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

Elarrozes uno de los principales cultivos alimentarios en China. En 2018, se produjerelalrededor de 481 millones de toneladas de arroz en todo el mundo [1], y se esperunque la demanda de arroz aumente un 40% para 2030 [2]. Los principales componentes del arroz son el almidón y las proteínas [3], que representanaproximadamente el 80% y el 8% del peso del arroz, respectivamente. Entre ellos, el almidón de arroz tiene las ventajas de partículas finas, tamaño de partícula uniforme, y buena estabilidad de congelación y deshielo, y tiene propiedades y usos únicos [4]; La proteína de arroz contiene 18 aminoácidos, tales como metionina, prolina, lisina, isoleucina, fenilalanina, leucina y triptófano y treonina, etc. La proteína del arroz tiene una potencia biológica de hasta 77, similar a la de la carne y el pescado, y es una proteína vegetal de alta calidad [6].

La proteína de arroz también tiene una hipoalergenicidad única, y los polipéptidos hidrolizados tienen beneficios para la salud como la reducción de la presión arterial y el colesterol [7]. Por lo tanto, la utilización integral del arroz se centra principalmente en la modificación de las proteínas [8] y el desarrollo del valor nutricional [9]. China ha sido durante mucho tiempo el mundo#39;s mayor productor de arroz [10], pero China#39;s esfuerzos para desarrollar el arroz han sido modestos y la investigación no ha sido en profundidad, lo que ha dado lugar a un grave desperdide China#39;s arroz. Con el continuo desarrollo de la tecnología alimentaria, debería incrementarse la investigación sobre los recursos de arroz, de manera que los recursos de arroz de bajo valor puedan ser razonablemente transformados en productos de alto valor, logrando así mayores beneficios económicos y sociales. Este documento proporciona una visión general de la tecnología de extracción, las propiedades estructurales, las propiedades funcionales y la utilización integral de la proteína de arroz.

1 métodos de extracción para la proteína de arroz Polvo polvo polvo

1.1 extracción alcalina y precipitación ácida

El método alcalino es actualmente el método más común y tradicional para extraer proteína de arroz. Se basa en el principio de queProteína de arrozContiene más del 80% de proteína soluble en álcali. La proteína obtenida por extracción alcalina es relativamente pura, pero el uso de una solución alcalina de alta concentración en el proceso de extracción tiene un cierto impacto en la tasa de extracción y las propiedades fisicoquímicas de la proteína de arroz. Wang [11] investigó el efecto de diferentes concentraciones de la solución de NaOHsobre la tasa de extracción y las propiedades fisicoquímicas de la proteína de arroz. El estudio mostró que bajo las condiciones de extracción de alta concentración alcalina, la proteína fue severamente desnaturalizada, la reacción de Maillard fue severa, y la lisina y la alanina sufrieron una reacción de condenspara formar sustancias tóxicas. Al mismo tiempo, se produjeron sustancias marrones que afectaron el color del producto. Esto demuestra que la concentración de la solución alcalina tiene un efecto significativo sobre la proteína de arroz. Al mismo tiempo, factores como la temperatura, el tiempo y la relación material-líquido también tienen un efecto significativo en la tasa de extracción de proteína de arroz [12]. Wang Yalenet Al.[13] y Wang Liying et al. [14] usaron el método de extracción alcalina y precipitación ácida para extraer la proteína de arroz, y se pueden obtener más componentes de proteínas en condiciones óptimas. El método alcalino es fácil de extraer, pero consume mucha agua y álcali, por lo que es difícil aplicar el método alcalino a la producción industrial.

1.2 método enzimático

La extracción enzimse puede dividir en proteasa y no proteasa. La extracción de proteasa utiliza la degradación y modificación de proteínas de arroz por enzimas relevantes para hacer proteínas de arroz péptidos solubles y luego extraídos. Las proteasas comunes incluyen proteasas neu, proteasas alcalinas y proteasas complejas. Entre ellas, las proteasas alcaltienen el mejor efecto de extracción [15]. Zhang Juanjuan et al. [16] usaron la papaína, la proteasa alcalina, la proteasa neutra y la bromelina para extraer proteínas del residuo de arroz y encontraron que el efecto de extracción de la proteasa alcalina y la proteasa neutra era mejor que el de la papaína y la bromelina.

