偏高水分優質稻在儲藏期間蛋白質二級結構與質構特性變化關系研究

畢文雅 張來林 石天玉

(國家糧食和物資儲備局科學研究院1，北京 100037)(河南工業大學2，鄭州 450052)

隨著人民生活水平的挑高，口感好、品質佳的優質稻米深得消費者的喜愛，市場對優質稻的需求量也顯著增加。但因優質稻較普通早秈稻在脂肪酸含量、淀粉含量、蛋白結構等理化指標方面更易受外界環境影響，造成食品品質和口感下降，所以在儲藏和加工過程中需嚴格控制其溫度、含水量等條件，才可維持優質稻米的較好品質。

本研究以新收獲稻谷“甬優15”為原料，“甬優15”在2008—2013年參加福建省中優稻區試驗以及農作物品種審定委員會審定，其增產水平極顯著且適宜在福建省稻瘟病輕發區種植[9-10]，屬于秈型三系雜交水稻，是閩北地區主栽優質稻品種，具有較好的食味品質。實驗選取13.8%的“甬優15”偏高水分優質稻，設定在不同溫度下進行270 d的儲藏，測定儲藏過程中蛋白質二級結構中α-螺旋、β-折疊、β-轉角、無規卷曲的含量變化，并將這些指標與脂肪酸值、米飯質構特性進行相關性分析，研究蛋白質二級結構對偏高水分優質稻儲藏期間品質指標的影響，以期為稻谷儲藏保鮮提供一定的參考。

1 材料與儀器

1.1 材料及儲藏方法

實驗原糧：“甬優15”優質稻，產自福建南平。

儲藏方法：將水分為13.8%的“甬優15”優質稻(優質稻安全水分13.5%)裝到鋁箔袋中，用熱合機封口，放入15、20、25 ℃的恒溫箱中模擬儲藏270 d(優質稻作為短期輪換品種，成功度夏即可滿足加工銷售條件)，每45 d對脂肪酸值、質構特性進行檢測，每90 d對蛋白質二級結構進行檢測。

1.2 主要試劑和儀器

無水乙醇(AR)、95%乙醇(AR)、氫氧化鉀(AR)、基準鄰苯二甲酸氫鉀(PT)。

HWS型智能恒溫恒濕箱，JXFM110錘式旋風磨，HY-4多用調速振蕩器，SY88-TH礱谷機，JWXL物性測試儀，壓片機，WAF-561傅里葉紅外轉換光譜，E1010離子濺射儀。

1.3 試驗方法及數據處理

脂肪酸值測定：參照GB/T 20569—2006[11]。

米飯質構特性測定方法：樣品制備參照GB/T 15682—2008[12]；參數設定：采用P36柱型TPA探頭，測前速度10.0 mm/s，測試速度0.5 mm/s，測后速度5.0 mm/s，壓縮比為70%。每次測定時，在米飯樣品中間層不同部位隨機取3粒米，頭碰頭120°角的方式放置在載物臺上，每個樣品測定6次，其中去掉硬度最大和最小的兩個測定結果，取4次測定結果，計算平均值和偏差[13]。

蛋白質二級結構測定：將樣品磨成90%以上過120目篩的粉，充分干燥后，稱取溴化鉀，與樣品重量為1∶300的比例混合，研磨至無反光點，用壓片機壓制成薄片，利用紅外光譜儀中做400～4 000 cm-1掃描，掃面次數為24次。利用PeakFit 4.12軟件對酰胺I帶1 700～1 600 cm-1波段圖譜進行處理，基線校正、去卷積和二階導數擬合，確定子峰的個數和位置及與二級結構的關系，利用峰面積計算各二級結構組成的比例[14]。

數據處理：利用SPSS、Origin等軟件進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 脂肪酸值的變化

新鮮稻谷中游離脂肪酸的含量很少，但在儲藏條件(如溫度、濕度、霉菌等)的影響下，脂肪的水解比蛋白質和碳水化合物都要快，并且在變質初期，脂肪酸值顯著增高，從而引起稻谷品質的下降，因此，脂肪酸值是判斷稻谷宜存、不宜存、陳化和劣變的靈敏指標，可以較好地衡量、檢驗、監控稻谷儲藏品質的變化[15-18]。在稻谷儲存品質判定規則[11]中也明確規定，秈稻谷的脂肪酸值≤30.0 mgKOH/100 g時，為宜存；當脂肪酸值≤37.0 mgKOH/100 g時，為輕度不宜存；當脂肪酸值>37.0 mgKOH/100 g時，為重度不宜存。

