Quelles sont les utilisations de la poudre de protéine de riz?

La protéine de riz (RP) est un terme général pour les protéines dérivées du riz, et se trouve généralement dans les sous-produits de transformation du riz. Comparées aux protéines de blé et de maïs, les protéines de riz sont hypoallergéniques et faciles à digérer. Elles sont reconnues comme des protéines alimentaires de haute qualité ayant de vastes perspectives d’application dans les aliments pour nourrissons et les aliments haut de gamme [1]. Les protéines de riz produites par différentes méthodes de traitement diffèrent par leur composition et leurs propriétés fonctionnelles. Cet article présente les principales sources, les propriétés fonctionnelles et l’état actuel de transformation et d’utilisation des protéines de riz afin de fournir une référence pour leur développement et leur utilisation subséquente.

1. Sources de poudre de protéines de riz

La teneur en protéines du riz intact est d’environ 8%, principalement composé d’albumine (2 à 5%), de globuline (2 à 10%), de glutéine (66 à 78%) et de protéines solubles dans l’alcool (1 à 5%). Parmi elles, la glutéine insoluble dans l’eau et les protéines solubles dans l’alcool représentent plus de 80% [2]. Par conséquent, la teneur et la qualité des protéines de riz produites par différentes méthodes de transformation varient considérablement. La protéine de riz a la valeur biologique la plus élevée de toutes les céréales (77) [3]. De plus, la protéine de riz est une protéine végétale hypoallergénique. La digestibilité, la valeur biologique et le taux net d’utilisation des protéines chez les jeunes enfants sont respectivement de 88,8 %, 90% et 79,9 %, ce qui les rend aptes à être utilisées dans les aliments des nourrissons, des jeunes enfants et des personnes âgées [4] [traduction].

1.1 sous-produits de la transformation de l’amidon de riz

L’amidon est le principal composant du riz (80%), suivi des protéines (8%) [5] [traduction]. L’amidon de riz est un amidon typique de petites particules (2μm à 8μm) avec des particules uniformes. L’amidon de riz gélatinisé absorbe l’eau rapidement, a une texture très lisse, ressemble au beurre, a une sensation de gras en bouche et se propage facilement. Par conséquent, il peut être utilisé comme analogue gras dans les aliments [6]. En outre, l’amidon de riz a une bonne stabilité au gel et au dégel, ce qui peut empêcher les aliments de se déshydrater et de rétrécir pendant le processus de congélation [7]. Actuellement, la production annuelle d’amidon de riz en Chine est d’environ 40 000 tonnes, et il est principalement utilisé comme épaississant, remplisseur, agent de mise en forme et facteur fonctionnel dans les industries alimentaires et pharmaceutiques [8].

La protéine de riz est le principal sous-produit de la transformation de l’amidon de riz. Les principales méthodes de traitement de l’amidon de riz sont: la méthode de solution alcaline, la méthode enzymatique et la méthode mécanique. La méthode de solution alcaline utilise une solution alcaline pour enlever les protéines et certains lipides, puis rince et centrifuge pour obtenir l’amidon. La protéine dans la solution alcaline peut être récupérée par précipitation acide [9-10].

Cette méthode cause beaucoup de pollution environnementale et est rarement utilisée de nos jours. La méthode enzymatique est une méthode plus écologique et plus efficace. La protéase est utilisée pour hydrolyser les protéines insolubles dans le riz en protéines solubles, puis la centrifugation ou la filtration est utilisée pour obtenir l’amidon de riz et les protéines. L’inconvénient de la méthode enzymatique est que l’amidon de riz obtenu a une teneur résiduelle relativement élevée en protéines et en lipides [11]. La méthode mécanique est une méthode relativement nouvelle pour séparer l’amidon de riz et les protéines. Cette méthode utilise un homogénéisateur spécial à haute pression pour briser les particules d’amidon agrégées et les protéines dans le riz et les séparer. La séparation physique de l’amidon et des protéines est obtenue en exploitant la différence de densité entre les deux. Cette méthode conserve la qualité originale de l’amidon de riz et des protéines, et la qualité du produit est meilleure [12].

