3 métodos de extracción de proteína de arroz

El arroz es uno de los cultivos alimentarios más importantes del planeta. China es el "Reino del arroz" entre los más de 100 países productores de arroz en el mundo, con una producción anual de arroz que representa alrededor del 34% del mundo#39;s producción anual total de arroz, ocupando el primer lugar en el mundo. Sin embargo, en China, el arroz se utiliza principalmente como cultivo alimentario, y la tasa de utilización de la transformación en profundidad es muy baja. Cada año, China produce más de 30 millones de toneladas de subproductos reutilizables del arroz, que concentran el 64% de los nutrientes del arroz. Sin embargo, estas sustancias no se utilizan eficazmente. En los Estados Unidos, Japón y otros países con industrias de elaboración del arroz bien desarrolladas, el valor añadido de los recursos de arroz en la industria de elaboración ha alcanzado aproximadamente de 1:4 a 1:5; Entre ellas, la proteína del arroz se ha convertido en una dirección importante para la industria procesadora del arroz. El desarrollo y el uso racional de la proteína del arroz se basa en la transformación profunda y la utilización integral de los productos y subproductos de la elaboración del arroz [1].

1. Valor nutricional de la proteína de arroz

elCalidad de la proteína de arrozEs reconocido como el mejor entre las proteínas de cereales. Es rico en aminoácidos esenciales, siendo la lisina el primer aminolimitante, con un contenido más alto que otros cereales. El patrón de composición de aminoácidos se aproxima al recomendado por la OMC /FAO y es fácilmente digerible y absorbido por el cuerpo humano. En comparación con otras proteínas de cereales, la proteína de arroz tiene un mayor valor biológico (BV) y una mayor tasa de utilización de proteínas (PER). El valor biológico puede ser tan alto como 77, y la tasa de utilización de proteínas es de 1.36% a 2.56%, ocupando el primer lugar entre todos los tipos de granos. La característica más importante de la proteína de arroz es su hipoalergenicidad, lo que la hace muy adecuada como suplemento proteico para lactantes o poblaciones especiales. Por lo tanto, es uno de los favoritos en el mercado mundial de proteínas, alcanzando los 30.000 yuanes por tonelada [2].

2 extracción de proteína de arroz

El principal propósito de la extracción de proteína de arroz es obtener proteína de arroz de alta pureza. En la actualidad, los principales métodos para extraer la proteína de arroz en el país y en el extranjero son: extracción alcalina, extracción enzimy extracción compuesta.

Extracción alcalina

La proteína de arroz contiene un 80% de proteína soluble en álcali. El método alcalino se basa en el principio de que la proteína soluble en álcali puede disolverse en una solución alcalina. La solución álcali afloja la estructura estrecha del almidón de arroz en el arroz que está unido a la proteína de arroz. Al mismo tiempo, la solución alcaltiene un efecto destrucsobre los enlaces secundarios de las moléculas de proteínas, especialmente los enlaces de hidrógeno, y puede causar la disociación de algunos grupos polares los grupos se disoci, dando a la superficie de la molécula de proteína la misma carga, solubilizando así la molécula de proteína y promoviendo la separación de almidón y proteína, y las impurezas se eliminan por centrifugación; El pH del sobrennatante se ajusta entonces al punto isoeléctrico de la proteína de arroz, permitiendo que la mayor parte de la proteína se precip.

HABA Pepe fran ç ois et al. utilizaron arroz indica como materia prima para separar la proteína de arroz y el almidón por el método alcalino, y obtuvieron las condiciones óptimas de proceso para separar la proteína de arroz y el almidón a través de experimentos ortogon: la concentración de solución de hidróxido de sodio fue 0.075 mol/L; La extracción 6h; Relación líquido-material 1:7g/ml; Temperatura 40℃; La pureza proteica resultante fue superior al 80%, la tasa de extracción de proteínas fue del 86,23% y la tasa de recuperación de almidón fue del 92,12% [4]. Wang Wei et al. utilizaron la metodología de superficie de respuesta para optimizar el proceso de extracción alcalde de la proteína de arroz. Los resultados experimentales mostraron que la fracción de masa de NaOH fue de 0.35%, el tiempo de extracción fue de 2-3 h, y la relación agua a material fue de 7-8. La tasa de extracción de proteína de arroz fue ideal, y la pureza de la proteína fue superior al 85% [4]. El flujo de proceso del método alcalino para extraer la proteína de arroz es el siguiente: harina de arroz − lixiviación alcalina − centrifu− ajuste del pH del sobrennatante − centrifu− lavado y precipitación − liofisecado − proteína de arroz.

