3 методы экстракции рисового белка

Рис (рис) is one of the most important food crops on the planet. China is the “kingdom of rice” among the more than 100 rice-producing countries in the world, with an annual rice production accounting for about 34% of the world' общее годовое производство риса, занимающее первое место в мире. Однако в китае рис используется главным образом в качестве продовольственной культуры, а уровень использования глубокой переработки очень низок. Ежегодно Китай производит более 30 миллионов тонн вторичных побочных продуктов риса, которые концентрируют 64% питательных веществ в рисе. Однако эти вещества не используются эффективно. В соединенных штатах, японии и других странах с хорошо развитой промышленностью по переработке риса добавленная стоимость ресурсов риса в обрабатывающей промышленности достигла примерно 1:4-1:5; Среди них рисовый белок стал важным направлением для рисоперерабатывающей промышленности. Разработка и рациональное использование рисового белка основывается на глубокой переработке и комплексном использовании продуктов переработки риса и побочных продуктов [1].

1. Питательная ценность рисового белка

Качество рисового белка признано лучшим среди зерновых белков. Она богата необходимыми аминокислотами, при этом лизин, первая ограничивающая аминокислота, имеет более высокое содержание, чем другие зерновые. Структура аминокислотного состава близка к рекомендованной схеме вто/фао и легко усваивается и поглощается человеческим телом. По сравнению с другими зерновыми белками, рисовой белок имеет более высокую биологическую ценность (BV) и коэффициент использования белка (PER). Биологическая ценность может достигать 77, а коэффициент использования белка составляет от 1,36% до 2,56%, занимая первое место среди всех видов зерна. Наиболее важной характеристикой рисового белка является его гипоаллергенность, что делает его очень подходящим в качестве белка добавки для младенцев или особых групп населения. Таким образом, он является фаворитом на мировом рынке белков, обеспечивая до 30 000 юаней за тонну [2].

2 экстракция рисового белка

Основной целью извлечения рисового белка является получение высокочистого рисового белка. В настоящее время основными методами получения рисового белка внутри страны и за рубежом являются: щелочная экстракция, ферзиматическая экстракция и композитная экстракция.

2.1 извлечение щелочи

Рисовой белок содержит 80% белка, растворимого в щелочных растворах. Метод щелочи основан на принципе, что щелочный белок может растворяться в щелочном растворе. Щелочный раствор ослабляет плотную структуру рисового крахмаха в рисе, который связан с рисовым белком. В то же время щелочный раствор оказывает разрушительное воздействие на вторичные связи молекул белка, особенно водородных связей, и может привести к диссоциализации некоторых полярных групп группы диссоцируются, придавая протеиновой молекуле одинаковый заряд, тем самым растворяя протеиновую молекулу и способствуя разделению крахмаха и белка, а непримесности удаляются путем центрифугации; Рн супернатана затем регулируется до изоэлектрической точки рисового белка, что позволяет большей части белка осаждать.

HABA Pepe Francois et al. использовали рис indica в качестве сырья для отделения рисового белка и крахмаха щелочным методом и получили оптимальные технологические условия для отделения рисового белка и крахмаха путем ортогональных экспериментов: концентрация гидроксидного раствора натрия составила 0,075 моль/л; Извлечение 6 ч. Соотношение жидкости и материала 1:7г/мл; Температура 40 ° с; Результирующая чистота белка была выше 80%, извлечение белка — 86,23%, восстановление крахмала — 92,12% [4]. Ван вей и др. использовали метод поверхностной реакции для оптимизации процесса извлечения щелочного белка риса. Экспериментальные результаты показали, что массовая доля NaOH составила 0,35%, время извлечения 2-3 ч, а соотношение воды к материалу 7-8. Уровень извлечения рисового белка был идеальным, а его чистота превышала 85% [4]. Технологический поток щелочного метода для получения рисового белка является следующим: рисовой муки → alkali выщелачивания → centrifu→ → pH регулировка supernatant → centrifu→ → промывка и осадков freeze- сушки rice белка.

The main factor affecting the alkali method is the concentration of the alkali solution. When the concentration is low, the extraction rate of rice protein is low, but when the concentration of the alkali solution is too high, the starch is easily gelatinized, and the color of the rice protein will be affected and turn yellow. Sun Qingjie et al. selected different concentrations of NaOH to act on rice. The experimental results showed that when the concentration of NaOH was 0.02 mol/L, the extraction rate of rice protein was only 22.37%; when the concentration reached 0.06 mol/L, the extraction rate could reach 78.15%; and when the concentration was 0.09 mol/L, the extraction rate of rice protein could be as high as 90.10% [5]. Evelynmae et al. used 0.1 mol/L NaOH at room temperature with a 1:10 liquid-to-liquid ratio to extract for 1.5 hours, and the protein extraction rate could reach 98% [6].