1.2 sous-produits de la transformation du sirop d’amidon de riz

Le sirop d’amidon de riz est généralement produit à partir de brisures de riz, un résidu produit au cours du processus de transformation du riz, qui représente de 15 à 20% du résidu [13]. Le résidu est riche en protéines de riz (50% à 70%), en lipides (3% à 8%) et en cendres (2% à 3%), et constitue la principale source de protéines de riz [14]. La qualité des brisures de riz et la technologie de transformation du sirop influent directement sur la teneur en protéines et en lipides des résidus. La teneur élevée en lipides rend les résidus de riz extrêmement sensibles à l’oxydation et à la rancidité des lipides même après le séchage, ce qui produit un mauvais goût et une décoloration qui affecte directement les propriétés fonctionnelles de la protéine. Après élimination des impuretés, séchage et dégraissage, le résidu peut contenir plus de 80% de protéines, qui peuvent être directement utilisées pour des additifs alimentaires ou un traitement ultérieur.

À l’heure actuelle, la principale source de protéines de riz est le sous-produit de la transformation de l’amidon de riz et du sirop d’amidon de riz. Cependant, la protéine de riz qui en résulte est insoluble dans l’eau et était auparavant utilisée principalement comme aliment. Ces dernières années, en raison de la demande croissante du marché pour la poudre de protéine de riz, les résidus de riz sont devenus la principale matière première pour la production de poudre de protéine de riz comestible.

2. Modification des protéines de riz

La protéine de riz est une protéine structurale globulaire rigide. Les sous-unités forment un agrégat moléculaire dense par l’intermédiaire de liaisons disulfées intramoléculaires et intermoléculaires et d’interactions hydrophobes, et sa faible solubilité limite son application dans l’industrie alimentaire [15]. Par conséquent, la modification de la protéine de riz par des méthodes physiques, chimiques et enzymatiques pour modifier sa structure spatiale et ses propriétés physico-chimiques et améliorer ses propriétés fonctionnelles est actuellement un point critique de la recherche.

2.1 modification physique

La modification physique fait référence à l’utilisation de méthodes telles que la chaleur, les champs électromagnétiques, la force mécanique, la haute pression et le rayonnement micro-ondes pour améliorer les propriétés fonctionnelles des protéines. Les produits modifiés physiquement ont peu d’effets secondaires toxiques et sont peu coûteux, mais l’effet de modification est souvent peu important, et il existe relativement peu de rapports de recherche connexes. Des études ont montré que lorsque la protéine de riz est homogénéisée sous une pression de 0-120 MPa, la solubilité de la protéine augmente considérablement avec l’augmentation de la pression (p < 0,01), et l’activité émulsifiante s’améliore également significativement [16]. En outre, il a été rapporté dans la littérature que la solubilité de la protéine de riz peut être augmentée à plus de 98% par la dissolution, la congélation, le broyage et la centrifugation répétées de l’alcali, et les propriétés émulsifiantes et moussantes sont également considérablement améliorées [17].

2.2 modification chimique

La modification chimique fait référence à l’utilisation de méthodes chimiques pour modifier des groupes tels que des groupes hydroxyle, carboxyle et aminés sur les chaînes latérales des polypeptides ou pour introduire d’autres groupes fonctionnels pour changer la structure moléculaire des protéines et améliorer leurs propriétés fonctionnelles. Actuellement, les principales modifications chimiques de la protéine de riz sont: la déamidation, l’acylation, la glycosylation, la phosphorylation et l’alkylation.

Il existe différentes méthodes pour la déamidation des protéines, parmi lesquelles la méthode acide est largement utilisée. Jiang Tianyan et Al., et al.[18] ont constaté que la solubilité de la protéine de riz est directement proportionnelle au degré de déamidation. Lorsque le degré de déamidation est de 64,5%, la solubilité atteint 96,6% et la propriété écumante est de 27%. La propriété émulsionnante de la protéine de riz est meilleure lorsque le degré de déamidation est de 19,6 % à 35,7 %. La solubilité de la protéine de riz peut également être améliorée par modification d’acylation [19]. En outre, la solubilité, les propriétés émulsionnantes et les propriétés mousseuses de la protéine de riz sont considérablement améliorées après la modification de la glycosylation [20]. Les études ci-dessus montrent que la modification chimique a un effet significatif sur l’amélioration des propriétés fonctionnelles de la protéine de riz, mais en ce qui concerne la nutrition et la sécurité, il convient de prendre davantage en considération le choix des méthodes, le contrôle des conditions et de l’environnement.

