¿Cuáles son los métodos de extracción del polvo de proteína de arroz integral?

El arroz es un cultivo alimentario importante. Alrededor de la mitad del world's población depende del arroz como su alimento básico. Las principales regiones productoras y consumidoras de arroz en el mundo se encuentran en Asia, que representa el 91% del mundo#39 % del consumo total. China's la producción de arroz representa el 37% del total, ocupando el primer lugar en el mundo [1]. El procesamiento profundo y la utilización integral del arroz es actualmente un foco de investigación. Los subproductos de la elaboración — arroz partido, residuo de arroz, salvado de arroz, etc. — contienen muchos ingredientes de gran valor para el desarrollo. El residuo de arroz es un subproducto de la industria de fermentación#Producción de glutamato monosódico, ácido lác, ácido cítrico, etc., y producción de azúcar de almidón. Contiene aminoácidos esenciales requeridos por los organismos y tiene un gran valor de reciclaje [2]. Debido a las propiedades hipoalergénicas y al alto valor nutritivo de la proteína del arroz, el mercado alimentario tiene un futuro relativamente prometedor.

En la actualidad, hay mucha investigación sobre la proteína del arroz integral, y sus aplicaciones se están extendiendo cada vez más. Por ejemplo, se utiliza para producir polvo de proteína de arroz integral, proteína de arroz integral hidrolizada, proteína de arroz integral modificada, péptidos de alto valor añadido, péptidos bioactivos y proteínas resistentes [3]. También se puede utilizar como aditivo en bebidas mezcladas, puddings, helados, alimentos para bebés, etc. La proteína de arroz integral no solo tiene funciones nutricionales únicas, sino que también tiene funciones promotoras de la salud como la reducción de los niveles de colesterol sérico [4]. Aunque la cantidad y la demanda de proteína de arroz integral está aumentando, su aplicación en la industria alimentaria es muy limitada, principalmente debido a su método de extracción imperfecto, su baja solubilidad en agua y sus propiedades funcionales.

La proteína de arroz integral se extrae para obtener un producto de proteína de arroz integral de alta pureza, que generalmente se divide en concentrado de proteína de arroz integral (RPC, contenido de proteína 50%-89%) y aislado de proteína de arroz integral (RPI, contenido de proteína 90% o más) [5]. La harina de arroz, el residuo de arroz, el salvado de arroz y otras materias primas pueden usarse para preparar la proteína de arroz integral. Los investigadores han propuesto varios métodos de preparación para el desarrollo y utilización de la proteína de arroz.

1. Método de extracción por solvente

Las proteínas existen en forma de cuerpos proteicos y están estrechamente rodeadas por gránulos de almidón. Más del 80% de las proteínas en el endospermo son gluten poco soluble, por lo que es relativamente difícil extraer la proteína de arroz integral. En la actualidad, los disolventes comúnmente utilizados para extraer la proteína de arroz integral son: (1) surfactantes: SDS, bromuro de cetiltrimetilamonio; 2) sales de ácidos grasos; 3) ácidos débiles: ácido acético, ácido láctico; (4) perturbadores de enlaces de hidrógeno: urea, clorhidrato de guanidina; (5) álcali: 0,1 N NaOH, 0,1 N KOH; (6) agentes reductores: mercaptoetanol, etc. Cuando se extrae proteína de arroz con fines alimentarios, el NaOH 0,1 N es el más utilizado.

Wang Zhangcun [6] y otros compararon los métodos de extracción de proteína de arroz de salvado de arroz usando solventes no alcalinos y métodos alcalinos, respectivamente. Se encontró que el contenido proteico del producto extraído con un disolvente no alcalino era equivalente al extraído con un método alcalino, pero la tasa de recuperación proteica fue significativamente mayor, alcanzando el 95.2%, mientras que la tasa de recuperación más alta del método alcalino fue de solo 40%. Claramente, hay ciertas ventajas de extraer proteína de arroz usando este disolvente no alcalino, pero el disolvente de extracción no es fácil de quitar, y hay problemas de seguridad con la aplicación del producto, especialmente en aplicaciones de alimentos. Además, los costes de producción aumentã ¡N considerablemente debido al uso del disolvente de extracci ã ³ n. El principal inconveniente del método alcalino es que cuando se extrae en altas concentraciones alcalinas, puede causar una desnaturalización severa de la proteína, así como un aumento en la reacción de Maillard, que produce sustancias marrones. Esto, junto con la solubilización de sustancias no proteicas en altas concentraciones alcalinas, puede afectar a la calidad del producto proteico final. Al mismo tiempo, un ambiente alcalino puede causar reacciones de condensentre ciertos aminoácidos como la lisina y la alanina o cistina, produciendo sustancias tóxicas. El valor nutricional de la lisina se reduce en gran medida, y el producto terminado tiene un color oscuro, un sabor amargo, y es de mala palat.