El principal factor que afecta el método alcalino es la concentración de la solución alcalina. Cuando la concentración es baja, la tasa de extracción de proteína de arroz es baja, pero cuando la concentración de la solución alcalina es demasiado alta, el almidón se gelatiniza fácilmente, yel color de la proteína de arroz se verá afectado y se volverá amarillo. Sun Qingjie et al. selecciondiferentes concentraciones de NaOH para actuar sobre el arroz. Los resultados experimentales mostraron que cuando la concentración de NaOH fue de 0,02 mol/L, la tasa de extracción de proteína de arroz fue de sólo 22,37%; Cuando la concentración alcanzaba 0,06 mol/L, la tasa de extracción podía alcanzar el 78,15%; Y cuando la concentración era de 0.09 mol/L, la tasa de extracción de proteína de arroz podría ser tan alta como 90.10% [5]. Evelynmae et al. utilizaron 0,1 mol/L de NaOH a temperatura ambiente con una relación líquido-líquido 1:10 para extraer durante 1,5 horas, y la tasa de extracción de proteínas podría alcanzar el 98% [6].

El método alcalino de extracción de proteína de arroz es simple, tiene una alta tasa de extracción, y el producto resultante tiene un mejor color y textura. También es ampliamente utilizado en la producción industrial debido a su bajo costo. Sin embargo, el método alcalino también tiene muchas desventajas: la relación líquido-sólido de reacción es grande, lo que requiere el consumo de grandes cantidades de álcali y agua; Una gran cantidad de ácido se consume durante la precipitación isoeléctrica; La desalinización y la purificación son difíciles; Bajo la acción de altas concentraciones de álcali, la proteína se desnaturaliza fácilmente, lo que también cambia las propiedades del almidón; Y algunos aminoácidos sufren reacciones de condensación para producir sustancias tóxicas, lo que representa un peligro oculto para la seguridad alimentaria.

2.2 extracción de enzimas

enzimenzimenzimExtracción de proteínas de arrozConsiste principalmente en tratar el arroz con proteasas o no proteasas para separar la proteína de arroz de otros componentes y aumentar su solubilidad, de modo que la proteína de arroz pueda extraerse más fácilmente. Las enzimas pueden ser clasificadas como proteasas o no proteasas según su función.

El método de proteasa involucra el uso de proteasas para degradar y modificar la proteína de arroz, para que pueda ser extracomo péptidos solubles. Actualmente, las proteasas comúnmente utilizadas para extraer la proteína de arroz incluyen la proteasa ácida, la proteasa neutra, la proteasa alcalina y la proteasa compuesta. Muchas publicaciones reportan que la proteasa alcales la enzima óptima para extraer la proteína de arroz. Song Na et al. usaron cuatro proteasas diferentes para extraer e hidrolizar el arroz, y estudiaron el cambio del grado de hidrólisis de la proteína de arroz con el tiempo de hidróli. Los resultados mostraron que la tasa de extracción de proteproteasa alcalina hidrolizde proteína de arroz fue mayor que la de las otras tres proteasas. A pH 9,5, temperatura 60°C, cantidad de adición enzim(E/S) 1,5%, relación material a líquido 1:6, tiempo de hidrólisis 4h, la tasa de extracción de proteína de arroz puede alcanzar el 76,42% [7].

Sin embargo, debido a que las enzimas utilizadas en los diferentes estudios proceden de diferentes fabricantes, la actividad enzimvaría, y las materias primas y los procesos de extracción utilizados no son los mismos, hay ciertas diferencias en las conclusiones de los estudios. Deng Jing y otros encontraron en su investigación sobre la extracción enzimde la proteína de salvado de arroz crudo que la eficiencia de extracción de la proteasa compleja era significativamente mejor que la de la proteasa alcalina y la proteasa ácida [8]. Otros también han obtenido buenos resultados usando proteasa neutra para procesar materiales de arroz para obtener proteína de arroz, y creen que el extracto de proteasa neutra es superior al extracto de proteasa alcalen en términos de color, sabor y pureza de proteínas.

