¿Cuáles son los usos del polvo de proteína de arroz?

La proteína de arroz (RP) es un término general para las proteínas derivadas del arroz, y generalmente se encuentra en los subproductos del procesamiento del arroz. Comparadas con las proteínas del trigo y del maíz, las proteínas del arroz son hipoalergénicas y se digifácilmente. Son reconocidas como proteínas dietéticas de alta calidad con amplias perspectivas de aplicación en alimentos infantiles y alimentos de alta gama [1]. Las proteínas de arroz producidas por diferentes métodos de procesamiento difieren en su composición y propiedades funcionales. Este artículo presenta las principales fuentes, propiedades funcionales y estado actual de procesamiento y utilización de las proteínas de arroz para proporcionar una referencia para su posterior desarrollo y utilización.

1. Fuentes de polvo de proteína de arroz

El contenido proteico del arroz intacto es de aproximadamente 8%, compuesto principalmente de albúmina (2% a 5%), globulina (2% a 10%), glutenina (66% a 78%) y proteína soluble en alcohol (1% a 5%). Entre ellas, la glutenina insoluble en agua y la proteína soluble en alcohol representan más del 80% [2]. Por lo tanto, el contenido y la calidad de la proteína de arroz producida por diferentes métodos de procesamiento varían mucho. La proteína de arroz tiene el valor biológico más alto de todos los granos (77) [3]. Además, la proteína del arroz es una proteína vegetal hipoalergénica. La digestibilidad, el valor biológico y la tasa de utilización neta de proteínas en niños pequeños es de 88,8%, 90% y 79,9% respectivamente, por lo que es adecuado para su uso en alimentos para lactantes, niños pequeños y ancianos [4].

1.1 subproductos del procesamiento de almidón de arroz

El almidón es el principal componente del arroz (80%), seguido por la proteína (8%) [5]. El almidón de arroz es un típico almidón de partículas pequeñas (2μm a 8μm) con partículas uniformes. El almidón de arroz gelatinizado absorbe agua rápidamente, tiene una textura muy suave, es similar a la mantequilla, tiene una sensación grasa en la boca, y se propagfácilmente. Por lo tanto, puede ser utilizado como análogo de la grasa en alimentos [6]. Además, el almidón de arroz tiene una buena estabilidad de congelación y deshielo, lo que puede evitar que los alimentos se deshidraten y se encodurante el proceso de congelación [7]. En la actualidad, la producción anual de almidón de arroz en China es de unas 40.000 toneladas, y se utiliza principalmente como espesante, relleno, agente moldey factor funcional en las industrias alimentaria y farmacéutica [8].

La proteína de arroz es el principal subproducto del procesamiento del almidón de arroz. Los principales métodos de procesamiento del almidón de arroz son: el método de solución alcalina, el método enzimy el método mecánico. El método de solución alcalutiliza una solución alcalpara eliminar la proteína y algunos lípidos, y luego enjuague y centrifupara obtener el almidón. La proteína en la solución alcalina se puede recuperar por precipitación ácida [9-10].

Este método causa mucha contaminación ambiental y es raramente usado hoy en día. El método enzimes un método más ecológico y eficiente. La proteasa se utiliza para hidrolizar las proteínas insolubles en el arroz en proteínas solubles, y luego la centrifuo filtración se utiliza para obtener almidón de arroz y proteínas. La desventaja del método enzimes que el almidón de arroz obtenido tiene un contenido residual de proteínas y lípidos relativamente alto [11]. El método mecánico es un método relativamente nuevo para separar el almidón de arroz y la proteína. Este método utiliza un homogeneizador especial de alta presión para romper las partículas agregde almidón y proteínas en el arroz y separarlos. La separación física del almidón y las proteínas se consigue explotando la diferencia de densidad entre ambos. Este método conserva la calidad original del almidón de arroz y la proteína, y la calidad del producto es mejor [12].

