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摘要：本文从利用蛋白质改性的角度， 介绍了近年来国内外在大米蛋白营养价值、物化性质、 功能等方面的研究进展。指出大米蛋白改性方法主要有物理法、化学法、酶法和基因工程法， 其中着重介绍了糖基化改性米蛋白的方法。
关键词：大米蛋白 干法糖基化 湿法糖基化
中图分类号：S2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-336-02
前言
水稻是世界上最重要的农作物之一，在世界上水稻生产国中，中国被称作“稻米王国”，稻谷产量占世界全部产量的30%左右，我国大约有一半以上的人口是以大米为主要食物。所以，通过大米蛋白可以获得重要的蛋白质。尽管大米蛋白的含量相对比较低，但全世界的产量特别大，因此大米蛋白是研究者关注的热点。通过营养调查可知，目前我国居民蛋白质的平均摄入量为每人每日6g，没有达到标准的每人每日7g。我国粮食产量巨大并且拥有巨大消费量，所以大力发展植物蛋白，可以解决居民蛋白质的摄取量不足，并且以发展动物蛋白为辅，这种发展非常符合我国的国情。我国的水稻种植面积大，每年有约1800亿公斤的稻谷产量。这些加工成大米不但可以提供百姓的日常食用需要以外，还可以作为生产副产品的原料。每年将产生3000 多万吨可再利用稻米副产品，而这些副产品拥有70%稻米的营养素，被称为大米浓缩蛋白（RPC ）。它们都是非常珍贵的蛋白质来源，我国以前这些副产品都作为动物饲料被浪费掉而没有得到很好利用。而在食品工业发达的国家如日本和美国，对稻谷的附加值已达1∶4-1：5。米蛋白的利用和开发已成为研究和开发的热点。大米蛋白比玉米和小麦蛋白有着更为优质的品质，而且过敏性低，同时大米当中的蛋白质氨基酸在组成比例上好于其他的蛋白质， 因此开发婴幼儿食品是非常适合的。另外大米蛋白还可以加工成蛋白饮料、蛋白胨、食品添加剂和蛋白发泡粉等，如果把蛋白质分解成短肽或者氨基酸，则可生产成具有极高营养价值的氨基酸营养液，添加到保健饮料、调味品、食品添加剂中。
1.1 蛋白质改性方法的研究概况
蛋白质功能特性能够改善食品生产过程中的物理性质。因此改善食品蛋白质物化性质是国内外研究的热点。方法主要有物理法、化学法、酶法和基因工程法。
1.1.1 物理改性
物理改性是利用加热、机械能、电等方法改性，其优点是无毒副作用、费用低、不改变产品的营养性能等优点。但是有时会导致溶解度降低[1]。
朱建华，杨晓泉等研究了在不同的超声功率和处理时间对大豆分离蛋白（SIP）溶液进行超声处理，研究发现经过超声处理后大豆分离蛋白的乳化活及乳化稳定性性、起泡性及起泡稳定性、溶解性和凝胶特性均有显著提高[2]；涂宗财对大豆分离蛋白进行了超高压均质处理并对其乳化性及其稳定性的变化、溶解性及机理进行了研究，结果表明随着超高压均质处理的压力的提高，其乳化性及乳化稳定性、溶解性均有所提高[3]。
1.1.2 化学改性
化学改性是采用化学手段在蛋白质中引入不同功能基团比如二硫基团、亲水亲油基团等，通过改变蛋白质的侧链基团化学活性的，以此改变蛋白質的静电荷、疏水性和结构，进而达到优化蛋白质物化特性的目的[4]。化学改性有磷酸化改性，碱、酸、盐改性，糖基化改性等，
化学改性具有反应简单、成本低、效果显著和应用广泛等特点，但若要真正运用于食品体系时，其安全性和营养性还需要进一步研究。原因在于有一些化学试剂很可能会在营养和毒理方面带来一定影响等。
1.1.3 酶法改性
蛋白酶能够催化蛋白质发生水解，可以改善蛋白质的溶解性。葛娜等研究了采用酸性蛋白酶水解大米来提取蛋白质以及水解蛋白的物化特性[5][ ]；玄国东等研究碱性蛋白酶水解米糟进行了改性，改性后的米蛋白在乳化性、氮溶解指数（nitrogen solubility index，NSI）、起泡性均有所改善，同时氨基酸组成平衡没有改变[6]；王章存等进行几种蛋白酶催化反应改性大米蛋白的比较，发现用碱性蛋白酶水解大米蛋白，获得了很高的发泡性、很高的溶解性和很高的乳化性[7]。
1.1.4 大米蛋白的糖基化改性?—美拉德反应
