Quelles sont les méthodes d’extraction de la poudre de protéine de riz brun?

Le riz est une importante culture vivrière. Environ la moitié du monde' la population dépend du riz comme aliment de base. Les principales régions productrices et consommatrices de riz dans le monde sont l’asie, qui représente 91% du monde' S consommation totale. Chine et#La production de riz représente 37% du total, se classant au premier rang mondial [1]. La transformation en profondeur et l’utilisation complète du riz sont actuellement un point critique de la recherche. Les sous-produits de la transformation - brisures de riz, résidus de riz, son de riz, etc. - contiennent de nombreux ingrédients d’une grande valeur pour le développement. Le résidu de riz est un sous-produit de l’industrie de la fermentation et#39; S production de glutamate monosodique, d’acide lactique, d’acide citrique, etc., et production de sucre d’amidon. Il contient des acides aminés essentiels requis par les organismes et a une grande valeur de recyclage [2]. En raison des propriétés hypoallergéniques et de la haute valeur nutritionnelle de la protéine de riz, le marché alimentaire a un avenir relativement prometteur.

Actuellement, il y a beaucoup de recherche sur la protéine de riz brun, et ses applications sont de plus en plus répandues. Par exemple, il est utilisé pour produire de la poudre de protéine de riz brun, de la protéine de riz brun hydrolysée, de la protéine de riz brun modifiée, des peptides à haute valeur ajoutée, des peptides bioactifs et des protéines résistantes [3]. Il peut également être utilisé comme additif dans les boissons mélangées, puddings, crème glacée, aliments pour bébés, etc. La protéine de riz brun a non seulement des fonctions nutritionnelles uniques, mais aussi des fonctions de promotion de la santé telles que la réduction du taux de cholestérol sérique [4]. Bien que la quantité et la demande de protéines de riz brun soient en augmentation, son application dans l’industrie alimentaire est très limitée, principalement en raison de sa méthode d’extraction imparfaite, sa mauvaise solubilité dans l’eau et ses propriétés fonctionnelles.

Protéine de riz brunEst extrait pour obtenir un produit à base de protéines de riz brun de haute pureté, qui est généralement divisé en concentré de protéines de riz brun (RPC, teneur en protéines 50%-89%) et isolat de protéines de riz brun (RPI, teneur en protéines 90% ou plus) [5]. La farine de riz, les résidus de riz, le son de riz et d’autres matières premières peuvent être utilisés pour préparer la protéine de riz brun. Les chercheurs ont proposé diverses méthodes de préparation pour le développement et l’utilisation de la protéine de riz.

1. Méthode d’extraction au solvant

Les protéines existent sous forme de corps protéiques et sont étroitement entourées par des granulés d’amidon. Plus de 80% des protéines de l’endosperme sont du gluten peu soluble, il est donc relativement difficile d’extraire la protéine de riz brun. A l’heure actuelle, les solvants couramment utilisés pour extraire la protéine de riz brun sont: (2) les sels d’acides gras; (3) acides faibles: acide acétique, acide lactique; 4) perturbateurs de liaison hydrogène: urée, chlorhydrate de guanidine; (5) alcali: 0,1 N NaOH, 0,1 N KOH; (6) agents réducteurs: mercaptoéthanol, etc. Lorsque la protéine de riz est extraite à des fins alimentaires, le NaOH 0,1 N est le plus largement utilisé.

Wang Zhangcun [6] et d’autres ont comparé les méthodes d’extraction des protéines de riz du son de riz à l’aide de solvants non alcalins et de méthodes alcalines, respectivement. Il a été constaté que la teneur en protéines du produit extrait avec un solvant non alcalin était équivalente à celle extraite avec une méthode alcaline, mais le taux de récupération des protéines était significativement plus élevé, atteignant 95,2%, tandis que le taux de récupération le plus élevé de la méthode alcaline était seulement 40%. De toute évidence, il y a certains avantages à extraire la protéine de riz à l’aide de ce solvant non alcalin, mais le solvant d’extraction n’est pas facile à enlever, et il y a des problèmes de sécurité avec l’application du produit, en particulier dans les applications alimentaires. En outre, les coûts de production augmenteront considérablement en raison de l’utilisation du solvant d’extraction. Le principal inconvénient de la méthode alcaline est que lorsqu’elle est extraite à des concentrations élevées d’alcali, elle peut entraîner une forte dénaturation de la protéine, ainsi qu’une augmentation de la réaction de Maillard, qui produit des substances brunes. Ceci, associé à la solubilisation de substances non protéiques à des concentrations élevées d’alcali, peut affecter la qualité du produit protéique final. En même temps, un environnement alcalin peut provoquer des réactions de condensation entre certains acides aminés tels que la lysine et l’alanine ou la cystine, produisant des substances toxiques. La valeur nutritive de la lysine est considérablement réduite, et le produit fini a une couleur foncée, un goût amer, et est de mauvaise palatabilité.