2.3 modification enzymatique

La modification enzymatique implique principalement l’utilisation d’enzymes pour agir sur les liaisons peptidiques et les groupes de chaînes latérales dans les molécules de protéines pour modifier leur structure et leur fonction. Il existe de nombreuses façons de le faire, y compris l’hydrolyse enzymatique, les réactions protéinoïdes, la déamidation, la phosphorylation, etc., dont la plus commune est l’hydrolyse de la protéase. Actuellement, il existe de nombreuses protéases différentes utilisées pour la modification enzymatique des protéines alimentaires, y compris celles provenant de différentes sources telles que les micro-organismes, les plantes et les animaux. Parce que les différentes protéases ont des sites enzymatiques différents, leurs structures moléculaires de produit sont différentes, et leurs propriétés fonctionnelles physico-chimiques sont également différentes.

En raison de la forte hydrophobicité des protéines de riz et du fait qu’elles ont été dénaturées pendant le traitement, l’effet de l’hydrolyse enzymatique complexe est souvent meilleur que celui de l’hydrolyse enzymatique simple lors de la modification enzymatique. Certaines études ont montré que la protéase alcaline peut augmenter l’indice de solubilité de l’azote (ins) de la protéine de riz à 95%, le pouvoir émulsionnant à 55% et le pouvoir moussant à 70% lorsqu’elle est hydrolysée dans des conditions neutres [21]. Liu Hongfu et al. [22] ont utilisé des enzymes alcalases et flavourzymes pour hydrolyser la protéine de riz à 10,26%.

Les propriétés fonctionnelles et la valeur nutritionnelle de la protéine de riz peuvent également être améliorées en utilisant une réaction de type protéine pour recombiner la séquence originale d’acides aminés. Yang Qian et al. [23] ont utilisé un hydrolysat de protéase alcaline de la protéine de riz comme matière première, et ont utilisé la peptine pour catalyser une réaction de type protéique. La teneur en acides aminés essentiels de la protéine de riz obtenue, tels que Thr, Ile, Phe et Lys, a été considérablement augmentée. En outre, la déamidation enzymatique de la protéine de riz peut également améliorer considérablement ses propriétés fonctionnelles. Certaines études ont montré qu’après traitement avec la glutamine synthétase, la solubilité de la protéine de riz peut atteindre 96,99%, la capacité de rétention d’eau peut être augmentée de 1,75 à 2,03 fois, et la capacité de rétention d’huile peut être augmentée de 1,58 à 1,94 fois [24].

Par rapport à la modification chimique, les conditions de modification de la méthode de protéinase de riz sont plus douces, plus spécifiques, sûres et respectueuses de l’environnement, et c’est actuellement la méthode de modification la plus recherchée et appliquée.

2.4 modification Composite

Afin d’améliorer encore l’efficacité de la modification des protéines de riz et de réduire les coûts, il est parfois possible de combiner deux ou plusieurs méthodes de modification, ou de combiner avec d’autres techniques, telles que les ultrasons et l’irradiation. Pan Zheng et al. [25] ont montré que le traitement alcalin par ultrasons peut améliorer la solubilité de la protéine de riz dans les résidus de riz (19,99 mg/mL).

Certaines études ont montré que l’hydrolyse des protéases alcalines assistée par la technologie d’irradiation par faisceau d’électrons (EBI) peut augmenter le degré d’hydrolyse des protéines de riz jusqu’à 19,02%, et le rendement en polypeptides peut atteindre 13,50% [26]. Le traitement EBI est bénéfique pour l’étirage de la structure moléculaire de la protéine de riz, qui est propice à l’action de la protéase.