蛋白质糖基化改性是从19世纪中期开始研究的，现在世界上对于蛋白质糖基化接枝改性已成为研究热点。蛋白质糖基化复合物中由于引入了多羟基的糖，亲水性的多羟基能明显提高复合物的溶解性。Kato等人[8]研究蛋白质-糊精糖基化改性得到的复合物溶解度有很大提高，反应21天后的糖基化合物物在酸、碱条件下具有很好的溶解性，而把蛋白和糊精简单的混合物却没有这种特性。纪崴在蛋白与糖按1：1的质量比接枝、蛋白质水解度在5%左右、湿法接枝反应在pH11、20min条件下得到的大米蛋白接枝复合物的乳化性及乳化稳定性、溶解性分别是接枝前蛋白的3.9倍、5.3倍、66倍[9]。
目前通过美拉德接枝反应对蛋白质和糖进行接枝的方法有两种：干热法糖基化反应和湿热法糖基化反应。
1.1.4.1 干法糖基化改性
干法蛋白质-糖糖基化反应采用将糖和蛋白质按一定的质量比溶解在一定的pH值缓冲溶液中，混和均匀，冻干，加热温度为55℃左右，将冻干好的样品在容器内发生美拉德反应[10-11]，采用低温方法终止接枝反应[12-13]。
日本的加藤教授最早提出干热法[14]。在干热法的反应条件下，蛋白质—糖美拉德反应速度很慢，需要14-21d，这严重影响了工业生产，并且蛋白质和糖两者的空间结构对美拉德反应又有很大的影响，刚性蛋白或是呈折叠状态的结构蛋白与多糖发生反应会需要更长的时间[15]。周家华，刘永利用大豆蛋白与淀粉及其水解物在60℃，相对湿度80%的条件下通过美拉德反应进行改性，反应在195小时内可以完成。改性后，在很宽的pH范围内，都有较高的溶解度，在pH5.8等电点附近时，其热乳化性及乳化稳定性、泡沫性及泡沫稳定性和水化能力都有较大的提高[16]。 从以上研究发现，干法美拉德反应是要求较高的反应温度、反应湿度的环境，而且干法美拉德反应物物之间的结合不不均匀，因接枝效果受到一定限制，并且引起接枝产物的物化性质不稳定。同时反应需要很长的时间，需要一周到几个月不等，这就大大制约工业化生产[17]。
1.1.4.2 湿法糖基化改性
蛋白质-糖湿法接枝反应通常是按一定米蛋白和糖的配比制备成混合液，将反应物放在一个密闭的装置内，再通过油浴或者是水浴加热，最后再通过冰浴结束反应。湿法条件下的接枝速率受到反应温度的影响，在低温条件下反应速度慢，在高温条件下反应较快[18-19]。在进行湿法美拉德接枝反应时，糖和蛋白质在溶解条件下进行加热，这种方法主要用于蛋白质与结构简单的单糖或双糖发生的反应，湿法接枝极少应用于蛋白质和多糖接枝反应中。根据相关文献介绍，多糖比单糖和双糖等更能显著改善蛋白质的功能性质。
此外，也有人研究了在湿热法基础上添加辅助手段的改进方法。近几年，国内在接枝方法的改进方面研究较多，管军军利用了微波辅助湿热法进行了大豆分离蛋白和乳糖的接枝改性的研究，对反应的工艺条件、反应机理、接枝复合物的物理化学性质、分子结构及功能特性等方面进行了全面系统的研究，发现微波作為加热条件在一定程度上能够显著加速蛋白与糖的反应速率；齐军茹研究了有机溶剂湿热法对大豆分离蛋白和葡聚糖的接枝改性，结果表明95%乙醇体系中60°C下反应24h制得的产物乳化活性优于干热反应5d的产物，且产物具有较高的热稳定性；穆利霞在湿热反应的基础上利用超声波辐射、脉冲电场等手段促进SPI-糖接枝反应，对反应的条件进行了优化，并对不同方法制备的接枝物的理化性质及功能性等进行了系统的研究。许彩虹在水热法体系中进行的糖基化反应中，水热法采用的压力能够抑制美拉德反应向高级阶段的进行，水热法产物的主要功能特性乳化特性和溶解性也有相应提高。
国内外对于大米蛋白质和糖的美拉德接枝反应研究主要侧重于干热美拉德接枝改性，对湿热接枝反应研究的较少。但干法具有接枝反应时间长、对反应环境要求苛刻等缺陷，湿法美拉德接枝反应则没有这些缺陷，因此越来越受到重视。虽然干法和湿法的理论基础非常相似，但在湿法接枝的液相体系中，蛋白质和糖之间接触更加均匀，在相对干法较短反应时间下，反应接枝度更高一些。
参考文献：
[1]华欲飞. 不溶性大豆浓缩蛋白物理改性机理的研究[J]. 无锡轻工大学学报，1995（04）：23-27.