Otra idea para la extracción enzimes eliminar impurezas y retener el ingrediente principal. Enzimas apropiadas son usadas para remover componentes no proteicos del arroz, y la proteína es separada de otros componentes por separación y purificación. La amilasa se utiliza más comúnmente para recuperar proteínas durante la extracción del almidón. El contenido de proteína de arroz en el precipitobtenido por este método es de aproximadamente 40%. Debido a que este método se utiliza principalmente en la industria para producir azúcar de almidón, la licuefacción no es muy completa para evitar producir un equivalente de azúcar reductor en el sobrennatante y reducir el rendimiento de la maltosa. Esto resulta en una harina de arroz alta en proteínas con algo de almidón y azúcares no hidrolizados, lo que hace que su contenido proteico sea mucho más bajo que el del concentrado de proteínas de arroz, limitando así la aplicación de este método en la producción industrial de proteínas de arroz.

Además, debido a que el residuo de arroz y el salvado se mezclan con celul, hemicelulosa, xilan y otros polisacáridos sin almidón, las enzimas sin almidón también se utilizan comúnmente para extraer proteínas. Morita utilizó harina de arroz grande como materia prima y reaccionó con amilasa licua 97 °C a alta temperatura durante 2 h, y luego se filtrpara eliminar los azúcares para obtener proteína aislada de arroz con un contenido proteico de más del 90% [9]. Ji Fengdi y otros usaron amilasas de alta y media temperatura para purila proteína de heces de arroz, obteniendo un contenido de proteína de arroz de 78% y 79%, respectivamente [10].

La extracción enzimtiene condiciones de reacción suaves, básicamente no daña los nutrientes, y hidroliza las cadenas polipeptídicas proteicas en cadenas peptídicas cortas, lo que mejora la digestibilidad de la proteína. Al mismo tiempo, la reacción tiene una pequeña relación líquido-sólido, que no sólo ahorra el consumo de álcali y agua, sino que también aumenta el contenido de sólidos en el extracto, reduciendo así el consumo de energía para eliminar la humedad del extracto, creando ciertas condiciones para la producción industrial. Sin embargo, el alto precio de los preparados enzimhace que los costos de producción sean demasiado altos, dificultando la producción industrial.

La extracción alcalina es fundamentalmente diferente de la extracción enzim. La extracción alcalina extrae principalmente la proteína alcalino-soluble, que representa más del 80% de la proteína total en el arroz y es una molécula proteica grande; La extracción enzim, por otro lado, extrae más proteína hidrosoluble, proteína alcohosoluble, proteína poco soluble, así como péptidos activos de pequeñas moléculas hidrosolubles y aminoácidos libres. Por lo tanto, las proteínas extraídas por los dos métodos son muy diferentes en su naturaleza.

Guo Rongrong et al. compararon las propiedades funcionales de las proteínas de arroz extraídas por el método alcalino y el método enzim. La proteína de arroz extraída por el método alcalino tiene mejores propiedades de retención de agua, absorción de aceite y espumque la proteína de arroz extrapor el método enzimático, pero su solubilidad, estabilidad de emulsión y estabilidad de espuma son muy inferiores a la proteína de arroz extrapor el método enzimático; Y la capacidad emulsificante de los dos productos proteicos es bastante similar [11]. En segundo lugar, el color y sabor de la proteína extraída por el método alcalino son inferiores a los del método enzimático. En resumen, las propiedades de la proteína obtenida por hidrólisis enzimson superiores a las de la proteína obtenida por hidrólisis alcalina.