De acuerdo con los diferentes tipos de hidrólide proteasa, las proteasas se dividen en endopeptidasas y exopeptidasas. Las endopeptidasreaccioncon con los enlaces peptídicos dentro de las proteínas para hidrolizar proteínas en polipéptidos, tales como proteasas alcalinas y proteasas neutr. Las exopeptidasas descomponen las proteínas en aminoácidos individuales de cada extremo de la cadena peptídica, como las proteasas del sabor y la papaína. Hamada et al. [17] usaron proteasa alcalina para extraer proteína de salvado de arroz y, con un grado de hidrólisis de 10%, la tasa de extracción de proteína de salvado de arroz alcanzó 92%, lo cual es relativamente alto. El método de extracción no proteasa se refiere al uso de amilasa, celulasa, etc., para eliminar los componentes no proteicos del arroz y retener los componentes proteicos, con el fende extraer la proteína de arroz. Shih et al. [18] usaron − -amilasa para enzimel salvado de arroz, yla tasa de recuperación de proteínas yla pureza de proteínas obtenidas fueron más altas que las de la proteína de salvado de arroz preparada por el método de proteasa. Esto es similar a los resultados de Tang et al. [19], quienes usaron amilasa para hidrolizar el almidón y mejorar la tasa de extracción de proteína de arroz.

1.3 clasificación de Osborne

Osborne clasilas proteínas de acuerdo a su solubilidad en cuatro tipos: albúminas, globulinas, proteínas soluen alcohol y gluteninas. Las albúminas son proteínas que se pueden disolver en agua, y las globulinas son proteínas que se pueden disolver en soluciones salinas diluidas además de proteínas hidrosolu. Las albúminas y globulinas son las proteínas activas en el arroz, pero su contenido es relativamente bajo. Además de las dos proteínas anteriores, la proteína que se puede disolver en 50% a 90% de etanol es la proteína soluble en alcohol, y la proteína que sólo se puede disolver en ácido o álcali es el gluten. El Gluten y la proteína soluble en alcohol son proteínas de almacenamiento y los principales componentes de la proteína de arroz, de la cual el Gluten representa alrededor del 80% y la proteína soluble en alcohol representa alrededor del 10% [20]. Osborne utilizó por primera vez la diferencia en la solubilidad de las proteínas de trigo a principios del siglo para extraer proteínas de trigo continuamente, y más tarde fue ampliamente utilizado para extraer proteínas de arroz de una manera gradual. Wang Yanling et al. [21] usaron Osborne's método de extracción para extraer cuatro tipos de proteínas de salvado de arroz, obteniendo una tasa total de extracción de proteínas del 96%. La ventaja de este método es que las cuatro proteínas se pueden extraer por separado para estudiar sus propiedades. La desventaja es que requiere más equipo y es más complicado de operar.

1.4 método físico asistido

La extracción física asistida generalmente utiliza métodos físicos como ultrasonido, congelación-descongelación, alta presión y homogeneia alta velocidad para ayudar al método alcalino o enzimpara extraer proteínas del arroz. La ventaja del método de extracción física asistida es que puede mejorar la tasa de extracción de proteínas de arroz. La extracción asistida por ultrasonido utiliza la cavitación, efectos mecánicos y térmicos de las ondas sonoras para aumentar la velocidad y frecuencia del movimiento molecular en el agente de extracción, de modo que las moléculas disolventes pueden penetrar más rápida y fácilmente las células de extracto y las sustancias objetivo pueden ser disuelmás rápidamente. Cai Sha et al. [22] y Liu Haifei et al. [23] estudiaron el método alcalino asistido por ultrasonido para extraer proteína de arroz. Ambos encontraron que las ondas ultrasónicas pueden aumentar la tasa de extracción de proteínas. El principio puede ser eso El ultrasonido se propagen en líquido, haciendo que el medio líquido se estire y compriconstantemente, creando un efecto de cavitación. Este efecto de cavitación puede destruir la célula y la estructura de la membrana celular del arroz, aumentando así la capacidad de la proteína de arroz para penetrar a través de la membrana celular.