2. Método de extracción de proteasa

Las proteasas comúnmente utilizados paraExtracto de proteína de arroz integralIncluyen proteasas ácidas, proteasas alcalinas, proteasas neu, enzimas complejas y pepsina. En la actualidad, ha habido mucha investigación sobre la hidrólienzimde las proteínas. El proceso principal es el siguiente: materia prima → remojo → pulpa → enzimóli→ inactivación enzim→ centrifu→ secado hidrolizado → polvo proteico. Ge Na [7] y otros extrajeron proteína de arroz usando proteasa ácida y proteasa neutra, respectivamente, con tasas de extracción de 84% y 43%, respectivamente; Wang Shenglin [8] extrajo proteína de arroz usando proteasa ácida, con una tasa de extracción de 75% a 80%; Wang Wengao [9] utilizó proteasa alcalina y la enzima del compuesto de sabor para extraer la proteína de arroz integral, con una tasa de extracción del 81,6% y una pureza del producto del 85%; Huang Taihua [10] utilizó pepsina para extraer la proteína de arroz integral del residuo de arroz, con una tasa de extracción de 72,4%. De hecho, el proceso de extracción de la proteína de arroz integral usando proteasa no está maduro. Aunque el uso de proteasa puede mejorar las propiedades proteicas, el bajo rendimiento y alto precio de la proteasa han limitado el desarrollo del proceso de extracción de la proteína de arroz integral utilizando proteasa.

¿Qué proteasa es más adecuada para preparar la proteína de arroz? Dado que diferentes investigadores utilizan enzimas de diferentes fabricantes, la actividad enzim, la composición, las materias primas utilizadas, los procesos de extracción no son los mismos, y muchos otros factores, las conclusiones difieren.

Por ejemplo, Wang Wengao [11] y otros estudiaron los tipos de enzimas (Novozyme's aromatizante 500MG proteinasa de sabor compuesta de Dinamarca, con 500 unidades de actividad LAPU/g; Neutrasa 0,5 L proteinasa neutra, con 0,5 UA /g unidades de actividad; Y Alcalse 2.4 L, 2,4 AU/g), relación líquido-sólido, rompide enlace disulfur, y grado de hidrólisis. Se llevó A cabo un experimento ortogonal de cuatro factores y tres niveles utilizando arroz como materia prima para preparar la proteína de arroz. Los resultados mostraron que el tipo de enzima tuvo el mayor efecto sobre la tasa de extracción proteica, siendo la proteasa alcalla la que tuvo la mayor tasa de extracción. Ge Na [7] y otros compararon la proteasa ácida producida por la fábrica de la enzima Wuxi (50.000 U/g unidad de actividad), la proteasa neutra (0,5 UA /g unidad de actividad), la proteasa alcalina (unidad de actividad 2,4 AU/g), y la proteasa compleja (unidad de actividad 1,5 AU/g), y encontraron que la tasa de extracción de la proteína de arroz integral por la proteasa ácida era la más alta. La tasa de extracción puede alcanzar el 91,25%, seguido de proteasa alcalina, y el efecto de extracción de proteasa sabor y proteasa neutra es el peor.

3. Método de separación física

Kang Yanling et al. [12] introdujeron un método para extraer la proteína de arroz integral aplastando la estructura y disolviendo la proteína a través de la molienda coloide y la homogenei. Después de que el arroz integral es micronizado y homogeneizado, la concentración de disolución de proteínas es 75% más alta que la extraída de una solución acuosa simple. El tratamiento de la materia prima con métodos físicos puede aumentar la concentración de disolución proteica en un 18,7%. La pulpa y la homogeneitambién pueden causar que los pesos moleculares de los componentes disueltos varíen mucho. Por lo tanto, es factible utilizar métodos físicos para aumentar la tasa de extracción de proteínas.