1.2 subproductos del procesamiento de jarabe de almidón de arroz

El jarabe de almidón de arroz se produce generalmente utilizando arroz partido, que es un residuo producido durante el proceso de procesamiento del arroz, que representa del 15% al 20% del residuo [13]. El residuo es rico en proteínas de arroz (50% a 70%), lípidos (3% a 8%) y cenizas (2% a 3%), y es la principal fuente de proteína de arroz [14]. La calidad del arroz partido y la tecnología de elaboración del jarabe influyen directamente en el contenido proteínico y lipídico del residuo. El alto contenido de lípidos hace que el residuo de arroz sea extremadamente susceptible a la oxidde los lípidos y la rancidez, incluso después del secado, lo que produce un mal sabor y decoloración que afecta directamente a las propiedades funcionales de la proteína. Después de la eliminación, secado y desengrasde de impurezas, el residuo puede contener más del 80% de proteína, que se puede utilizar directamente para aditivos alimentarios o procesamiento posterior.

En la actualidad, la principal fuente de proteína de arroz es el subproducto del almidón de arroz y el procesamiento de jarabe de almidón de arroz. Sin embargo, la proteína de arroz resultante es insoluble en agua y anteriormente se utilizaba principalmente como alimento. En los últimos años, debido a la creciente demanda del mercado de polvo de proteína de arroz, el residuo de arroz se ha convertido en la principal materia prima para la producción de polvo de proteína de arroz comesti.

2. Modificación de la proteína de arroz

La proteína de arroz es una proteína estructural globular rígida. Las subunidades forman un agregado molecular denso a través de enlaces disulfurintramoleculares e intermoleculares e interacciones hidrofóbic, y su pobre solubilidad limita su aplicación en la industria alimentaria [15]. Por lo tanto, la modificación de la proteína de arroz mediante métodos físicos, químicos y enzimpara cambiar su estructura espacial y sus propiedades fisicoquímicas y mejorar sus propiedades funcionales es actualmente un punto caliente de investigación.

Modificación física

La modificación física se refiere al uso de métodos tales como calor, campos electromagnéticos, fuerza mecánica, alta presión y radiación de microondas para mejorar las propiedades funcionales de las proteínas. Los productos modificados físicamente tienen pocos efectos secundarios tóxicos y son de bajo costo, pero el efecto de modificación a menudo no es significativo, y hay relativamente pocos informes de investigación relacionados. Estudios han demostrado que cuando la proteína de arroz se homogeneiza a presión de 0-120 MPa, la solubilidad de la proteína aumenta significativamente con el aumento de la presión (p < 0,01), y la actividad emulsificante también mejora significativamente [16]. Además, se ha informado en la literatura que la solubilidad de la proteína de arroz se puede aumentar a más del 98% mediante la disolución alcalina repetida, congelación, trituración y centrifu, y las propiedades emulsionantes y espumtambién se mejoran significativamente [17].

2.2 modificación química

La modificación química se refiere al uso de métodos químicos para modificar grupos tales como grupos hidroxilo, carboxilo y amino en las cadenas laterales de los polipéptidos o introducir otros grupos funcionales para cambiar la estructura molecular de las proteínas y mejorar sus propiedades funcionales. En la actualidad, las principales modificaciones químicas de la proteína de arroz son: desamidación, acilación, glicosilación, fosforilación y alquilación.

Existen varios métodos para la desamidación de proteínas, entre los cuales el método ácido es ampliamente utilizado. Jiang Tianyan et Al.[18] encontraron que la solubilidad de la proteína de arroz es directamente proporcional al grado de desamidación. Cuando el grado de deamidación es del 64,5%, la solubilidad alcanza el 96,6% y la propiedad espumes del 27%. La propiedad emulsificante de la proteína de arroz es mejor cuando el grado de desamidación es de 19,6% a 35,7%. La solubilidad de la proteína de arroz también puede ser mejorada por modificación de acilación [19]. Además, la solubilidad, las propiedades emulsificantes y las propiedades espumde la proteína de arroz se mejoran significativamente después de la modificación de la glicosilación [20]. Los estudios anteriores muestran que la modificación química tiene un efecto significativo en la mejora de las propiedades funcionales de la proteína de arroz, pero teniendo en cuenta la nutrición y la seguridad, es necesario prestar más atención a la elección de métodos, el control de las condiciones y el medio ambiente.

