胡健華，雙 楊

(武漢工業(yè)學院食品科學與工程學院，湖北 武漢， 430023)

2011年，我國食用油市場年度總供給量為2 865.1萬t，國產油料榨油量為1 091.8萬t。食用油的自給率為38.1%，并且有逐年下降的趨勢［1］。因此，千方百計的開辟油料資源，增產植物油脂是關系到國家食用油供應安全的大問題，應予以高度重視。

1 目的與意義

稻谷是我國第一大糧食品種，年產稻谷高達2億t，米糠是稻谷碾米過程中的主要副產物，每年的米糠產量達1 800萬t。米糠含油在15%以上，且米糠油所含脂肪酸天然接近世界衛(wèi)生組織(WHO)建議的黃金比例。此外，米糠油富含谷維素、植物甾醇、VE等多種活性營養(yǎng)成分，可以有效對抗亞健康狀態(tài)。米糠油還被世界衛(wèi)生組織和美國心臟協(xié)會(AHA)推薦為健康食用油。如能合理利用米糠資源，我國每年可生產約230萬t米糠油，相當于1億多畝土地所產大豆的含油量，與此同時還能提高我國食用油自給率5%—10%。我國目前對米糠的利用率尚不足10%，相比日本的利用率100%，甚至印度30%的米糠利用率都有較大差距。

我國稻谷加工廠的實際情況是小型分散，導致米糠原料收集困難，而米糠又非常不穩(wěn)定，在6小時內不進行有效處理，米糠的酸價就會急劇上升，新鮮米糠的酸價從4.2上升到7.0，6小時上升了近70%，使米糠的實用價值大為降低。當米糠毛油脂肪酸含量達到10%以上時，油脂精煉極不經濟，這樣的米糠飼料也能造成畜禽消化不良、影響生長發(fā)育。而現(xiàn)有的保鮮技術(即穩(wěn)定化處理)存在某些不足，不能有效推廣和應用，造成米糠油生產過程中“易酸敗”、“精煉損耗大”、“脫色難、顏色深”的三大問題。因此，米糠穩(wěn)定化是米糠資源開發(fā)利用的前提條件。鑒于此，某跨國公司大型集團采用“一分散，兩集中”的生產模式，即在油脂加工基地半徑200km的范圍內，遍布稻谷加工廠，然后將生產的米糠及時送往油脂加工基地集中制油和集中精煉。

我國缺乏先進的米糠穩(wěn)定化技術，且缺乏先進的米糠油精煉技術，技術限制是導致我國米糠利用率一直處于低水平的主要原因。

影響米糠品質劣變的因素很多，當前傾向性的意見認為:米糠酸敗的主要原因是由其自身所含的脂肪分解酶和氧化酶造成的。米糠中脂肪酶的活性很高，在完整的谷粒中，脂肪酶位于種皮層，油脂位于糊粉層、亞糊粉層和胚中，由于處于不同的部位，它們之間不會起反應，碾米之后，脂肪酶混入米糠中，油脂的水解作用就會迅速發(fā)生，產生游離脂肪酸，接著在氧化酶、光、熱等因素的共同作用下發(fā)生脂肪的酸敗，因此，防止米糠酸敗最有效的方法就是抑制脂肪酶的活性。

2 脂肪酶的作用機制

酶的蛋白質分子結構是其生物學功能的基礎，它的催化功能是由酶蛋白分子上的活性部位實現(xiàn)的。研究證明，酶只有少數(shù)氨基酸殘基參與底物的結合及催化作用，這一部位稱為酶的活性部位或活性中心，通?；钚圆课恢徽颊麄€酶分子體積的1%—2%，一般認為酶的活性部位包括結合部位和催化部位，酶的結合部位具有專一性，負責與底物結合，而催化部位具有催化能力，負責催化底物化學鍵的斷裂并形成新鍵。