En 2005, la agricultura mundial informó que después de cuatro años de investigación, los científicos estadounidenses habían inventado un nuevo método con una mayor relación precio-rendimiento. Es decir, la alta presión generada por un homogeneizador especial se utiliza para romper físicamente el almidón y los agregados de proteínas en el arroz integral en trozos, y el arroz integral sólo necesita pasar a través de este dispositivo una vez para producir partículas acuosas de almidón uniforme y micromoléculas de proteínas, que luego se separan del almidón y la proteína por un proceso de separación basado en la densidad convencional. Este nuevo proceso conserva la calidad original de la proteína y almidón de arroz extraídos, y la proteína y almidón resultantes tienen mejor integridad y funcionalidad que los métodos de procesamiento tradicionales. Científicos estadounidenses creen que este nuevo método tiene el potencial de revolucionar la industria de producción de almidón de arroz y proteínas, y también están investigando el uso del mismo proceso para extraer proteínas, aceite y almidón de salvado de arroz.

Método de 4 amilasa

elExtracción de proteína de arroz integralEl uso de amilasa realmente implica la eliminación de la mayor cantidad posible de los componentes no proteicos del arroz, yla sustancia restante es la proteína de arroz. En la extracción de la proteína del arroz integral, el arroz integral se muele y se mezcla con agua para formar un lodo, se añade amilasa yla mezcla se mantiene caliente durante un período de tiempo. El sobrense separa entonces de la materia sólida para obtener una solución que se añade a la enzima sacarizante para producir maltosa.

El precipitado es un polvo alto en proteínas, con un contenido de proteínas de aproximadamente 50% a 60%. El polvo proteico obtenido mediante este proceso contiene algunos almidones y azúcares que no han sido hidrolizados enzimáticamente, lo que significa que no cumple los requisitos para proteínas concentradas y limita su ámbito de aplicación. Con el fin de aumentar el contenido de proteínas, algunos investigadores han añadido otros pasos de separación, asegurando que el almidón en el arroz integral se licuen en mayor medida. Liu Bin [13] y otros utilizaron residuos de arroz como materia prima, lo lavaron a alta temperatura, y luego añadiamilasa de nuevo para preparar proteínas concentradas, con una pureza de proteínas de más del 85%. Frederick·F·S [14] y otros llevaron a cabo el lavado de alcohol en el precipitseparado de la mezcla sólido-líquido después de la licu, aumentando el contenido de proteínas a 70%-80%.

5. Método de extracción compuesta

Hay muchos problemas con el uso simple de la lejía o la extracción de proteasa, tales como baja tasa de extracción, pureza insuficiente, y riesgos potenciales de seguridad alimentaria. Los investigadores han comenzado a considerar métodos de extracción de compuestos para optimizar el proceso de extracción. Wang Yalin [15] y otros utilizaron un método enzimalcalde de dos pasos para extraer la proteína de arroz de la harina de arroz de una manera gradual, con buenos resultados. Este método utiliza primero una solución alcalina para extraer parte de la proteína, y luego utiliza proteasa alcalpara hidrolizar ligeramente el residuo para mejorar la solubilidad de la proteína y llevar a cabo una extracción secundaria de proteínas, logrando una tasa de extracción de proteínas de 78.8%.

