劉桃英，劉成梅，付桂明，羅舜菁，劉 偉

（南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330047）

水稻是世界上最重要的農(nóng)作物，也是亞洲人最主要的糧食品種[1]。大米的功能性質(zhì)，如糊化特性、烹飪特性、凝膠、持水性，都是決定大米用途和市場的重要因素。蛋白質(zhì)是大米的主要組成成分之一，主要分布于大米胚乳中[2]，含量約為5～11g/100g，秈型稻中蛋白質(zhì)含量一般為10%～20%，高于粳稻[3]。稻米蛋白質(zhì)含量不僅是決定水稻營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)，對(duì)稻米的外觀品質(zhì)、加工品質(zhì)和食用品質(zhì)也有一定程度的影響[4]。據(jù)Hamaker[5]、金正勛[6]的報(bào)道，稻米蛋白質(zhì)含量與糊化溫度、膠稠度等指標(biāo)間呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而且稻米中蛋白質(zhì)含量的增加會(huì)降低稻米蒸煮食味品質(zhì)。目前對(duì)蛋白質(zhì)對(duì)稻米蒸煮食味品質(zhì)影響效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，主要基于稻米中的蛋白質(zhì)含量與直鏈淀粉含量、糊化溫度、膠稠度等理化指標(biāo)間關(guān)系的相關(guān)分析[7]。在過量水分條件下，將淀粉與水的混合物加熱至一定溫度后，淀粉顆粒會(huì)吸水膨脹，晶體熔解，產(chǎn)生糊化現(xiàn)象[8]。糊化是淀粉的重要物理特性之一，在淀粉的糊化過程中，通常伴隨淀粉物系粘稠度的增加[9]、透明度增加以及淀粉的再結(jié)晶[10]等現(xiàn)象。在淀粉質(zhì)食品的加工、貯存和食用中，糊化淀粉的機(jī)械加工性能、口感以及老化特性等都與淀粉的糊化特性密切相關(guān)。據(jù)報(bào)道，填充在淀粉顆粒間的蛋白質(zhì)對(duì)淀粉粒的糊化和膨脹起抑制作用，米粉淀粉的糊化程度隨蛋白質(zhì)含量的增高而降低[11]。蛋白質(zhì)在大米中含量僅次于淀粉，在糊化過程中蛋白質(zhì)作為一個(gè)天然屏障對(duì)淀粉顆粒具有保護(hù)作用。當(dāng)溫度改變時(shí)，高蛋白質(zhì)含量的大米有利于增加大米的耐熱能力，保持凝膠的硬度和粘性。雖然這些研究表明，蛋白質(zhì)和大米的糊化性質(zhì)有密切關(guān)系，但尚未見系統(tǒng)研究蛋白質(zhì)影響大米糊化性質(zhì)機(jī)理的報(bào)道。本文以DOM為20%的晚秈米為材料，分析添加不同比例的大米蛋白的米粉樣品的潤脹性和溶解性、DSC熱譜、RVA圖譜和形態(tài)的變化規(guī)律，探討蛋白質(zhì)對(duì)大米的糊化性質(zhì)的影響機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

大米蛋白 江蘇寶寶公司；江西贛州市產(chǎn)晚秈米（外引7號(hào)）中糧（江西）米業(yè)有限公司。

JLGJ2.5型實(shí)驗(yàn)礱谷機(jī) 浙江展誠機(jī)械有限公司；TM05C型SATAKE精米機(jī) 佐竹機(jī)械有限公司；RVA-Tec Master粘度測試儀 瑞典波通儀器公司；DSC-7型差示掃描量熱儀 美國Perkin-Elmer公司；FEI Quanta200F型環(huán)境掃描電子顯微鏡 美國FEI公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 大米粉的制備 將新鮮收獲的晚秈米進(jìn)行礱谷得到糙米，然后用精米機(jī)進(jìn)行碾米，得到碾減率（Degree of milling，DOM）為20%的大米（DOM為20%大米，其主要成分為淀粉，蛋白質(zhì)、脂肪、纖維的含量極少，性質(zhì)近似于淀粉，采用DOM為20%的大米替代淀粉避免了堿提法對(duì)淀粉顆粒的損傷）然后進(jìn)行粉碎并過100目篩，貯于4℃冰箱中待用。

稱取一定量的大米米粉，分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%、5%、6%、7%、8%和9%的大米蛋白，混勻，備用。1.2.2 潤脹性和溶解性的分析 樣品的潤脹性（SP）和溶解性（S）采用Shifeng Yu等[12]的方法。于500mg樣品（干基）中加入20mL蒸餾水，在90℃下加熱30min，然后冷卻至室溫，2600×g下離心15min，上清液小心移出到已知重量的玻璃皿中，于105℃下干燥至恒重并稱重，沉淀用于SP的測定，計(jì)算公式如下：

