超声波与酶辅助提取米糠蛋白的比较研究：产率、功能性质改善及潜在应用

《Applied Food Research》：Comparative Assessment of Ultrasound and Enzyme Assisted Extraction of Rice Bran Protein Following Sequential Pretreatments: Yield, Functional Properties Improvement, and Potential Application

稻米 bran 是一种高营养价值但利用率低的副产品，本研究通过优化预处理（热稳定、洗涤、脱脂、粒径减小）结合超声波辅助提取（UAE）和酶辅助提取（EAE），系统比较了两种方法对蛋白质回收率、纯度及功能特性的影响。结果表明，SPT-EAE 法蛋白质纯度达89.7%，显著高于 UAE 的84.3%，且具有更好的溶解性（78.3% vs 65.7%）、乳化活性（47.3 m2/g vs 38.6）和泡沫稳定性（68.3% vs 54.7%）。面包应用显示，RBP 强化显著提高水分保持（33.9% vs 32.6%）和蛋白质含量（15.4% vs 14.9%），但降低体积（309 cm3 vs 252 cm3）。经济评估表明，EAE 尽管酶成本高，但能耗更低，环境效益更优。

　　在当今食品工业中，植物蛋白的开发与利用已成为提升食品营养价值和推动可持续发展的关键方向之一。稻米副产品稻壳粉（Rice Bran）因其丰富的蛋白质含量和潜在的营养价值而备受关注。然而，由于其复杂的细胞结构和含有多种抗营养成分，稻壳粉蛋白的提取效率一直受到限制。为此，研究人员探索了多种提取技术，如超声波辅助提取（UAE）和酶辅助提取（EAE），并结合一系列优化的预处理步骤，以提高提取效率和蛋白质的功能性。本研究通过系统比较这两种提取方法，评估了它们在提升稻壳粉蛋白（RBP）产量和功能特性方面的效果，为稻壳粉的高附加值利用提供了新的思路。

稻壳粉作为稻米加工过程中的副产品，其产量庞大，但目前主要被废弃或用于低质量的动物饲料。这种浪费不仅造成了资源的不充分利用，也对环境产生了一定的影响。研究表明，稻壳粉中富含10%-16%的优质蛋白，同时含有平衡的氨基酸、膳食纤维、脂类、维生素和矿物质。这些营养成分使其成为一种有潜力的植物蛋白来源，尤其在应对蛋白质营养不良和减少食品浪费方面具有重要意义。此外，稻壳粉蛋白还表现出良好的生物活性，包括抗氧化、抗肿瘤、降胆固醇和抗炎等特性，使其在功能性食品和营养补充剂领域具备广泛应用前景。

与大豆蛋白或豌豆蛋白相比，稻壳粉蛋白具有更高的消化率和更低的致敏性，这使其成为一种新兴的植物蛋白替代品。在烘焙和饮料等食品应用中，稻壳粉蛋白的水结合能力、发泡能力和乳化能力尤为重要。这些功能性特性可以改善食品的质地、稳定性和感官品质。然而，如何高效提取稻壳粉蛋白并保持其结构和功能完整性，仍是当前研究的重要挑战。

为了克服这些挑战，本研究引入了一种优化的预处理流程（SPT），包括热稳定化、清洗、脱脂和粒径减小等步骤。这些预处理步骤通过降低细胞壁的物理屏障、去除抗营养因子和改善蛋白的可接触性，显著提升了后续提取过程的效率。研究结果表明，经过SPT处理的稻壳粉在蛋白质提取方面表现出更好的效果，特别是在使用酶辅助提取时，蛋白质纯度提高了89.7%，而超声波辅助提取则为84.3%。此外，SPT不仅提高了蛋白质的提取率，还改善了其结构特性，如疏水性、巯基和二硫键含量等，这些变化有助于增强蛋白质的乳化和发泡性能。

在功能性食品的应用方面，稻壳粉蛋白的引入显著提高了面包的蛋白质含量和水分保持能力，但同时也导致了面包体积减小和内部结构变硬。这一现象可能是由于稻壳粉蛋白部分替代了小麦蛋白，从而影响了面团的结构和气体保持能力。尽管如此，稻壳粉蛋白的添加仍然带来了明显的营养和功能性提升，使其成为一种具有潜力的面包强化剂。此外，研究还发现，EAE在面包加工中表现出更好的水分保持能力，而UAE则提供了更均匀的内部结构，尽管其硬度较高。

从经济角度来看，虽然酶辅助提取（EAE）的初始成本高于超声波辅助提取（UAE），但其在能耗和环境影响方面具有明显优势。EAE的处理温度较低，且不需要高能耗的设备，这使其在大规模生产中更具可持续性。同时，EAE的高蛋白纯度和良好的功能特性也为其在高端食品和营养补充剂市场提供了竞争优势。相比之下，UAE虽然能够提高提取效率，但其对蛋白质结构的潜在破坏可能影响其在食品中的应用效果。

此外，研究还评估了提取过程中的一些关键参数，如超声波功率、温度、pH值和提取时间对蛋白质提取率的影响。结果显示，经过SPT处理的稻壳粉在这些参数下表现出更高的提取效率。例如，超声波处理在120 W时达到最佳效果，而温度在35°C时能实现较高的提取率。这些发现为优化提取工艺提供了重要参考。

从环境角度来看，EAE的低能耗特性使其在减少碳排放和提升资源利用率方面表现优异。相比之下，UAE虽然在某些条件下可以提高提取效率，但其较高的能耗可能限制了其在可持续食品生产中的应用。因此，综合考虑提取效率、蛋白质纯度、功能特性和环境影响，EAE结合SPT的提取方法被认为是当前最具潜力的稻壳粉蛋白提取技术。

在研究方法上，本研究采用了多种分析手段，包括蛋白质含量测定、表面疏水性分析、巯基和二硫键含量测定、傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析以及功能特性评估，如溶剂能力、乳化活性、泡沫性能等。这些方法不仅帮助研究人员全面了解稻壳粉蛋白的理化特性，也为其在食品工业中的应用提供了科学依据。

综上所述，本研究通过结合优化的预处理步骤和酶辅助提取技术，成功提高了稻壳粉蛋白的提取效率和功能特性，为稻壳粉的高附加值利用提供了可行的技术路径。同时，研究还指出，尽管EAE在提取成本上略高，但其在能耗、环境影响和功能性方面的优势，使其在可持续食品生产中具有更高的应用价值。未来的研究应进一步优化酶的使用方式，探索酶的再利用或固定化技术，以及开发更加高效的提取设备，以推动稻壳粉蛋白在食品工业中的广泛应用。此外，还需对稻壳粉蛋白在更多食品体系中的应用潜力进行深入研究，包括其在饮料、乳制品和烘焙食品中的表现，以满足不同市场的需求。