3 méthodes d’extraction des protéines de riz

riz is one of the most important food crops on the planet. China is the “kingdom of rice” among the more than 100 rice-producing countries in the world, with an annual rice production accounting for about 34% of the world' S production annuelle totale de riz, se classant au premier rang mondial. Cependant, en Chine, le riz est principalement utilisé comme culture vivrière et le taux d’utilisation de la transformation en profondeur est très faible. Chaque année, la Chine produit plus de 30 millions de tonnes de sous-produits de riz réutilisables, qui concentrent 64% des nutriments du riz. Cependant, ces substances ne sont pas utilisées efficacement. Aux États-Unis, au Japon et dans d’autres pays où les industries de transformation du riz sont bien développées, la valeur ajoutée des ressources en riz dans l’industrie de transformation atteint environ 1:4 à 1:5; Parmi eux, les protéines de riz sont devenues une orientation importante pour l’industrie de transformation du riz. Le développement et l’utilisation rationnelle de la protéine de riz sont basés sur la transformation en profondeur et l’utilisation complète des produits et sous-produits de transformation du riz [1].

1. Valeur nutritive des protéines de riz

La qualité de la protéine de riz est reconnue comme la meilleure parmi les protéines de céréales. Elle est riche en acides aminés essentiels, la lysine, premier acide aminé limitant, ayant une teneur plus élevée que les autres céréales. Le modèle de composition en acides aminés est proche du modèle recommandé de l’omc /FAO et est facilement digéré et absorbé par le corps humain. Comparée aux autres protéines céréalières, la protéine de riz a une valeur biologique (BV) et un taux d’utilisation des protéines (PER) plus élevés. La valeur biologique peut atteindre 77, et le taux d’utilisation des protéines est de 1,36 % à 2,56 %, se classant premier parmi toutes les sortes de céréales. La caractéristique la plus importante de la protéine de riz est son hypoallergénicité, ce qui la rend très appropriée comme supplément de protéines pour les nourrissons ou des populations spéciales. Il est donc un favori sur le marché mondial des protéines, allant jusqu’à 30 000 yuans la tonne [2].

2 Extraction de protéines de riz

Le but principal d’extraire la protéine de riz est d’obtenir la protéine de riz de haute pureté. Actuellement, les principales méthodes d’extraction des protéines de riz au pays et à l’étranger sont l’extraction alcaline, l’extraction enzymatique et l’extraction composite.

2.1 extraction alcaline

La protéine de riz contient 80% de protéines alcalines solubles. La méthode alcaline est basée sur le principe que les protéines alcalines solubles peuvent se dissoudre dans une solution alcaline. La solution alcaline relâche la structure serrée de l’amidon de riz dans le riz qui est lié à la protéine de riz. En même temps, la solution alcaline a un effet destructeur sur les liaisons secondaires des molécules de protéine, en particulier les liaisons d’hydrogène, et peut provoquer la dissociation de certains groupes polaires les groupes dissocient, donnant à la surface de la molécule de protéine la même charge, solubilisant ainsi la molécule de protéine et favorisant la séparation de l’amidon et de la protéine, et les impuretés sont éliminées par centrifugation; Le pH du surnageant est ensuite ajusté au point isoélectrique de la protéine de riz, ce qui permet à la plus grande partie de la protéine de précipiter.

HABA pépé François et al. ont utilisé le riz indica comme matière première pour séparer la protéine de riz et l’amidon par la méthode alcaline, et ont obtenu les conditions optimales pour séparer la protéine de riz et l’amidon par des expériences orthogonales: la concentration en solution d’hydroxyde de sodium était de 0,075 mol/L; L’extraction 6h; Rapport liquide-matière 1:7g/ml; La température 40℃; La pureté des protéines résultantes était supérieure à 80%, le taux d’extraction des protéines était de 86,23 % et le taux de récupération de l’amidon était de 92,12 % [4]. Wang Wei et al. ont utilisé la méthode de surface de réponse pour optimiser le processus d’extraction alcaline de la protéine de riz. Les résultats expérimentaux ont montré que la fraction massique du NaOH était de 0,35 %, le temps d’extraction était de 2 à 3 h et le rapport eau/matière était de 7 à 8. Le taux d’extraction des protéines de riz était idéal et la pureté des protéines était supérieure à 85% [4]. Le flux de processus de la méthode alcaline pour extraire la protéine de riz est le suivant: farine de riz → lixiviation alcaline → centrifugation → ajustement du pH du surnageant → centrifugation → lavage et précipitation → lyophilisation → protéine de riz.