式中，Wt—濕沉淀的重量（mg）；Wr—干燥后上清液的重量（mg）；W—樣品的重量（mg）。

1.2.3 糊化特性的分析 樣品的粘滯性根據(jù)AACC Approved Method 61-02（2000）[13]用RVA儀進(jìn)行測定。每個(gè)RVA樣品測量罐中包含3g樣品和25mL蒸餾水。將該樣品測量罐放入RVA測試儀中，放入攪拌器，轉(zhuǎn)速保持在160r/min。運(yùn)行溫度控制軟件，即淀粉漿液升溫至50℃開始計(jì)時(shí)，50℃保持1min，再升溫至95℃（至4.75min），保溫2.5min（至7.25min），然后降溫至50℃（至11min），保溫至16min。

RVA儀提供以下參數(shù)：峰值粘度（PV）、波谷（T）、崩解值（BD）、終止粘度（FV）、回生值（SB）等。

1.2.4 熱力學(xué)性質(zhì)的分析 用差示掃描量儀（DSC）測定試樣樣品的熱力學(xué)特性。主要步驟如下：稱取大米粉樣品4.0mg（干基），加入8.0μL的去離子水（樣品∶水=1∶2），以鋁制樣品盤密封后置于冰箱（4℃）過夜平衡，在測試前取出回溫1h，然后放入差示掃描量熱分析儀中開始測定，以空盤為參考樣品，樣品現(xiàn)在20℃時(shí)恒溫保持1min，然后以10℃/min的升溫速率升溫到100℃，得到試樣的DSC熱效應(yīng)曲線，其特征參數(shù)包括淀粉糊化時(shí)的熱焓（ΔH）、起始溫度（To）、峰值溫度（Tp）及終結(jié)溫度（Tc）。每處理樣品重復(fù)3次。

1.2.5 形態(tài)學(xué)分析 將樣品分別固定在導(dǎo)電雙面膠上，在真空中噴涂鉑金，然后置于掃描電子顯微鏡（SEM）中觀察淀粉顆粒的形貌，并拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1 大米蛋白對(duì)米粉潤脹性和溶解性的影響

據(jù)報(bào)道，影響淀粉的潤脹性和溶解性的因素主要有：脂質(zhì)和直鏈淀粉鏈的復(fù)合水平、聚合度為6～24的直鏈淀粉單元鏈的摩爾比例、總的直鏈淀粉含量、淀粉鏈中無定形區(qū)和結(jié)晶區(qū)的相互作用程度[14]。尚未見蛋白質(zhì)對(duì)淀粉的潤脹性和溶解性的影響的報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)中添加一定梯度（0%、5%、6%、7%、8%、9%）的大米蛋白對(duì)米粉的潤脹性和溶解性影響的結(jié)果見圖1。從圖1中可以看出，大米蛋白添加量對(duì)米粉的潤脹性和溶解性有一定的影響。隨著蛋白添加量的增加，潤脹性從11.56下降到9.25，而溶解度從7.6%下降到5.6%，均呈現(xiàn)不斷遞減的趨勢。這可能是由于蛋白質(zhì)能夠與淀粉體緊密的結(jié)合，從而阻止水分進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部和抑制直鏈淀粉的浸出，導(dǎo)致潤脹性和溶解性降低[15]。

圖1 大米蛋白添加量對(duì)米粉潤脹性和溶解性的影響Fig.1 The effect of rice protein on swelling power and solubility of rice flour

2.2 大米蛋白對(duì)米粉糊化特性的影響

添加一定梯度大米蛋白對(duì)米粉粘滯性影響的結(jié)果見表1。結(jié)果顯示，隨著大米蛋白添加量的增加，米粉的峰值粘度、低谷粘度、崩解值和終值粘度分別從3080、1729、1352、3277cP下降到2505、1510、995、3152cP，呈現(xiàn)不斷遞減的趨勢；而回生值、峰值時(shí)間和糊化溫度分別從197cP、5.8min和77.55℃增加到647cP、6.13min和80.70℃，呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢。這與Cristina Marco等[16]的報(bào)道相符合，隨著蛋白質(zhì)添加量增加，峰值粘度逐漸減小，主要是對(duì)米粉濃度的稀釋效應(yīng)所致，蛋白質(zhì)含量與峰值粘度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系。對(duì)于糊化溫度和高峰時(shí)間增加，TeeraratLikitwattanasade等[17]認(rèn)為主要是在糊化過程中蛋白質(zhì)會(huì)圍繞在淀粉顆粒周圍，抑制其膨脹和提高其高溫剪切耐受性。