El principio de congelación y deshielo es que cuando las células se congelan y descongelan repetidamente, se forman cristales de hielo en el agua, y la concentración de sal en el líquido restante aumenta, lo que hace que las células se hinchen y las paredes celulares se romp, lo que facilita la disolución de la proteína de arroz. Cui Suping et al. [24] usaron el método de congelación y descongelación para tratar el purín de arroz y luego extrajeron la proteína del arroz usando un método alcalino. Los resultados mostraron que la tasa de extracción proteica del purín de arroz después del tratamiento de congelación y descongelación fue 2,6% más alta que la del método alcalino. Choi et al. [25] usaron un método de proteasa asistida por congelación y descongelación para eliminar proteínas para obtener almidón de arroz. En comparación con el método alcalino y el método de proteasa, las tasas de remode proteína de arroz se incrementaron en 2,5% y 7,57%, respectivamente. Se especula que el efecto de congelación-deshielo puede cambiar el equilibrio interno del arroz, cambiando parcialmente la estructura, aumentando así la tasa de extracción de proteínas.

En la extracción asistida a alta presión, cuando la presión alcanza un cierto nivel, los complejos enlaces químicos entre el almidón y las proteínas en la rotura de arroz [26], y la estructura de cuatro dimensiones de la proteína cambia, aumentando así la tasa de extracción de la proteína de arroz. Xi Haiyan et al.[27] usaron el método de enzimas alcalinas asistidas a presión ultra alta para extraer la proteína de arroz, y encontraron que cuando la presión era de 400 MPa, la tasa de extracción de proteína de arroz era 7,82% más alta que la del método de enzimas alcalinas. Zhao Congcong et al. [28] encontraron que después de tratar las partículas de arroz con alta presión, la tasa de extracción de proteínas se incrementó en 24% en comparación con el método de extracción alcalina. La alta presión puede causar un cierto grado de cambio en las propiedades del material, lo que aumenta la tasa de extracción de proteínas.

La homogeneia alta velocidad utiliza fuerzas mecánicas como el corte a alta velocidad, la oscilación de alta frecuencia, la cavitación y el choque convec, así como los efectos térmicos correspondientes, que son causados cuando el material pasa rápidamente a través de la cámara de homogenei. Los efectos mecánicos y químicos inducidos pueden inducir cambios en las propiedades físicas, químicas y estructurales del material#39;s, consiguiendo en última instancia el efecto de aumentar la tasa de extracción de proteínas. Las propiedades físicas, químicas y estructurales moleculares cambian, y finalmente logran el efecto de mejorar la tasa de extracción de proteínas. Shi Xuanming et al. [29] investigaron el efecto de diferentes métodos de extracción en la tasa de extracción de proteínas del arroz y encontraron que el tratamiento de homogeneia alta presión puede mejorar la tasa de extracción de proteínas del arroz.

2 características estructurales de la proteína de arroz Polvo polvo polvo

El endosperma del arroz tiene una estructura interna compacta, con cuerpos proteicos encapsulados y Unidos a pequeños gránulos de almidón. Los enlaces disulfury los grupos hidrofóbicos están reticuly agregados entre moléculas [30]. De acuerdo con el estado de existencia de la proteína corporal, se puede dividir en tipo PB-I y tipo PB- -. Observando con un microscopio electrónico, se puede observar que el tipo PB-I tiene una estructura compacta con capas granulares, con un diámetro de 0,5 a 2 μm; El tipo PB-Ⅱ tiene una textura uniforme sin capas y es de forma elipsoidal, con un diámetro de aproximadamente 4 μm [31]. La clara de huevo soluble en alcohol es principalmente del tipo PB-I, mientras que la clara de huevo globular y la clara de huevo glutina son principalmente del tipo PB-Ⅱ.

