쌀 단백질 추출법 3

쌀은 지구상에서 가장 중요한 식량 작물 중 하나입니다.중국은 세계 100여개 쌀 생산국 중'쌀의 왕국'으로 연간 쌀 생산량은 세계 &의 약 34%를 차지하고 있다#39;의 연간 쌀 총생산량, 세계 1위.그러나 중국에서 벼는 주로 식량작물로 사용되며, 심층가공의 이용률은 매우 낮다.중국은 매년 쌀에 64%의 영양소를 농축한 재사용 가능한 쌀 부산물을 3000만 톤 이상 생산하고 있다.그러나이 물질들은 효과적으로 이용되지 않는다.미국, 일본 등 쌀가공산업이 잘 발달된 나라에서는 가공업에서 쌀자원의 부가가치가 약 1:4~1:5에 달했으며;그 중 쌀 단백질은 쌀 가공산업의 중요한 방향으로 자리잡았다.쌀 단백질의 개발과 합리적인 이용은 쌀 가공품 및 부산물 [1]의 심층가공과 종합적인 이용을 기본으로 한다.

1. 쌀 단백질의 영양학적 가치

이쌀 단백질의 품질 (quality of rice protein)시리얼 단백질 중 최고로 인정받고 있다.필수아미노산이 풍부한데, 아미노산을 가장 먼저 제한하는 리신이 다른 곡류에 비해 함량이 높다.아미노산 조성 패턴은 WTO/FAO의 권장 패턴에 가깝고 인체에 쉽게 소화, 흡수된다.쌀 단백질은 다른 시리얼 단백질과 비교할 때 생물학적 가치 (BV)와 단백질 이용률 (PER)이 높다.생물학적 가치는 77까지 높을 수 있고, 단백질 이용률은 1.36%에서 2.56%로 모든 종류의 곡물 중 1위다.쌀 단백질의 가장 중요한 특징은 저자극성으로 유아나 특수 집단의 단백질 보충제로 매우 적합하다.따라서 세계 단백질 시장에서는 톤당 3만 위안 [2]까지 호가되며 애용되고 있다.

쌀 단백질 추출 2

쌀단백질을 추출하는 주요목적은 고순도의 쌀단백질을 얻기 위해서이다.현재 국내외에서 쌀 단백질을 추출하는 주요 방법은 알칼리추출, 효소추출, 복합추출이 있다.

2.1 알칼리 추출

쌀 단백질에는 알칼리 용성 단백질이 80% 함유되어 있다.알칼리법은 알칼리 용해성 단백질이 알칼리 용액에 녹을 수 있는 원리를 이용한 것이다.알칼리 용액은 쌀 단백질과 결합되어 있는 쌀 속의 쌀 전분의 팽팽한 구조를 풀어준다.동시에, 알칼리 용액은 단백질 분자의 2차 결합, 특히 수소 결합에 파괴적인 영향을 미치며, 일부 극성 그룹 그룹의 해리를 일으킬 수 있으며, 단백질 분자 표면에 동일한 전하를 주어 단백질 분자를 용해시키고 전분과 단백질의 분리를 촉진하며, 불순물은 원심 분리에 의해 제거된다;그러면 초산의 pH 가 쌀 단백질의 등전점으로 조정되어 대부분의 단백질이 침전되도록 한다.

HABA Pepe Francois 등은 인디카 쌀을 원료로 사용하여 알칼리법으로 쌀 단백질과 전분을 분리하였으며, 직교실험을 통하여 쌀 단백질과 전분을 분리하기 위한 최적의 공정조건을 얻었다:수산화나트륨 용액의 농도는 0.075 mol/L;추출 6h;액체 대 물질 비율 1:7g/ml;온도 가 40 ℃;그 결과 단백질 순도는 80% 이상 높았고, 단백질 추출율은 86.23%, 전분 회수율은 92.12% [4]였다.Wang Wei 등은 쌀 단백질의 알칼리성 추출과정을 최적화하기 위해 반응표면 방법론을 사용하였다.실험결과 NaOH의 질량분율은 0.35%, 추출시간은 2-3 h, 물 대 물질비는 7-8 이었다.쌀 단백질의 추출율은 이상적이었으며, 단백질 순도는 85% 이상 높았다 [4].쌀단백질을 추출하기 위한 알칼리법의 공정흐름은 쌀가루 → 알칼리침지 → 원심분리 → 초산의 pH 조정 → 원심분리 → 세척 및 강수 → 동결건조 → 쌀단백질.