2. Méthode d’extraction de protéase

Les protéases couramment utilisées pour extraire la protéine de riz brun comprennent les protéases acides, les protéases alcalines, les protéases neutres, les enzymes complexes et la peptine. Actuellement, il y a eu beaucoup de recherches sur l’hydrolyse enzymatique des protéines. Le processus principal est le suivant: matières premières → trempage → pulping → enzymolysis → enzyme inactivation → centrifugation → hydrolysate séchage → poudre de protéine. Ge Na [7] et d’autres ont extrait des protéines de riz à l’aide de protéase acide et de protéase neutre, respectivement, avec des taux d’extraction de 84% et 43%, respectivement; Wang Shenglin [8] a extrait des protéines de riz à l’aide de protéase acide, avec un taux d’extraction de 75% à 80%; Wang Wengao [9] a utilisé la protéase alcaline et l’enzyme composée d’arôme pour extraire la protéine de riz brun, avec un taux d’extraction de 81,6% et une pureté du produit de 85%; Huang Taihua [10] a utilisé la peptine pour extraire la protéine de riz brun des résidus de riz, avec un taux d’extraction de 72,4%. En fait, le processus d’extraction de la protéine de riz brun à l’aide de protéase n’est pas mature. Bien que l’utilisation de la protéase puisse améliorer les propriétés des protéines, le faible rendement et le prix élevé de la protéase ont limité le développement du processus d’extraction de la protéine de riz brun à l’aide de la protéase.

Quelle protéase convient le mieux à la préparation de la protéine de riz? Puisque différents chercheurs utilisent des enzymes de différents fabricants, l’activité enzymatique, la composition, les matières premières utilisées, les procédés d’extraction ne sont pas les mêmes, et de nombreux autres facteurs, les conclusions diffèrent.

Par exemple, Wang Wengao [11] et d’autres ont étudié les types d’enzymes (Novozyme' S Flavourzy 500 mg de protéinase aromatique composite du Danemark, avec 500 LAPU/g d’unités d’activité; Neutrase 0,5 L de protéinase neutre, avec 0,5 AU/g d’unités d’activité; Et Alcalse 2,4 L, 2,4 AU/g), rapport liquide-solide, disulfure liaison breaker, et degré d’hydrolyse. Une expérience orthogonale à quatre facteurs et à trois niveaux A été menée en utilisant le riz comme matière première pour préparer les protéines de riz. Les résultats ont montré que le type d’enzyme avait le plus grand effet sur le taux d’extraction des protéines, la protéase alcaline ayant le taux d’extraction le plus élevé. Ge Na [7] et d’autres ont comparé la protéase acide produite par l’usine d’enzymes Wuxi (50 000 U/g d’unité d’activité), la protéase neutre (0,5 AU/g d’unité d’activité), la protéase alcaline (unité d’activité 2,4 AU/g), et la protéase complexe (unité d’activité 1,5 AU/g), et ont constaté que le taux d’extraction de la protéase de riz blanc par la protéase acide était le plus élevé. Le taux d’extraction peut atteindre 91,25%, suivi par la protéase alcaline, et l’effet d’extraction de la protéase d’arôme et de la protéase neutre est le pire.

3. Méthode de séparation physique

Kang Yanling et al. [12] ont introduit une méthode d’extraction de la protéine de riz brun par broyage de la structure et dissolution de la protéine par broyage des colloïdes et homogénéisation. Une fois le riz brun micronisé et homogénéisé, la concentration en dissolution des protéines est supérieure de 75% à celle extraite d’une solution aqueuse simple. Le traitement de la matière première avec des méthodes physiques peut augmenter la concentration de dissolution des protéines de 18,7%. La mise en pâte et l’homogénéisation peuvent aussi faire varier considérablement le poids moléculaire des composants dissous. Par conséquent, il est possible d’utiliser des méthodes physiques pour augmenter le taux d’extraction des protéines.