[2]朱建华， 杨晓泉， 邹文中， 等. 超声处理对大豆分离蛋白功能特性的影响[J].食品科学，2004（07）.
[3]涂宗财， 汪菁琴， 阮榕生， 等.超高压均质对大豆分离蛋白功能特性的影响[J]. 食品工业科技， 2006（01）：122-125.
[4]莫文敏， 曾庆孝. 蛋白质改性研究进展阴， 食品科学， 2000， （06）：6-10.
[5] 葛娜， 易翠平， 姚惠源. 酸性蛋白酶提取大米水解蛋白的研究[J]， 粮食深加工， 2006， （01）：89-102.
[6]玄国东， 何国庆， 熊皓平， 等. 大米蛋白酶法改性及酶解物功能特性研究[J]. 中国粮油学报， 2005， （6）：1-4.
[7]王章存， 姚惠源. 大米蛋白质酶法水解及性质研究[J]. 中国粮油学报， 2003， （05）：54-59.
[8]Kato A， Shimokawa K， Kobayashi K. Improvement of the Functional Properties of Insoluble Gluten bY Pronase DigeStion Followed bY Dextran Conjugate[J]. Agric. Food Chem.， 1991， 39：1053-1056.
[9]纪崴. 酶法及美拉德反应改进大米蛋白功能性质的研究[D]. 江南大学， 2009， （08）：123-127.
[10]Diftis N，Diosseoglou V.Improvement of Emulsifying Properties of SoybeanProtein Isolate by Conjugate with Carboxymethyl Cellulose[J].Food Chem，2003， 81：1-6.
[11]Nakamura S，Kobayashi K，Kato A.Role of Charge of Lysozyme in the ExcellentEmulsifying Properties of Maillard-Type Lysozyme—Polysaccharide Conjugate[J].J.Agric.Food Chem.， 1 994，42： 268-269.
[12]Nakamura S，Kato A，Kobayashi K.New Antimicrobial Characteristics of Lysozyme-Dextran Conjugate[J].J.Agric，Food Chem.，1991，39： 647-650.
[13]Sung Y，Chen J，Liu T，et a1.Improvement of the Functionalities of Soy ProteinIsolate through Chemical Phosphorylation[J].J.Food Sci.，1983， 48：716-721.
[14]Kato A，Sasaki Y Furuta R.Functional Protein-Polysaccharide ConjugatePrepared by Controlled Dry-heating of Ovalbumin-Dextran Mixtures[J].Agric.Biol.Chem，1990， 54（1）： 107-112.
[15]Dickinson E.Emulsion Stabilization by Polysaccharides and Protein-Polysaccharides Complexes， in Food Polysaccharides and TheirApplications. NewYork： A.M.Stephen.Marcel Dekker， 1997， 119-122.
[16]周家华，刘永.大豆蛋白-淀粉复合物的研究[J].食品科技.2002， 9： 26-34.
[17]齐军茹. 蛋白质与多糖的低热固相反应机理探讨明. 食品工业科技： 2006， 08： 68-70.
[18]Brands C，Van Boekel M.Kinetic Modelling of Reactions in heated Monosacchande-Casein Systems[J].J.Agric.Food Chem.，2002， 50： 6725-6739.