알칼리 방법에 영향을 미치는 주요 요인은 알칼리 용액의 농도입니다.농도가 낮으면 쌀단백질의 추출률이 낮지만 알칼리용액의 농도가 너무 높으면 전분이 쉽게 젤라틴화되며 쌀단백질의 색갈이 영향을 받아 노란색으로 변한다.손청지 등은 쌀에 작용하기 위해 다양한 농도의 NaOH를 선택하였다.실험결과 NaOH의 농도가 0.02 mol/L 일 때 쌀 단백질의 추출율은 22.37%에 불과하였다;농도가 0.06 mol/L에 달했을 때 추출율은 78.15%에 달할 수 있었다;그리고 농도가 0.09 mol/L 일 때 쌀 단백질의 추출율은 90.10%까지 높아질 수 있었다 [5].Evelynmae 등은 0.1 mol/L NaOH를 상온에서 액상 대 액상 비율이 1:10인 상태로 사용하여 1.5시간 동안 추출하였고, 단백질 추출율은 98%에 도달할 수 있었다 [6].

쌀 단백질을 추출하는 알칼리성 방법은 간단하고 추출률이 높으며 결과물이 더 좋은 색상과 질감을 가지고 있습니다.또한 가격이 저렴하여 산업 생산에도 널리 사용되고 있다.그러나, 알칼리 방법도 많은 단점이 있다:반응 액체-고체 비율이 커서 많은 양의 알칼리 및 물을 소비해야합니다;등전식 강수 중에는 다량의 산이 소비된다;담수화 및 정화는 어렵습니다;고농도의 알칼리의 작용으로 단백질은 쉽게 변성되어 전분의 성질도 변화한다;그리고 일부 아미노산은 응결반응을 거쳐 독성물질을 생성하여 식품안전에 숨겨진 위험을 가져다준다.

2.2 효소 추출

효소쌀 단백질 (rice protein)의 추출주로 쌀에 단백질 분해효소나 비단백질 분해효소를 처리하여 쌀 단백질을 다른 성분으로부터 분리하고 용해도를 높여 쌀 단백질을보다 쉽게 추출할 수 있도록 하는 것을 포함한다.효소는 그 기능에 따라 단백질분해효소와 비단백질분해효소로 분류할수 있다.

단백질 분해법은 단백질 분해효소를 이용하여 쌀 단백질을 분해하고 변형시켜 수용성 펩타이드로 추출할 수 있도록 하는 방법이다.현재 쌀단백질을 추출하는데 흔히 사용하는 프로테아제는 산프로테아제, 중성프로테아제, 알칼리프로테아제, 복합프로테아제 등이 있다.많은 출판물에서는 알칼리성 단백질 분해효소가 쌀 단백질을 추출하는 최적의 효소라고 보고하고 있다.송이나 등은 쌀을 추출하고 가수분해하기 위하여 4가지의 다양한 단백질 분해효소를 이용하였으며, 가수분해 시간에 따른 쌀 단백질의 가수분해 정도 변화를 연구하였다.그 결과 알칼리성 단백질 분해효소 가수분해된 쌀 단백질의 추출율이 다른 3가지 단백질 분해효소보다 높게 나타났다.pH 9.5, 온도 60°C, 효소 첨가량 (E/S) 1.5%, 재료 대 액비 1:6, 가수분해 시간 4h에서 쌀 단백질의 추출율은 76.42%에 달할 수 있다 [7].

그러나 여러 연구에서 사용되는 효소가 제조업체마다 다르고, 효소 활성이 다르며, 사용된 원료와 추출 공정이 같지 않기 때문에 연구결과에 따른 결론에는 일정한 차이가 있다.등징 등은 조미 쌀겨단백질의 효소추출에 관한 연구에서 복합프로테아제의 추출효율이 알칼리성 프로테아제와 산성 프로테아제의 추출효율보다 월등히 우수하다는 것을 발견하였다 [8].다른 사람들도 중성 단백질 분해효소를 이용하여 쌀 재료를 가공하여 쌀 단백질을 얻는 좋은 결과를 얻었으며, 중성 단백질 분해효소 추출물이 알칼리 단백질 분해효소 추출물보다 색, 맛, 단백질 순도 면에서 우수하다고 생각하고 있다.