En 2005, World Agriculture rapportait qu’après quatre années de recherche, des scientifiques américains avaient inventé une nouvelle méthode avec un rapport qualité-prix plus élevé. Autrement dit, la haute pression générée par un homogénéisateur spécial est utilisée pour décomposer physiquement les agrégats d’amidon et de protéines du riz brun en morceaux, et le riz brun n’a besoin de passer à travers ce dispositif qu’une seule fois pour produire des particules aqueuses de micromolécules uniformes d’amidon et de protéines, qui sont ensuite séparées de l’amidon et de la protéine par un processus de séparation conventionnel basé sur la densité. Ce nouveau procédé conserve la qualité originale de la protéine de riz et de l’amidon extraits, et les protéines et l’amidon résultant ont une meilleure intégrité et fonctionnalité que les méthodes de traitement traditionnelles. Les scientifiques américains estiment que cette nouvelle méthode a le potentiel de révolutionner l’industrie de l’amidon de riz et de la production de protéines, et ils étudient également l’utilisation du même procédé pour extraire la protéine, l’huile et l’amidon du son de riz.

4 méthode de l’amylase

L’extraction de la protéine de riz brun à l’aide d’amylase consiste en fait à éliminer autant que possible les composants non protéiques du riz, et la substance restante est la protéine de riz. Dans l’extraction de la protéine de riz brun, le riz brun est moulu et mélangé avec de l’eau pour former une boue, de l’amylase est ajoutée et le mélange est gardé au chaud pendant un certain temps. Le surnageant est ensuite séparé de la matière solide pour obtenir une solution qui est ajoutée à l’enzyme saccharifiante pour produire du maltose.

Le précipité est une poudre riche en protéines, avec une teneur en protéines d’environ 50 à 60%. La poudre protéique obtenue par ce procédé contient de l’amidon et des sucres qui n’ont pas été hydrolysés enzymatiquement, ce qui signifie qu’elle ne répond pas aux exigences de la protéine concentrée et limite son champ d’application. Pour augmenter la teneur en protéines, certains chercheurs ont ajouté d’autres étapes de séparation tout en veillant à ce que l’amidon du riz brun soit liquéfié au maximum. Liu Bin [13] et d’autres ont utilisé des résidus de riz comme matière première, l’ont lavé à haute température, puis ont ajouté de nouveau de l’ amylase pour préparer des protéines concentrées, avec une pureté protéique de plus de 85%. Frederick·F·S [14] et d’autres ont procédé à un lavage à l’alcool du précipité séparé du mélange solide-liquide après liquéfaction, augmentant ainsi la teneur en protéines à 70%-80%.

5. Méthode d’extraction composée

La simple utilisation de l’extraction de la lessive ou de la protéase pose de nombreux problèmes, comme un faible taux d’extraction, une pureté insuffisante et des risques potentiels pour la salubrité des aliments. Les chercheurs ont commencé à envisager des méthodes d’extraction par composés pour optimiser le processus d’extraction. Wang Yalin [15] et d’autres ont utilisé une méthode enzymatique alcaline en deux étapes pour extraire la protéine de riz du son de riz de manière progressive, avec de bons résultats. Cette méthode utilise d’abord une solution alcaline pour extraire une partie de la protéine, puis utilise une protéase alcaline pour hydrolyser légèrement le résidu pour améliorer la solubilité de la protéine et effectuer une extraction secondaire de la protéine, obtenant un taux d’extraction de la protéine de 78,8%.

Liu Ji [16] et d’autres ont également utilisé des résidus de riz comme matière première et ont également utilisé une méthode en deux étapes d’alcali et de protéase pour extraire la protéine de riz brun, avec une pureté et un rendement de 70,2 % et 57,1 %, respectivement. Chen Ji-wang [17] et d’autres ont utilisé une méthode en deux étapes de l’alcali et de la protéase pour extraire la protéine de riz brun du riz cassé. Le processus est le suivant: riz cassé → broyage → extraction alcaline diluée → centrifugation → solution protéique → hydrolyse d’amylase → inactivation enzymatique → centrifugation → précipitation → lyophilisation → protéine de riz brune. Le taux d’extraction des protéines de riz brun était de 73,22 % et la pureté était de 88,75 %; Chen Ji-wang [18] et d’autres ont utilisé un concentré de protéines de riz brun en utilisant une séparation par cyclone à deux étapes pour éliminer les impuretés, ce qui peut réduire la teneur en cendres à 1,52 %. L’hydrolyse combinée avec la cellulase et la lipase peut réduire la teneur en graisse de la protéine à 2,72%. Après purification, la teneur en protéines du concentré de protéines de riz brun atteint 70%, avec un rendement de 73,96%.

