大米蛋白對大米粉糊化性質的影響

劉桃英，劉成梅，付桂明，羅舜菁，劉 偉

（南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，江西南昌330047）

水稻是世界上最重要的農作物，也是亞洲人最主要的糧食品種[1]。大米的功能性質，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，秈型稻中蛋白質含量一般為10%～20%，高于粳稻[3]。稻米蛋白質含量不僅是決定水稻營養品質的重要指標，對稻米的外觀品質、加工品質和食用品質也有一定程度的影響[4]。據Hamaker[5]、金正勛[6]的報道，稻米蛋白質含量與糊化溫度、膠稠度等指標間呈現顯著的負相關關系，而且稻米中蛋白質含量的增加會降低稻米蒸煮食味品質。目前對蛋白質對稻米蒸煮食味品質影響效應的認識，主要基于稻米中的蛋白質含量與直鏈淀粉含量、糊化溫度、膠稠度等理化指標間關系的相關分析[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，淀粉顆粒會吸水膨脹，晶體熔解，產生糊化現象[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晶[10]等現象。在淀粉質食品的加工、貯存和食用中，糊化淀粉的機械加工性能、口感以及老化特性等都與淀粉的糊化特性密切相關。據報道，填充在淀粉顆粒間的蛋白質對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含量的增高而降低[11]。蛋白質在大米中含量僅次于淀粉，在糊化過程中蛋白質作為一個天然屏障對淀粉顆粒具有保護作用。當溫度改變時，高蛋白質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，蛋白質和大米的糊化性質有密切關系，但尚未見系統研究蛋白質影響大米糊化性質機理的報道。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圖譜和形態的變化規律，探討蛋白質對大米的糊化性質的影響機理。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

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

JLGJ2.5型實驗礱谷機 浙江展誠機械有限公司；TM05C型SATAKE精米機 佐竹機械有限公司；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型環境掃描電子顯微鏡 美國FEI公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 大米粉的制備 將新鮮收獲的晚秈米進行礱谷得到糙米，然后用精米機進行碾米，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、脂肪、纖維的含量極少，性質近似于淀粉，采用DOM為20%的大米替代淀粉避免了堿提法對淀粉顆粒的損傷）然后進行粉碎并過100目篩，貯于4℃冰箱中待用。

稱取一定量的大米米粉，分別加入質量分數為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AACC Approved Method 61-02（2000）[13]用RVA儀進行測定。每個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，轉速保持在160r/min。運行溫度控制軟件，即淀粉漿液升溫至50℃開始計時，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：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 熱力學性質的分析 用差示掃描量儀（DSC）測定試樣樣品的熱力學特性。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，樣品現在20℃時恒溫保持1min，然后以10℃/min的升溫速率升溫到100℃，得到試樣的DSC熱效應曲線，其特征參數包括淀粉糊化時的熱焓（ΔH）、起始溫度（To）、峰值溫度（Tp）及終結溫度（Tc）。每處理樣品重復3次。

1.2.5 形態學分析 將樣品分別固定在導電雙面膠上，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 結果與分析

2.1 大米蛋白對米粉潤脹性和溶解性的影響

據報道，影響淀粉的潤脹性和溶解性的因素主要有：脂質和直鏈淀粉鏈的復合水平、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、淀粉鏈中無定形區和結晶區的相互作用程度[14]。尚未見蛋白質對淀粉的潤脹性和溶解性的影響的報道。本實驗中添加一定梯度（0%、5%、6%、7%、8%、9%）的大米蛋白對米粉的潤脹性和溶解性影響的結果見圖1。從圖1中可以看出，大米蛋白添加量對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%，均呈現不斷遞減的趨勢。這可能是由于蛋白質能夠與淀粉體緊密的結合，從而阻止水分進入淀粉顆粒內部和抑制直鏈淀粉的浸出，導致潤脹性和溶解性降低[15]。

圖1 大米蛋白添加量對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 大米蛋白對米粉糊化特性的影響

添加一定梯度大米蛋白對米粉粘滯性影響的結果見表1。結果顯示，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，呈現不斷遞減的趨勢；而回生值、峰值時間和糊化溫度分別從197cP、5.8min和77.55℃增加到647cP、6.13min和80.70℃，呈現出不斷增加的趨勢。這與Cristina Marco等[16]的報道相符合，隨著蛋白質添加量增加，峰值粘度逐漸減小，主要是對米粉濃度的稀釋效應所致，蛋白質含量與峰值粘度呈現負相關的關系。對于糊化溫度和高峰時間增加，TeeraratLikitwattanasade等[17]認為主要是在糊化過程中蛋白質會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的數據可見，添加大米蛋白后，在糊化過程中，對淀粉的顆粒結構具有保護作用，主要是由于：a.蛋白質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.顆粒內部蛋白質的交聯作用[18]。這與潤脹性和溶解性的結果是一致的。

當蛋白添加量≥7%時，各數據變化不大趨于平穩，重要的是峰值時間已經穩定，因此選擇蛋白添加量為7%進行下一步實驗。

2.3 大米蛋白對米粉糊化的熱力學影響

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。結果表明大米蛋白的存在對大米的糊化性質有很大影響，加入大米蛋白后，米粉表現出難以糊化的基本特征，這與RVA的測試結果一致。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構，這說明在糊化過程中大米蛋白作為一個天然屏障對淀粉顆粒具有保護作用。

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

2.4 大米蛋白對米粉糊化的形態學影響

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果如圖2和圖3所示。米粉經過95℃加熱30min后，放入-80℃冰箱，進行凍干，然后進行SEM掃描。結果顯示未加入大米蛋白的米粉經95℃、30min后完全糊化成比較晶瑩的形態；而加入了7%的大米蛋白后，并沒有呈現出晶瑩的形態，反而呈現出網狀結構。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生氫鍵結合作用，并對米粉的糊化后的表面形貌產生較大影響；b.糊化后大米蛋白與米粉形成了網狀結構，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絡結構[19]。

3 結果與討論

本研究通過在大米米粉中添加一定梯度的大米蛋白后，對潤脹性和溶解性、RVA數據、DSC數據和SEM圖上的差異性進行比較分析得出，大米蛋白對大米淀粉的潤脹性和溶解性、RVA、DSC熱譜和形態學均有很大影響。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，反映出大米蛋白對淀粉顆粒的膨脹具有抑制作用。從RVA和DSC數據表來看，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、峰值時間、糊化溫度和熱焓值增加，表現出難以糊化的基本特征。結果表明，大米蛋白對淀粉顆粒具有保護作用，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狀結構。由此可見，在糊化過程中，大米蛋白能與大米淀粉發生相互作用，形成網狀結構，對淀粉顆粒具有保護作用，能抑制其膨脹和糊化過程。

蛋白質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，且主要是以獨立的蛋白體形式填塞在淀粉顆粒之間[20]。而且稻米蛋白質含量越高，蛋白體在淀粉細胞中就填充得越多且緊密[21]，米粉中蛋白質含量越高，淀粉的糊化程度也會相應的降低[11]。從本研究結果看，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生氫鍵或二硫鍵結合作用，形成網狀結構，對淀粉顆粒具有保護作用，并揭示蛋白質對大米淀粉粒的糊化和膨脹過程起著抑制作用。

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