姚 鋼, 李 冰, 孫福偉, 趙弘韜, 郭亞男, 夏春陽(yáng),蔣繼成, 張玉寶， 郭增旺,*

(1.黑龍江省原子能研究院， 黑龍江 哈爾濱 150086；2.哈爾濱工程大學(xué) 智能科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150030)

胚芽米是指留有胚芽的一種水稻加工產(chǎn)品，不僅富含蛋白質(zhì)、B族維生素、礦物質(zhì)及纖維素，還含有大量對(duì)人體有益的不飽和脂肪酸。胚芽米由于表皮的胚芽營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)集中而易受侵蝕，加上本身的呼吸作用等因素，陳化速度較快，可貯藏時(shí)間較短。蛋白質(zhì)是胚芽米的主要營(yíng)養(yǎng)成分，占胚芽米總質(zhì)量的7%。研究表明，胚芽米在儲(chǔ)藏過(guò)程中蛋白質(zhì)含量基本保持穩(wěn)定，但是會(huì)發(fā)生空間構(gòu)象和物化特性的變化，而且包圍在淀粉外圍的蛋白質(zhì)游離巰基氧化生成二硫鍵，有序結(jié)構(gòu)升高，增強(qiáng)了蛋白質(zhì)分子間的肽鍵交聯(lián)并形成了較為堅(jiān)硬的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，限制了淀粉顆粒吸水糊化；同時(shí)蛋白質(zhì)的乳化性能發(fā)生改變，對(duì)胚芽米飯的食味特性和風(fēng)味特性產(chǎn)生負(fù)面影響[1]。胚芽米儲(chǔ)藏期間蛋白質(zhì)的變化是其品質(zhì)劣變的重要影響因素。

開(kāi)發(fā)胚芽米預(yù)處理技術(shù)和改善儲(chǔ)藏工藝，保護(hù)胚芽米儲(chǔ)藏品質(zhì)和延緩其功能活性衰減，是胚芽米保鮮領(lǐng)域亟須突破的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。目前，常見(jiàn)的胚芽米儲(chǔ)藏技術(shù)主要有低溫儲(chǔ)藏、氣調(diào)儲(chǔ)藏、化學(xué)儲(chǔ)藏等[1]。低溫儲(chǔ)藏存在成本高、耗能大的缺陷，氣調(diào)儲(chǔ)藏存在易發(fā)生包裝內(nèi)部的氣體環(huán)境被破壞的問(wèn)題，化學(xué)儲(chǔ)藏易存在有毒有害隱患。輻射技術(shù)是廣泛應(yīng)用于食品保鮮領(lǐng)域的物理保鮮技術(shù)，γ射線輻照具有處理速度快、穿透能力強(qiáng)、不污染食品和環(huán)境、可提高食品安全性等特點(diǎn)。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織相關(guān)研究表明，當(dāng)受食品輻照平均吸收劑量低于10 kGy，不需進(jìn)行毒性試驗(yàn)[2]。陳曉平等[3]的研究表明，隨著輻照劑量的增加，其對(duì)大米中微生物殺菌的效果越好。Li等[4]的研究表明，大米蛋白經(jīng)過(guò)5、10、25、50、75 kGy劑量的電子束輻照后引起肽鍵斷裂，導(dǎo)致β-折疊升高和表面疏水性下降，進(jìn)而誘發(fā)蛋白質(zhì)聚集交聯(lián)，但輻照能夠改善蛋白質(zhì)水解特性。依據(jù)GB 14891.8—1997《輻照豆類、谷類及其制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，胚芽米可以采用輻照進(jìn)行殺蟲防害，但輻照技術(shù)在胚芽米保鮮領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)研究仍屬空白，儲(chǔ)藏期內(nèi)，輻照對(duì)胚芽米中的蛋白結(jié)構(gòu)、乳化特性和食用品質(zhì)影響規(guī)律還未見(jiàn)報(bào)道。本研究擬將輻照技術(shù)應(yīng)用于胚芽米保鮮的預(yù)處理環(huán)節(jié)，將不同劑量γ射線預(yù)處理的胚芽米放置3個(gè)月，考察其蛋白質(zhì)組分空間結(jié)構(gòu)、乳化特性和食用品質(zhì)的變化規(guī)律，希望為將輻照作為胚芽米儲(chǔ)藏保鮮的技術(shù)應(yīng)用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

