郭騏瑋，孫 濤

（邯鄲市第一中學，河北邯鄲 056006）

目前，慢性腎臟疾?。–hronic Kideny Disease，CKD）已經(jīng)成為全球較為關注的公共健康問題，據(jù)中華醫(yī)學會腎臟病學會統(tǒng)計，2017年我國總患病人數(shù)達到1.33億人，而用于治療慢性腎病的醫(yī)療費用超過6 000億元。除了常規(guī)治療，CKD的飲食護理也很重要，低蛋白飲食（LowProtein Diet，LPD） 是治療CKD的有效方法。姜娜等人[1]研究發(fā)現(xiàn)，通過對CKD患者使用低蛋白飲食，可有效緩解CKD的病癥，且對高血壓、尿毒癥、高磷血癥等有一定的減輕作用。大米是我國餐食重要的主食之一，其米粒凱氏蛋白質(zhì)含量在5.5%～8.5%，若CKD患者以普通大米作為主食，將導致體內(nèi)的蛋白質(zhì)含量增加，使病情更加惡化。目前，淀粉塑性再生米是大部分CKD患者低蛋白飲食主食之一，雖然蛋白含量為零，但是存在米粒形狀不規(guī)則、口感皮實、膠質(zhì)感強且略帶有揮發(fā)性酸味等缺點。蛋白酶發(fā)酵脫蛋白法是利用蛋白酶能夠降解大米蛋白，使其轉化為可溶性肽的原理，將大米中的蛋白提取分離出來。日本學者研究發(fā)現(xiàn)，酸性蛋白酶水解大米蛋白的分解率達90%以上，并且制成的大米無酸味。而國內(nèi)在酶法脫蛋白米的文獻報道較少，王文高等人[2]通過研究發(fā)現(xiàn)，蛋白酶的種類選取對大米蛋白的分解具有很大的影響。周常[3]研究表明，通過優(yōu)化酶解條件，使酸性蛋白酶水解大米蛋白的分解率達73%以上，堿性蛋白酶水解大米蛋白的分解率達76%以上，制成的大米不僅與普通大米具有相同的外觀，而且口感較好。因此，選擇一個優(yōu)良的低蛋白大米加工調(diào)制工藝，將大米脫蛋白，并保持與普通大米有相同的外觀和口感，讓CKD患者無需改變飲食習慣，對延緩慢性腎病、滿足慢性腎病患者的飲食需求具有重大意義。試驗以乳酸菌作為發(fā)酵菌種，通過Placket Burman與正交試驗優(yōu)化酶解和發(fā)酵條件，降低大米中蛋白質(zhì)含量，并保持外觀完整和口感品質(zhì)，為工業(yè)化生產(chǎn)低蛋白大米提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與酶制劑

稻花香長粒米（蛋白含量6.8%）、盤錦蟹田大米（蛋白含量7.1%）、金龍魚稻香貢米（蛋白含量7.5%），均為市售；木瓜蛋白酶、風味蛋白酶、中性蛋白酶、堿性蛋白酶、酸性蛋白酶，食品級，活力單位10×109U/g，河南萬邦實業(yè)有限公司提供；乳酸菌，嗜熱鏈球菌，粉末狀固體，活菌量＞4×109CFU/g，常州益菌加生物科技有限公司提供；發(fā)酵袋，具有單向排氣閥裝置，規(guī)格30 cm×20 cm，袋裝容量1 000 g。

1.2 主要儀器設備

全自動凱氏定氮儀，濟南海能儀器股份有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

工藝流程：清洗→發(fā)酵→酶解→清洗瀝干水分→干燥。

將大米放入發(fā)酵袋中，加水，調(diào)節(jié)pH值至一定值，加入乳酸菌發(fā)酵一定時間后，將大米與發(fā)酵液分離，大米用水清洗后加入酶，在設定溫度下反應，酶解完成后，將大米清洗干凈，置于60℃下烘箱烘干。

1.4 加工調(diào)制與優(yōu)化試驗設計

1.4.1 Plackett Burman設計

采用Plackett Burman設計法對影響低蛋白大米制備后蛋白質(zhì)含量影響的10個影響因素進行篩選，采取N=12的試驗設計[4]。

Plackett-Burman設計各因素水平及編碼見表1。

1.4.2 正交試驗設計

正交試驗設計是研究多因素多水平的一種設計方法，根據(jù)Plackett Burman試驗結果的關鍵因素進行試驗，具有均勻分散、齊整可比的特點，是一種高效、快速、經(jīng)濟的試驗設計方法[5-6]。