Щелочный метод извлечения рисового белка прост, имеет высокую степень экстракции, и в результате продукт имеет лучший цвет и текстуру. Он также широко используется в промышленном производстве из-за его низкой стоимости. Однако щелочный метод также имеет много недостатков: соотношение жидкостей и твердых веществ в реакции является большим, что требует потребления большого количества щелочи и воды; Большое количество кислоты потребляется во время изоэлектрических осадков; Затруднено опреснение и очистка; Под действием высоких концентраций щелочи белок легко денатурируется, что также изменяет свойства крахмала; Кроме того, некоторые аминокислоты подвергаются конденсационным реакциям для производства токсичных веществ, что создает скрытую угрозу безопасности пищевых продуктов.

2.2 экстракция фермента

Ферзиматическое извлечение рисового белка связано главным образом с обработкой риса протеазами или непротеазами, с тем чтобы отделить рисовый белок от других компонентов и повысить его растворимость, с тем чтобы рисовый белок можно было легче извлекать. Ферменты могут быть классифицированы как протеазы или непротеазы в соответствии с их функцией.

Метод протеазы предполагает использование протеазов для разложения и изменения рисового белка, с тем чтобы его можно было извлекать в виде растворимых пептидов. В настоящее время протеазы, обычно используемые для получения рисового белка, включают кислотный протеаз, нейтральный протеаз, щелочный протеаз и композитный протеаз. Многие публикации сообщают, что щелочный протеаз является оптимальным ферментом для получения рисового белка. Сон на и др. использовали четыре различных протеазы для извлечения и гидролиза риса, а также изучали изменение степени гидролиза рисового белка с гидролизом времени. Результаты показали, что коэффициент извлечения щелочного протеазы гидролизированного рисового белка выше, чем у трех других протеазов. При pH 9,5, температуре 60°C, количестве фермента (E/S) 1,5%, соотношении материала к жидкости 1:6, времени гидролиза 4h, скорость извлечения рисового белка может достигать 76,42% [7].

Однако в связи с тем, что ферменты, используемые в различных исследованиях, поступают от различных производителей, ферментная активность варьируется, а используемые сырьевые материалы и экстракционные процессы не являются одинаковыми, существуют определенные различия в выводах исследований. Дэн цзин и другие нашли в своих исследованиях по экстракции ферментаБелок из сырого рисаЧто эффективность извлечения сложной протеазы значительно выше, чем щелочной протеазы и кислотной протеазы [8]. Другие также получили хорошие результаты, используя нейтральный протеаз для обработки рисовых материалов для получения рисового белка, и считают, что нейтральный протеаз экстракт превосходят щелочный протеаз экстракт с точки зрения цвета, вкуса и чистоты белка.

Еще одна идея для экстракции фермента заключается в удалении примесей и сохранении основного ингредиента. Соответствующие ферменты используются для удаления небелковых компонентов из риса, а белок отделяется от других компонентов путем отделения и очистки. Амилаза чаще используется для восстановления белка при экстракции крахмала. Содержание рисового белка в осадке, получаемое с помощью этого метода, составляет около 40%. Поскольку этот метод в основном используется в промышленности для производства крахмального сахара, сжижение не является очень тщательным, чтобы избежать производства слишком много сокращения сахарного эквивалента в супернатанте и снижения урожайности солода. Это приводит к образованию высокобелковой рисовой муки с некоторыми негидролизированными крахмалом и сахарами, в результате чего ее содержание белка значительно ниже, чем содержание рисового белкового концентрата, что ограничивает применение этого метода в промышленном производстве рисового белка.

Кроме того, поскольку рисовые остатки и отрубцы смешиваются с целлюлозой, гемицеллюлозой, ксиланом и другими некрахмальными полисахаридами, некрахмальные ферменты также широко используются для извлечения белка. Морита использовала большую рисовую муку в качестве сырья и реагировала на нее высокотемпературным сжиженным амилазом 97 °C в течение 2 часов, а затем фильтровала для удаления сахара, чтобы получить рис изолированный белок с содержанием белка более 90% [9]. Со фенгди и другие использовали высокотемпературные и среднетемпературные амилазы для очистки выпадения рисового белка, получая содержание рисового белка соответственно в 78% и 79% [10].

Энзиматическая экстракция имеет мягкие условия реакции, в основном не повреждает питательные вещества, и гидролизирует белковые полипептидные цепи в короткие пептидные цепи, что улучшает пищеваримость белка. В то же время реакция имеет небольшое соотношение жидкости к тверду, что не только экономит потребление щелочи и воды, но и увеличивает содержание твердых веществ в экстракте, тем самым снижая потребление энергии для удаления влаги из экстракта, создавая определенные условия для промышленного производства. Однако высокая цена ферментов делает производственные издержки слишком высокими, препятствуя промышленному производству.