효소 추출의 또 다른 아이디어는 불순물을 제거하고 주성분을 유지하는 것이다.쌀에서 비단백질 성분을 제거하기 위해 적절한 효소를 사용하고, 단백질을 분리, 정제하여 다른 성분으로부터 분리한다.아밀라아제는 전분 추출 중에 단백질을 회수하는 데 더 일반적으로 사용된다.이 방법으로 얻은 침전물의 쌀 단백질 함량은 약 40%이다.이 방법은 공업에서 전분당을 생산하는 데 주로 사용되기 때문에 액화는 초산에서 환원당 등가를 너무 많이 생산하고 말토스의 생산량을 감소시키는 것을 피하기 위해 그리 철저하지 않다.이로 인해 일부 가수분해되지 않은 전분과 당이 첨가된 고단백 쌀가루가 생성되어 단백질 함량이 쌀 단백질 농축액에 비해 훨씬 낮아 쌀 단백질의 산업적 생산에이 방법의 적용이 제한된다.

또한 쌀 잔류물과 겨에는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 자일란 등 전분이 아닌 다당류가 섞여 있기 때문에 단백질 추출에는 전분이 아닌 효소도 흔히 사용된다.모리타는 큰 쌀가루를 원료로 사용하고 97 °C에서 고온 액화 아밀라아제와 2 h 동안 반응시킨 후 여과하여 당을 제거하여 단백질 함량이 90% 이상인 쌀 분리 단백질을 얻었다 [9].지펑디 등은 고온, 중온 아밀레이스를 이용하여 쌀 드렁이 단백질을 정제하여 각각 78%, 79%의 쌀 단백질 함량을 얻었다 [10].

효소 추출은 반응조건이 경미하고, 기본적으로 영양소를 손상시키지 않으며, 단백질인 폴리펩타이드 사슬을 짧은 펩타이드 사슬로 가수분해시켜 단백질의 소화율을 향상시킨다.동시에 반응은 액체 대 고체 비율이 작아 알칼리 및 물의 소비를 절약할뿐만 아니라 추출물의 고형물의 함량을 증가시켜 추출물에서 수분을 제거하기 위한 에너지 소비를 줄여 산업 생산에 특정 조건을 만듭니다.그러나 효소조제의 높은 가격은 생산원가를 너무 높여 공업생산을 방해한다.

알칼리 추출은 효소 추출과는 근본적으로 다르다.알칼리추출은 주로 알칼리 수용성 단백질을 추출하는데 이는 쌀의 총 단백질의 80% 이상을 차지하며 큰 단백질 분자;반면 효소 추출은 수용성 단백질, 알코올 수용성 단백질, 잘 녹지 않는 단백질뿐만 아니라 수용성 소분자 활성 펩타이드와 유리아미노산을 더 많이 추출한다.따라서 두 가지 방법으로 추출되는 단백질은 성질이 매우 다르다.

궈룽룽 등은 알칼리법과 효소법으로 추출한 쌀 단백질의 기능적 특성을 비교하였다.알칼리법으로 추출한 쌀 단백질은 효소법으로 추출한 쌀 단백질보다 수분 유지, 기름 흡수 및 기포성이 우수하나, 용해도, 유화안정성 및 거품안정성은 효소법으로 추출한 쌀 단백질보다 훨씬 떨어진다;그리고 두 단백질 제품의 유화 능력은 상당히 비슷하다 [11].둘째, 알칼리법으로 추출한 단백질의 색과 맛이 효소법에 비해 떨어진다.요약하면 효소 가수분해에 의해 얻어진 단백질의 특성이 알칼리 가수분해에 의해 얻어진 단백질의 특성보다 우수하다.

2.3 복합추출법

효소법과 알칼리법 모두 문제점이 있기 때문에 현재는 혼합추출법으로 연구가 전환되고 있으며, 생산비용을 절감하면서 제품의 품질과 수율을 향상시키고자 한다.왕얄린 등은 쌀겨에서 쌀단백질을 추출하는 2단계 알칼리효소법을 연구했다.먼저 알칼리 용해제를 이용하여 단백질을 부분적으로 추출한 후 알칼리 프로테아제를 이용하여 잔류물을 약간 가수분해하여 단백질 용해도를 향상시키고 2차 단백질 추출을 수행한 결과 78.8%의 단백질 추출율을 보였다 [12].또 어떤 사람들은 전통적인 방법을 물리적방법으로 보충하여 단백질을 추출한다.시하이옌 등은 초고압 보조효소법을 이용해 쌀 단백질을 추출했다.알칼리 프로테아제를 단독으로 사용했을 때는 추출률이 70% 였으나 400 MPa 압력으로 보충한 후에는 단백질 추출률이 78.72%로 증가하였다 [13].

