酶法提取大米蛋白研究进展
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大米蛋白的酶水解动力学研究酶水解动力学是研究酶在特定条件下对底物的水解速度及其影响因素的科学。
大米蛋白是一种重要的蛋白质资源,具有丰富的氨基酸组成和营养价值。
研究大米蛋白的酶水解动力学可以为其应用于食品工业、饲料工业和功能性食品等方面提供理论依据。
第一部分:酶的选择及制备选择适合的酶是研究大米蛋白酶水解动力学的重要前提。
一般来说,从大米中提取的蛋白质可以通过使用胃蛋白酶、胰蛋白酶、酪蛋白酶和木瓜蛋白酶等多种酶制备。
选择合适的酶种需要考虑酶对大米蛋白的水解效率、水解产物的组成和酶的稳定性等因素。
根据所需研究的大米蛋白酶水解产物的特性,可以选择单一酶种或者混合酶进行研究。
第二部分:酶水解动力学测定酶水解动力学实验可以通过监测底物的降解速度来确定反应速率常数和底物浓度之间的关系,从而获得酶的动力学参数。
一般可以采用比色法、荧光法、高效液相色谱法等多种生化分析方法对水解产物和反应底物进行定量分析。
同时,考虑到温度、pH值、底物浓度和酶浓度对酶活性的影响,需要对这些因素进行优化,并通过实验确定最佳的反应条件。
第三部分:动力学分析酶水解动力学分析是用数学模型描述酶催化底物的转化过程,从而得到酶的动力学参数。
其中,酶的催化过程可以按照酶-底物复合物的形成速率和酶-底物复合物的分解速率来描述。
根据实验数据,可以使用Michaelis-Menten方程、韦伯方程和直线斜率等多种数学模型对实验数据进行拟合,从而获得反应速率常数(kcat)和米氏常数(Km)等参数。
第四部分:动力学参数分析酶水解动力学参数可以用来衡量酶的催化活性和亲和性。
酶催化活性即酶单位时间内转化底物的能力,可以通过计算kcat来获得。
亲和性则用米氏常数Km表示,其值越小表示酶与底物结合越紧密。
此外,酶的催化效率还可以用kcat/Km来表示,其值越大表示酶的催化效率越高。
总结:通过对大米蛋白的酶水解动力学研究,可以获得酶的动力学参数,了解酶对底物的反应速度和亲和性。
大米蛋白质的酶法水解及其性质研究
大米蛋白质是一种重要的营养素,能够满足人体对氨基酸的需求,并具有良好的营养价值。
但是,大米蛋白质的水解程度受到环境因素的影响,对于改善大米蛋白质的性能和功能,现阶段仍有需要进行深入研究。
酶法水解技术是当前实现大米蛋白质解聚的有效方法,同时也在降解大米中生蛋白质的降解过程中起着重要作用。
首先,必须明确酶和蛋白质之间的相互作用,包括酶法水解过程中实现的所有物理化学和生物学反应,这对理解大米蛋白质的性质十分重要。
其次,为了有效的酶法水解,必须对温度、时间、pH值及添加剂进行优化,以确
保酶和蛋白质之间的有效作用,使蛋白质被完全分解和去聚。
多种酶,如水解酶、多聚葡萄糖酶、蛋白酶等,可以在不同程度上水解大米蛋白质。
水解酶具有高水解力,用于水解大米的高次结构,但水解酶的水解效率低,不易控制,而且具有抗酶性。
相反,蛋白酶具有低水解力,能够有效的水解蛋白质的低次结构,具有良好的水解效率和抗酶性,使最终水解产物的纯度更高,也能够有效地保护活性和结构,这有助于改善大米蛋白质的性质。
另外,通过分子量分析,可以对水解产物进行分析,以及在不同浓度的蛋白质溶液中进行优化,以提高蛋白质的活性和稳定性。
此外,可以采用电泳、色谱及其他技术对水解后的蛋白质进行表征,以了解其特性和结构。
总之,酶法水解是改善大米蛋白质性质及功能的有效方法,并且
还具有更高的纯度和抗酶性。
因此,本文旨在通过对大米蛋白质酶法水解及其性质研究,为提高大米蛋白质质量,改善其功能性能,提供有效的理论指导。