The main factor affecting the alkali method is the concentration of the alkali solution. When the concentration is low, the extraction rate of rice protein is low, but when the concentration of the alkali solution is too high, the starch is easily gelatinized, and the color of the rice protein will be affected and turn yellow. Sun Qingjie et al. selected different concentrations of NaOH to act on rice. The experimental results showed that when the concentration of NaOH was 0.02 mol/L, the extraction rate of rice protein was only 22.37%; when the concentration reached 0.06 mol/L, the extraction rate could reach 78.15%; and when the concentration was 0.09 mol/L, the extraction rate of rice protein could be as high as 90.10% [5]. Evelynmae et al. used 0.1 mol/L NaOH at room temperature with a 1:10 liquid-to-liquid ratio to extract for 1.5 hours, and the protein extraction rate could reach 98% [6].

La méthode alcaline d’extraction de la protéine de riz est simple, a un taux d’extraction élevé, et le produit résultant a une meilleure couleur et texture. Il est également largement utilisé dans la production industrielle en raison de son faible coût. Cependant, la méthode alcaline présente également de nombreux inconvénients: le rapport liquide-solide de réaction est important, nécessitant la consommation de grandes quantités d’alcalin et d’eau; Une grande quantité d’acide est consommée pendant la précipitation isoélectrique; Le dessalement et la purification sont difficiles; Sous l’action de fortes concentrations d’alcali, la protéine est facilement dénaturée, ce qui modifie également les propriétés de l’amidon; Et certains acides aminés subissent des réactions de condensation pour produire des substances toxiques, ce qui représente un danger caché pour la sécurité alimentaire.

2.2 extraction enzymatique

L’extraction enzymatique de la protéine de riz consiste principalement à traiter le riz avec des protéases ou des non-protéases pour séparer la protéine de riz des autres composants et augmenter sa solubilité, de sorte que la protéine de riz peut être plus facilement extraite. Les Enzymes peuvent être classées comme protéases ou non protéases en fonction de leur fonction.

La méthode de la protéase implique l’utilisation de protéases pour dégrader et modifier la protéine de riz, de sorte qu’elle puisse être extraite sous forme de peptides solubles. Actuellement, les protéases couramment utilisées pour extraire la protéine de riz comprennent la protéase acide, la protéase neutre, la protéase alcaline et la protéase composite. De nombreuses publications rapportent que la protéase alcaline est l’enzyme optimale pour extraire la protéine de riz. Song Na et al. ont utilisé quatre protéases différentes pour extraire et hydrolyser le riz, et ont étudié le changement du degré d’hydrolyse de la protéine de riz avec le temps d’hydrolyse. Les résultats ont montré que le taux d’extraction de la protéase alcaline hydrolysée de riz était plus élevé que celui des trois autres protéases. À pH 9,5, température 60°C, quantité d’addition d’enzymes (E/S) 1,5%, rapport matière/liquide 1:6, temps d’hydrolyse 4h, le taux d’extraction de la protéine de riz peut atteindre 76,42% [7].

Cependant, en raison du fait que les enzymes utilisées dans les différentes études proviennent de différents fabricants, l’activité enzymatique varie, et les matières premières et les procédés d’extraction utilisés ne sont pas les mêmes, il existe certaines différences dans les conclusions des études. Deng Jing et d’autres ont trouvé dans leurs recherches sur l’extraction enzymatique deProtéine de son de riz brutQue l’efficacité d’extraction de la protéase complexe était significativement meilleure que celle de la protéase alcaline et de la protéase acide [8]. D’autres ont également obtenu de bons résultats en utilisant la protéase neutre pour traiter les matériaux de riz pour obtenir la protéine de riz, et croient que l’extrait de protéase neutre est supérieur à l’extrait de protéase alcaline en termes de couleur, de saveur et de pureté des protéines.