Método de extracción compuesto 2.3

Dado que los métodos enzimy alcalinos tienen sus propios problemas, la investigación se está desplazhacia el método de extracción combinada, con la esperanza de mejorar la calidad y el rendimiento del producto, reduciendo al mismo tiempo los costes de producción. Wang Yalin et al. estudiaron el método de dos pasos de la enzima alcalina para extraer la proteína de arroz del salvado de arroz. En primer lugar, se utilizó la solubilización alcalina para extraer parcialmente la proteína, y luego se utilizó la proteasa alcalpara hidrolizar ligeramente el residuo para mejorar la solubilidad proteica y llevar a cabo la extracción secundaria de proteínas, resultando en una tasa de extracción de proteínas de 78.8% [12]. Algunas personas también complementan el método tradicional con un método físico para extraer la proteína. Xi Haiyan y otros utilizaron un método enzimasistido de ultra-alta presión para extraer la proteína del arroz. La tasa de extracción fue del 70% cuando se utilizó la proteasa alcalsola, pero después de ser suplementada con una presión de 400 MPa, la tasa de extracción proteica aumentó al 78.72% [13].

3 estado de desarrollo de los productos proteínicos de arroz en el país y en el extranjero

Durante mucho tiempo, la gente no ha prestado mucha atención a la proteína del arroz. Sin embargo, con el reconocimiento del valor nutricional e hipoalergenicidad de la proteína de arroz y la atención prestada por la comunidad internacional, la proteína de arroz se ha destacado entre las proteínas de cereales y se ha convertido en un punto caliente en la industria. En la actualidad, las principales formas de los productos proteicos del arroz son: aditivos alimentarios, polvos nutritivos ricos en proteínas, revesticomestibles, péptidos bioactivos con funciones especiales, etc. La proteína de arroz tiene propiedades funcionales tales como solubilidad, emulsificación, espum, retención de agua y retención de aceite. Aunque tiene una solubilidad pobre, la hidrólipuede liberar ciertos grupos amino y carboxilo, aumentar la polaridad de la molécula de la proteína, y no sólo aumentar su solubilidad, sino también sacar a la luz sus propiedades espumantes y emulsificantes, haciéndola más fácil de desarrollar y utilizar. La proteína de arroz añadida a los alimentos no sólo mejora el rendimiento de procesamiento de alimentos, sino que también aumenta considerablemente el valor nutricional de los alimentos [14].

En los últimos años, la investigación sobre los productos proteicos del arroz en los Estados Unidos se ha centrado en el desarrollo de diversos alimentos nutritivos y comidas rápidas que contienen proteínas de arroz, como el desarrollo por el laboratorio americano ABBOTT en junio de 2003 de una tableta nutricional para la alimentación de lactantes que contiene entre el 10 y el 20 % en peso de una mezcla de proteínas que incluye proteínas de arroz y proteínas de soja; NATURE'S ONE INC investigó una bebida nutricional lista para beber en abril de 2002, que contiene 10-30μg/L de proteína de arroz, y puede proporcionar nutrición complementaria para pacientes, bebés y niños pequeños. En Japón, la investigación ha comenzado a centrarse en la extracción de alimentos terapéuticos con efectos terapéuticos adyuvde la proteína de arroz. DOK UR ITSU GYO SEI HOJIN SANGYO GIJUJTSU SO y OKINAWA SHOKURYO KK, en colaboración con otras unidades, investigaron un nuevo péptido que contiene inhibide la enzima convertide angiotensina y sus sales, que se hidroliza partir de proteína de arroz, en noviembre de 2001, y puede ser utilizado para ayudar en el tratamiento de la hipertensión.

En los últimos años, la investigación también ha comenzado en China sobre los procesos de producción de polvo de proteína de arroz, proteínas de arroz modificadas, péptidos de alto valor añadido, proteínas resistentes y recubrimientos comestibles. Shan Chengjun y otros estudiaron las condiciones de proceso para las membranas comestibles de proteínas de arroz y determinaron la resistencia a la tracción, elongy permeal agua de las membranas. Los resultados mostraron que cuando la fracción másica de proteína de arroz fue 5%, la fracción másica de glicerañadido fue 3%, la cantidad de adición de glutamina transaminasa es 0,2% en masa, el tiempo de reacción enzimes de 90 min, el pH de la solución de membrana se ajusta a 11,5, y el tratamiento se realiza a 80 °C durante 40 min para obtener una membrana con mejores propiedades [15].