胚芽米(留胚率95%)，哈爾濱工程北米科技有限公司，磷酸鹽緩沖溶液，索萊寶生物科技有限公司；溴化鉀，上海源葉生物科技有限公司；ANS(8-苯胺-1-萘磺酸)，愛(ài)必信(上海)生物科技有限公司；磷鎢酸溶液，上海易恩化學(xué)技術(shù)有限公司；大豆色拉油，中糧日清(大連)有限公司。所有試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

鈷源輻照裝置，黑龍江原子能研究院；F- 4500型熒光分光光度計(jì)，日本HITACHI公司；MAGNA- IR560型傅里葉變換紅外光譜儀，美國(guó)尼高力公司；TA.XT Express型質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)Stable Micro Systems公司；ALPHA1- 4LSC型冷凍干燥機(jī)，德國(guó)Christ公司；SF40FC996型蘇泊爾電飯煲：浙江蘇泊爾股份有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1胚芽米輻照預(yù)處理及儲(chǔ)藏方法

在鈷源裝置距鈷源裝置架3 m地面(10 cm×10 cm)區(qū)域內(nèi)，標(biāo)定劑量場(chǎng)，劑量率為10 Gy/h，不均勻性<5%。將鮮胚芽米裝入自封袋(聚乙烯)中，抽真空密封獲得胚芽米磚。輻照實(shí)驗(yàn)設(shè)置3組劑量梯度，采用重鉻酸銀化學(xué)劑量計(jì)對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行劑量跟蹤。取出后利用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量劑量計(jì)吸光度的變化，計(jì)算獲得吸收劑量分別為1、2、3 kGy。將輻照處理和未經(jīng)輻照處理的胚芽米磚置于儲(chǔ)藏溫度為37 ℃，相對(duì)濕度為60%的條件下放置3個(gè)月進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。新鮮的胚芽米命名為GR，未經(jīng)γ射線預(yù)處理直接儲(chǔ)藏3個(gè)月的胚芽米命名為SGR。采用1、2、3 kGy劑量γ射線預(yù)處理后儲(chǔ)藏3個(gè)月的胚芽米命名為SGR- a、SGR- b、SGR- c。吸收劑量的計(jì)算公式見(jiàn)式(1)。

D=K×ΔA。

(1)

式(1)中，ΔA，吸光度變化；K=8 307，為劑量響應(yīng)轉(zhuǎn)換因子。

1.3.2胚芽米蛋白組分的提取

取各組胚芽米，采用堿提酸沉法提取胚芽米蛋白[5]。將胚芽米粉碎后按照料液比1∶5(g/mL)的比例用正己烷脫脂3次，按照料液比為1∶10(g/mL)的比例加入蒸餾水，采用2.0 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH值至8.0，攪拌2 h，8 000 r/min離心15 min。取上清液，用2.0 mol/L的HCl調(diào)節(jié)pH值至4.5，靜止0.5 h，8 000 r/min離心15 min，取沉淀后加入5倍體積的蒸餾水，采用1.0 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH值至7.0，得到胚芽米蛋白，凍干備用。蛋白質(zhì)純度采用凱氏定氮法測(cè)定3次，取平均值，結(jié)果為93.27%。

1.3.3胚芽米蛋白濁度的測(cè)定

蛋白濁度的測(cè)定參照Guo等[5]的方法。將各組樣品配制成質(zhì)量濃度為1 mg/mL的蛋白溶液，采用熒光光度計(jì)測(cè)定600 nm波長(zhǎng)的吸光度值A(chǔ)，并計(jì)算濁度值。濁度的計(jì)算公式見(jiàn)式(2)。

(2)

式(2)中，A，吸光度值；V，稀釋倍數(shù)；I為光程，取0.001 m。

1.3.4胚芽米蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定

取1 mg樣品壓片，采用傅立葉紅外光譜分析蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，其中1 608～1 622 cm-1代表著β1(分子間反平行β-折疊), 1 622～1 637 cm-1代表分子內(nèi)β-折疊, 1 637～1 645 cm-1代表無(wú)規(guī)則卷曲，1 646～1 662 cm-1代表α-螺旋，1 662～1 681 cm-1代表β-轉(zhuǎn)角，1 682～1 700 cm-1代表β2(分子間平行β-折疊)。紅外條件：波長(zhǎng)范圍為4 000～500 cm-1，分辨率4 cm-1，波長(zhǎng)精度0.01 cm-1，掃描次數(shù)為32次[6]。