表1 大米蛋白對(duì)米粉粘滯性的影響Table 1 The effect of rice protein on pasting property of rice flour

通過RVA的數(shù)據(jù)可見，添加大米蛋白后，在糊化過程中，對(duì)淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)具有保護(hù)作用，主要是由于：a.蛋白質(zhì)分布于淀粉顆粒周圍，能形成表面薄膜，限制淀粉顆粒的膨脹和溶解；b.顆粒內(nèi)部蛋白質(zhì)的交聯(lián)作用[18]。這與潤脹性和溶解性的結(jié)果是一致的。

當(dāng)?shù)鞍滋砑恿俊?%時(shí)，各數(shù)據(jù)變化不大趨于平穩(wěn)，重要的是峰值時(shí)間已經(jīng)穩(wěn)定，因此選擇蛋白添加量為7%進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。

2.3 大米蛋白對(duì)米粉糊化的熱力學(xué)影響

米粉加入大米蛋白后的起始溫度、峰值溫度、終止溫度和熱焓值列于表2中。由表2可知，加入7%大米蛋白后米粉的糊化溫度和熱焓值高于未加大米蛋白的米粉，其中，起始溫度升高0.8℃，峰值溫度升高0.69℃，終止溫度升高1.08℃，熱焓值升高3.219J/g。結(jié)果表明大米蛋白的存在對(duì)大米的糊化性質(zhì)有很大影響，加入大米蛋白后，米粉表現(xiàn)出難以糊化的基本特征，這與RVA的測試結(jié)果一致。加入大米蛋白后，需要更高的糊化溫度和能量來破壞其顆粒結(jié)構(gòu)，這說明在糊化過程中大米蛋白作為一個(gè)天然屏障對(duì)淀粉顆粒具有保護(hù)作用。

表2 大米蛋白對(duì)米粉糊化的熱力學(xué)影響Table 2 The effect of rice protein on thermodynamics property of rice flour

2.4 大米蛋白對(duì)米粉糊化的形態(tài)學(xué)影響

圖2 米粉糊化后的掃描電鏡圖（1600×）Fig.2 The scanning electron microscopy（SEM）picture of rice flour（1600×）

圖3 大米蛋白-米粉糊化后的掃描電鏡圖（400×）Fig.3 The scanning electron microscopy（SEM）picture of rice protein-rice flour（400×）

米粉糊化后淀粉顆粒的掃描電鏡結(jié)果如圖2和圖3所示。米粉經(jīng)過95℃加熱30min后，放入-80℃冰箱，進(jìn)行凍干，然后進(jìn)行SEM掃描。結(jié)果顯示未加入大米蛋白的米粉經(jīng)95℃、30min后完全糊化成比較晶瑩的形態(tài)；而加入了7%的大米蛋白后，并沒有呈現(xiàn)出晶瑩的形態(tài)，反而呈現(xiàn)出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由掃描電鏡圖可以初步推斷出：a.在糊化過程中大米蛋白與米粉可能產(chǎn)生氫鍵結(jié)合作用，并對(duì)米粉的糊化后的表面形貌產(chǎn)生較大影響；b.糊化后大米蛋白與米粉形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可能是大米蛋白通過二硫鍵與米粉中的直鏈淀粉形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[19]。

3 結(jié)果與討論

本研究通過在大米米粉中添加一定梯度的大米蛋白后，對(duì)潤脹性和溶解性、RVA數(shù)據(jù)、DSC數(shù)據(jù)和SEM圖上的差異性進(jìn)行比較分析得出，大米蛋白對(duì)大米淀粉的潤脹性和溶解性、RVA、DSC熱譜和形態(tài)學(xué)均有很大影響。從潤脹性看，加入一定梯度的大米蛋白后潤脹性和溶解性均逐漸降低，反映出大米蛋白對(duì)淀粉顆粒的膨脹具有抑制作用。從RVA和DSC數(shù)據(jù)表來看，加入大米蛋白后，米粉的峰值粘度、低谷粘度、崩解值和終值粘度逐漸降低，而回生值、峰值時(shí)間、糊化溫度和熱焓值增加，表現(xiàn)出難以糊化的基本特征。結(jié)果表明，大米蛋白對(duì)淀粉顆粒具有保護(hù)作用，能抑制其糊化。從SEM圖看，加入大米蛋白后，大米蛋白能通過二硫鍵與米粉中的直鏈淀粉形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由此可見，在糊化過程中，大米蛋白能與大米淀粉發(fā)生相互作用，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)淀粉顆粒具有保護(hù)作用，能抑制其膨脹和糊化過程。