[19]Brands C，Van Boekel M.Kinetic Modelling of Reactions in heated Disaccharide-CaseinSystems[J].Food Chem.，2003， 83： 13-26.
关键词：大米蛋白 干法糖基化 湿法糖基化
中图分类号：S2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-336-02
前言
水稻是世界上最重要的农作物之一，在世界上水稻生产国中，中国被称作“稻米王国”，稻谷产量占世界全部产量的30%左右，我国大约有一半以上的人口是以大米为主要食物。所以，通过大米蛋白可以获得重要的蛋白质。尽管大米蛋白的含量相对比较低，但全世界的产量特别大，因此大米蛋白是研究者关注的热点。通过营养调查可知，目前我国居民蛋白质的平均摄入量为每人每日6g，没有达到标准的每人每日7g。我国粮食产量巨大并且拥有巨大消费量，所以大力发展植物蛋白，可以解决居民蛋白质的摄取量不足，并且以发展动物蛋白为辅，这种发展非常符合我国的国情。我国的水稻种植面积大，每年有约1800亿公斤的稻谷产量。这些加工成大米不但可以提供百姓的日常食用需要以外，还可以作为生产副产品的原料。每年将产生3000 多万吨可再利用稻米副产品，而这些副产品拥有70%稻米的营养素，被称为大米浓缩蛋白（RPC ）。它们都是非常珍贵的蛋白质来源，我国以前这些副产品都作为动物饲料被浪费掉而没有得到很好利用。而在食品工业发达的国家如日本和美国，对稻谷的附加值已达1∶4-1：5。米蛋白的利用和开发已成为研究和开发的热点。大米蛋白比玉米和小麦蛋白有着更为优质的品质，而且过敏性低，同时大米当中的蛋白质氨基酸在组成比例上好于其他的蛋白质， 因此开发婴幼儿食品是非常适合的。另外大米蛋白还可以加工成蛋白饮料、蛋白胨、食品添加剂和蛋白发泡粉等，如果把蛋白质分解成短肽或者氨基酸，则可生产成具有极高营养价值的氨基酸营养液，添加到保健饮料、调味品、食品添加剂中。
1.1 蛋白质改性方法的研究概况
蛋白质功能特性能够改善食品生产过程中的物理性质。因此改善食品蛋白质物化性质是国内外研究的热点。方法主要有物理法、化学法、酶法和基因工程法。
1.1.1 物理改性
物理改性是利用加热、机械能、电等方法改性，其优点是无毒副作用、费用低、不改变产品的营养性能等优点。但是有时会导致溶解度降低[1]。
朱建华，杨晓泉等研究了在不同的超声功率和处理时间对大豆分离蛋白（SIP）溶液进行超声处理，研究发现经过超声处理后大豆分离蛋白的乳化活及乳化稳定性性、起泡性及起泡稳定性、溶解性和凝胶特性均有显著提高[2]；涂宗财对大豆分离蛋白进行了超高压均质处理并对其乳化性及其稳定性的变化、溶解性及机理进行了研究，结果表明随着超高压均质处理的压力的提高，其乳化性及乳化稳定性、溶解性均有所提高[3]。
1.1.2 化学改性
化学改性是采用化学手段在蛋白质中引入不同功能基团比如二硫基团、亲水亲油基团等，通过改变蛋白质的侧链基团化学活性的，以此改变蛋白質的静电荷、疏水性和结构，进而达到优化蛋白质物化特性的目的[4]。化学改性有磷酸化改性，碱、酸、盐改性，糖基化改性等，
化学改性具有反应简单、成本低、效果显著和应用广泛等特点，但若要真正运用于食品体系时，其安全性和营养性还需要进一步研究。原因在于有一些化学试剂很可能会在营养和毒理方面带来一定影响等。
1.1.3 酶法改性
蛋白酶能够催化蛋白质发生水解，可以改善蛋白质的溶解性。葛娜等研究了采用酸性蛋白酶水解大米来提取蛋白质以及水解蛋白的物化特性[5][ ]；玄国东等研究碱性蛋白酶水解米糟进行了改性，改性后的米蛋白在乳化性、氮溶解指数（nitrogen solubility index，NSI）、起泡性均有所改善，同时氨基酸组成平衡没有改变[6]；王章存等进行几种蛋白酶催化反应改性大米蛋白的比较，发现用碱性蛋白酶水解大米蛋白，获得了很高的发泡性、很高的溶解性和很高的乳化性[7]。
1.1.4 大米蛋白的糖基化改性?—美拉德反应