1.3.5胚芽米蛋白熒光光譜的測(cè)定

分別將樣品配制成質(zhì)量濃度0.1 mg/mL的蛋白溶液，采用熒光分光光度計(jì)測(cè)定樣品的熒光光譜。實(shí)驗(yàn)條件為：激發(fā)波長(zhǎng)290 nm，發(fā)射波長(zhǎng)300～400 nm，狹縫寬5 nm，電壓500 mV[7]。

1.3.6胚芽米蛋白表面疏水性的測(cè)定

采用ANS熒光探針?lè)y(cè)定樣品的表面疏水性[8]。采用0.01 mol/L pH值為7.2的磷酸鹽緩沖溶液將樣品配制成料液比0.05～0.40 mg/mL的蛋白溶液。取4 mL后加入40 μL的8 mmol/L ANS溶液，混勻后靜止3 min，在激發(fā)波長(zhǎng)為390 nm，發(fā)射波長(zhǎng)為490 nm，掃描夾縫寬度5 nm的條件下測(cè)定其熒光強(qiáng)度。將各質(zhì)量濃度下樣品的熒光強(qiáng)度與其蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度作標(biāo)準(zhǔn)曲線，斜率即為樣品的表面疏水性指數(shù)(H0)。

1.3.7胚芽米蛋白的形態(tài)觀察

分別將樣品配制成質(zhì)量濃度0.1 mg/mL的蛋白溶液并滴于銅網(wǎng)上，在未完全干燥時(shí)滴加磷鎢酸溶液染色1 min并進(jìn)行干燥處理。采用透射電鏡在加速電壓80 kV的條件下觀察蛋白樣品的骨架結(jié)構(gòu)[5]。

1.3.8胚芽米蛋白乳化活性和乳化穩(wěn)定性的測(cè)定

乳化活性和乳化穩(wěn)定性的測(cè)定參照Hu等[9]的方法，并加以改動(dòng)。將樣品配制成蛋白質(zhì)量濃度為0.1%的蛋白溶液，取15 mL蛋白溶液加入離心管內(nèi)，緩慢向離心管中加入5 mL大豆色拉油，在12 000 r/min下高速剪切1 min，在0 min和10 min時(shí)從離心管底部取50 μL乳液，加入5 mL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的SDS溶液，混合均勻后于500 nm處測(cè)定吸光值。乳化活性(EAI)及乳化穩(wěn)定性(ESI)的計(jì)算方法分別見(jiàn)式(3)、式(4)。

(3)

(4)

式(3)、式(4)中：EAI，m2/g；DF=100，為稀釋倍數(shù)；θ=0.25，為油相體積分?jǐn)?shù)；C為蛋白質(zhì)量濃度，g/mL；L為比色皿光程，0.01 m；ESI，min；A0、A10分別為0、10 min時(shí)的吸光度。

1.3.9胚芽米米飯感官品質(zhì)的評(píng)價(jià)

取各組胚芽米放入電飯煲內(nèi)，選擇香彈煮程序燜至米飯。參考GB/T 15682—2008《糧油檢驗(yàn)稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評(píng)價(jià)方法》，對(duì)胚芽米米飯的色澤、外觀結(jié)構(gòu)、氣味、適口性、滋味等進(jìn)行感官評(píng)定[10]。

1.3.10胚芽米米飯質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

將燜熟的米飯冷卻至室溫，進(jìn)行質(zhì)構(gòu)指標(biāo)測(cè)定。壓縮探頭參數(shù)設(shè)定：P25圓柱型、感應(yīng)力5 g、測(cè)前速度0.50 mm/s、測(cè)試速度1.00 mm/s、測(cè)后速度1.00 mm/s、壓縮比50%[10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行ANOVA顯著性分析，P<0.05為顯著性差異。采用Origin 9軟件繪圖，采用PeakFit 4.12對(duì)紅外圖譜進(jìn)行二級(jí)結(jié)構(gòu)含量定量分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 γ射線預(yù)處理對(duì)胚芽米蛋白結(jié)構(gòu)的影響