4 perspectivas

China es un importante país productor de arroz con abundantes recursos de arroz. También se pueden utilizar como materias primas para obtener productos proteínicos de arroz con buen rendimiento a través de la extracción. Después de comparar varios métodos de extracción, el método de las enzimas alcalinas sigue siendo el método más práctico en la industria en la actualidad, que es fácil de operar y relativamente económico. Con más investigación, el método compuesto también está siendo gradualmente ampliamente adoptado. Debido a que la solubilidad de la proteína de arroz es relativamente pobre en comparación con otras proteínas, esto también afecta a otras propiedades, limitando la amplia aplicación de la proteína de arroz. Además, la proteína de arroz también tiene un cierto olor peculiar, por lo que encontrar un método de modificación científica y razonable para modificar la proteína de arroz será uno de los enfoques del trabajo futuro.

El desarrollo y la utilización de los recursos de proteínas de arroz pueden compensar las deficiencias de proteínas animales y prevenir la aparición de una serie de enfermedades ricas causadas por la ingesta excesiva de grasas animales y colesterol. Más importante aún, una mayor investigación y utilización de recursos de proteínas de arroz de alta calidad conduce a la utilización integral de la elaboración profunda del arroz, aumenta el valor añadido y promueve el desarrollo de China's industria alimentaria con el apoyo de la ciencia y la tecnología.

referencias

[1] Wang Yuhai. Situación actual y tendencias en la elaboración del arroz. Industry overview, 2008, 6: 18-22.

[2] Yao Huiyuan. Avances en la tecnología de procesamiento profundo de alta eficiencia y valor agregado para el arroz y sus subproductos en China durante el décimo período del Plan quinquenal. Arroz chino, 2008, 4: 11-13.

[3] HABA Pepe fran ç ois, Ding Xiaolin, Zhang Lianfu. Optimización del método alcalino para la separación de proteína de arroz y almidón e investigación de las propiedades funcionales de los productos. Food Research and Development, 2005, 26(5): 12-16.

[4] Wang Wei, Zhang Yue-tian, Zeng Fan-jun. Optimización del proceso de extracción alcalina de la proteína de arroz utilizando la metodología de superficie de respuesta. Grain and Feed Industry, 2007, 9: 20-22.

[5] Sun Qing-jie, Tian Zheng-wen. Estudio de las condiciones de proceso para la extracción y concentración de proteína de arroz por el método alcalino. Ciencia y tecnología de la industria alimentaria, 2003, 24 (9): 38-40.

[6]Evelynmae,S.T.,Bemardita,V.E.& Juliano,B.0. Estudios sobre la extoacción y composición del glulten y prolamina del endosperma. Cereal Chemistry,1971,48:168-181.

[7] Song Na, Liu Xuewen, Zeng Li. Estudio de la extracción enzimde la proteína de arroz. Food Research and Development, 2008, 29(8): 61-64.

[8] Deng Jing, Wu Huachang. Estudio de la extracción de proteína de salvado de arroz crudo por método enzimático. Journal of Agricultural Products Processing, 2008, 7:190-192.

[9] Morita T, Kiriyama S. método de producción masiva para aislar proteínas de arroz y evaluación nutricional. Food Science, 1993, 58(6):1393-1396.

[10] Ji Fengdi, Lu Fei, Wang Fujie, et al. Investigación sobre el método de purificación de la proteína de arroz. China Brewing, 2008, 14: 109-111.

[11] Guo Rongrong, Pan Siti, Wang Kexing. Estudio comparativo sobre el proceso de extracción y las características funcionales de la proteína de arroz por método alcalino y método enzimático. Food Science, 2005, 3: 173-177.

[12]Wang Yalin, Tao Xingwu, Zhong Fangxu, et al. Estudio sobre el proceso de extracción de proteínas de salvado de arroz por el método de dos pasos de álcali y enzima. China Oil and Fat, 2002, 27(3): 53-54.

[13] Xi Haiyan, Ou Xiaoqing, Zhang Hui, et al. Estudio de la extracción de proteína de arroz por método enzimasistido a ultra-alta presión. Grain and Feed Industry, 2007, 10: 26-28.

[14] Wang Zhangcun, Kang Yanling. Visión general del desarrollo de las proteínas de cereales en el país y en el extranjero. China Food Additive Review, 2006, 5: 110-113.

[15] Shan Chengjun, Chen Zhengxing. Película comestide proteína de arroz. Journal of Food and Biotechnology, 2005, 24(2): 85-88.