综述：解锁米糠蛋白的潜力：修饰策略与功能增强

《Current Research in Food Science》：Unlocking the potential of rice bran protein: modification strategies and functional enhancements

本综述系统梳理了米糠蛋白（RBP）这一高营养价值的植物蛋白资源在工业化应用中的主要瓶颈——溶解性与功能性不足，并聚焦于物理（超声、挤压、超高压等）、化学（糖基化、磷酸化等）及生物（酶解、交联、发酵等）三大修饰策略，深入剖析其作用机制（如破坏非共价键、引入共价修饰、精准结构裁剪），定量对比各方法在提升溶解度、乳化性及凝胶性等方面的功效，为RBP作为可持续的高值功能性配料在食品工业中的理性开发提供了应用导向的决策框架。

　　

米糠蛋白的潜力与挑战

米糠蛋白（Rice Bran Protein, RBP）作为一种优质植物蛋白，其氨基酸组成均衡且致敏性低，营养价值介于酪蛋白和乳清蛋白之间。然而，天然RBP因其广泛的疏水区域和分子间二硫键，导致其溶解度极低（在pH 4-5时通常低于10%），这直接限制了其在酸性食品体系（如饮料、乳液、肉制品和凝胶食品）中的应用，使其大多仅被用作动物饲料或低价值原料，造成了资源的巨大浪费。

物理修饰：能量输入驱动结构重塑

物理修饰通过施加外部能量（如热、机械力、电磁场）改变RBP的高级结构，而不改变其化学组成。其核心机制是破坏维持蛋白质空间构象的非共价相互作用（氢键、疏水作用、离子键）乃至二硫键。

• •
  热加工技术：传统热处理（如120°C干热60分钟）可提高RBP的持油性（从3.91 g/g增至4.31 g/g）和乳化活性（从41.46%增至57.54%），但可能抑制泡沫稳定性和溶解度。微波及其等离子体处理能通过离子传导和偶极旋转快速加热，诱导蛋白质从有序结构向无规卷曲转变，从而改善其功能。挤压技术作为一种连续的热机械过程，在热、剪切力和压力的共同作用下，使RBP变性、展开并重新组织，形成多孔网络结构，特别适用于生产具有肉类似质构的植物基蛋白产品。蒸汽闪爆（SFE）则利用高温高压蒸汽瞬间泄压产生的热机械冲击波，高效破坏细胞壁和蛋白质聚集体，在优化条件下（如1.7 MPa/90 s）能将RBP在pH 6的溶解度从30.21%显著提升至67.12%。
• •
  非热技术：超声波（如200 W, 20 kHz）依靠空化效应产生的剪切力和微射流，破坏非共价键，减小颗粒尺寸，暴露疏水基团，从而增强乳化性和泡沫性能。脉冲电场（PEF）通过电穿孔作用改变蛋白质构象，可提高持油能力20.29-22.64%，乳化活性3.3-12.0%。超高压（HHP）处理（如200 MPa, 40 min）主要影响非共价键，促使蛋白质展开，使其在pH 7.0的溶解度提升76.69%，且能作为酶修饰的有效预处理。冷等离子体利用活性氧/氮物种（RONS）氧化硫代氨基酸和破坏二硫键，在适度处理（4-6分钟）下能将RBP的乳化能力提升至55.03 m²/g。微流化（动态高压微流化，DHPM）则通过极端的剪切、空化和冲击力，解离聚集体，减小液滴尺寸，在120 MPa下制备的RBP-阿拉伯胶乳液，其乳化活性指数（EAI）和乳化稳定性指数（ESI）分别可达118.70 m²/g和112.75分钟。

化学修饰：共价键合增强亲水性与稳定性

化学修饰通过试剂与蛋白质侧链基团反应，引入或改变化学基团，共价修饰蛋白质结构。

• •
  糖基化：以美拉德反应为例，蛋白质的氨基与还原糖的羰基发生共价结合。RBP与麦芽糖或壳寡糖的糖基化产物，其溶解度（如米糠球蛋白RBG从17.47%增至37.23%）、乳化活性和稳定性（ESI从50.66%增至65.37%）以及起泡性均显著改善。这归因于糖链引入的亲水基团和空间位阻效应。
• •
  脱酰胺：在碱性条件下，天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基水解为羧基，增加蛋白质表面净负电荷。温和条件（pH 8, 100°C, 30 min）下的脱酰胺可使RBP溶解度提升至约40%，而剧烈条件（pH 12）下可达约90%，但需注意避免赖丙氨酸等副产物的生成。
• •
  磷酸化：使用三偏磷酸钠（STMP）等试剂，将磷酸基团共价连接到丝氨酸、苏氨酸等残基上。在pH 9.0条件下对RBP进行磷酸化，可使其溶解度从6.67%大幅提高至58.4%，乳化活性指数从1.70 m²/g提升至13.72 m²/g，并伴随二级结构的变化（β-折叠减少，α-螺旋/β-转角增加）。

生物修饰：温和条件下的精准调控

生物修饰利用酶或微生物的专一性催化作用，条件温和，更符合清洁标签要求。

• •
  酶法水解：利用蛋白酶（如胰蛋白酶、木瓜蛋白酶）在控制水解度（DH，通常<10%）下选择性切割肽键，可增加可电离末端，提高分子柔性和溶解度。过度水解（DH >10%）则可能导致苦味和功能下降。
• •
  酶法交联：转谷氨酰胺酶（TGase）能催化谷氨酰胺和赖氨酸残基间形成异肽键。经TGase（0.5 kat/kg, 3 h）交联的RBP，其起泡能力提升至375%，泡沫体积比达79.45%，并能形成更均一致密的凝胶网络，适用于植物基奶酪、酸奶等产品。
• •
  发酵：利用酵母或自然发酵过程中微生物蛋白酶的作用，可对RBP进行原位修饰。发酵能提高RBP的蛋白质和氨基酸含量，改善其在高pH下的溶解度、起泡性和乳化性，并增强热稳定性（如酵母发酵RBP浓缩物的变性温度T_d可达108.01°C），但过程可控性较差。

改性策略的比较与应用导向选择

不同修饰策略在提升RBP特定功能方面各具优势（参见表1）。例如，超高压和有限酶解对提高溶解度效果显著；糖基化和微流化在增强乳液稳定性方面表现优异；转谷氨酰胺酶交联和挤压则擅长构建强凝胶质构。技术选择需平衡功能需求、工艺可行性、成本及清洁标签要求。对于高溶解度蛋白饮料，可优先考虑超高压或可控酶解；对需长期稳定性的乳化体系（如沙拉酱），糖基化是有效策略；对需要弹性凝胶的仿肉制品，TGase交联或挤压更为适用；在成本敏感且要求清洁标签的场景下，热处理、发酵或超声波可能是更优选择。

结论与展望

通过物理、化学和生物修饰策略，可有效克服RBP溶解性差和功能受限的瓶颈，挖掘其作为可持续高价值食品配料的潜力。未来研究应聚焦于开发协同混合工艺、深入理解改性RBP在复杂食品基质中的行为，并推动有前景技术的工艺强化和经济性验证，以加速其产业化应用。