La albúmina está compuesta por una sola cadena peptídica con un amplio rango de pesos moleculares, y las subunidades se distribuyen principalmente entre 18 y 20 kDa [32]. Debido a su alta solubilidad en agua y alto contenido de lisina, tiene un valor nutricional más alto que otras proteínas, y por lo tanto es particularmente valorado como un componente rico en nutrientes de la proteína de arroz [33]. Los polipéptidos de globulina incluyen cuatro polipéptidos: a, b, Cy d, con pesos moleculares de 25,5, 15, 200 y más de 200 kDa, respectivamente [34]. Entre ellos, el polipéptido de a-globulina es el principal polipéptido de la globulina de arroz y se almacena en el endosperma de semillas maduras de arroz [35]. Las albúminas y globulinas tienen un efecto significativo sobre la actividad fisiológica del arroz y juegan un papel clave durante el período de crecimiento del arroz [36].

Las proteínas soluen alcohol y las gluteninas son proteínas de almacenamiento en el arroz. Las proteínas solusolubles en alcohol tienen un peso molecular relativamente bajo, pero hay muchos tipos diferentes. Se pueden dividir en 10 proteínas solusolubles en alcohol kDa (RP10), 13 proteínas solusoluen en alcohol kDa (RM1, RM2, RM4 y RM9) y 16 kDa proteína soluble en alcohol (RP16) [37]. La proteína soluble en alcohol de 10 kDa consta de 110 aminoácidos. El N-terminal de su proteína precurcontiene una secuencia peptídica señal compuesta de 24 aminoácidos. Hay muchos tipos de proteína soluble en alcohol de 13 kDa, y su aminono es el mismo, y el péptido señal de la proteína precurconsiste de 18 a 19 aminoácidos; Las 16 proteínas soluen alcohol kDa generalmente consisten de 130 a 140 aminoácidos, y el péptido señal de la proteína precurconsiste de 18 a 19 aminoácidos [38]. De acuerdo con el peso molecular, la glutenina se divide en 57 kDa glutenina, 37-39 kDa glutenina y 20-22 kDa glutenina. De acuerdo con el punto isoeléctrico, la glutenina de 37-39 kDa se llama subunidad ácida, y la glutenina de 20-22 kDa se llama la subunidad básica. La glutenina también se puede dividir en cuatro subunidades basadas en la similitud de la secuencia de aminoácidos: GluA, GluB, GluC y GluD [37]. El aminoterminal (N-terminal) del precursor del gluten contiene un péptido señal compuesto por 24 residuos de aminoácidos, y la secuencia de este péptido señal juega un papel importante en la síntesis del precursor del gluten [30].

3 propiedades funcionales de la proteína de arroz Polvo polvo polvo

3.1 la retención de agua

La retención de agua de una proteína es la masa de agua que queda en la proteína después de la centrifude una solución proteica de cierta concentración. La conformación de proteínas, la composición de aminoácidos, la polaridad de la superficie y la hidrofobicidad de la superficie afectan a la retención de agua de la proteína de arroz [39]. The backbone deThe protein& (en inglés)#39; la cadena peptídica s puede retener más agua, y la cantidad de agua retenestá relacionada con la floflodel esqueleto de la cadena peptídica. Cuanto más suelta es la cadena peptídica, más agua retiene. Además, algunos grupos polares en la proteína de arroz pueden interactuar con iones en la materia prima, haciendo que la estructura alrededor de la cadena peptídica se afloje y el efecto de retención de agua aumente [40]. Zhu et al. [41] usaron alta presión para tratar la proteína de salvado de arroz y encontraron que el tratamiento de alta presión mejoró significativamente la retención de agua del salvado de arroz. Esto se debe a que a medida que aumenta la presión, la estructura de la proteína de salvado de arroz tiende a despleg, exponiendo más grupos hidrófilos y proporcionando más sitios de Unión al agua. Cuanto mayor es la presión, más grupos de aminoácidos están expuestos y mejor es la retención de agua.