表1 Plackett-Burman設計各因素水平及編碼

1.5 測定方法與數(shù)據(jù)統(tǒng)計

蛋白質(zhì)含量的測定依據(jù)GB 5009.5—2010食品安全國家標準 食品中的蛋白質(zhì)的測定。采用Design Expert軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 Plackett Burman試驗篩選主要影響因子

試驗以蛋白質(zhì)含量為響應值，選用試驗次數(shù)N=12的試驗設計，對大米種類、乳酸菌與嗜熱菌用量比、菌液接種量、酶制劑種類、酶添加量、袋裝量、初始pH值、濕度、酶解溫度和酶解時間10個因素進行考查。每個因素取高低2個水平，另設2個虛擬變量，考查試驗誤差。

Plackett Burman試驗設計結果見表2。

表2 Plackett Burman試驗設計結果

利用Design Expert 8.0.5對試驗結果進行回歸分析，得到各影響因素的偏回歸系數(shù)及其顯著性。

偏回歸系數(shù)及影響因子的顯著性分析結果見表3，回歸模型方差分析結果見表4。

對表3進行分析可知，以因素B為例，偏回歸系數(shù)為0.32，影響水平E（xi）為1.32，為正效應，應適當增加該因素的水平；因素B對模型的貢獻率為20.21%，較其他因素具有明顯優(yōu)勢，顯著性結果為重要（Significant）。10個因素中菌液接種比、酶制劑種類、酶添加量、酶解時間的貢獻率分別為20.21%，28.43%，15.14%，13.24%，總和為77.02%。

由表 4 可以看出，Prob（p）＞F=0.001 9＜0.01，表示擬合的線性回歸方程為極顯著。模型確定系數(shù)R2=0.932 1，這表示93.21%試驗數(shù)據(jù)的可變性可用此模型解釋。調(diào)整后的Radj2=0.842 1表示方程模型有很高的可信度。精密度是有效信號與噪聲的比值，大于4.0視為合理，試驗得出的精密度為16.31，說明模型擬合程度較好。模型線性方程：

表3 偏回歸系數(shù)及影響因子的顯著性分析結果

表4 回歸模型方差分析結果

2.2 正交試驗設計結果與分析

同樣以蛋白質(zhì)為響應值，對Plackett Burman試驗設計篩選出的4個主要影響因子進行正交試驗設計。

正交試驗設計與結果見表5，正交試驗設計方差分析見表6。

表5 正交試驗設計與結果

表6 正交試驗設計方差分析

由表5和表6可以看出，篩選出的4個因素都效果顯著（p＜0.05），結果與Plackett Burman試驗設計各因素顯著性一致，因素間具有顯著性（p＜0.05）。經(jīng)多重比較，結合各因素差異顯著性，確定最優(yōu)組合為A'2B'3C'1D'2，即乳酸菌與嗜熱菌配比4∶1，酶制劑為復合，酶添加量2%，酶解時間36 h。在此最優(yōu)組合基礎上進行6次平行試驗，測得大米中蛋白質(zhì)平均含量由原來的7%降至0.63%，大米蛋白分解率達91%。結果表明，大米經(jīng)過乳酸菌和嗜熱菌接種發(fā)酵后產(chǎn)生蛋白酶降解大米中的植物蛋白，再次經(jīng)過酶解后，進一步降低其蛋白含量；將其烘干后，大米不僅與普通大米具有相同的外觀，而且口感較好。

3 結論

試驗通過響應面分析法中Plackett Burman試驗設計，在眾多相關因素中篩選出影響蛋白質(zhì)降解效果的4個主要影響因子，即乳酸菌與嗜熱菌用量比、酶制劑種類、酶添加量和酶解時間。在此基礎上，運用正交試驗設計對大米中蛋白質(zhì)降解的條件進行優(yōu)化，得到最佳制備工藝條件為乳酸菌與嗜熱菌配比4∶1，酶制劑為復合酶制劑，酶添加量2%，酶解時間36 h。在此條件下測得大米中蛋白質(zhì)含量平均為0.63%。低蛋白米能滿足CKD等特殊人群的需求，有利于對蛋白攝入量的控制，讓CKD患者無需改變飲食習慣，對延緩慢性腎病、滿足慢性腎病患者的飲食需求具有重大意義。