嬰幼兒米粉溫度作用機理的研究

劉 芳，沈清清，陳紅惠，茍 麗，周云波

(1.文山學院 化學與工程學院，云南 文山 663099；2.文山學院 環境與資源學院，云南 文山 663099)

米粉是一種非常適合嬰幼兒的輔食，其主要成分為大米，大米是谷類食品中最容易被人體消化和吸收，且最不容易引起過敏的食物[1-2]。但米粉中蛋白質容易發生變質，對存儲溫度有較高要求，蛋白質二級結構對溫度也非常敏感，因此研究溫度對米粉質量和營養價值的影響有重要的實用意義。

目前研究奶制品和嬰幼兒輔食品質，常用化學法和光譜分析技術法兩種技術。化學法測量的精確度非常高，但是所需的檢測時間長、所需試劑較多，檢測成本高，對操作人員的要求也比較高，因此該方法要用于大批量樣品分析還存在困難[3-7]。

20世紀60年代，關國的Norris首先開始研究應用近紅外光譜分析技術測定谷物中的水分、蛋白質、脂肪等含量，并致力于其他農產品品質的研究[8]。由于該技術對樣品的處理方法比較簡單，操作方便，很快就在食品檢測[9-10]、食品分析[11]、食品摻假檢測[12]、真偽鑒別[13]中得到了廣泛的應用。

我們以市售的兩種嬰兒米粉作為研究對象，采集它們在不同溫度下的紅外光譜。利用原始光譜中的吸收峰來確定分析區域，通過不同溫度下分析區域中心位置的變化情況來分析蛋白質和脂肪的含量變化;通過對四階導數譜分析，獲取蛋白質成分含有的二級結構種類。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

德國進口喜寶米粉(采購于德國ROSS MANN超市)，亨氏國產嬰兒營養米粉(采購于文山沃爾瑪超市)，光譜純溴化鉀(天津市光復精細化工研究所)。日本島津IRPrestige-21型紅外光譜儀，電熱恒溫鼓風干燥箱(上海躍進醫用光學器械廠DHG-9076A型)。

1.2 實驗方法

每次稱取樣品5 g，間隔5℃烘制一次。溫度測定范圍從25～100℃。烘制時間為5 min。烘制后迅速進行數據采集。

1.3 實驗步驟

嬰兒米粉→稱取米粉→研磨→分別在25℃、30℃、35℃……100℃下烘5 min→壓片→測定

1.4 數據處理

首先，對所得原始光譜進行降噪平滑處理后根據產生吸收峰的位置分析分析樣品的組成。然后，對不同溫度下的紅外吸收光譜進行比較，得出樣品中蛋白質和脂肪隨溫度的變化情況。最后，利用原始光譜的四階導數譜圖分析樣品中蛋白質成分可能存在的二級結構。

2 結果與討論

2.1 紅外光譜中特征吸收峰的指認

分析兩組樣品在25℃下紅外光譜中主要吸收峰的位置基本一致，各吸收峰的歸屬如表1所示。

表1 紅外光譜中主要吸收峰及歸屬

為分析樣品中蛋白質和脂肪隨溫度的變化情況，選擇蛋白質特征吸收峰1500～1800 cm-1以及脂肪特征吸收峰2800～3000 cm-1區間內的光譜信息作為主要分析對象。

2.2 蛋白質和脂肪特征吸收峰隨溫度的變化

為了清楚地表現1600～1800 cm-1和2800～3000 cm-1區間內2個特征吸收峰峰值隨溫度的變化情況，從這兩個區域各選定1個特征吸收峰的中心位置，即1651 cm-1和2931 cm-1做出這2處的吸光度值隨溫度變化的點線圖，如圖1和2所示。

圖1 HIPP(喜寶)米粉吸光度隨溫度的變化圖(1651cm-1和 2931cm-1)

圖2 亨氏米粉吸光度隨溫度的變化圖(1651cm-1和2931cm-1)

從圖中可以看出，溫兩組樣品的光譜信息隨溫度的變化情況有明顯的區別。兩種米粉中脂肪特征吸收峰的吸光度隨溫度的變化都比同組樣品中蛋白質特征吸收峰吸光度的變化更劇烈，說明蛋白質的熱穩定性優于脂肪，亨氏營養米粉中蛋白質在65℃以下的熱穩定性不如HIPP(喜寶)米粉。

2.3 蛋白質二級結構隨溫度的變化

根據兩組樣品在1600～1700 cm-1區間內原始紅外光譜的四階導數圖，分析樣品中蛋白質成分可能含有的二級結構種類，并將峰位及歸屬歸納在表2中。

表2 峰位及歸屬

根據表2中所列歸屬情況對各負峰歸類，分別計算兩種樣品不同溫度下原始光譜中每種二級結構的面積，并計算其相對于蛋白質總面積的相對面積，以此相對面積代表它們的相對含量。

兩組樣品25℃時二級結構含量的對比圖，如圖3所示。從圖中可以看出：HIPP(喜寶)營養米粉中β-折疊和β-轉角含量差不多且含量最高，其次是α-螺旋；而亨氏營養米粉中含量最高的是β-轉角，其次是α-螺旋和β-折疊。說明兩種米粉中含有的氨基酸種類不同。

圖3 25℃時HIPP(喜寶)米粉與亨氏米粉中各二級結構的相對含量

然后分析了不同溫度下各各二級結構含量的變化情況，如圖4和5所示。

圖4 HIPP(喜寶)米粉中二級結構相對含量隨溫度的變化

圖5 亨氏米粉中二級結構相對含量隨溫度的變化

由圖4和圖5可以看出HIPP(喜寶)營養米粉中，β-折疊和β-轉角2種二級結構的變化趨勢大體上呈現相反趨勢，可以推測在溫度變化的過程中β-折疊和β-轉角之間存在可逆的互相轉化；而在亨氏營養米粉α-螺旋與β-折疊2種二級結構的變化趨勢基本保持一致，但是都與β-轉角的變化趨勢呈現相反趨勢，說明在亨氏營養米粉加熱過程中蛋白質結構的

變化情況比HIPP(喜寶)營養米粉復雜。

3 結論

通過比較不同溫度下兩種嬰兒米粉的紅外光譜，并對數據進行處理分析，得知了兩種米粉的蛋白質和脂肪會隨溫度的變化而發生變化，在25～35℃溫度區間內的變化趨勢較為緩和，而在85～90℃溫度區間內，蛋白質和脂肪都有明顯的上升趨勢，且達到較大值所以嬰兒營養米粉最適宜的沖泡溫度應在85～90℃；儲藏和運輸的適宜的溫度在25～35℃。兩樣品中蛋白質的熱穩定性優于脂肪。

最后，通過對原始光譜求四階導數，確定了兩組樣品中均含有3種二級結構，a-螺旋，β-折疊和β-轉角。但兩種樣品中的3種二級結構在含量上存在明顯的差異。這與嬰兒營養米粉的加工過程有關系。在HIPP(喜寶)營養米粉的蛋白質成分中，β-折疊和β-轉角2種二級結構的變化趨勢大體上呈現相反趨勢，可以推測在溫度變化的過程中β-折疊和β-轉角之間存在可逆的互相轉化；而在亨氏營養米粉α-螺旋與β-折疊2種二級結構的變化趨勢基本保持一致，但是都與β-轉角的變化趨勢呈現相反趨勢，說明可能存在三種二級結構的互相轉化。