Modificación de enzimas

La modificación enziminvolucra principalmente el uso de enzimas para actuar sobre los enlaces peptídicos y grupos de cadenas laterales en moléculas proteicas para cambiar su estructura y función. Hay muchas formas diferentes de hacerlo, incluyendo hidrólisis enzim, reacciones proteinoides, desamidación, fosforilación, etc., la más común de las cuales es la hidrólisis de proteasa. Actualmente, hay muchas proteasas diferentes utilizadas para la modificación enzimde proteínas dietéticas, incluyendo las de diferentes fuentes como microorganismos, plantas y animales. Debido a que las diferentes proteasas tienen diferentes sitios enzim, sus estructuras moleculares de producto son diferentes, y sus propiedades funcionales fisicoquímicas también son diferentes.

Debido a la fuerte hidrofobicidad de las proteínas del arroz y al hecho de que han sido desnaturalizadas durante el procesamiento, el efecto de la hidrólisis enzimcompleja es a menudo mejor que el de la hidrólide de una sola enzima durante la modificación enzim. Algunos estudios han demostrado que la proteasa alcalpuede aumentar el índice de solubilidad de nitrógeno (NSI) de la proteína de arroz al 95%, el poder emulsionante al 55%, y el poder espumal 70% cuando se hidroliza en condiciones neu[21]. Liu Hongfu et al. [22] usaron enzimas alcalasa y flavourzima para hidrolizar la proteína del arroz a 10,26%.

Las propiedades funcionales y el valor nutricional de la proteína de arroz también se pueden mejorar mediante el uso de una reacción similar a una proteína para recombinar la secuencia de aminoácidos original. Yang Qian et al. [23] usaron un hidrolisado de proteasa alcalde de proteína de arroz como materia prima y usaron pepsina para catalizar una reacción similar a la proteína. El contenido de aminoácidos esenciales de la proteína de arroz obtenida, tales como Thr, Ile, Phe y Lys, se incrementó significativamente. Además, la desamidación enzimde la proteína de arroz también puede mejorar significativamente sus propiedades funcionales. Algunos estudios han demostrado que después del tratamiento con glutamina sintetasa, la solubilidad de la proteína de arroz puede alcanzar el 96,99%, la capacidad de retención de agua se puede aumentar de 1,75 a 2,03 veces, y la capacidad de retención de aceite se puede aumentar de 1,58 a 1,94 veces [24].

En comparación con la modificación química, las condiciones de modificación del método de la proteinasa del arroz son más suaves, más específicas, seguras y respetucon el medio ambiente, y es actualmente el método de modificación más investigado y aplicado.

Modificación de compuestos 2.4 modificación de compuestos

Con el fin de mejorar aún más la eficiencia deModificación de la proteína de arrozAdemás de reducir los costes, a veces es posible combinar dos o más métodos de modificación, o combinarlos con otras técnicas, como el ultrasonido y la irradiación. Pan Zheng et al. [25] mostraron que el tratamiento alcalino asistido por ultrasonidos puede mejorar la solubilidad de la proteína de arroz en el residuo de arroz (19,99 mg/mL).

Algunos estudios han demostrado que la hidrólisis de proteasa alcalasistida por la tecnología de irradiación con haz de electrones (EBI) puede aumentar el grado de hidrólisis de la proteína de arroz hasta en un 19,02%, y el rendimiento polipeptídico puede alcanzar el 13,50% [26]. El tratamiento con EBI es beneficioso para el estiramiento de la estructura molecular de la proteína de arroz, que favorece la acción de la proteasa.