Une autre idée pour l’extraction enzymatique est d’éliminer les impuretés et de retenir l’ingrédient principal. Des enzymes appropriées sont utilisées pour éliminer les composants non protéiques du riz, et la protéine est séparée des autres composants par séparation et purification. L’amylase est plus couramment utilisée pour récupérer les protéines lors de l’extraction de l’amidon. La teneur en protéines du riz dans le précipité obtenu par cette méthode est d’environ 40%. Cette méthode étant principalement utilisée dans l’industrie pour produire du sucre d’amidon, la liquéfaction n’est pas très minutieuse afin d’éviter de produire trop d’équivalent réducteur en sucre dans le surnageant et de réduire le rendement en maltose. Il en résulte une farine de riz riche en protéines avec un peu d’amidon non hydrolysé et des sucres, ce qui rend sa teneur en protéines beaucoup plus faible que celle du concentré de protéines de riz, limitant ainsi l’application de cette méthode dans la production industrielle de protéines de riz.

En outre, étant donné que le résidu et le son de riz sont mélangés à de la cellulose, de l’hémicellulose, du xylan et d’autres polysaccharides non amidon, les enzymes non amidon sont également couramment utilisées pour extraire les protéines. Morita a utilisé de la farine de riz de grande taille comme matière première et l’a réagi avec de l’amylase liquéfiée à haute température à 97 °C pendant 2 h, puis filtré pour enlever les sucres pour obtenir des protéines isolées de riz avec une teneur en protéines de plus de 90% [9]. Ji Fengdi et d’autres ont utilisé des amylases à haute et moyenne température pour purifier les protéines de lie de riz, obtenant des teneurs en protéines de riz de 78% et 79%, respectivement [10].

L’extraction enzymatique a des conditions de réaction légères, n’endommage fondamentalement pas les nutriments et hydrolyse les chaînes de polypeptides de protéine en chaînes de peptides courts, ce qui améliore la digestibilité de la protéine. Dans le même temps, la réaction a un faible rapport liquide-solide, qui non seulement économise la consommation d’alcali et d’eau, mais augmente également la teneur en solides dans l’extrait, réduisant ainsi la consommation d’énergie pour éliminer l’humidité de l’extrait, créant certaines conditions pour la production industrielle. Toutefois, le prix élevé des préparations enzymatiques rend les coûts de production trop élevés, ce qui entrave la production industrielle.

L’extraction alcaline est fondamentalement différente de l’extraction enzymatique. L’extraction alcaline extrait principalement la protéine alcaline soluble, qui représente plus de 80% de la protéine totale du riz et est une grande molécule de protéine; L’extraction enzymatique, d’autre part, extrait des protéines plus solubles dans l’eau, des protéines solubles dans l’alcool, des protéines peu solubles, ainsi que des peptides actifs de petites molécules solubles dans l’eau et des acides aminés libres. Par conséquent, les protéines extraites par les deux méthodes sont de nature très différente.

Guo Rongrong et al. ont comparé les propriétés fonctionnelles des protéines de riz extraites par la méthode alcaline et la méthode enzymatique. La protéine de riz extraite par la méthode alcaline a de meilleures propriétés de rétention d’eau, d’absorption d’huile et de mousse que la protéine de riz extraite par la méthode enzymatique, mais sa solubilité, sa stabilité d’émulsion et sa stabilité en mousse sont bien inférieures à la protéine de riz extraite par la méthode enzymatique; Et la capacité émulsifiante des deux produits protéiques est assez similaire [11]. Deuxièmement, la couleur et la saveur de la protéine extraite par la méthode alcaline sont inférieures à celles de la méthode enzymatique. En résumé les propriétés de la protéine obtenue par hydrolyse enzymatique sont supérieures à celles de la protéine obtenue par hydrolyse alcaline.