编号:本科毕业论文题目:大米蛋白的研究进展学院:生命科学学院专业:生物技术年级:姓名:指导教师:完成日期:目录中文摘要及关键词 (1)英文摘要及关键词 (2)引言 (3)1 大米蛋白的组成与结构 (3)1.1 大米蛋白的组成 (3)1.2 大米蛋白的结构 (3)2 大米蛋白的营养价值与保健作用 (4)2.1 大米蛋白的营养价值 (4)2.2 大米蛋白的保健作用 (4)3 大米蛋白的功能性 (5)3.1 溶解性 (5)3.2 乳化性 (5)3.3 持水性与持油性 (6)3.4 起泡性与起泡稳定性 (6)4 大米蛋白的提取方法 (7)4.1 碱法提取大米蛋白 (7)4.2 物理分离法提取大米蛋白 (7)4.3溶剂提取法 (8)4.4 酶法提取大米蛋白 (8)4.5 复合提取法 (10)5 大米蛋白的开发利用 (10)5.1食品添加剂 (10)5.2蛋白质营养补充剂 (11)6 大米蛋白的市场前景与展望 (12)结束语 (13)参考文献 (14)致谢 (17)摘要大米蛋白是一种氨基酸组成合理,生物效价高,过敏性低的蛋白质。
能够满足2-5岁儿童的氨基酸需求,非常适合开发婴幼儿食品。
此外大米蛋白可加工成酱油、高蛋白粉、蛋白饮料、蛋白胨和蛋白发泡粉等,若将其降解成短肽或氨基酸,则可制成营养价值极高的氨基酸营养液,从而用于保健饮料、调味品、食品添加剂等。
本文对大米白的结构与组成、功能特性、营养价值、分离技术、提取技术、开发利用等现状做了简要概述。
关键词:大米蛋白;营养价值;功能特性;开发利用AbstractAmino acid composition of rice protein is a reasonable biological titer, low-protein allergy. 2 to 5 years to meet amino acid requirements of children, making it very suitable for development of baby food. In addition, processed into soy sauce, rice protein, protein powder, protein drinks, peptone and protein foam powder, if its degradation into short peptides or amino acids, nutritional value can be made of high amino acid nutrient solution, which for health beverages, condiments, food additives. In this paper, the structure and composition of white rice, functional properties, nutritional value, separation, extraction, development and utilization of a brief overview of current situation.Keywords:rice protein; nutritional value; functional properties; development and utilization引言大米蛋白系由大米中提取获得。
大米蛋白研究与利用概述摘要:本文从大米蛋白组成成分、结构和性质出发,以研究开发和利用大米促进精深加工为支撑,阐述大米蛋白分离提取方法,概述国内外大米蛋白产品研究及开发利用现状,并对其前景进行展望。