En bref, avec l’émergence et l’application de certaines nouvelles technologies, combinées aux méthodes traditionnelles de modification des protéines, il est bénéfique d’obtenir des effets de modification. Il y a beaucoup de place pour la recherche dans ce domaine, comme la technologie d’ultra-haute pression [27], la technologie d’extrusion [28], les champs électriques pulsés (PEF) [29], etc.

3 développement et utilisation des protéines de riz

En tant que protéine alimentaire, la protéine de riz est de plus en plus utilisée dans les aliments pour bébés en raison de sa haute valeur biologique et de ses propriétés hypoallergéniques. En outre, la protéine de riz attire de plus en plus l’attention pour son utilisation dans les additifs alimentaires et les aliments fonctionnels.

3.1 additifs alimentaires

La protéine de riz elle-même n’est pas très soluble, et ses propriétés fonctionnelles associées telles que l’émulsion, la mousse, la gélification, la rétention d’eau et la rétention d’huile ne sont pas idéales. Cependant, après hydrolyse modérée, sa solubilité s’améliore, et ses propriétés fonctionnelles s’améliorent également de manière significative. Wu Yujing [30] a utilisé des résidus de riz de qualité alimentaire comme matière première, et a obtenu une poudre mousseuse de protéines sans odeur, haute teneur en protéines, et de bonnes propriétés mousseuses après des opérations telles que la désaccharification, la modification de protéase neutre, la décoloration et le séchage. Cette poudre mousseuse protéique peut être utilisée pour stabiliser et épaissir les aliments liquides et pour mousser les produits de boulangerie [31].

3.2 protéines comestibles de riz

Le son de riz, un sous-produit du processus de production de l’amidon de riz ou du sirop d’amidon de riz, peut être utilisé pour traiter la poudre de protéine de riz comestible. Le son de riz produit lors de la transformation du sirop d’amidon contient généralement 40 à 60% de protéines, 6 à 12% de matières grasses, 3 à 5% de minéraux et 15 à 25% de glucides totaux [32]. La qualité du son de riz est fortement influencée par la qualité du riz cru (ou du riz cassé) et la technologie de transformation du sirop [33-34]. La graisse est le principal facteur affectant la stabilité du son de riz. Après le dégraissage, l’élimination des impuretés, le séchage et le broyage, la teneur en protéines du son de riz peut atteindre plus de 80%, ce qui peut être utilisé comme poudre de protéine de riz comestible.

Des études ont montré que la protéine de riz est riche en valeur nutritive eta des effets significatifs dans la régulation des lipides sanguins et du métabolisme du cholestérol [35-36].

À l’heure actuelle, la demande du marché international pour la poudre de protéine de riz de haute qualité augmente rapidement, et il existe un grand fossé sur le marché. La demande du marché pour la poudre de protéines de riz comestibles haut de gamme est pour une teneur en protéines de riz de 80% ou plus, une teneur en lipides de moins de 1%, une teneur en métaux lourds de moins de 10mg/kg et aucun résidu détectable de plus de 270 pesticides [37].

Par conséquent, dans le traitement du sirop, afin d’améliorer la qualité des protéines de résidu de riz, il est nécessaire d’améliorer le processus original à partir de multiples aspects tels que les matières premières, le traitement du sirop, le dégraissage et l’élimination des métaux lourds. Par exemple, il est nécessaire de sélectionner des brisures de riz bio et de brisures de riz peu polluant comme matières premières. Technologie de traitement des impuretés pour le riz cassé: enlever les pierres, les déchets métalliques, ainsi que le son et la coquille de riz. Pour le son de riz à haute teneur en matières grasses, un traitement de dégraissage doit être effectué, ce qui peut réduire efficacement la production d’odeur et de décoloration des protéines de riz pendant l’entreposage [38]. Pour les résidus de riz contenant des métaux lourds excessifs, des méthodes sont également nécessaires pour éliminer les ions de métaux lourds tels que le cadmium et le plomb [39-40].