2.3 méthode d’extraction Composite

Les méthodes enzymatiques et alcalines ayant leurs propres problèmes, la recherche se déplace maintenant vers la méthode d’extraction combinée, dans l’espoir d’améliorer la qualité et le rendement des produits tout en réduisant les coûts de production. Wang Yalin et al. ont étudié la méthode enzymatique alcaline en deux étapes pour extraire la protéine de riz du son de riz. D’abord, la solubilisation alcaline a été utilisée pour extraire partiellement la protéine, puis la protéase alcaline a été utilisée pour hydrolyser légèrement le résidu pour améliorer la solubilité des protéines et effectuer une extraction secondaire des protéines, ce qui a donné un taux d’extraction des protéines de 78,8 % [12]. Certaines personnes complètent également la méthode traditionnelle avec une méthode physique pour extraire la protéine. Xi Haiyan et d’autres ont utilisé une méthode enzymatique assistée à ultra-haute pression pour extraire la protéine de riz. Le taux d’extraction était de 70% lorsque la protéase alcaline était utilisée seule, mais après avoir été complétée par une pression de 400 MPa, le taux d’extraction des protéines a augmenté à 78,72 % [13].

3 état de développement des produits à base de protéines de riz à la maison et à l’étranger

For a long time, people have not paid much attention to rice protein. However, with the recognition of the nutritional value and hypoallergenicity of rice protein and the attention paid to it by the international community, rice protein has stood out among cereal proteins and become a hot spot in the industry. At present, the main forms of rice protein products are: food additives, high-protein nutritional powders, edible coatings, bioactive peptides with special functions, etc. Rice protein has functional properties such as solubility, emulsification, foaming, water retention and oil retention. Although it has poor solubility, hydrolysis can release certain amino and carboxyl groups, increase the polarity of the protein molecule, and not only increase its solubility, but also bring out its foaming and emulsifying properties, making it easier to develop and use. Rice protein added to food not only improves food processing performance, but also greatly increases the nutritional value of the food [14].

Au cours des dernières années, la recherche sur les produits à base de protéines de riz aux États-Unis s’est concentrée sur le développement de divers aliments nutritionnels et de fast-foods contenant des protéines de riz, comme la mise au point par le laboratoire américain ABBOTT en juin 2003 d’un comprimé nutritionnel pour l’alimentation du lait pour nourrissons contenant 10 à 20 % en poids d’un mélange de protéines comprenant des protéines de riz et des protéines de soja; La nature et#39;S ONE INC a étudié une boisson nutritionnelle prête à boire en avril 2002, qui contient 10 à 30μg/L de protéines de riz, et peut fournir une alimentation supplémentaire pour les patients, les nourrissons et les jeunes enfants. Au Japon, la recherche a commencé à se concentrer sur l’extraction d’aliments thérapeutiques ayant des effets thérapeutiques adjuvants de la protéine de riz. DOK UR ITSU GYO SEI HOJIN SANGYO GIJUJTSU SO et OKINAWA SHOKURYO KK, en collaboration avec d’autres unités, ont étudié en novembre 2001 un nouvel inhibiteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine contenant un peptide et ses sels, qui sont hydrolysés à partir de la protéine de riz, et peuvent être utilisés pour aider dans le traitement de l’hypertension.

In recent years, research has also begun in China on the production processes for rice protein powder, modified rice proteins, high value-added peptides, resistant proteins, and edible coatings. Shan Chengjun and others studied the process conditions for edible rice protein membranes and determined the tensile strength, elongation, and water permeability of the membranes. The results showed that when the mass fraction of rice protein was 5%, the mass fraction of glycerol added was 3%, the addition amount of glutamine transaminase is 0.2% by mass, the enzyme reaction time is 90 min, the pH of the membrane solution is adjusted to 11.5, and the treatment is carried out at 80 °C for 40 min to obtain a membrane with better properties [15].