En resumen, con el surgimiento y aplicación de algunas nuevas tecnologías, combinadas con métodos tradicionales de modificación de proteínas, es beneficioso obtener efectos de modificación. Hay mucho espacio para la investigación en esta área, como la tecnología de ultra alta presión [27], tecnología de extru[28], campos eléctricos pulsados (PEF) [29], etc.

3 desarrollo y utilización de la proteína de arroz

Como proteína diet, la proteína de arroz se utiliza cada vez más en la alimentación infantil debido a su alto valor biológico y propiedades hipoalergénicas. Además, la proteína de arroz también está atrayendo cada vez más atención para su uso en aditivos alimentarios y alimentos funcionales.

3.1 aditivos alimentarios

La proteína de arroz en sí misma no es altamente soluble, y sus propiedades funcionales asociadas tales como la emulsificación, espum, gelificación, retención de agua y retención de aceite no son ideales. Sin embargo, después de una hidrólimoderada, su solubilidad mejora, y sus propiedades funcionales también mejoran significativamente. Wu Yujing [30] utilizó residuos de arroz de calidad alimentaria como materia prima, y obtuvo un polvo espumde proteína sin olor, alto contenido de proteínas y buenas propiedades espumdespués de operaciones como la dessacarificación, modificación de proteasa neutra, decoloración y secado. Esta proteína en polvo espumoso se puede utilizar para estabilizar y espesar alimentos líquidos y para espolvorear productos horneados [31].

3.2 proteína de arroz comestible

El salvado de arroz, un subproducto del proceso de producción de almidón de arroz o jarabe de almidón de arroz, se puede utilizar para procesar el polvo comestide proteína de arroz. El salvado de arroz producido durante el procesamiento de jarabe de almidón generalmente contiene de 40% a 60% de proteína, 6% a 12% de grasa, 3% a 5% de minerales, y 15% a 25% de carbohidratos totales [32]. La calidad del salvado de arroz se ve muy afectada por la calidad del arroz crudo (o arroz partido) y la tecnología de procesamiento del jarabe [33-34]. La grasa es el principal factor que afecta la estabilidad del salvado de arroz. Después de desengras, eliminar impurezas, secar y triturar, el contenido de proteína en el salvado de arroz puede alcanzar más del 80%, que puede ser utilizado como polvo de proteína de arroz comesti.

Los estudios han demostrado que la proteína de arroz es rica en valor nutricional y tiene efectos significativos en la regulación de los lípidos sanguíneos y el metabolismo del colesterol [35-36].

En la actualidad, la demanda del mercado internacional de proteínas de arroz en polvo de alta calidad está creciendo rápidamente y existe una gran brecha en el mercado. La demanda del mercado para el polvo de proteína de arroz comestide alta gama es para un contenido de proteína de arroz de 80% o más, contenido de lípidos de menos de 1%, contenido de metales pesados de menos de 10mg/kg, y ningún residuo detectable de más de 270 pesticidas [37].

Por lo tanto, en el procesamiento de jarabe, para mejorar la calidad de la proteína de residuo de arroz, es necesario mejorar el proceso original desde múltiples aspectos como materias primas, procesamiento de jarabe, desengrasado y remoción de metales pesados. Por ejemplo, es necesario seleccionar arroz partido orgánico y arroz partido de baja contaminación como materias primas. Tecnología de tratamiento de impurezas para arroz partido: eliminar piedras, restos de metal, así como salvado y cáscara de arroz. Para el salvado de arroz con alto contenido graso se debe llevar a cabo un tratamiento desengrasante que pueda reducir efectivamente la generación de olor y decoloración de la proteína de arroz durante el almacenamiento [38]. Para los residuos de arroz con metales pesados excesivos, también se necesitan métodos para eliminar iones de metales pesados como el cadmio y el plomo [39-40].