关键词:大米;大米蛋白;提取工艺;制备;利用农业是国民经济的基础,粮食是基础的基础,是人类赖以生存、繁衍和发展的必要条件,也是食品工业的基础,是所有食品工业的基本原料的来源。
稻谷(Oyaza sativa)是人类重要的粮食种类之一,尤其是在亚洲地区。
2007年国际水稻研究所统计数据显示,近年来世界年生产稻谷总产量约为5.33亿t,中国的稻谷总产量达到1.865亿t,占35%,居世界首位。
稻谷生产和消费集中在亚洲地区,尤其以中国、印度尼西亚、孟加拉、越南和泰国为主[1]。
长期以来,稻谷生产和稻谷加工产品及副产品的深加工一直倍受食品科学家高度关注。
大米蛋白的开发和利用研究正是基于丰富稻米加工产品和合理利用稻米加工副产品的研究和综合利用。
因此,提取和合理利用大米中蛋白质具有重要社会和经济意义。
1 大米蛋白的组成和理化特性1.1 大米蛋白的组成大米蛋白具有优良营养品质,是公认的谷类蛋白中的优质植物蛋白。
按Osborne分类方法[2],大米蛋白可粗分为4类:清蛋白(albumins),可溶解于水的蛋白质,占总量2%~5%;球蛋白(globulins),溶于0.5mol/L的NaCl溶液,占总量2%~10%;谷蛋白(glutelin),溶于稀酸或稀碱,占总量80%以上;醇溶蛋白(prolamins),溶于70%~80%乙醇溶液,占总量1%~5%。
其中谷蛋白和醇溶蛋白成为贮藏性蛋白,它们是大米蛋白的主要成分。
而清蛋白和球蛋白含量较低,是大米中的生理活性蛋白。
大米蛋白因赖氨酸含量较高、必需氨基酸含量与其他谷类蛋白中必须氨基酸含量比较具有一定优势和生物价(BV)及蛋白质效用比率(PER)较高而具有良好得营养价值。
1.2 大米蛋白的主要理化特性在大米贮藏性蛋白中,谷蛋白分子量较大,分子内和分子之间广泛存在的二硫键以及分子内存在的巯基,结构决定其不溶于中性盐溶液而只溶于稀酸、稀碱,大大限制了大米蛋白功能性开发。
大米蛋白综合利用研究进展大米蛋白是由大米中提取出来的蛋白质,其主要成分为蛋白质、脂肪、碳水化合物和无机盐等。
随着人们对健康饮食的追求以及对食品安全和营养价值的重视,大米蛋白的综合利用研究也逐渐成为学术界和工业界的关注焦点。
大米蛋白的综合利用主要包括利用大米蛋白制备功能性食品、生物活性肽的研究、大米蛋白的酶解和酶促反应等。
一、大米蛋白的功能性食品研究大米蛋白可以通过一系列的物理、化学和生物方法进行改性,从而赋予其不同的功能性。
通过高温处理、酶解或酸解,可以制备出具有良好温度稳定性、胶凝性和乳化稳定性的大米蛋白酸性、中性或碱性凝胶。
这些凝胶可以应用于食品加工过程中,如作为凝胶剂、稳定剂和乳化剂等使用。
大米蛋白还可以通过交联、酯化或酸酶方法改性,制备出具有保湿性、抗氧化性、抗菌性和抗糖化性等功能的大米蛋白,用于化妆品、保健品和药物等领域。
二、大米蛋白生物活性肽的研究大米蛋白酶解产生的生物活性肽具有多种生理功能,如抗氧化、抗菌、抗炎和降血压等。
研究表明,大米蛋白酶解产生的肽段具有较强的抗氧化活性,可以对抗自由基的损伤,减少氧化应激反应。
大米蛋白酶解产生的肽还具有一定的抗菌活性,可以对抗多种细菌的生长和繁殖。
近年来,随着对功能性食品需求的增加,大米蛋白酶解产生的生物活性肽在食品行业的应用逐渐受到关注。
三、大米蛋白的酶解和酶促反应大米蛋白的酶解是将大米蛋白通过外源或内源酶的作用分解为较小的肽段或氨基酸残基的过程。
酶解的方法主要包括物理酶解、化学酶解和生物酶解等。
物理酶解是利用高压、高温、超声波或微波等方法破坏蛋白质的结构,从而使其易于被酶解。
化学酶解则是利用化学试剂如酸、碱、胰蛋白酶等对蛋白质进行酶解。
生物酶解则是利用微生物产生的酶对蛋白质进行酶解。