Щелочная экстракция коренным образом отличается от ферментативной экстракции. Щелочная экстракция в основном извлекает щелочнорастворимый белок, который составляет более 80% общего содержания белка в рисе и является крупной молекулой белка; С другой стороны, энзиматическая экстракция обеспечивает более растворимый в воде белок, спирторастворимый белок, плохо растворимый белок, а также растворимые в воде небольшие молекулы активных пептидов и свободных аминокислот. Поэтому белки, извлекаемые этими двумя методами, весьма различны по своему характеру.

Guo Rongrong et al. сравнивают функциональные свойства рисовых белков, извлекаемых методом щелочи и методом ферзиматики. Рисовый белок, получаемый с помощью щелочного метода, обладает лучшими свойствами с точки зрения удержания воды, поглощения масла и вспенивания, чем рисовый белок, получаемый с помощью ферзиматического метода, однако его растворимость, стабильность эмульсии и стабильность пеноматериалов значительно ниже, чем рисовый белок, получаемый с помощью ферзиматического метода; И эмульсирующая способность этих двух белков весьма схожа [11]. Во-вторых, цвет и вкус белка, добываемого щелочным методом, ниже, чем у ферментативного метода. Таким образом, свойства белка, получаемого ферзиматическим гидролизом, превосходят свойства белка, получаемого щелочным гидролизом.

2.3 метод извлечения композитных материалов

Поскольку как ферментативный, так и щелочный методы имеют свои собственные проблемы, в настоящее время исследования переходят на комбинированный метод добычи в надежде повысить качество продукции и урожайность при одновременном снижении производственных издержек. Ван ялин и др. Во-первых, щелочная растворимость была использована для частичной экстракции белка, а затем щелочная протеаза была использована для небольшой гидролиза остатков с целью повышения растворимости белка и проведения вторичной экстракции белка, в результате чего коэффициент экстракции белка составил 78,8% [12]. Некоторые люди также дополняют традиционный метод с физическим методом извлечения белка. СИ хайян и другие использовали метод фермента с помощью сверхвысокого давления для получения рисового белка. Коэффициент экстракции составлял 70%, когда щелочный протеаз использовался отдельно, но после того, как он был дополнен давлением 400 мпа, коэффициент экстракции белка увеличился до 78,72% [13].

3 состояние развития продуктов рисового белка в стране и за рубежом

For a long time, people have not paid much attention to rice protein. However, with the recognition of the nutritional value and hypoallergenicity of rice protein and the attention paid to it by the international community, rice protein has stood out among cereal proteins and become a hot spot in the industry. At present, the main forms of rice protein products are: food additives, high-protein nutritional powders, edible coatings, bioactive peptides with special functions, etc. Rice protein has functional properties such as solubility, emulsification, foaming, water retention and oil retention. Although it has poor solubility, hydrolysis can release certain amino and carboxyl groups, increase the polarity of the protein molecule, and not only increase its solubility, but also bring out its foaming and emulsifying properties, making it easier to develop and use. Rice protein added to food not only improves food processing performance, but also greatly increases the nutritional value of the food [14].

В последние годы исследования продуктов рисового белка в соединенных штатах были сосредоточены на разработке различных питательных продуктов и продуктов быстрого питания, содержащих рисовый белок, таких как разработка американской лабораторией эбботт в июне 2003 года питательной таблетки для кормления младенцев молоком, содержащей 10- 20% по весу смеси белков, включая рисовый белок, и соевого белка; Природа и общество#39; в апреле 2002 года компания < < соуни инк. > > провела исследование по вопросу о готовом для питья питательном напитке, который содержит 10-30 градиентов/л рисового белка и может обеспечить дополнительное питание для пациентов, младенцев и детей младшего возраста. В японии исследования начали фокусироваться на извлечение терапевтических продуктов с адъювантными терапевтическими эффектами из рисового белка. В ноябре 2001 года док UR ITSU GYO SEI HOJIN SANGYO GIJUJTSU SO и OKINAWA SHOKURYO KK в сотрудничестве с другими блоками провели исследование нового пептида-содержащего ангиотензиноконвертирующего ферментного ингибитора и его солей, которые гидролизируются из рисового белка и могут использоваться для лечения гипертонии.