3.3 polvo instantáneo de proteínas

La baja solubilidad en agua de la proteína de arroz, especialmente la proteína de salvado de arroz, limita su aplicación en bebidas y en polproteicos nutricionales. La modificación de la solubilización es necesaria para mejorar la solubilidad de la proteína de arroz. La modificación de la solubilización de la proteína de arroz se refiere al aumento de la solubilidad de la proteína de arroz bajo una hidrólisis limitada. La principal diferencia entre éste y el péptido de arroz es que el grado de hidrólise se mantiene bajo para que la proteína no sea excesivamente hidrolizada.

En la actualidad, los métodos comúnmente utilizados para modificar la solubilización son la glicosilación y los métodos enzim. Lu Qian et al. [41] usaron polisacáridos de calabde y dextrán para glicosilato y modificar las proteínas del arroz, respectivamente, lo que aumentó la solubilidad de las proteínas del arroz en 32,27% y 41,75%, respectivamente. Wang Zhangcun et al. [42] utilizaron alcalasa para hidrolizar la proteína de arroz, y la solubilidad, propiedades espumy propiedades emulsificantes de los productos enzimobtenidos fueron de hasta 50,2%, 50mL/g y 73,6ml /g, respectivamente. Sin embargo, el grado de hidrólide de la proteína de arroz no fue indicado en el documento.

Cui Shasha et al. [43] trataron la proteína de arroz con proteasa alcaly analizaron y compararon las propiedades fisicoquímicas funcionales de la proteína de arroz con un grado de hidrólisis de 1 a 5%. Se encontró que la solubilidad de la proteína de arroz con un grado de hidrólidel 5% fue la más alta, alcanzando el 65.93%. La investigación anterior muestra que la hidrólisis enzimlimitada puede mejorar significativamente la solubilidad de la proteína de arroz. Bajo la condición de mantener un grado de hidrólisis relativamente bajo, la proteína de arroz aún tiene buenas propiedades funcionales de macromoléculas, tales como la emulsificación, espum, absorción de agua y absorción de aceite [44]. Esta es la diferencia esencial entre la modificación enzimde la proteína de arroz para la solubilización y la preparación enzimde los péptidos de arroz.

3.4 péptidos de arroz

Los péptidos de arroz son péptidos de moléculas pequeñas producidos hidrolizando moléculas de proteínas de arroz usando métodos como ácido, álcali y proteasa. Actualmente, los métodos ácidos y alcalinos ya no se utilizan debido a la contaminación ambiental y problemas de seguridad, y el método enzimes el método más común para el procesamiento de péptidos de arroz.

Los preparados enzimutilizados en el procesamiento enzimde péptidos se derivan de plantas, animales y microorganismos, como la papaína, bromelaína, proteasa de higo, pepsina, tripsina, proteasa neutra, proteasa alcalina, proteasa ácida y proteasa de sabor. En la actualidad, hay tres materias primas principales para la preparación de péptidos de arroz: proteína de arroz, proteína de salvado de arroz y proteína de residuo de arroz. Las diferentes materias primas tienen diferentes composiciones y secuencias de aminoácidos, mientras que las diferentes proteasas tienen diferentes sitios de escisión enzim, que producirán péptidos de arroz con diferentes estructuras y actividades moleculares [45].

Los péptidos de arroz tienen una variedad de beneficios fisiológicos para la salud, como antioxidantes, antienvejecimiento, disminución de la presión arterial, disminución de la grasa en la sangre, regulación inmuny péptidos de sabor [46-49]. Los péptidos de arroz, que se obtienen por hidrólisis de proteasa alcalde de la proteína de arroz y puripor filtración de membrana, tienen muy buenas actividades de eliminación de radicales hidroxilo, radicales de anión superóxido y radicales DPPH. Su adición a los cosméticos tiene un importante efecto anti-envejecimiento de la piel [46].