酶解可以提高大米蛋白的可溶性和消化性,提高其生物利用率和功能性。
大米蛋白的综合利用研究在食品科学、生物技术和营养学等领域有着广泛的应用前景。
随着人们对于健康食品的需求不断增加,大米蛋白的功能性和生物活性肽的利用将会得到更加广泛的关注和应用。
文章篇号:1007-2764(2006)03-0255-091酶法提取大米蛋白研究进展王章存1,聂卉2,康延玲3(郑州轻工业学院,河南郑州450002)摘要:大米蛋白是一种优质的植物蛋白,因其原料丰富和蛋白的独特功效,具有广阔的市场前景。
国外已有此方面产品上市,但国内因尚未得到广泛重视及提取方法不成熟,目前并未得到有效开发应用。
本文从酶法角度综述了从米粉、米渣和米糠中提取大米蛋白的研究进展和工艺流程,以提高大米蛋白提取率,满足人们需求;同时指出,由于大米蛋白中80%为水不溶的谷蛋白,应在提高蛋白得率的同时提高其溶解度,扩大应用范围。
关键词:大米蛋白;酶法提取;研究进展Progress of Study on Rice Protein ExtractionsWang Zhang-cun1 , Nie Hui2, Kang Y an-ling3(Zhengzhou University of Light Industry, ZhengZhou 450002, China)Abstract: As a good vegetable protein, rice protein has wide application. Because its abundance material and good nutrition, its reseach become more and more popular in our country and abroad. In this article, we summarized the development of the extraction from broken rice, rice dreg and bran. Besides it, we also indicated that the urgency problem of rice protein is how to improve its solubility. Thereby we can take make good use of it.Keywords: Rice protein; Enzyme extraction; Research development我国稻谷产量极为丰富,年播种面积占粮食总种植面积的30%左右,年产量约4000万吨,占总产量的44%,在国民经济中占有重要位置。
大米在加工生产过程中产生大量的米渣、碎米和米糠,其含有丰富的蛋白质,我国每年有1000万t米糠及米胚等副产品都未能很好的开发利用,造成资源的极大浪费。
同时,随着我国人口的增多,蛋白资源日益紧缺。
因此,有必要尽快找到一条合适的途径将这些蛋白质提取出来,开发为优质的食用蛋白质,应用到食品工业中去。
1 大米蛋白的营养保健和特征构成大米蛋白具有独特的营养特性,其氨基酸配比合理,符合WHO/FAO推荐的理想模式。
大米蛋白中蛋氨酸含量较高,除色氨酸、赖氨酸不足,其它氨基酸均较符合人体的需要,这是其它植物蛋白所无法比拟的。
大米蛋白的低抗原性是其另一项突出特点,这对婴幼儿是十分有利的。
大米蛋白在学前儿童体内的真消化率、生物价和净蛋白质利用率分别为88.8%、90.0%、79.9%,尤其适合用于儿童食品[1]。
而大多动、植物性蛋白中都含有抗营养因子,如大豆、花生和牛奶收稿日期:2006-03-23作者简介:王章存,教授,研究方向:粮油食品生物技术 等会产生过敏或中毒反应,如牛奶中的ß-乳球蛋白、鸡蛋清中的卵类粘蛋白等,往往引起免疫反应使食用者尤其是婴儿产生过敏或中毒反应,相比之下,大米蛋白是唯一可以免于过敏试验的谷物。