In recent years, research has also begun in China on the production processes for rice protein powder, modified rice proteins, high value-added peptides, resistant proteins, and edible coatings. Shan Chengjun and others studied the process conditions for edible rice protein membranes and determined the tensile strength, elongation, and water permeability of the membranes. The results showed that when the mass fraction of rice protein was 5%, the mass fraction of glycerol added was 3%, the addition amount of glutamine transaminase is 0.2% by mass, the enzyme reaction time is 90 min, the pH of the membrane solution is adjusted to 11.5, and the treatment is carried out at 80 °C for 40 min to obtain a membrane with better properties [15].

Перспективы на будущее

Китай является одной из основных стран-производителей риса с богатыми ресурсами риса. Рисовые отрубцы и рисовые отрубки, образующиеся в результате производства крахмального сахара из ранних сортов риса марки < < индика > > и сломанного риса, могут также использоваться в качестве сырья для получения продуктов рисового белка с хорошей производительностью за счет экстракции. После сравнения нескольких методов экстракции, метод щелочного фермента по-прежнему является наиболее практичным методом в промышленности в настоящее время, который прост в эксплуатации и относительно экономичен. По мере проведения дальнейших исследований комплексный метод также постепенно получает широкое распространение. Поскольку растворимость рисового белка является относительно низкой по сравнению с другими белками, это также влияет на другие свойства, ограничивая широкое применение рисового белка. Кроме того, рисовый белок также имеет определенный специфический запах, поэтому поиск научного и разумного метода модификации для изменения рисового белка будет одним из основных направлений будущей работы.

The development and utilization of rice protein resources can compensate for the shortcomings of animal protein and prevent the occurrence of a series of rich diseases caused by excessive intake of animal fat and cholesterol. More importantly, further research and utilization of high-quality rice protein resources is conducive to the comprehensive utilization of deep processing of rice, increase added value, and promote the development of China'. Пищевая промышленность при поддержке науки и техники.

Ссылки на статьи

[1] ван юхай. Текущая ситуация и тенденции в области переработки риса. Обзор промышленности, 2008, 6: 18 — 22.

[2] яо хуйюань. Достижения в области технологии глубокой переработки риса и его побочных продуктов с высокой добавленной стоимостью в китае в период осуществления десятого пятилетнего плана. Китайский рис, 2008, 4: 11 — 13.

[3] HABA Pepe Francois, Ding Xiaolin, Zhang Lianfu. Оптимизация щелочного метода разделения рисового белка и крахмаля и исследования функциональных свойств продуктов. Исследования и разработки в области продовольствия, 2005, 26(5): 12-16.

[4] ван вэй, чжан юй-тян, цзэн фан-цзюнь. Оптимизация процесса извлечения щелочного белка риса с использованием метода поверхностной реакции. Зернокомбикормовая промышленность, 2007, 9: 20 — 22.

[5] сунь цинь-цзе, тянь чжен-вэнь. Изучение условий извлечения и концентрации рисового белка методом щелочи. Наука и техника пищевой промышленности, 2003, 24 (9): 38-40.

[6] эвелинме, с.т., бемардита, в.е Хулиано, би - 0. Исследования по экстодействию и составу эндопермского глюльтена и проламина. Химия зерновых,1971,48:168-181.

[7] сон на, лю сюэвен, цзэн ли. Исследование по вопросу о ферментативной экстракции рисового белка. Исследования и разработки в области продовольствия, 2008, 29(8): 61 — 64.

[8] Дэн цзин, у хуачан. Исследование по экстракции сырого рисованного белка на основе ферзиматического метода. Журнал переработки сельскохозяйственной продукции, 2008, 7:190-192.

[9] морита т., кирияма с. метод массового производства для выделения рисового белка и оценки питания. Наука о еде, 1993, 58(6):1393-1396.

[10] Ji Fengdi, Lu Fei, Wang Fujie и др. Исследование метода очистки рисового белка. Китай пивоварение, 2008, 14: 109 — 111.

[11] го ронгрён, Пан Сити, ван кэсин. Сравнительное исследование процессов экстракции и функциональных характеристик рисового белка методом щелочи и фермента. Наука о еде, 2005, 3: 173 — 177.

[12] ван ялин, тао синву, чжун фансюй и др. Исследование процесса извлечения белка из отрубника риса двухэтапным методом щелочи и фермента. Китайская нефть и жир, 2002, 27(3): 53-54.

[13] СИ хайян, у сяоцин, чжан хуэй и др. Исследование по экстракции рисового белка с помощью ферзиматического метода при сверхвысоком давлении. Зернокомбикормовая промышленность, 2007, 10: 26 — 28.

[14] ван чжанцунь, кан яньлин. Обзор развития зерновых белков в стране и за рубежом. Обзор пищевых добавок в китае, 2006, 5: 110-113.

[15] шань чэнцзюнь, чэнь чженцин. Съедобная пленка рисового белка. Journal of Food and Biotechnology, 2005, 24(2): 85-88.