蛋白质糖基化改性是从19世纪中期开始研究的，现在世界上对于蛋白质糖基化接枝改性已成为研究热点。蛋白质糖基化复合物中由于引入了多羟基的糖，亲水性的多羟基能明显提高复合物的溶解性。Kato等人[8]研究蛋白质-糊精糖基化改性得到的复合物溶解度有很大提高，反应21天后的糖基化合物物在酸、碱条件下具有很好的溶解性，而把蛋白和糊精简单的混合物却没有这种特性。纪崴在蛋白与糖按1：1的质量比接枝、蛋白质水解度在5%左右、湿法接枝反应在pH11、20min条件下得到的大米蛋白接枝复合物的乳化性及乳化稳定性、溶解性分别是接枝前蛋白的3.9倍、5.3倍、66倍[9]。
目前通过美拉德接枝反应对蛋白质和糖进行接枝的方法有两种：干热法糖基化反应和湿热法糖基化反应。
1.1.4.1 干法糖基化改性
干法蛋白质-糖糖基化反应采用将糖和蛋白质按一定的质量比溶解在一定的pH值缓冲溶液中，混和均匀，冻干，加热温度为55℃左右，将冻干好的样品在容器内发生美拉德反应[10-11]，采用低温方法终止接枝反应[12-13]。
日本的加藤教授最早提出干热法[14]。在干热法的反应条件下，蛋白质—糖美拉德反应速度很慢，需要14-21d，这严重影响了工业生产，并且蛋白质和糖两者的空间结构对美拉德反应又有很大的影响，刚性蛋白或是呈折叠状态的结构蛋白与多糖发生反应会需要更长的时间[15]。周家华，刘永利用大豆蛋白与淀粉及其水解物在60℃，相对湿度80%的条件下通过美拉德反应进行改性，反应在195小时内可以完成。改性后，在很宽的pH范围内，都有较高的溶解度，在pH5.8等电点附近时，其热乳化性及乳化稳定性、泡沫性及泡沫稳定性和水化能力都有较大的提高[16]。 从以上研究发现，干法美拉德反应是要求较高的反应温度、反应湿度的环境，而且干法美拉德反应物物之间的结合不不均匀，因接枝效果受到一定限制，并且引起接枝产物的物化性质不稳定。同时反应需要很长的时间，需要一周到几个月不等，这就大大制约工业化生产[17]。
1.1.4.2 湿法糖基化改性
蛋白质-糖湿法接枝反应通常是按一定米蛋白和糖的配比制备成混合液，将反应物放在一个密闭的装置内，再通过油浴或者是水浴加热，最后再通过冰浴结束反应。湿法条件下的接枝速率受到反应温度的影响，在低温条件下反应速度慢，在高温条件下反应较快[18-19]。在进行湿法美拉德接枝反应时，糖和蛋白质在溶解条件下进行加热，这种方法主要用于蛋白质与结构简单的单糖或双糖发生的反应，湿法接枝极少应用于蛋白质和多糖接枝反应中。根据相关文献介绍，多糖比单糖和双糖等更能显著改善蛋白质的功能性质。
此外，也有人研究了在湿热法基础上添加辅助手段的改进方法。近几年，国内在接枝方法的改进方面研究较多，管军军利用了微波辅助湿热法进行了大豆分离蛋白和乳糖的接枝改性的研究，对反应的工艺条件、反应机理、接枝复合物的物理化学性质、分子结构及功能特性等方面进行了全面系统的研究，发现微波作為加热条件在一定程度上能够显著加速蛋白与糖的反应速率；齐军茹研究了有机溶剂湿热法对大豆分离蛋白和葡聚糖的接枝改性，结果表明95%乙醇体系中60°C下反应24h制得的产物乳化活性优于干热反应5d的产物，且产物具有较高的热稳定性；穆利霞在湿热反应的基础上利用超声波辐射、脉冲电场等手段促进SPI-糖接枝反应，对反应的条件进行了优化，并对不同方法制备的接枝物的理化性质及功能性等进行了系统的研究。许彩虹在水热法体系中进行的糖基化反应中，水热法采用的压力能够抑制美拉德反应向高级阶段的进行，水热法产物的主要功能特性乳化特性和溶解性也有相应提高。
国内外对于大米蛋白质和糖的美拉德接枝反应研究主要侧重于干热美拉德接枝改性，对湿热接枝反应研究的较少。但干法具有接枝反应时间长、对反应环境要求苛刻等缺陷，湿法美拉德接枝反应则没有这些缺陷，因此越来越受到重视。虽然干法和湿法的理论基础非常相似，但在湿法接枝的液相体系中，蛋白质和糖之间接触更加均匀，在相对干法较短反应时间下，反应接枝度更高一些。
参考文献：
[1]华欲飞. 不溶性大豆浓缩蛋白物理改性机理的研究[J]. 无锡轻工大学学报，1995（04）：23-27.