2.1.1對(duì)蛋白質(zhì)濁度的影響

不同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖1 γ射線預(yù)處理對(duì)胚芽米蛋白質(zhì)濁度的影響Fig.1 Effect of γ-rays pretreatment on turbidity of germ rice protein

γ射線預(yù)處理對(duì)蛋白質(zhì)濁度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

濁度能夠反映蛋白質(zhì)組分的聚集體含量、尺寸大小和溶解特性。由圖1可知，經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后的胚芽米蛋白濁度顯著升高，表明胚芽米蛋白組成發(fā)生了聚集現(xiàn)象且溶解性降低。這可能是因?yàn)閮?chǔ)藏過(guò)程中胚芽米蛋白受到氧化攻擊誘導(dǎo)發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而聚集形成尺寸較大的蛋白質(zhì)氧化聚集體，導(dǎo)致濁度升高[11]。隨著γ射線劑量的升高，蛋白質(zhì)濁度呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，表明γ射線預(yù)處理能夠抑胚芽米蛋白在儲(chǔ)藏過(guò)程中出現(xiàn)的聚集現(xiàn)象。γ射線處理可能會(huì)抑制胚芽米中的脂肪氧合酶活性以及油脂氧化，降低自由基的產(chǎn)生和過(guò)氧化物的生成，進(jìn)而避免了儲(chǔ)藏期間的蛋白質(zhì)氧化聚集。當(dāng)劑量過(guò)大時(shí)，γ射線會(huì)促使蛋白質(zhì)通過(guò)促進(jìn)分子間相互作用力而發(fā)生蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)聚集，轉(zhuǎn)變?yōu)楦叻肿淤|(zhì)量的聚集體，從而使?jié)岫仍黾印?/p>

2.1.2對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

γ射線預(yù)處理對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 γ射線預(yù)處理對(duì)胚芽米蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)含量的影響Tab.1 Effect of γ-rays pretreatment on secondary structure content of germ rice protein

蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)由肽鏈中的氨基酸局部排列順序和肽鏈間的相互作用所決定。由表1可知，經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后的胚芽米蛋白β1和β2折疊、γ-無(wú)規(guī)則卷曲含量升高，而α-螺旋和β轉(zhuǎn)角含量顯著下降。這表明儲(chǔ)藏期間胚芽米蛋白會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，誘導(dǎo)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)打開(kāi)，分子間相互作用力增強(qiáng)，在疏水相互作用下通過(guò)分子間反平行折疊形成蛋白聚集體，進(jìn)而引起無(wú)規(guī)則卷曲含量升高和α-螺旋含量下降，并促使有序結(jié)構(gòu)向無(wú)序結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變[12]。隨著γ射線劑量的升高，經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后的胚芽米蛋白的β1折疊、分子內(nèi)β-折疊和α-螺旋呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，β轉(zhuǎn)角呈現(xiàn)一直上升趨勢(shì)，β2折疊和γ-無(wú)規(guī)則卷曲呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。這表明γ射線預(yù)處理會(huì)影響胚芽米蛋白在儲(chǔ)藏過(guò)程中的空間結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，由β1折疊的變化規(guī)律可知，適當(dāng)劑量的處理能夠降低儲(chǔ)藏期間蛋白質(zhì)分子間通過(guò)分子間反平行折疊形成的蛋白質(zhì)聚集體，這和本研究中蛋白質(zhì)濁度的研究結(jié)果相一致。過(guò)高劑量的γ射線處理后，β1折疊含量顯著上升，表明高劑量處理所引起的聚集反應(yīng)主要是由于氧化聚集所形成的。

2.1.3對(duì)蛋白質(zhì)內(nèi)源性熒光光譜的影響

圖2 γ射線預(yù)處理對(duì)胚芽米蛋白內(nèi)源性熒光光譜 結(jié)構(gòu)的影響Fig.2 Effect of γ-rays pretreatment on endogenous fluorescence spectral structure of germ rice protein

