5%情況下，溫度分別設為 14、20、30、40、50、60℃進行實驗，結果見圖4和圖5。從圖4、圖5可以看出，脫脂米糠中蛋白質和植酸的提取量隨著溫度的升高而增加，因為溫度的升高可以降低細胞壁對蛋白質和植酸的作用力，有利于它們的溶出。從圖4總體曲線來看，果膠酶對蛋白質量的提取低于纖維素酶和木瓜蛋白酶的提取量；當溫度大于40℃時，纖維素酶和木瓜蛋白酶提取的蛋白質曲線相似，這兩種酶的活性基本達到一致。從圖5可以得知，果膠酶對植酸的提取量明顯高于纖維素酶和木瓜蛋白酶。總體考慮，纖維素酶和木瓜蛋白酶的最高活性的溫度為40℃，果膠酶的最高活性的溫度為50℃。

圖4 溫度對不同酶從脫脂米糠中提取蛋白質的影響

圖5 溫度對不同酶從脫脂米糠中提取植酸的影響

2.3.3 pH值對提取的影響

在纖維素酶、木瓜蛋白酶、果膠酶最高活性的溫度下，考察pH值對米糠蛋白和植酸提取的影響。從圖6和圖7可知，隨著pH值的增大，脫脂米糠中蛋白質的提取量逐漸增加，而植酸的提取量則逐漸降低。因為蛋白質在堿性條件下的提取量高，而植酸在pH值約為1.5～3.0的酸性溶液中更易溶出。從蛋白和植酸同時提取的量考慮，纖維素酶和木瓜蛋白酶以pH=4.5為佳，果膠酶以pH=3.5為佳。

圖6 pH值對不同酶從脫脂米糠中提取蛋白質的影響

圖7 pH值對不同酶從脫脂米糠中提取植酸的影響

2.4 兩種酶復合作用對脫脂米糠蛋白和植酸提取的影響

在單一酶的基礎上，只采用纖維素酶或木瓜蛋白酶對蛋白的提取效果更好，但不利于植酸的提取；只采用果膠酶對蛋白和植酸的提取結果則相反。因此考慮兩種酶復合作用對脫脂米糠蛋白和植酸提取的影響。

2.4.1 木瓜蛋白酶和纖維素酶復合作用

由于木瓜蛋白酶和纖維素酶作用底物不同，所以用這兩種酶分別作用。先用纖維素（[E]/[S]=2%，T=40℃，pH=4.5）破壞細胞壁，使植酸和蛋白質同時溶出，加入木瓜蛋白酶（[E]/[S]=1.5%，T=40 ℃，pH=4.5）進一步提高植酸和蛋白質的提取量，結果米糠蛋白量為1.537 3 g，植酸量為1.280 8 g。由此可以得知，同時使用這兩種酶可以略微提高蛋白質的量，對植酸的提取影響不大。

2.4.2 木瓜蛋白酶和果膠酶復合作用

由于植物細胞壁含有部分果膠和半纖維素，先用果膠酶（[E]/[S]=2%，T=50℃，pH=3.5）破壞細胞壁，使植酸和蛋白質同時溶出，加入木瓜蛋白酶（[E]/[S]=1.5%，T=40℃，pH=4.5）是否可以進一步提高植酸和蛋白質的提取，結果米糠蛋白量為1.256 4 g，植酸量為1.238 6 g。這說明木瓜蛋白酶和果膠酶不適合共同使用，會降低米糠蛋白和植酸量的提取。

2.4.3 果膠酶和纖維素酶的復合作用

由于果膠是細胞壁組成部分，在有纖維素酶存在的情況下同時加入果膠酶。具體操作先加纖維素酶（[E]/[S]=2%，T=40℃，pH=4.5）后加果膠酶（[E]/[S]=2%，T=50 ℃，pH=3.5），結果米糠蛋白量為 1.810 6 g，植酸量為1.431 4 g。由此得知，纖維素酶和果膠酶的復合作用優于單一酶法，在相應的基礎上，比單一使用纖維素酶蛋白質提取量提高了0.4 g左右，比單一使用果膠酶植酸提取量提高了0.2 g左右。

表3 重現性的驗證實驗

3 結論

本文使用了超聲結合酶的方法，對從脫脂米糠中同時提取蛋白質和植酸進行了探討，優化得到了提取的最佳條件：在料液比1：10的情況下超聲30 min后，使用果膠酶提取的植酸高于纖維素酶和木瓜蛋白酶，纖維素酶和木瓜蛋白酶對蛋白質的提取效果基本一致，纖維素酶和果膠酶的復合法優于單一酶法，得到米糠蛋白量1.804 3 g，植酸量1.430 5 g，在原有的基礎上，蛋白質提取量提高了0.4 g左右，植酸提取量提高了0.2 g左右。此法可以保持米糠蛋白的較高營養價值和有較高的提取量，避免傳統堿法提取蛋白所帶來的負面影響，同時可以縮短植酸的浸提時間，提高植酸的提取量，降低生產成本，為充分利用我國米糠資源提供了廣闊的空間。

[1]曹國鋒，龔任，王舒平，等.米糠資源開發利用的研究[J].糧食與飼料工業，2000(07):42-44.

[2]梁少華，趙西周，胡前.米糠深加工技術的分析與評價(Ⅰ)——米糠制油及脫脂米糠的利用[J].中國油脂,2005,30(10):41-44.

[3]陳正行，姚惠源，周素梅.米蛋白和米糠蛋白開發利用[J].糧食和油脂，2002(4):6-10.

[4]王雪飛，于國萍，徐紅華.不同酶法提取米糠蛋白的研究[J].中國糧油學報，2004,19(1):8-11.

[5]WangM,HettiarachchyN S,QiM.Preparation and functional properties of rice bran protein isolate[J].J Agric Food Chem,1999,47:411-416.

[6]陳大淦，曹棟，裘愛泳.提高植酸得率的研究[J].中國油脂，1992(03):16-19.

[7]天玉珍，趙有貴.用麥麩制取植酸鈣的研究[J].河北化工，1996(1):34-35.

[8]曹紅翠.紫外分光光度法測定蛋白質的含量[J].廣東化工，2007,34(8):93-94.

[9]王雪飛.酶法制備米糠分離蛋白的研究[D].東北農業大學，2003.

[10]許金林，汪遠金，傅惠英.三氯化鐵法測定植酸[J].化學世界，1993(10):494-497