3.2 propiedades espumantes y estabilidad de la espuma

Las propiedades de espuma se refieren a la zona interfacial formada por la proteína durante la espuma, mientras que la estabilidad de la espuma se refiere a la capacidad de evitar que las burbujas exploten. La proteína de arroz tiene buenas propiedades espumantes y estabilidad espumporque contiene tanto grupos hidrofílicos como hidrofóbicos. Después de la homogeneia alta velocidad, la estructura espacial de la proteína de arroz se despliy la hidrofobicidad de la superficie aumenta, lo que mejora la formación de espuma [42]. Esto conduce a una rápida adsorción de la proteína en la interfaz aiagua, formando una capa de proteína cohe[43]. Wan Hongxia et al. [44] encontraron que las propiedades espumantes de la proteína de arroz aumentaron significativamente después de la homogeneidinámica de microchorro de ultra alta presión, que se atribuyó a la exposición de grupos hidrofóbicos y el aumento de la reticulmolecular, lo que mejoró las propiedades espumy la estabilidad en diversos grados.

3.3 propiedades emulsionantes y estabilidad de la emulsión

Las propiedades emulsificantes se refieren a la capacidad de las proteínas para absorber rápidamente ingredientes polares y no polares en la interfaz agua/aceite evitando la Unión, mientras que la estabilidad de la emulsión refleja la capacidad de las emulsiones para permanecer emulsificadas durante un período de tiempo medible. Las propiedades emulsificantes y estabilizantes de las proteínas dependen del equilibrio entre las propiedades hidrofílicas y lipofílicas [45].

Wang et al. [46] informaron del efecto de la hidrofobicidad de la superficie sobre la capacidad emulsificante de la proteína de salvado de arroz y encontraron que el despliegue de la estructura espacial de la proteína de salvado de arroz y la exposición de los grupos hidrofóbicos pueden aumentar la absorción de la proteína de salvado de arroz al aumentar la absorción en la interfaz aceite/agua, mejorar las propiedades emulsificantes, y el despliegue de la estructura del huevo de salvado de arroz expuesto a más grupos hidrofílicos y lipofílicos, Lo que fue beneficioso para la interacción entre la proteína y el disolvente e impidió la coalde gotitas de aceite, y también mejoró la estabilidad emulsificante.

De hecho, hay muchos factores que restringen la estabilidad emulsificante de las proteínas, lo que conduce a diferentes tendencias en la capacidad emulsificante y la estabilidad emulsificante de las proteínas. Liu Fang et al. [47] encontraron que el uso de la proteína de arroz como materia prima, las propiedades emulsionantes y la estabilidad de la emulsión aumentcon el aumento de la temperatura de tratamiento térmico. Zhang Jing et al. [48] encontraron que las propiedades emulsificantes de la proteína de arroz aumentaban con el aumento de la presión, y luego disminuían, mientras que la estabilidad de la emulsión disminuía continuamente.

4 aplicaciones de proteína de arroz Polvo polvo polvo

4.1 suplementos nutricionales altos en proteínas

Debido a su razonable composición de aminoácidos, hipoalergenicidad única y alta potencia biológica, la proteína de arroz es la primera opción de proteína vegetal de alta calidad para grupos especiales de personas cuando se complementa la nutrición. Algunas proteínas vegetales o proteínas animales tienen factores anti-nutricionales, como los inhibidores de la tripsina, la raffinosa y la hemaglutinina en la soja, la mucina en los huevos y la lactoglobulina en la vaca#39;s leche. En comparación con las proteínas anteriores, la proteína de arroz tiene una alergenicidad extremadamente baja y puede añadirse a los alimentos infantiles como sustituto de otras proteínas vegetales como la proteína de soja y las proteínas animales. Es una importante fuente de proteínas para los alimentos infantiles [49]. Por otro lado, el polvo de proteína de arroz también ha sido ampliamente estudiado en la alimentación animal y se ha utilizado ampliamente en la acuicultura y la ganadería.

Péptidos activos

Hidrolizado de proteína de arrozContiene una variedad de pequeños fragmentos de péptido fisiológicamente activos que tienen el efecto de reducir la presión arterial, anti-envejecimiento, bajar los niveles de colesterol, y mejorar el cuerpo's sistema inmune [50]. Yang et al. [7] estudiaron los efectos de las proteínas solubles en alcohol en la respuesta inmunitaria antitumoral in vitro y el crecimiento de leucemia en ratones in vivo, y encontraron que las proteínas soluen en alcohol pueden promover eficazmente la inmunidad antitumoral e inhibir el crecimiento de leucemia sin toxicidad significativa. Wang et al. [46] estudiaron si los diferentes componentes de la glutenina de arroz y las proteínas soluen en alcohol podrían ejercer diferentes actividades antioxidantes in vitro. Encontraron que después de la digestión de pepsintripsina, la glutenina mostró reacciones antioxidantes más fuertes en términos de actividad de eliminación de radicales libres, actividad quelde metales y poder reduc, mientras que las proteínas soluen en alcohol produjeron una capacidad antioxidante más débil.