γ射線預(yù)處理對(duì)蛋白質(zhì)內(nèi)源性熒光光譜的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。內(nèi)源性熒光光譜能夠反映胚芽米蛋白在儲(chǔ)藏期間芳香族氨基酸所處的微環(huán)境極性的變化，可以直接表征蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象的演變過(guò)程。由圖2可知，經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏，胚芽米蛋白內(nèi)源性熒光光譜呈現(xiàn)紅移現(xiàn)象，這表明儲(chǔ)藏后胚芽米蛋白的色氨酸的極性環(huán)境增強(qiáng)，蛋白質(zhì)發(fā)生了一定程度的展開(kāi)；但是濁度(圖1)和二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)果(表1)的研究表明，經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后胚芽米蛋白呈現(xiàn)的是聚集現(xiàn)象。這種矛盾的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可能是因?yàn)樵趦?chǔ)藏期間，胚芽米蛋白受到氧化攻擊，結(jié)構(gòu)被打開(kāi)且暴露出內(nèi)部的色氨酸等芳香族氨基酸殘基和疏水性殘基[13]，但是變性后的胚芽米蛋白會(huì)在疏水相互作用力的情況下形成大粒徑的聚集體，掩埋疏水性殘基和部分芳香族氨基酸。與天然的胚芽米蛋白相比，經(jīng)儲(chǔ)藏后的胚芽米蛋白暴露在外的芳香族氨基酸殘基的數(shù)量仍較多，導(dǎo)致內(nèi)源性熒光光譜呈現(xiàn)一定程度的紅移。隨著γ射線劑量的升高，經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后的胚芽米蛋白內(nèi)源性熒光光譜呈現(xiàn)先紅移后藍(lán)移。這表明適當(dāng)劑量的γ射線預(yù)處理能夠促使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開(kāi)程度增強(qiáng)，抑制蛋白質(zhì)間的相互聚集現(xiàn)象[14]；過(guò)高劑量的γ射線會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)氧化加劇，促使聚集現(xiàn)象增強(qiáng)，導(dǎo)致呈現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象。

2.1.4對(duì)蛋白質(zhì)疏水性的影響

γ射線預(yù)處理對(duì)蛋白質(zhì)疏水性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

不同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖3 γ射線預(yù)處理對(duì)胚芽米蛋白疏水性的影響Fig.3 Effect of γ-rays pretreatment on hydrophobicity of germ rice protein

蛋白質(zhì)的表面疏水性(H0)是影響蛋白質(zhì)分子間和蛋白質(zhì)與其他分子間相互作用的主要因素。由圖3可知，胚芽米經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后，蛋白質(zhì)的疏水性呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。這可能是因?yàn)閮?chǔ)藏過(guò)程中，脂肪氧合酶和自由基會(huì)攻擊胚芽米蛋白質(zhì)表面的氨基酸殘基發(fā)生氧化反應(yīng)，暴露出的疏水性區(qū)域在疏水相互作用下發(fā)生共價(jià)交聯(lián)，引發(fā)再聚集，將暴露出的疏水性區(qū)域掩埋在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，導(dǎo)致蛋白質(zhì)疏水性顯著下降。隨著γ射線劑量的升高，經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后的胚芽米蛋白質(zhì)疏水性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。適當(dāng)劑量的γ射線預(yù)處理能通過(guò)使氧化應(yīng)激反應(yīng)的酶體系失活，抑制蛋白質(zhì)分子間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，延緩蛋白質(zhì)發(fā)生聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致疏水性呈現(xiàn)上升趨勢(shì)[15-16]。當(dāng)γ射線預(yù)處理的劑量過(guò)高時(shí)，雖然也會(huì)使誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的酶體系失活，但是也會(huì)產(chǎn)生過(guò)氧自由基和游離的脂肪酸，誘導(dǎo)蛋白質(zhì)分子發(fā)生一定程度的聚集，促使疏水性下降。