3.3 poudre instantanée de protéines

La faible solubilité dans l’eau de la protéine de riz, en particulier la protéine de son de riz, limite son application dans les boissons et les poudres de protéines nutritionnelles. La modification de la solubilisation est nécessaire pour améliorer la solubilité de la protéine de riz. La modification de la solubilisation des protéines de riz fait référence à l’augmentation de la solubilité des protéines de riz sous hydrolyse limitée. La principale différence entre lui et le peptide de riz est que le degré d’hydrolyse est maintenu bas de sorte que la protéine ne soit pas excessivement hydrolysée.

Actuellement, les méthodes de modification de solubilisation couramment utilisées sont la glycosylation et les méthodes enzymatiques. Lu Qian et al. [41] ont utilisé des polysaccharides de citrouille et du dextran pour glycosylate et modifier les protéines de riz, respectivement, ce qui a augmenté la solubilité des protéines de riz de 32,27% et 41,75%, respectivement. Wang Zhangcun et al. [42] ont utilisé de l’alcalase pour hydrolyser la protéine de riz, et la solubilité, les propriétés moussantes et les propriétés émulsionnantes des produits enzymatiques obtenus atteignaient 50,2 %, 50mL/g et 73,6 ml /g, respectivement. Toutefois, le degré d’hydrolyse de la protéine de riz n’a pas été indiqué dans l’article.

Cui Shasha et al. [43] ont traité la protéine de riz avec une protéase alcaline et ont analysé et comparé les propriétés fonctionnelles physicochimiques de la protéine de riz avec un degré d’hydrolyse de 1% à 5%. Il a été constaté que la solubilité de la protéine de riz avec un degré d’hydrolyse de 5% était la plus élevée, atteignant 65,93%. Les recherches ci-dessus montrent que l’hydrolyse enzymatique limitée peut améliorer considérablement la solubilité de la protéine de riz. Dans la condition de maintenir un degré relativement faible d’hydrolyse, la protéine de riz a encore de bonnes propriétés fonctionnelles des macromolécules, telles que l’émulsion, la mousse, l’absorption d’eau et l’absorption d’huile [44]. C’est la différence essentielle entre la modification enzymatique de la protéine de riz pour la solubilisation et la préparation enzymatique des peptides de riz.

3.4 peptides de riz

Les peptides de riz sont de petites molécules produites par l’hydrolyse des molécules de protéines de riz en utilisant des méthodes telles que l’acide, l’alcali et la protéase. Actuellement, les méthodes acides et alcalins ne sont plus utilisées en raison de la pollution de l’environnement et des problèmes de sécurité, et la méthode enzymatique est la méthode la plus commune pour traiter les peptides de riz.

Les préparations enzymatiques utilisées dans le traitement enzymatique des peptides sont dérivées de plantes, d’animaux et de micro-organismes, tels que la papaïne, la bromélaïne, la protéase de figue, la pepsine, la trypsine, la protéase neutre, la protéase alcaline, la protéase acide et la protéase aromatique. À l’heure actuelle, il existe trois matières premières principales pour la préparation des peptides de riz: la protéine de riz, la protéine de son de riz et la protéine de résidu de riz. Différentes matières premières ont des compositions et des séquences d’acides aminés différentes, tandis que différentes protéases ont des sites de clivage enzymatiques différents, ce qui produiront des peptides de riz avec des structures et des activités moléculaires différentes [45].

Les peptides de riz ont une variété d’avantages physiologiques pour la santé, tels que l’antioxydant, l’anti-âge, l’abaissement de la pression artérielle, l’abaissement des graisses dans le sang, la régulation immunitaire et les peptides de saveur [46-49]. Les peptides de riz, obtenus par hydrolyse de protéase alcaline de la protéine de riz et purifiés par filtration sur membrane, ont de très bonnes activités de récupération des radicaux hydroxyles, des radicaux anioniques superoxydes et des radicaux DPPH. Les ajouter aux cosmétiques a un effet anti-vieillissement cutané important [46].