根據(jù)Henri提出的酶和底物的中間復合物學說［2］，在酶催化的化學反應中，酶分子(E)與底物(S)結合形成不穩(wěn)定的中間復合物(ES)，然后它分解生成反應產物(P)，并釋放出原來的酶，反應式如下:

目前人們常用“誘導契合”假說來解釋酶的作用機制(見圖1)?！罢T導契合”假說認為，酶活性部位的結構具有柔性，在酶與底物結合過程中，因受底物的誘導，引起酶活性部位的構象發(fā)生一定的變化，使酶蛋白的結合部位和催化部位得以正確的排列和定向，與底物契合形成酶―底物復合物，同時誘導底物分子中某些化學鍵趨向不穩(wěn)定狀態(tài)即活化狀態(tài)，使反應加速進行。

研究結果證明，當酶與底物結合并進行反應時，酶與底物的構想均發(fā)生變化。當酶遇到其專一性底物時，酶中某些基團或離子可以使底物分子內敏感鍵中的某些基團的電子云密度發(fā)生變化，產生“電子張力”，使底物中敏感鍵的一端更易于反應。底物分子發(fā)生形變，使底物比較接近它的過渡態(tài)，降低了反應的活化能，從而加速反應的進行。

圖1 “契合誘導”假說示意圖

脂肪酶是一種糖蛋白，其糖基部分約占分子量的2%—15%，以甘露糖為主，整個分子由親水部分和疏水部分組成，活性部位靠近分子的疏水端。活性部位是絲氨酸殘基。只有當?shù)孜镆晕⒘！⑿【酆戏稚顟B(tài)或呈乳化顆粒時，脂肪酶對底物水解才有顯著的催化作用。

脂肪酶具有油―水界面的親和力，能在油－水界面上高效率的催化水解不溶于水的脂類物。脂肪酶來源不同，但都包括同源區(qū)段，其三級結構卻非常相似，其活性中心是絲氨酸殘基［3］，在正常情況下，表面被相對疏水的氨基酸殘基形成的α－螺旋蓋狀結構覆蓋，受到保護。當脂肪酶與界面相接觸時，螺旋蓋打開，通過親電子域的創(chuàng)造導致脂肪酶的構象改變，此親電子域在絲氨酸殘基周圍，由疏水殘基的暴露和親水殘基的包埋來完成。從而增加了脂類底物復合物的親和性，并穩(wěn)定了催化過程中的過渡態(tài)中間產物，而酶分子的周圍通常存在一定量的水分，從而保證在油―水界面的自體激活。界面的存在還可以使酶形成不完全的水化層，這有利于疏水性底物的脂肪側鏈折疊到酶分子表面，使酶催化易于進行。

3 酶的抑制作用

酶的結構、專一性和催化模式等方面都有很大差別，但酶的活性部位具有共同的特點［2］。

(1)酶的活性部位僅有少數(shù)幾個氨基酸殘基組成。如脂肪酶的活性部位殘基是由絲氨酸、天冬氨酸、組氨酸組成。

(2)酶的活性部位的形成要求酶蛋白分子具有一定的空間構象，酶的活性部位之外的其他部分對活性部位的形成提供了結構基礎，酶的一級結構和高級結構決定了其活性部位具有特定的三維結構。

(3)酶的活性部位與底物結合需要經過誘導契合。

(4)酶的活性部位位于酶分子表面的一個疏水凹穴(或稱裂隙)里。

(5)酶與底物是通過非共價鍵(即離子鍵、氫鍵和范德華力等)可逆結合的。

(6)酶的活性部位具有柔性或可運動性，酶活性部位的柔性是酶充分表現(xiàn)其活性所必需的，是酶催化作用保持高效性和可調性的結構基礎。

酶的抑制作用是指一些小分子或離子能與酶分子的一些基團結合，從而影響了酶與底物的結合及產物的生成，引起酶活力的下降或喪失。對酶起抑制作用的物質稱為酶的抑制劑。酶的抑制作用不同于失活作用，酶蛋白沒有變性，只是酶活力受到抑制，抑制機理有如下方面:

(1)抑制劑與酶結合形成穩(wěn)定的絡合物，從而降低酶的活性。

(2)抑制劑破壞酶或輔基的活性基團，或與某些必需基團結合而改變酶的構象。

(3)抑制劑和底物與酶競爭結合，減少酶與底物的作用機會。

(4)抑制劑阻礙酶與底物的結合及生成產物的反應。

對于酶抑制劑的合成和選擇應遵循如下原則:

(1)抑制劑對酶具有較強的親和性和特異性;

(2)抑制劑和酶的活性中心以共價鍵或非共價鍵的形式形成較穩(wěn)定的復合體;

(3)抑制劑必須到達作用部位，并要在靶酶附近維持一定的濃度。

脂肪酶是一種特殊的酶鍵水解酶，作用于甘油三酯的酯鍵，使其降解為甘油二酯、甘油一酯、甘油和脂肪酸。脂肪酶基本組成單位僅為氨基酸，通常只有一條多肽鏈，它的催化活性僅僅決定于它的蛋白質結構，且只作用于異相系統(tǒng)，即在油脂―水界面上作用。溶于水的酶作用于不溶于水的底物，對均勻分散的或水溶性底物無作用，即使作用也極緩慢。

4 米糠穩(wěn)定化技術的研究方向

至今，國內外研究米糠穩(wěn)定化方法的研究報道很多，有鹽酸法、過亞硫酸鈉法、亞硫酸鈉法、低溫儲藏法、輻射處理法、熱處理法、微波處理法、擠壓膨化法、酶法等等。鑒于我國稻谷加工廠數(shù)量眾多，且75%以上的米廠是日處理稻谷能力小于100t的工廠，規(guī)模較小，所產米糠數(shù)量有限。而米糠的穩(wěn)定化處理又必須在加工廠當?shù)丶磿r進行。因此，上述米糠穩(wěn)定化方法的應用存在這樣或那樣的問題，某些較好的方法也難以推廣應用。當前，90%以上的米糠只用作廉價的飼料，極大的限制了大米加工的經濟效益。米糠穩(wěn)定化成為制約米糠制油的瓶頸。研究適合我國國情的經濟有效的穩(wěn)定米糠方法，進而充分開發(fā)利用米糠資源就顯得極為重要。

美國雖不是稻谷主產國，其產量只占世界總產量的1.4%，但對產出米糠的管理和應用極為重視。明確規(guī)定:非穩(wěn)定化的米糠，一律不得用于食用或飼用商品;穩(wěn)定化米糠可根據(jù)其最終用途，以較高的不同價格銷售，促進合理增值。

米糠穩(wěn)定化處理總的要求是:①脂肪酶得以有效地抑制，從而延長米糠的儲藏期;②盡可能減少對米糠中其他組分如蛋白質、淀粉等的影響，以及保持功能成分的功能性能;③經濟可行，推廣應用簡便，以適應中小型米廠應用。由前述的酶的作用機制可知，采用添加生物化學試劑作為酶抑制劑的方法是米糠穩(wěn)定化方法的首選。對選用的生物化學試劑除了上述要求外，還應具備下列條件:①無毒，對米糠制油或米糠其他產品的開發(fā)無毒副作用;②有良好的水溶性，因酶分子是親水的。采用潤濕、均質的方法即可與米糠均勻混合，達到穩(wěn)定化的目的。開展抑制劑穩(wěn)定米糠的研究不僅是合理的，而且是可行的。相信這一新的米糠穩(wěn)定化方法將會取得進展。

［1］王瑞元.我國食用植物油的產需簡況與學習貫徹《糧油加工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》的建議［J］.中國油脂，2012，37(6):1 －5.

［2］余瑞元.生物化學［M］.北京:北京大學出版社，2007

［3］何國慶，丁立孝.食品酶學［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2006.