2.1.5對(duì)蛋白質(zhì)二硫鍵的影響

γ射線預(yù)處理對(duì)蛋白質(zhì)二硫鍵的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。蛋白質(zhì)中的游離巰基和二硫鍵是維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的重要作用力，而二硫鍵起到維持骨架結(jié)構(gòu)的作用，游離巰基的含量決定了蛋白質(zhì)通過(guò)分子間或者是分子內(nèi)形成二硫鍵的難易程度。由表2可知，胚芽米經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后，蛋白質(zhì)的二硫鍵含量顯著上升，而游離巰基含量顯著下降，表明儲(chǔ)藏期間蛋白質(zhì)發(fā)生了游離巰基向二硫鍵轉(zhuǎn)變的過(guò)程。這表明在儲(chǔ)藏過(guò)程中胚芽米蛋白可能受到氧化攻擊通過(guò)形成二硫鍵而形成了β1折疊，增加了結(jié)構(gòu)的緊密度，形成了大粒徑的蛋白質(zhì)聚集體。隨著γ射線劑量的升高，經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后的胚芽米蛋白質(zhì)總巰基呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，而二硫鍵含量呈現(xiàn)先降低后升高，游離巰基呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，表明適當(dāng)?shù)摩蒙渚€預(yù)處理能夠抑制蛋白質(zhì)的游離巰基向二硫鍵轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，但是卻會(huì)生成一些非二硫鍵含量的含硫化合物，抑制了蛋白質(zhì)因?yàn)槎蜴I形成而發(fā)生聚集的程度。γ射線預(yù)處理能夠促使蛋白質(zhì)巰基發(fā)生較為復(fù)雜的反應(yīng)，形成一部分非二硫鍵的含硫化合物，如次磺酸、亞磺酸、砜和亞砜等，導(dǎo)致蛋白質(zhì)總巰基含量持續(xù)下降[17]。

表2 γ射線預(yù)處理對(duì)胚芽米蛋白巰基和 二硫鍵含量的影響Tab.2 Effect of γ-rays pretreatment on content of sulfhydryl groups and disulfide bonds of germ rice protein nmol/mg

2.1.6對(duì)蛋白質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)的影響

TEM圖片的標(biāo)尺為50 nm。圖4 γ射線預(yù)處理對(duì)胚芽米蛋白骨架結(jié)構(gòu)的影響Fig.4 Effect of γ-rays pretreatment on structure of germ rice protein skeleton

γ射線預(yù)處理對(duì)蛋白質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。透射電子顯微鏡(TEM)能夠表征蛋白質(zhì)的骨架結(jié)構(gòu)[18]。由圖4可知，未經(jīng)儲(chǔ)藏的胚芽米蛋白的TEM圖中無(wú)明顯的聚集區(qū)域和多支狀形態(tài)，胚芽米經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后，蛋白質(zhì)的TEM圖像呈現(xiàn)出短棒狀、樹(shù)枝狀和蠕蟲狀的聚集體形態(tài)，具有較密集的中心，表明經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后胚芽米蛋白會(huì)發(fā)生纖維狀的聚集形態(tài)。這可能是因?yàn)樵趦?chǔ)藏過(guò)程中胚芽米蛋白結(jié)構(gòu)在疏水相互作用和靜電作用下發(fā)生有序自組裝反應(yīng),形成骨架結(jié)構(gòu)變大的聚集體。與SGR相比，低劑量γ射線預(yù)處理后蛋白質(zhì)組分聚集中心密集度降低，呈現(xiàn)多枝狀的疏松聚集現(xiàn)象；中劑量γ射線預(yù)處理后蛋白質(zhì)組分幾乎沒(méi)有明顯的聚集中心和區(qū)域，且呈現(xiàn)小簇狀形態(tài)；高劑量γ射線預(yù)處理后蛋白質(zhì)組分呈現(xiàn)長(zhǎng)鏈狀和多枝狀的聚集形態(tài)，聚集中心的密集度降低，但是鏈長(zhǎng)增長(zhǎng)且形態(tài)各異。本研究表明，γ射線預(yù)處理會(huì)顯著改變胚芽米在儲(chǔ)藏過(guò)程中的蛋白質(zhì)組分的骨架結(jié)構(gòu)變化，而且γ射線也會(huì)誘導(dǎo)蛋白質(zhì)組分發(fā)生一定程度的聚集和構(gòu)象演變，并受輻照劑量大小的影響。

2.2 γ射線預(yù)處理對(duì)胚芽米蛋白乳化活性和乳化穩(wěn)定性的影響

γ射線預(yù)處理對(duì)蛋白質(zhì)乳化活性和乳化穩(wěn)定性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。蛋白質(zhì)同時(shí)具有親水性基團(tuán)和疏水性基團(tuán)，因此屬于兩親物質(zhì)而具有乳化活性，在功能活性發(fā)揮和表達(dá)中起重要作用[19]。由表3可知，胚芽米經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后，蛋白質(zhì)的EAI和ESI均呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。這是因?yàn)榕哐棵自趦?chǔ)藏過(guò)程