蛋白質(zhì)在稻米中的分布極不均勻，胚和糊粉層中較高，而胚乳中的含量較低，且主要是以獨(dú)立的蛋白體形式填塞在淀粉顆粒之間[20]。而且稻米蛋白質(zhì)含量越高，蛋白體在淀粉細(xì)胞中就填充得越多且緊密[21]，米粉中蛋白質(zhì)含量越高，淀粉的糊化程度也會(huì)相應(yīng)的降低[11]。從本研究結(jié)果看，米粉加入大米蛋白后，其潤脹性和溶解性下降，糊化溫度和熱焓值升高，說明填充在淀粉顆粒間的大米蛋白能與米粉發(fā)生氫鍵或二硫鍵結(jié)合作用，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)淀粉顆粒具有保護(hù)作用，并揭示蛋白質(zhì)對(duì)大米淀粉粒的糊化和膨脹過程起著抑制作用。

[1]汪玉海.大米加工現(xiàn)狀與趨勢[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2008（6）：18-22.

[2]Mária Oszvald ， SándorT?m?sk?zia， OscarLarroque.Characterization of rice storage proteins by SE-HPLC and micro z-arm mixer[J].Journal of Cereal Science，2008，48，68-76.

[3]Jianping Sun，Caiyun Hou，Shaoying Zhang.Effect of protein on the rheological properties of rice flour[J].Journal of Food Processing and Preservation，2008，32：987-1001.

[4]Hrastil J.Correlations between the Physicochemical and functional properties of rice[J].J.Agric Food Chem，1992，40：1683-1686.

[5]Hamaker B R，Griffin V K.Changing the viscoelastic properties of cooked rice through protein disruption[J].Cereal Chemistry，1990，67：261-264.

[6]金正勛，秋太權(quán).稻米蒸煮食味品質(zhì)特性間的相關(guān)性研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，32（1）：1-7.

[7]張國民，張玉華，宋立泉，等.淺談大米中的蛋白質(zhì)對(duì)營養(yǎng)價(jià)值及食昧品質(zhì)的影響[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001（3）：38-39.

[8]Thérèse Considine，Angkana Noisuwan，Yacine Hemar，et al.Rheological investigations of the interactions between starch and milk proteins in model dairy systems：A review[J].Food Hydrocolloids，2011，25：2008-2017.

[9]Lii C，Tsai Mand Tseng K.Effect of Amylose Content on the Rheological Properties of Rice Starch[J].Cereal Chem，1996，73（4）：415-420.

[10]Tester R F，Morrison W R.Swelling and Gelatinization of Cereal Starches：ⅡWaxy Rice Starches[J].Cereal Chem，1990，67（6）：558-563.

[11]Hrastil J.Influence of storage on oryzenin and starch[J].J Agric Food Chem，1990，38：1804-1809.

[12]Shifeng Yu，Ying Ma，Lucile Menager，et al.Physicochemical Properties of Starch and Flour from Different Rice Cultivars[J].Food Bioprocess Technol，2012（5）：626-637.

[13]American Association of Cereal Chemists.Approved methods of the AACC，Method 61-02[S].10th ed.The Association St Paul MN USA，2000.

[14]Cunxu Wei，F(xiàn)engling Qin，Weidong Zhou，et al.Comparison of the crystalline properties and structural changes of starches from high-amylose transgenic rice and its wild type during heating[J].Food Chemistry，2011，128：645-652.

[15]Lyon B G，Champagne E T，Vinyard B T，et al.Sensory and instrumental relationships of texture of cooked rice from selected cultivars and postharvest handling practices[J].Cereal Chemistry，2000，77，64-69.

[16]Cristina Marco，Cristina M Rosell.Effect of different protein isolates and transglutaminase on rice flour properties[J].Journal of Food Engineering，2008，84：132-139.

[17]Teerarat Likitwattanasade，Parichat Hongsprabhas.Effect of storage proteins on pasting properties and microstructure of Thai rice[J].Food Research International，2010，43：1402-1409.

[18]MARTINE R DEBET，MICHAEL J GIDLEY.Why do gelatinized starch granules not dissolve completely?Roles for amylose，protein，and lipid in granule “ghost” integrity[J].J Agric Food Chem，2007，55，4752-4760.

[19]Derycke V，Veraverbeke W S，Vandeputte G E，et al.Impact of proteins on pasting and cooking properties of nonparboiled and parboiled rice[J].Cereal Chemistry，2005，82，468-474.

[20]Yamagata H，TanakaK.Thesite of synthesis and accumulation of rice storage proteins[J].Plant and Cell Physiology，1986，27：135-145.

[21]伍時(shí)照，黃超武.不同水稻品種的稻米品質(zhì)性狀研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1985，8（5）：1-7.