Con el fin de aumentar el grado de hidrólideProteína de arrozUna combinación de enzimas proteolíticas es una buena opción. Cai Jun et al. [47] utilizaron sucesivamente proteasa alcalina, proteasa neutra y tripsina para hidrolizar la proteína de arroz, y el grado de hidrólide de la proteína de arroz podría alcanzar hasta el 15,9%. Los péptidos de arroz obtenidos mostraron buena actividad antioxidante in vitro. Wang Shen et al. [48] utilizaron el arroz como materia prima y un método enzimpor etapas con proteasa alcalina y tripsina para obtener un péptido de arroz con un peso molecular absoluto de 549 a 1158, un contenido de aminoácidos esenciales de 35,61%, un contenido de aminoácidos hidrofóbicos de 45,2%, y el mayor contenido de ácido glutámico, que fue de 16,1%. Este péptido de arroz tiene una fuerte actividad antioxidante y también muestra una alta actividad inhibidora de ECA, con una IC50 de 0,057 mg/mL.

Además, los péptidos derivados del arroz también tienen el efecto de tratar la diabetes tipo II. Se cree que la glucosidasa humana y la dipeptidil peptidasa IV (EC 3.4.14.5, DPP-IV) juegan un papel importante en el desarrollo de diabetes tipo II [49]. DPP- IV es una enzima intracelular que descompone una hormona secretada por las células intestinales (GLP-1), cuya función principal es reducir el azúcar en la sangre mediante la estimulación de la insulina, inhibidel glucag, inhibidel vacigástrico, y la regeneración de las células de los islotes. La inhibición o inactivación de la actividad de DPP-IV puede reducir la degradación de GLP-1 y por lo tanto reducir el azúcar en la sangre.

En los últimos años, los inhibidores de DPP-IV se han convertido en uno de los pilares del tratamiento de la diabetes. Hatanaka T et al. [50] usaron lías de sake, arroz y salvado de arroz como materias primas y encontraron que los hidrolisados de proteínas de arroz tenían actividad inhibitcontra la dipeptidil peptidasa IV (EC3.4.14.5, DPP-IV) (IC50= 1,45 − 0,13 mg/mL). Los péptidos con inhibición de la actividad de la DPP-IV que han sido identificados a partir de los hidrolisados de la proteína de arroz son cuatro dipéptidos, cuyas estructuras moleculares son: Ile-Pro, Met-Pro, Val-Pro y Leu-Pro, respectivamente. Las concentraciones de estos dipéptidos en los hidrolizados de proteínas de arroz son 1,22 μg/mg, 0,23 μg/mg, 1,59 μg/mg y 1,94 μg/mg, respectivamente. Pooja K et al. [51] usaron simulación por computadora para predecir la estructura molecular, las propiedades sensoriy toxicolde algunos péptidos inhibidores activos de DPP-IV derivados del salvado de arroz. Los resultados mostraron que el hidrolizado de proteasa de salvado de arroz es una de las mejores fuentes de péptidos inhibidores activos de DPP-IV.

5 conclusión 

La proteína de arroz tiene las características de una composición balancede aminoácidos, siendo fácilmente digerible y absorabsor, y siendo hipoalergénica. Es una proteína dietética de alta calidad. Sin embargo, la escasa solubilidad en agua de la proteína de arroz limita directamente su aplicación en los alimentos. Por lo tanto, en la actualidad, la investigación y la utilización de la proteína de arroz se centra principalmente en su solubilización y modificación, siendo la solubilización enzimy la modificación el método principal. Además, la preparación enzimde péptidos de arroz a partir de proteínas de arroz, especialmente la preparación de péptidos activos de alta pureza, es la principal dirección del procesamiento profundo de la proteína de arroz.

Los estudios han demostrado que los péptidos activos derivados del arroz tienen varias funciones como el tratamiento de la diabetes tipo II, anti-oxid, anti-envejecimiento, disminución de la presión arterial, la disminución de los lípidos en la sangre, y la regulación inmune. Sin embargo, la investigación actual sobre los péptidos de arroz requiere más investigación y mejora en la separación y purificación, secado y técnicas de estabilización de péptidos activos, especialmente en el equipo de procesamiento industrial para péptidos activos de arroz de alta pureza.

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