국내외 쌀 단백질 제품 개발 현황 3

오래동안 사람들은 쌀단백질에 대해 별로 중시를 돌리지 않았다.하지만 쌀 단백질의 영양적 가치와 저자극성이 인정되고 국제사회가 관심을 기울이면서 쌀 단백질은 시리얼 단백질 중에서도 두각을 나타내며 업계의 각광을 받고 있다.현재 쌀 단백질 제품의 주요 형태는 식품 첨가제, 고단백질 영양 분말, 식용 도료, 특수 기능을 가진 생리 활성 펩티드 등이다.쌀 단백질은 용해도, 유화, 거품, 수분 유지, 기름 유지 등의 기능적 특성을 가지고 있다.용해도는 떨어지지만 가수분해를 통해 특정 아미노기와 카르복실기를 방출하고, 단백질 분자의 극성을 증가시키며, 용해도를 높일 뿐만 아니라 기포 및 유화 특성을 끌어내어 개발 및 사용이 용이하다.식품에 첨가한 쌀단백질은 식품가공성능을 향상시킬뿐만아니라 식품의 영양가치도 크게 높인다 [14].

최근 미국에서 쌀 단백질 제품에 대한 연구는 쌀 단백질을 함유한 다양한 영양식품과 패스트푸드의 개발에 집중되어 있는데, 예를 들면 2003년 6월 미국 ABBOTT 연구소에서 쌀 단백질, 그리고 대두 단백질을 포함한 단백질을 10~20 wt% 혼합 함유한 유아 우유 급식용 영양 정제를 개발;NATURE' S를 연구 한 주식회사 쉽게 영양 2002년 4월에 마시고,이 포함 된-30 μ g/L의 쌀 단백질,고 환자를 보충 영양을 제공 할 수 있하는, 유아, 그리고 어린 아이들.일본에서는 쌀 단백질에서 보조적 치료효과가 있는 치료식품을 추출하는 연구가 집중되기 시작했다.DOK UR ITSU GYO SEI HOJIN SANGYO GIJUJTSU SO와 OKINAWA SHOKURYO KK는 다른 사업단과 협력하여 2001년 11월에 쌀 단백질로부터 가수 분해되는 안지오텐신 전환 효소 억제제 및 그 염을 함유한 새로운 펩타이드를 연구하였으며, 고혈압 치료에 사용될 수 있습니다.

최근 중국에서는 쌀 단백질 분말, 변형된 쌀 단백질, 고부가가치 펩타이드, 저항성 단백질, 식용 도료 등의 생산 공정에 대한 연구도 시작되었다.산청준 등 연구인원들은 식용쌀 단백질막에 대한 공정조건을 연구하고 막의 인장강도, 신장률, 투수성을 규명했다.그 결과 쌀 단백질의 질량분율은 5%, 첨가된 글리세롤의 질량분율은 3%, 글루타민 transaminase의 첨가량은 질량기준 0.2%, 효소반응시간은 90분, 도막용액의 pH는 11.5로 조절하고 80 °C에서 40분간 처리를 수행하여보다 나은 특성을 갖는 도막을 얻을 수 있었다 [15].

4 전망

중국은 풍부한 쌀 자원을 보유한 주요 쌀 생산국이다.초기 인디카쌀과 부서진 쌀로부터 전분당을 생산하여 나오는 쌀겨와 쌀찌꺼기도 추출을 통해 성능이 좋은 쌀 단백질 제품을 얻을 수 있는 원료로 사용할 수 있다.여러 가지 추출 방법을 비교한 후, 알칼리 효소 방법은 여전히 조작이 간단하고 비교적 경제적인 현재 공업에서 가장 실용적인 방법입니다.더 많은 연구가 진행되면서 복합방식도 점차 널리 채택되고 있다.쌀 단백질의 용해도가 다른 단백질에 비해 상대적으로 떨어지기 때문에 이는 다른 성질에도 영향을 미쳐 쌀 단백질의 폭넓은 응용을 제한한다.이밖에 쌀 단백질은 또 어떤 특유한 냄새가 있으므로 쌀 단백질을 개조하는 과학적이고 합리적인 개조방법을 찾는 것이 향후 작업의 중점의 하나가 될 것이다.

쌀 단백질 자원의 개발과 이용은 동물성 단백질의 단점을 보완하고 동물성 지방과 콜레스테롤의 과다 섭취로 인한 일련의 풍부한 질병의 발생을 방지할 수 있다.더욱 중요한 것은 고품질 쌀 단백질 자원을 더 많이 연구하고 이용하는 것은 쌀의 심층 가공의 종합 이용, 부가 가치 증가, China&의 발전을 촉진하는 데 도움이 된다#39;의 식품 산업은 과학 기술의 지원을 받고있다.

참조

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