Liu Ji [16] y otros también utilizaron residuos de arroz como materia prima y de manera similar utilizaron un método de dos pasos de álcali y proteasa para extraer la proteína de arroz integral, con una pureza y rendimiento de 70,2% y 57,1%, respectivamente. Chen Ji-wang [17] y otros usaron un método de dos pasos de álcali y proteasa para extraer proteína de arroz integral del arroz quebrado. El proceso es el siguiente: arroz partido → trituración → extracción alcalina dilu→ centrifucentrifu→ solución proteica → hidrólide amilasa → inactivación enzim→ centrifucentrifu→ precipitación → liofilización → proteína de arroz integral. La tasa de extracción de proteína de arroz integral fue de 73.22%, y la pureza fue de 88.75%; Chen Ji-wang [18] y otros utilizaron concentrado de proteína de arroz integral utilizando la separación ciclón de dos etapas para eliminar impurezas, lo que puede reducir el contenido de ceniza a 1,52%. La hidrólisis combinada con celulasa y lipasa puede reducir el contenido de grasa en la proteína a 2,72%. Después de la purificación, el contenido proteico del concentrado de proteína de arroz integral alcanza el 70%, con un rendimiento de 73.96%.

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A medida que la gente se hace más consciente del valor nutricional y las propiedades hipoalergénicas de la proteína de arroz integral, y a medida que el mercado internacional presta más atención a la proteína de arroz, es seguro que atraerá a muchos investigadores para llevar a cabo investigación y desarrollo. En los últimos años, los investigadores han llegado a la conclusión de que el método de extracción no alcalina en el método del disolvente tiene problemas como los altos costes de producción y los riesgos de seguridad alimentaria; El método alcalino consume una gran cantidad de lejía y tiene problemas de protección del medio ambiente; El método de proteasa también tiene problemas de baja tasa de extracción y alto costo; Los métodos de separación física y física no tienen capacidades técnicas maduras en China en la actualidad. Por lo tanto, en futuros trabajos de investigación, el método de extracción debe determinarse de una manera específica en función de la materia prima, y una combinación optimide diversos métodos de extracción debe utilizarse para complementar entre sí#39;s ventajas.

Referencias:

[1] Yao Huiyuan. Tendencias de desarrollo de World Rice deep processing and China& (en inglés)#39;s ventajas potenciales. Artículos seleccionados de la 2 ª conferencia académica anual de la asociación China de cereales y aceites [R]. Wuxi: asociación China de cereales y aceites, 2002: 12-16.

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[3] Wang Zhangcun, Yao Huiyuan. Estudio de la hidrólienzimy propiedades de la proteína de arroz [J]. China grains and Oils Journal, 2003, 18(5): 5-7.

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[8] Wang Shenglin. Extracción e investigación de la proteína de arroz [D]. Wuxi: Wuxi Institute of Light Industry Library, 1988 (en inglés).

[9] Wang Wengao. Investigación sobre la conversión de arroz índica temprano y arroz roto en proteína de arroz hipoalergénica y almidón de liberación lenta [D]. Wuxi: biblioteca de la universidad de Jiangnan, 2003.

[10] Huang Huihua. Investigación sobre la extracción de proteínas de las heces de arroz utilizando pepsina [J]. Shaanxi cereales, aceites y alimentos ciencia y tecnología, 1996, (3): 60-61.

[11] Wang Wengao, Chen Zhengxing, Yao Huiyuan. Estudio sobre la extracción de proteína de arroz por diferentes proteasas [J]. Grain and Feed Industry, 2002, (2): 41-42

[12] Kang Yanling, Wang Zhangcun. Estado de la investigación de la proteína de salvado de arroz [J]. Grain and Oil, 2006, (3): 22-24.

[13] Liu Bin, Huang Wen. Investigación del proceso de hidrólisis enzimde la proteína de salvado de arroz [J]. Grain and Feed Industry, 2005, (8): 6-8.

[14] Frederick F·Shih y Kim W.Daigle. ,Pre-protein, JAOCS,77:885-889(2000).

[15] Wang Yalin, Tao Xingwu, Zhong Fangxu, et al. Estudio del proceso de extracción proteica de salvado de arroz por método de enzima alcalalcalen en dos etapas. [J]. China Oil and Fat, 2002,(3):53-54.

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[17] Chen jiwang, Yao Hui-yuan. Desarrollo y utilización de la proteína de arroz [J]. Ciencia y tecnología de los alimentos, 2002, (6): 87-89.

[18] Chen Ji-wang, Sun Qing-jie, Xia Wen-shui, et al. Investigación sobre la preparación de la proteína de arroz por el método enzimalcalde de dos pasos [J]. Transacciones de la sociedad China de ingeniería agrícola, 2006, (5): 169-172.