米糠蛋白的超声-还原剂提取与改性工艺及其功能性研究

摘要

米糠是稻米加工的主要副产物，有天赐营养源之称。我国米糠资源丰富，目前米糠多数作为动物饲料，其营养成分和功能物质利用率极低。米糠蛋白是其中主要的营养成分，具有生物效价高、氨基酸组成合理、易于消化、低过敏性等特点，一直受到食品科学家和消费者的重视。近年来，米糠蛋白未能商业化利用，其主要原因是蛋白提取率低、溶解性差。为此，本文采用超声波-还原剂协同处理建立米糠蛋白的绿色高效制备工艺，并对制备的蛋白采用不同增溶改性方式，确定其最佳增溶改性工艺；从蛋白功能特性和结构变化的角度，明确米糠蛋白改性的机制，为米糠蛋白资源的有效利用提供理论指导。主要研究结果如下：
　　（1）超声波-还原剂协同处理提取米糠蛋白工艺的优化：以脱脂米糠为原料，米糠蛋白提取率为指标，采用响应面设计优化米糠蛋白的超声-还原剂提取工艺，建立了四因素回归模型确定最佳工艺条件为：在较弱碱（pH=8）和较低温（45℃）下，以L-半胱氨酸为还原剂，还原剂添加量0.07％（还原剂与米糠蛋白质量比）、作用时间1.5h，辅助超声处理，功率280W，超声时间8min，在此条件下，米糠蛋白提取率达到46.59%，比碱法、超声波法和还原剂法分别提高16.62%、9.35%、7.4%，米糠蛋白纯度达到82%。
　　（2）米糠蛋白增溶改性工艺优化：比较了亚硫酸钠、二硫苏糖醇（DTT）、维生素C（Vc）、异Vc钠、L-半胱氨酸五种还原剂对米糠蛋白溶解性的影响。结果表明：亚硫酸钠、L-半胱氨酸均能显著提高米糠蛋白的溶解性（p＜0.05），分别提高了3.0%和4.8%，其中L-半胱氨酸效果最优，而Vc、异Vc钠和DTT则降低其溶解性；比较了微射流、微射流-L-半胱氨酸、微射流-柠檬酸、超声波、超声波-L-半胱氨酸、超声波-柠檬酸六种处理对米糠蛋白溶解性的影响。结果显示：微射流、微射流-L-半胱氨酸、超声波、超声波-L-半胱氨酸均能显著提高米糠蛋白的溶解性（p＜0.05），其中超声波-L-半胱氨酸协同处理效果最优，分别较微射流、微射流-L-半胱氨酸、超声波提高了10.57%、8.21%、2.51%；而微射流-柠檬酸和超声波-柠檬酸降低其溶解性，分别较未改性的对照组降低了22.31%和20.96%；以高纯度米糠蛋白为原料，溶解性为指标，采用响应面设计优化超声波-L-半胱氨酸处理提高米糠蛋白溶解性的工艺，建立其保持高溶解性的最佳工艺条件为：在中性（pH=7）和较低温（45℃）下，L-半胱氨酸添加量0.2%，超声波功率320W，超声时间10min，米糠蛋白浓度1.0%。在此最佳条件下，米糠蛋白溶解性达63.57%，比未改性的对照组提高了24%。
　　（3）不同增溶改性处理工艺对米糠蛋白功能性的影响：比较了微射流、微射流-L-半胱氨酸、超声波、超声波-L-半胱氨酸四种处理制备的米糠蛋白的溶解性、持水性、持油性、起泡性及起泡稳定性、巯基含量、蛋白粒度、乳液粒度等功能特性。结果表明：四种处理制备的米糠蛋白的溶解性、持油性、起泡性及起泡稳定性、巯基含量都要高于对照组（未经改性处理的蛋白），其中，超声波-L-半胱氨酸处理制备的米糠蛋白的功能性质最佳，其处理制备的米糠蛋白的溶解性较超声波、微射流、微射流-L-半胱氨酸分别提高了3.5%、7.8%、5.8%（pH7，1%）。经微射流、微射流-L-半胱氨酸、超声波、超声波-L-半胱氨酸四种处理制备的米糠蛋白在水溶液中蛋白粒径较对照组分别减小了114μm、162.3μm、163.6μm、166.2μm；乳液粒径分别减小了28.6μm、30.6μm、31.6μm、35.1μm。
　　（4）不同增溶改性处理对米糠蛋白二级结构的影响：采用傅里叶红外光谱和CD圆二光谱比较微射流、微射流-L-半胱氨酸、超声波、超声波-L-半胱氨酸四种处理制备的米糠蛋白的二级结构特征，傅里叶红外光谱分析结果表明：米糠蛋白的二级结构以α-螺旋为主，经微射流、微射流-L-半胱氨酸、超声波、超声波-L-半胱氨酸四种处理后，α-螺旋含量下降，β-折叠含量增加。CD圆二色谱测定结果表明：经-微射流、微射流-L-半胱氨酸、超声波、超声波-L-半胱氨酸四种处理后，米糠蛋白的β-折叠含量增加，与红外结果一致。此外，研究表明，pH和加热处理会显著影响增溶改性后米糠蛋白的二级结构，当pH2到pH7时，米糠蛋白的α-螺旋含量增加，β-转角和无规则卷曲的含量下降；当pH7到pH10时，米糠蛋白的α-螺旋含量下降，β-折叠含量增加，β-转角和无规则卷曲的含量基本无变化。pH2时，加热处理后α-螺旋的含量降低，β-折叠的含量增加；pH7时，加热处理后α-螺旋的含量降低，无规则卷曲的含量增加；pH10时，加热处理后β-折叠的含量下降，β-转角和无规则卷曲的含量增加，α-螺旋的含量略微增加。

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第一章 前言

1 米糠的开发利用现状

2 米糠蛋白的研究开发进展

3 米糠蛋白制备技术的研究进展

4 米糠蛋白改性技术的研究进展

5 本课题立题背景和意义、主要研究内容及试验方案

第二章 超声-还原剂协同处理提取米糠蛋白的工艺研究

1材料与方法

2 结果与分析

4 讨论

第三章 米糠蛋白增溶改性工艺优化研究

1材料与方法

2 结果与分析

3讨论

第四章 增溶改性工艺对米糠蛋白功能性及结构的影响

1材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

第五章 结论

1 结论

2 创新点

参考文献

致谢