Afin d’augmenter le degré d’hydrolyse de la protéine de riz, une combinaison d’enzymes protéolytiques est un bon choix. Cai Jun et al. [47] ont successivement utilisé la protéase alcaline, la protéase neutre et la trypsine pour hydrolyser la protéine de riz, et le degré d’hydrolyse de la protéine de riz pourrait atteindre 15,9%. Les peptides de riz obtenus ont montré une bonne activité antioxydante in vitro. Wang Shen et al. [48] ont utilisé le riz comme matière première et une méthode enzymatique par étapes avec la protéase alcaline et la trypsine pour obtenir un peptide de riz avec un poids moléculaire absolu de 549 à 1158, une teneur en acides aminés essentiels de 35,61%, une teneur en acides aminés hydrophobes de 45,2%, et la teneur la plus élevée en acide glutamique, qui était de 16,1%. Ce peptide de riz a une forte activité antioxydante et présente également une forte activité inhibitrice de l’eca, avec une ci50 de 0,057 mg/mL.

En outre, les peptides dérivés du riz ont également pour effet de traiter le diabète de type II. On pense que la α-glucosidase et la dipeptidyl-peptidase IV humaines (EC 3.4.14.5, DPP-IV) jouent un rôle important dans le développement du diabète de type II [49]. DPP- IV est une enzyme intracellulaire qui décompose une hormone sécrétée par les cellules intestinales (GLP-1), dont la fonction principale est de réduire la glycémie en stimulant l’insuline, en inhibant le glucagon, en inhibant la vidage gastrique et en régénérant les cellules des îlots. L’inhibition ou l’inactivation de l’activité de DPP-IV peut réduire la dégradation de GLP-1 et donc abaisser la glycémie.

Ces dernières années, les inhibiteurs de la DPP-IV sont devenus l’un des piliers du traitement du diabète. Hatanaka T et al. [50] ont utilisé des lies de saké, du riz et du son de riz comme matières premières et ont constaté que les hydrolysats de protéines de riz avaient une activité inhibitrice contre la dipeptidyl peptidase IV (EC3.4.14.5, DPP-IV) (ci50 = 1,45 ± 0,13 mg/mL). Les peptides avec une inhibition de l’activité DPP-IV qui ont été identifiés à partir d’hydrolysats de protéines de riz sont quatre dipeptides, dont les structures moléculaires sont: Ile-Pro, Met-Pro, Val-Pro et Leu-Pro, respectivement. Les concentrations de ces dipeptides dans les hydrolysats de protéines de riz sont respectivement de 1,22 μg/mg, 0,23 μg/mg, 1,59 μg/mg et 1,94 μg/mg. Pooja K et al. [51] ont utilisé la simulation par ordinateur pour prédire la structure moléculaire, les propriétés sensorielles et toxicologiques de certains peptides inhibiteurs actifs DPP-IV dérivés du son de riz. Les résultats ont montré que l’hydrolysat de protéase du son de riz est l’une des meilleures sources de peptides inhibiteurs actifs DPP-IV.

5 Conclusion 

Protéine de rizA les caractéristiques d’une composition équilibrée d’acides aminés, étant facilement digérés et absorbés, et étant hypoallergénique. C’est une protéine alimentaire de haute qualité. Cependant, la faible solubilité dans l’eau des protéines de riz limite directement leur application dans les aliments. Par conséquent, à l’heure actuelle, la recherche et l’utilisation de la protéine de riz se concentre principalement sur sa solubilisation et sa modification, la solubilisation et la modification enzymatiques étant la méthode principale. En outre, la préparation enzymatique des peptides de riz à partir de la protéine de riz, en particulier la préparation de peptides actifs de haute pureté, est la direction principale du traitement en profondeur de la protéine de riz.

Des études ont montré que les peptides actifs dérivés du riz ont diverses fonctions telles que le traitement du diabète de type II, l’anti-oxydation, l’anti-vieillissement, l’abaissement de la pression artérielle, l’abaissement des lipides sanguins, et la régulation immunitaire. Cependant, les recherches actuelles sur les peptides de riz nécessitent de nouvelles recherches et améliorations dans les techniques de séparation et de purification, de séchage et de stabilisation des peptides actifs, en particulier dans les équipements de traitement industriel pour les peptides actifs de riz de haute pureté.

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