6 Conclusion

Au fur et à mesure que les gens prennent conscience de la valeur nutritionnelle et des propriétés hypoallergéniques de la protéine de riz brun, et que le marché international accorde plus d’attention à la protéine de riz, il est certain que de nombreux chercheurs vont mener des recherches et développement. Au cours des dernières années, les chercheurs ont conclu que la méthode d’extraction non alcaline dans la méthode au solvant présente des problèmes tels que des coûts de production élevés et des risques pour la salubrité des aliments; La méthode alcaline consomme une grande quantité de lessive et a des problèmes de protection de l’environnement; La méthode protéase présente également des problèmes de faible taux d’extraction et de coût élevé; Et les méthodes de séparation physique n’ont pas de capacités techniques mûres en Chine à l’heure actuelle. Par conséquent, dans les travaux de recherche futurs, la méthode d’extraction devrait être déterminée d’une manière ciblée en fonction de la matière première, et une combinaison optimisée de diverses méthodes d’extraction devrait être utilisée pour se compléter mutuellement.#39; S avantages.

Références:

[1] Yao Huiyuan. Tendances de développement de la transformation en profondeur du riz dans le monde et de la Chine#39; S avantages potentiels. Articles sélectionnés de la 2e conférence académique annuelle de la China Cereals and Oils Association [R]. Wuxi: China Cereals and Oils Association, 2002: 12-16.

[2] KC Cheng, et al. Production et évaluation nutritionnelle de la farine de riz riche en protéines [J]. J of Food Sci. 1996, 51: 464-467.

[3] Wang Zhangcun, Yao Huiyuan. Etude sur l’hydrolyse enzymatique et les propriétés de la protéine de riz [J]. China Cereals and Oils Journal, 2003, 18(5): 5-7.

[4] T Morita. Les isolats de protéines de riz produits par les deux méthodes différentes réduisent la concentration de cholestérol senlm chez le rat par rapport à la caséine [J]. Sci. Sci. Food Agri, 1996, 71,(4): 415-424.

[5] Chen Ji-wang, Yao Hui-yuan. Développement et utilisation des protéines de riz [J]. Food Science and Technology, 2002, (6): 87-89.

[6] Wang Zhang-cun, Yao Hui-yuan. Recherche sur la technologie d’extraction des protéines de riz [J]. Grain and Feed Industry, 2003, (): 37-38.

[7] Ge Na, Yi Cuiping, Yao Huiyuan. Etude sur l’extraction de la protéine hydrolysée du riz par la protéase acide [J]. Food and Machinery, 2006, 22(1): 53-55.

[8] Wang Shenglin. Recherche sur l’extraction et l’application des protéines de riz [D]. Wuxi: bibliothèque de l’institut Wuxi de l’industrie légère, 1988.

[9] Wang Wengao. Recherche sur la conversion du riz indica précoce et du riz cassé en protéine de riz hypoallergénique et en amidon à libération lente [D]. Wuxi: bibliothèque de l’université de Jiangnan, 2003.

[10] Huang Huihua. Recherche sur l’extraction des protéines des lies de riz à l’aide de la pepsine [J]. Shaanxi Cereals, Oils and food Science and Technology, 1996, (3): 60-61.

[11] Wang Wengao, Chen Zhengxing, Yao Huiyuan. Etude sur l’extraction des protéines de riz par différentes protéases [J]. Grain and Feed Industry, 2002, (2): 41-42

[12] Kang Yanling, Wang Zhangcun. État de la recherche sur la protéine de son de riz [J]. Grain and Oil, 2006, (3): 22-24.

[13] Liu Bin, Huang Wen. Recherche sur l’hydrolyse enzymatique de la protéine de son de riz [J]. Grain and Feed Industry, 2005, (8): 6-8.

[14] Frederick f. Shih et Kim W.Daigle. , préprotéine isolates, JAOCS,77:885-889(2000).

[15] Wang Yalin, Tao Xingwu, Zhong Fangxu, et al. Etude du procédé d’extraction des protéines du son de riz par une méthode enzymatique alcaline en deux étapes. [J]. China Oil and Fat, 2002,(3):53-54.

[16] Liu Ji, Yao Huiyuan, Chen Zhengxing. Préparation d’un concentré de protéines de riz utilisant le son de riz comme matière première [J]. Food Industry, 2004, 25(3): 11-13.

[17] Chen Ji-wang, Yao Hui-yuan. Développement et utilisation des protéines de riz [J]. Food Science and Technology, 2002, (6): 87-89.

[18] Chen Ji-wang, Sun Qing-jie, Xia Wen-shui, et al. Recherche sur la préparation des protéines de riz par la méthode enzymatique alcaline en deux étapes [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2006, (5): 169-172.