此外大米蛋白还具有重要的保健功能,近年来的研究表明,大米蛋白对抗糖尿病、抗胆固醇和抗癌变等都有一定的作用[2-4]。
从米糠中提取的大米分离蛋白也表现出同样的效果,且对链脲佐菌素(Streptozotocin, STZ)诱发糖尿病也有抵抗作用[5-6]。
在亚极限性条件下进行体力训练还发现,食用大米的人群忍耐性强于食用面包的人群[7]。
研究大米蛋白分子特征是开发利用的基础。
大米蛋白是存在大米中蛋白质总称,可分为大米胚乳蛋白和米糠蛋白。
因其成分较多,按溶解性分为清蛋白(albumins)、球蛋白(globulins)、醇溶蛋白(prolamins)和谷蛋白(glutelins)等四大类。
大米胚乳中,球蛋白和清蛋白是生理活性蛋白,种类很多,相对分子质量分别为10-200 KDa和16-130 KDa,但其含量较少。
醇溶蛋白和谷蛋白是储藏蛋白。
醇溶蛋白虽然含量不高,但它与胚乳蛋白体的形态密切相关,因而受到了较多的研究,醇溶蛋白的主要成分是相对分子质量为13KDa的亚基,它又分为13a和13b 两种类型,13a是其主要组分且含有丰富的半胱255氨酸,而13b组分中半胱氨酸含量较低。
我们把大米蛋白中不溶于水,而溶与酸或碱的蛋白称为谷蛋白,其含量约占总蛋白的80%,并以蛋白体的形式集中存在,即PB-I和PB-Ⅱ。
由于PB-I和PB-Ⅱ在结构成分上的差异,它们的可消化性也有明显不同。
PB-I稳定,对蛋白酶有较强的抵抗力,而PB-Ⅱ则容易被酶水解[8]。
用透射电镜观察到,两种蛋白体中的蛋白质都是在粗糙型内质网(RER)上的核糖体中合成的,且PB-Ⅱ不如PB-I致密[9]。
由此推测,大米蛋白不溶可能与此有关。
在提取大米蛋白时主要提取的是不溶于水的谷蛋白,因而提取蛋白的应用受到一定限制。
大米蛋白质在胚乳中的分布也有一定规律性,从蛋白质总量看,胚内多于胚乳,从米粒外层到内层含量逐渐降低;从蛋白质种类的分布看,清蛋白、球蛋白的比例在其外层最高,越往中心越低,而谷蛋白的含量恰好相反[10]。
在对大米蛋白成分的分析中发现,大米谷蛋白中除氨基酸外,还含有非氨基酸成分。
其中包括具有抗乳腺癌作用的三萜烯醇和脂肪酸等,而在大豆蛋白中并没发现这些成分。
可以推测,这些成分不仅影响大米蛋白的溶解性质,对大米蛋白的保健功能也有重要影响,但近年来这方面的相关报道并不多见。
在同源性方面国外也有研究,大米谷蛋白与其它植物种子,如与大豆、豌豆、大豆球蛋白和南瓜种子球蛋白之间都存在高度同源性,但溶解性远不如这些蛋白质好,目前仍无法解释其中原因[11]。
从以上研究中可以看出,国内外学者虽然对大米蛋白分子进行了一定的研究,但对大米蛋白分子组成、结构及其性质之间的关系仍不是十分明了。
2 大米蛋白的酶法提取目前,提取大米蛋白的方法主要集中在酸法、碱法和酶法,也有文献报道利用碱酶两步法提取蛋白,对提高蛋白得率起到了一定作用。
酶法提取大米蛋白主要是利用酶对大米蛋白的降解和修饰作用,使其变成可溶的肽而被提取出来。
与传统的酸碱法相比,酶法反应条件温和,蛋白质多肽链可水解为短肽链,提高了蛋白质的利用率,同时其反应的液固比小,产生废液较少,为工业生产创造了条件。
同时,酶法提取的大米蛋白产物其溶解性、乳化稳定性和泡沫稳定性则呈明显优势[12]。
酶水解还可同时产生多种生物肽,对人体起着重要作用。
一般而言,任何蛋白酶均可对蛋白进行提取。
文献中报道了利用Flavourzyme、 Neautrase、Alcalse、木瓜蛋白酶等,蛋白含量可达到80-90%,提取率可达80%左右,到其中以碱性蛋白酶提取效果最好。