表3 γ射線預(yù)處理對(duì)胚芽米蛋白乳化活性和乳化 穩(wěn)定性的影響Tab.3 Effect of γ-rays pretreatment on emulsification activity and emulsion stability of germ rice protein

中，蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)生變性形成具有分子間β-折疊結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)聚集體，柔性程度和兩親性降低，導(dǎo)致界面活性下降，蛋白質(zhì)和油脂間的交聯(lián)能力下降，呈現(xiàn)EAI和ESI顯著下降的趨勢(shì)[20]。隨著γ射線劑量的升高，經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后胚芽米蛋白的EAI和ESI均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，且在中劑量時(shí)達(dá)到最高，高劑量處理后乳化活性衰減程度比乳化穩(wěn)定性要高。這表明經(jīng)過(guò)γ射線預(yù)處理后，能夠在一定程度上延緩蛋白質(zhì)變性程度和聚集現(xiàn)象，減少了蛋白質(zhì)柔性程度的損失，從而提升了蛋白質(zhì)在界面處的舒張、重排和降低了界面空間位阻，改善乳化活性和乳化穩(wěn)定性。當(dāng)劑量過(guò)高時(shí)，胚芽米蛋白再次呈現(xiàn)蛋白質(zhì)聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致蛋白質(zhì)無(wú)法有效連接油相和水相，形成界面蛋白膜，進(jìn)而導(dǎo)致乳化活性和乳化穩(wěn)定性均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

2.3 γ射線預(yù)處理對(duì)胚芽米食用品質(zhì)的影響

2.3.1對(duì)米飯感官特性的影響

γ射線預(yù)處理對(duì)米飯感官品質(zhì)特性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，與GR相比，經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后的胚芽米制備得到的米飯色澤、氣味、適口性、滋味和感官評(píng)價(jià)總分均顯著降低，但外觀結(jié)構(gòu)無(wú)顯著變化，具體表現(xiàn)為米粒色澤逐漸加深變黃、失去光澤、黏彈性和油滑感降低、硬度升高、米飯香氣和滋味變?nèi)醯?。隨著γ射線劑量的升高，胚芽米米飯的色澤呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，外觀結(jié)構(gòu)無(wú)顯著變化，而氣味、適口性、滋味和感官評(píng)價(jià)總分呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。這表明，γ射線預(yù)處理對(duì)胚芽米色澤呈現(xiàn)負(fù)面作用，但是適當(dāng)劑量處理后可以對(duì)氣味、適口性、滋味等感官品質(zhì)呈現(xiàn)正向作用。本研究結(jié)果表明，適當(dāng)劑量的γ射線預(yù)處理能夠延緩胚芽米在儲(chǔ)藏期間發(fā)生的感官品質(zhì)下降趨勢(shì)。

2.3.2對(duì)米飯質(zhì)構(gòu)特性的影響

γ射線預(yù)處理對(duì)米飯質(zhì)構(gòu)特性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 γ射線預(yù)處理對(duì)胚芽米米飯感官品質(zhì)特性的影響Tab.4 Effects of γ-rays pretreatment on sensory quality characteristics of germ rice

表5 γ射線預(yù)處理對(duì)胚芽米米飯質(zhì)構(gòu)特性的影響Tab.5 Effect of γ-rays pretreatment on texture characteristics of germ rice

米飯的質(zhì)構(gòu)特性能直接反映胚芽米顆粒在人體口腔的咀嚼特性，而硬度、黏聚性、彈性和咀嚼性是評(píng)價(jià)米飯常用的質(zhì)物參數(shù)。由表5可知，胚芽米經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后，燜后的米飯硬度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，黏聚性、咀嚼性和彈性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這可能是因?yàn)榻?jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后，胚芽米中的淀粉會(huì)發(fā)生老化和蛋白質(zhì)分子變性，并發(fā)生部分交聯(lián)聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致硬度升高和彈性、黏聚性下降[21]。隨著γ射線劑量的升高，硬度呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，而彈性、黏聚性和咀嚼性呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。這可能是因?yàn)檫m當(dāng)?shù)摩蒙渚€處理能夠降低淀粉和蛋白質(zhì)分子發(fā)生變性的程度，導(dǎo)致硬度上升和彈性、黏聚性及咀嚼性下降。高劑量輻照后，γ射線所產(chǎn)生的自由基會(huì)誘導(dǎo)蛋白質(zhì)和脂肪發(fā)生一定程度的氧化反應(yīng)[22]，質(zhì)構(gòu)特性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