[2]朱建华， 杨晓泉， 邹文中， 等. 超声处理对大豆分离蛋白功能特性的影响[J].食品科学，2004（07）.
[3]涂宗财， 汪菁琴， 阮榕生， 等.超高压均质对大豆分离蛋白功能特性的影响[J]. 食品工业科技， 2006（01）：122-125.
[4]莫文敏， 曾庆孝. 蛋白质改性研究进展阴， 食品科学， 2000， （06）：6-10.
[5] 葛娜， 易翠平， 姚惠源. 酸性蛋白酶提取大米水解蛋白的研究[J]， 粮食深加工， 2006， （01）：89-102.
[6]玄国东， 何国庆， 熊皓平， 等. 大米蛋白酶法改性及酶解物功能特性研究[J]. 中国粮油学报， 2005， （6）：1-4.
[7]王章存， 姚惠源. 大米蛋白质酶法水解及性质研究[J]. 中国粮油学报， 2003， （05）：54-59.
[8]Kato A， Shimokawa K， Kobayashi K. Improvement of the Functional Properties of Insoluble Gluten bY Pronase DigeStion Followed bY Dextran Conjugate[J]. Agric. Food Chem.， 1991， 39：1053-1056.
[9]纪崴. 酶法及美拉德反应改进大米蛋白功能性质的研究[D]. 江南大学， 2009， （08）：123-127.
[10]Diftis N，Diosseoglou V.Improvement of Emulsifying Properties of SoybeanProtein Isolate by Conjugate with Carboxymethyl Cellulose[J].Food Chem，2003， 81：1-6.
[11]Nakamura S，Kobayashi K，Kato A.Role of Charge of Lysozyme in the ExcellentEmulsifying Properties of Maillard-Type Lysozyme—Polysaccharide Conjugate[J].J.Agric.Food Chem.， 1 994，42： 268-269.
[12]Nakamura S，Kato A，Kobayashi K.New Antimicrobial Characteristics of Lysozyme-Dextran Conjugate[J].J.Agric，Food Chem.，1991，39： 647-650.
[13]Sung Y，Chen J，Liu T，et a1.Improvement of the Functionalities of Soy ProteinIsolate through Chemical Phosphorylation[J].J.Food Sci.，1983， 48：716-721.
[14]Kato A，Sasaki Y Furuta R.Functional Protein-Polysaccharide ConjugatePrepared by Controlled Dry-heating of Ovalbumin-Dextran Mixtures[J].Agric.Biol.Chem，1990， 54（1）： 107-112.
[15]Dickinson E.Emulsion Stabilization by Polysaccharides and Protein-Polysaccharides Complexes， in Food Polysaccharides and TheirApplications. NewYork： A.M.Stephen.Marcel Dekker， 1997， 119-122.
[16]周家华，刘永.大豆蛋白-淀粉复合物的研究[J].食品科技.2002， 9： 26-34.
[17]齐军茹. 蛋白质与多糖的低热固相反应机理探讨明. 食品工业科技： 2006， 08： 68-70.
[18]Brands C，Van Boekel M.Kinetic Modelling of Reactions in heated Monosacchande-Casein Systems[J].J.Agric.Food Chem.，2002， 50： 6725-6739.
[19]Brands C，Van Boekel M.Kinetic Modelling of Reactions in heated Disaccharide-CaseinSystems[J].Food Chem.，2003， 83： 13-26.