除了蛋白酶,非蛋白酶在大米蛋白提取中的作用也是不可忽视的。
Shih[13]对各种糖水化合物酶类除去米渣非蛋白成分的作用效果进行了研究,发现米渣直接用α-淀粉酶处理可以使蛋白质的含量达到85.5%;若继续用复合碳水化合物酶(β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶、纤维素酶的混合物)水解,则蛋白质含量可提高到91.1%。
也有研究人员利用淀粉酶和Viscozyme共同作用,纤维素酶和酸洗法进行提取,但实验效果并不理想,蛋白含量仅达到85%和70%左右。
本文主要从提取米粉、米渣和米糠蛋白方面进行阐述,以综合提高大米蛋白产量,更好地利用这一优质蛋白。
2.1 米粉中蛋白质的酶法提取从米粉中提取蛋白质一般用碎米或不宜食用的籼米。
米粉中70%以上的成分是淀粉,蛋白质的含量约为8%,而蛋白中80%以上是谷蛋白,蛋白质通过分子间和分子内二硫键形成网络结构与淀粉包络紧密,分离的难度较大。
传统的碱法虽然可以改变大米中紧密的淀粉结构和破坏蛋白质分子的次级键,从而促进蛋白质与淀粉的分离,但同时也会改变淀粉性质,增加非蛋白成份,降低提取率。
而且提取过程中较高浓度的碱溶液会促使蛋白质中的赖氨酸与丙氨酸、胱氨酸发生缩合反应,生成有毒的化合物降低蛋白的营养价值。
应用酶法进行提取,可选用蛋白酶和非蛋白酶。
王文高等[14]发现提取米粉中蛋白质时,米粉中的谷蛋白经蛋白酶水解为相对较小的分子后,溶解度增加,产品的乳化性能有所改善。
非蛋白酶的选择则可利用淀粉酶,其提高蛋白质含量的原理与蛋白酶正好相反,即用淀粉酶将大米淀粉降解为更易溶解的糊精和低聚糖,并通过离心或过滤方法将其除去,以降解淀粉的方法提高蛋白含量。
Morita [2]以大米粉为原料用高温液化淀粉酶在97℃下反应2hr后过滤除去糖类物质得到了蛋白质含量达90%以上的大米分离蛋白。
随后又以同一种原料分别用传统的碱溶酸沉法和α-淀粉酶液化法获得了较高纯度的大米蛋白并比较了它们的性质,指出α-淀粉酶法所得蛋白质回收率高,而且在促进试验动物胆汁酸、甾醇物的分泌和排泄方面具有更为显著的效果。
2.2 米糠中蛋白质的酶法提取米糠是糙米碾白过程中被碾下皮层,系为包括果皮、种皮、珠心层、糊粉层、米胚芽和小碎米屑的混合物。
米糠蛋白包括清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白,全脂米糠一般含有蛋白质12%-18%,主要成分256是米精蛋白,营养价值较高。
米糠中各类溶解性差别较大,其中含有较多二硫键与米糠中植酸、纤维素及半纤维素等物质的聚焦作用,使其不容易被盐、醇、弱酸等提取,因而提取难度较大,得率也不高。
国内研究人员尝试应用纤维素酶、复合酶进行提取米糠蛋白,其主要原理是降解包裹蛋白的植物细胞壁其(主要成分是纤维素和多糖类物质),从而提高蛋白提取率。
综合看来,纤维素酶提取的效果最好可达62%[15]。
国外也有利用木聚糖酶和植酸酶,使蛋白释放出来,蛋白含量可达90%以上,但其功能特性如溶解性、乳化性及起泡稳定性方面较其它蛋白质存在较大差距,还需进一步改善。
2.3 米渣中蛋白质的酶法提取米渣是制造怡糖、葡萄糖、味精、淀粉、糊精等过程中,产生大量米糠和糖化后的副产品。
米渣中且我国每年淀粉糖生产量较大,每生产7吨淀粉糖产品则产生1吨米渣,但目前主要出路是用作饲料原料,经济价值较低。
与米粉和米糠相比,米渣是提取大米蛋白的最好原料,其成份组成较为简单,主要成份是40%-50%的大米蛋白和25%左右碳水化合物,大米蛋白含量最高可达65%以上,因而更易分离且蛋白纯度较高。