4 perspectives

La Chine est un grand pays producteur de riz avec des ressources en riz abondantes. Le son et la lie de riz provenant de la production de sucre amidon à partir de riz indica précoce et de brisures de riz peuvent également être utilisés comme matières premières pour obtenir des produits à base de protéines de riz avec de bonnes performances par extraction. Après comparaison de plusieurs méthodes d’extraction, la méthode enzymatique alcaline reste à l’heure actuelle la méthode la plus pratique dans l’industrie, simple à utiliser et relativement économique. Avec la poursuite des recherches, la méthode composite est également progressivement largement adoptée. Parce que la solubilité de la protéine de riz est relativement faible par rapport à d’autres protéines, cela affecte également d’autres propriétés, limitant l’application étendue de la protéine de riz. En outre, la protéine de riz a également une certaine odeur particulière, de sorte que la recherche d’une méthode de modification scientifique et raisonnable pour modifier la protéine de riz sera l’un des objectifs des travaux futurs.

The development and utilization of rice protein resources can compensate for the shortcomings of animal protein and prevent the occurrence of a series of rich diseases caused by excessive intake of animal fat and cholesterol. More importantly, further research and utilization of high-quality rice protein resources is conducive to the comprehensive utilization of deep processing of rice, increase added value, and promote the development of China' S l’industrie alimentaire avec le soutien de la science et de la technologie.

Références:

[1] Wang Yuhai. Situation actuelle et tendances de la transformation du riz. Aperçu de l’industrie, 2008, 6: 18-22.

[2] Yao Huiyuan. Percées dans la technologie de transformation profonde à haute efficacité et à valeur ajoutée pour le riz et ses sous-produits en Chine au cours de la période du dixième Plan quinquennal. Chinese Rice, 2008, 4: 11-13.

[3] HABA Pepe François, Ding Xiaolin, Zhang Lianfu. Optimisation de la méthode alcaline de séparation de la protéine de riz et de l’amidon et recherche des propriétés fonctionnelles des produits. Food Research and Development, 2005, 26(5): 12-16.

[4] Wang Wei, Zhang Yue-tian, Zeng Fan-jun. Optimisation du procédé d’extraction alcaline de la protéine de riz en utilisant la méthodologie de la surface de réponse. Grain and Feed Industry, 2007, 9: 20-22.

[5] Sun Qing-jie, Tian Zheng-wen. Etude des conditions d’extraction et de concentration des protéines de riz par la méthode alcaline. Food Industry Science and Technology, 2003, 24 (9): 38-40.

[6]Evelynmae,S.T.,Bemardita,V.E.& Juliano,B.0. Etudes sur l’extoaction et la composition de l’endosperme glulten et prolamine. Cereal Chemistry,1971,48:168-181.

[7] Song Na, Liu Xuewen, Zeng Li. Etude sur l’extraction enzymatique des protéines de riz. Food Research and Development, 2008, 29(8): 61-64.

[8] Deng Jing, Wu Huachang. Etude de l’extraction de la protéine de son de riz brut par méthode enzymatique. Journal of Agricultural Products Processing, 2008, 7:190-192.

[9] Morita T, Kiriyama S. méthode de production de masse pour l’isolat de protéine de riz et évaluation nutritionnelle. Food Science, 1993, 58(6):1393-1396.

[10] Ji Fengdi, Lu Fei, Wang Fujie, et al. Recherche sur la méthode de purification des protéines de riz. China Brewing, 2008, 14: 109-111.

[11] Guo Rongrong, Pan Siti, Wang Kexing. Etude Comparative du procédé d’extraction et des caractéristiques fonctionnelles de la protéine de riz par méthode alcaline et méthode enzymatique. Food Science, 2005, 3: 173-177.

[12]Wang Yalin, Tao Xingwu, Zhong Fangxu, et al. Etude du procédé d’extraction des protéines du son de riz par la méthode en deux étapes de l’alcali et de l’enzyme. China Oil and Fat, 2002, 27(3): 53-54.

[13] Xi Haiyan, Ou Xiaoqing, Zhang Hui, et al. Etude de l’extraction des protéines de riz par la méthode enzymatique assistée à ultra-haute pression. Grain and Feed Industry, 2007, 10: 26-28.

[14] Wang Zhangcun, Kang Yanling. Aperçu du développement des protéines de céréales au pays et à l’étranger. China Food Additive Review, 2006, 5: 110-113.

[15] Shan Chengjun, Chen Zhengxing. Pellicule comestible de protéines de riz. Journal of Food and Biotechnology, 2005, 24(2): 85-88.