Feasibility of ultrasound-assisted optimized process of high purity rice bran protein extraction

EnglishRice bran is a by-product of the rice milling process, found worldwide in abundance and highlighted due its protein content. This study optimized the conditions for ultrasonic-assisted extraction of protein from defatted rice bran (DRB) and characterized the rice bran protein concentrate (RBPC). A sequential strategy of experimental design was employed; the effect of pH, temperature, ultrasound exposure time, and amplitude were evaluated regarding the percentage of protein extraction by a Full factorial design (FFD) with a fixed frequencies (FFD-A: 37 kHz; FFD-B: 80 kHz). Subsequently, the percentage of protein extracted was optimized employing a Central composite rotatable design (variables: pH and ultrasound exposure time) and RBPC obtained was characterized regarding chemical and functional properties. The pH and ultrasound exposure time had positive effect (P ≤ 0.05) on percentage of protein extraction; moreover, 37 kHz frequency was more effective in protein extraction. The optimized condition (frequency: 37 kHz; temperature: 30 °C; pH: 10; ultrasound exposure time: 30 min; and amplitude: 100%) allowed 15.07% of protein recovery and the RBPC presented 84.76 g 100 g-1 of protein. Magnesium and copper were the main mineral in RBPC (34.4 and 25.5 µg g-1, respectively), while leucine was the limiting amino acid (0.42) and threonine presented the highest chemical score (1.0). The RBPC solubility was minimal at pH 4 and higher at pHs 6-10; the water and oil absorption capacity were higher than bovine serum albumin (BSA) and the emulsifying capacity was comparable to BSA, with a suitable stability. It was possible to obtain a higher purity RBPC than described in the literature, due to the optimization in the extraction process steps, with functional properties suitable for application in food products, especially emulsified ones portuguesO farelo de arroz e um subproduto do processo de moagem do arroz, encontrado em abundância em todo o mundo e destacado devido ao seu teor de proteinas. Este estudo otimizou as condicoes para a extracao assistida por ultrassom da proteina do farelo de arroz desengordurado (DRB) e caracterizou o concentrado de proteina do farelo de arroz (RBPC). Uma estrategia sequencial de desenho experimental foi empregada; o efeito do pH, temperatura, tempo de exposicao ao ultrassom e amplitude foram avaliados em relacao a porcentagem de extracao proteica por um Delineamento Fatorial Completo (FFD) com frequencias fixas (FFD -A: 37 kHz; FFD-B: 80 kHz). Posteriormente, a porcentagem de proteina extraida foi otimizada empregando um Planejamento Composto Central (variaveis: pH e tempo de exposicao ao ultrassom) e o RBPC obtido foi caracterizado quanto as propriedades quimicas e funcionais. O pH e o tempo de exposicao ao ultrassom tiveram efeito positivo (P ≤ 0,05) na porcentagem de extracao proteica. Alem disso, a frequencia de 37 kHz foi mais eficaz na extracao de proteinas. A condicao otimizada (frequencia: 37 kHz; temperatura: 30 °C; pH: 10; tempo de exposicao ao ultrassom: 30 min; e amplitude: 100%) permitiu 15,07% de recuperacao de proteinas e o RBPC apresentou 84,76 g 100 g-1 de proteina. Magnesio e cobre foram os principais minerais da RBPC (34,4 e 25,5 µg g-1, respectivamente), enquanto a leucina foi o aminoacido limitante (0,42) e a treonina apresentou o maior escore quimico (1,0). A solubilidade do RBPC foi minima em pH 4 e superior em pH 6-10; a capacidade de absorcao de agua e oleo foi maior que a albumina serica bovina (BSA) e a capacidade de emulsificacao foi comparavel a BSA, com uma estabilidade adequada. Assim, foi possivel obter um RBPC com elevada pureza, maior do que o descrito na literatura, devido a otimizacao nas etapas do processo de extracao, com propriedades funcionais adequadas para aplicacao em produtos alimenticios, principalmente emulsificados