Películas películas comestibles

Las películas comestibles son un nuevo tipo de material para envases de alimentos que se ha desarrollado rápidamente en respuesta a la demanda de los consumidores de envases de alimentos convenientes y respetucon el medio ambiente. Tienen buenas propiedades de barrera de gas, propiedades de barrera de aceite y propiedades de retención de aromas [51]. La hidrofilicidad de la proteína de arroz en sí misma significa que la resistencia al agua de las películas comestibles basadas en la proteína de arroz es relativamente pobre. Por lo tanto, la alta permeabilidad al agua significa que las películas comestibles de proteína de arroz sólo se pueden utilizar para alimentos con un contenido de humedad relativamente bajo, tales como dulces, frutas conservadas y frutos secos [52]. La investigación sobre las películas comestibles de arroz no sólo se ajusta a las necesidades de la tendencia internacional de la protección del medio ambiente, sino también una exploración de futuro del desarrollo integral y la utilización de la proteína de arroz. El uso de la proteína de arroz para fabricar plásticos verdes y materiales de película para envases comestibles es uno de los aspectos importantes de la amplia tecnología de utilización del arroz.

5 conclusión

La proteína es un componente importante de todas las células y tejidos del cuerpo humano y es uno de los siete nutrientes esenciales. Actualmente, la proteína animal es la principal fuente de proteínas en la dieta. Con la mejora del nivel de vida y de las personas#39;s constante búsqueda de la salud, las proteínas de origen vegetal están adquiriendo cada vez más importancia en los complementos dietéticos y en la elaboración de alimentos.

Proteína de arroz El polvo, como proteína vegetal de alta nutrición, baja alergénica y alta calidad, es muy adecuado para niños, ancianos y enfermos. Sin embargo, debido al bajo contenido de proteínas en el arroz, el desarrollo de las propiedades nutricionales funcionales de la proteína de arroz no se ha apreciado plenamente desde hace mucho tiempo. En la actualidad, la mayor parte de la investigación sobre la proteína del arroz se centra en el proceso de extracción. Aunque el método alcalino para extraer la proteína de arroz es relativamente maduro, no ha sido realmente aplicado en la producción industrial debido a varias deficiencias. Aunque el método enzimpara extraer la proteína de arroz tiene mejor rendimiento en todos los aspectos, su solubilidad no es optimista. Otros métodos auxiliares o de alta tecnología sólo son adecuados para la investigación en laboratorio.

Las proteínas en el arroz se pueden dividir en albúminas, globulinas, proteínas soluen alcohol y gluteninas de acuerdo con su solubilidad. Los diferentes tipos de componentes proteicos tienen diferentes campos de aplicación práctica. Como el componente proteico más abundante en el arroz, la glutenina se utiliza relativamente ampliamente en el procesamiento de alimentos funcionales. Sin embargo, la glutenina tiene una solubilidad pobre, por lo que algunas investigaciones se centran actualmente en modificar la proteína de arroz para mejorar su solubilidad, propiedades espum, propiedades emulsionantes, absorción de aceite, etc., y mejorar sus propiedades funcionales. Esto permitirá la producción de polvos de proteína de arroz, películas de proteína de arroz y otros productos de proteína de arroz con alta funcionalidad y buenos indicadores de procesamiento.

Con la profundización de la investigación y la participación de la alta tecnología, la tasa de extracción y las propiedades funcionales de la proteína de arroz seguramente mejorarán. El desarrollo y la utilización de la proteína de arroz seguramente logrará la transformación razonable de recursos de bajo valor en recursos de alto valor, obteniendo así mayores beneficios económicos y sociales.

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