2.4 胚芽米米飯感官品質(zhì)和蛋白質(zhì)組分演變規(guī)律分析

胚芽米儲(chǔ)藏發(fā)生陳化和食用品質(zhì)下降是多組分協(xié)同作用的結(jié)果。在陳化過(guò)程中，胚芽米蛋白的游離巰基逐漸發(fā)生氧化反應(yīng)，促使分子間通過(guò)二硫鍵和非二硫鍵共價(jià)鍵發(fā)生交聯(lián)，誘導(dǎo)形成結(jié)構(gòu)難以舒張的蛋白質(zhì)聚集體，對(duì)蛋白質(zhì)的界面活性和凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成能力產(chǎn)生負(fù)面影響，也改變了淀粉的吸水糊化性能，引起胚芽米質(zhì)構(gòu)特性中的黏度、咀嚼型和彈性下降[23-24]；胚芽米蛋白疏水性區(qū)域發(fā)生內(nèi)卷，乳化活性下降可能是引起食用風(fēng)味特性顯著下降的原因之一。本研究表明，經(jīng)過(guò)γ射線預(yù)處理后胚芽米的食品品質(zhì)有一定程度的改善。γ-射線預(yù)處理胚芽米后能夠抑制蛋白質(zhì)組分二硫鍵的生成，延緩蛋白質(zhì)的水合、乳化性能衰變而提高胚芽米顆粒對(duì)水、油脂和風(fēng)味物質(zhì)的保持力，降低米飯硬度，增加黏性[25]。γ射線預(yù)處理還能抑制儲(chǔ)藏期內(nèi)蛋白質(zhì)的氧化，降低柔性區(qū)間的損失，保持有序結(jié)構(gòu)數(shù)量和抑制交聯(lián)聚集，降低蛋白質(zhì)由溶膠轉(zhuǎn)化為凝膠的程度。這能夠緩解淀粉微晶束因外周蛋白質(zhì)聚集包裹所引發(fā)的水分滲透難、擴(kuò)散到淀粉內(nèi)部的能力和速率降低所引起的內(nèi)部淀粉難以糊化的現(xiàn)象，對(duì)胚芽米食用品質(zhì)發(fā)揮了延長(zhǎng)保鮮和提質(zhì)的作用[26-28]。高劑量的γ射線處理能夠使誘導(dǎo)發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)的酶體系失活，但是也會(huì)產(chǎn)生過(guò)氧自由基和游離的脂肪酸，并且攻擊蛋白質(zhì)分子導(dǎo)致其通過(guò)分子間反平行β-折疊發(fā)生一定程度的聚集，進(jìn)而對(duì)胚芽米食用品質(zhì)產(chǎn)生不利影響。

3 結(jié) 論

本研究以γ射線預(yù)處理實(shí)現(xiàn)胚芽米保鮮為目標(biāo)，研究不同劑量γ射線預(yù)處理胚芽米儲(chǔ)藏后的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、乳化特性和食用品質(zhì)的變化。研究結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏后，胚芽米蛋白的空間結(jié)構(gòu)被打開(kāi)，內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露，增強(qiáng)了分子間的疏水作用力，促使蛋白質(zhì)通過(guò)β1折疊形成大粒徑的聚集體；同時(shí)蛋白質(zhì)疏水性下降并且形成具有明顯核心的纖維狀骨架形態(tài)，對(duì)蛋白質(zhì)的乳化特性產(chǎn)生了負(fù)面影響，且胚芽米食用品質(zhì)顯著下降。適當(dāng)劑量的γ射線預(yù)處理能降低蛋白質(zhì)在儲(chǔ)藏期間的變性程度，降低因二硫鍵而形成的蛋白質(zhì)交聯(lián)聚集，使具有密集中心的骨架結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)含量降低、粒徑減小，提升了蛋白質(zhì)的乳化活性，改善了胚芽米儲(chǔ)藏后的食用品質(zhì)。本研究表明，適當(dāng)劑量的γ射線預(yù)處理可應(yīng)用于胚芽米儲(chǔ)藏保鮮。γ射線對(duì)胚芽米其他組分調(diào)控規(guī)律和影響品質(zhì)的協(xié)同共作機(jī)制還需進(jìn)一步研究。