新鮮的“甬優15”優質稻的在儲藏初期脂肪酸值較低，隨著儲藏溫度不同、儲藏時間延長，脂肪酸值在變化。由圖1，在15、20、25 ℃下儲藏270 d，脂肪酸值由初始的10.1 mgKOH/100 g上升到18.0、20.4、27.7 mgKOH/100 g，分別上升了7.9、10.3、17.6 mgKOH/100 g，可見，脂肪酸值隨著儲藏時間的延長而上升，且儲藏溫度越高，脂肪酸值上升越快；在15、20 ℃條件下儲藏270 d后，脂肪酸值仍≤20.0 mgKOH/100 g，為宜存狀態；在25 ℃條件下，脂肪酸值在儲藏270 d時已經達到27.7 mgKOH/100 g，繼續儲藏將超出宜存范圍。

圖1 不同儲藏溫度下脂肪酸值的變化

2.2 質構特性的變化

稻谷的食用品質檢測測定不能單純依靠品嘗評分值等依賴感觀的方式，要應用各類儀器及理化指標進行科學評價，分析各類理化性質結果與稻谷品質的相關性，可有效補充感官測定之外稻谷重要質量指標[19,20]。質構特性中的黏度、彈性與食用品質有一定的相關性，因而質構也可以較好的反映稻谷的食味品質[21]。本實驗選取硬度、彈性指標進行分析。Tulyathan等[22]認為，硬度的增加是由于大米脂中游離脂肪酸包藏在淀粉的螺旋結構中，直鏈淀粉與脂類形成復合物使糊化所需要的水難以通過，淀粉粒的強度增加，米飯變得較硬。還有研究表明[23]，隨著儲藏時間的延長，米飯淀粉逐漸老化，與蛋白質結合緊密，導致米飯硬度增加，而在儲藏后期，劣變程度加劇，稻谷不能再保持其籽粒的完整性，大米蒸煮后米飯膨脹，吸水率增加，導致米飯松散硬度降低。米飯彈性是反映米飯食味的重要指標之一，米飯彈性越大，咀嚼時越有嚼勁。

由表1可得，“甬優15”在15、20 ℃條件下儲藏時，硬度隨著儲藏時間的延長而上升，且在兩種條件下，上升幅度相似；在25 ℃條件下儲藏時，硬度先是隨著儲藏時間的延長而快速上升，在儲藏180 d后開始下降。彈性隨著儲藏時間的延長而下降，儲藏溫度越高，彈性下降的越快，但下降不顯著。

表1 儲藏過程中硬度、彈性的變化

2.3 蛋白質二級結構的變化

胡瑞省等[14]利用FTIR分析出，隨著測量溫度的升高，酵母中的蛋白質二級結構中的α-螺旋的含量降低，而β-轉角結構、無規卷曲結構和β-折疊結構的含量卻有所增加。孫佳悅等[24]運用FT-IR技術研究結果得出，熱處理會導致乳蛋白空間結構發生改變、分子內氫鍵被破壞，熱處理后α-螺旋含量降低，β-轉角及β-折疊在加熱過程呈先增加后減少變化趨勢，說明熱處理程度增強導致部分有序結構向無規則卷曲結構轉化，蛋白質熱變性后會發生熱聚集現象。

初始樣品蛋白質二級結構主要以β-折疊和β-轉角為主，經過不同條件的儲藏，各個二級結構含量發生變化。

由表2可得，“甬優15”在15 ℃下儲藏270 d檢測到：儲藏期間，α-螺旋結構相對含量雖下降，但不顯著，由于維持α-螺旋結構的主要化學作用力是氫鍵且α-螺旋是最穩定的螺旋結構，說明在儲藏期間，α-螺旋結構仍保持穩定狀態；在0～180 d時，β-折疊結構相對含量變化不顯著，呈穩定狀態，但隨著儲藏時間的延長，270 d時檢測到其相對含量顯著降低，說明樣品在儲藏270 d后，其蛋白質的β-折疊結構已發生破壞，呈現不穩定狀態；在0～180 d時，無規卷曲結構相對含量變化不顯著，同時在儲藏180 d時檢測到其相對含量最低，因無規卷曲是無序狀態，可說明蛋白質二級結構在180 d時呈現穩定狀態，但隨著儲藏時間的延長，270 d時無規卷曲含量顯著升高，說明蛋白質趨向一種無序的狀態；而β-轉角結構的相對含量在0～90 d時變化不顯著，180 d時有所提升，分析可能是無規卷曲向β-轉角轉化，形成穩定狀態。

表2 15 ℃下蛋白質二級結構相對含量

由表3可得，“甬優15”在20 ℃下儲藏270 d檢測到：和15 ℃下變化情況近似，儲藏期間，α-螺旋結構相對含量下降但不顯著，說明α-螺旋結構仍保持穩定狀態；儲藏期間，β-折疊結構相對含量逐漸降低，初始值和270 d檢測到的結果差異性顯著，說明隨著儲藏時間的延長，蛋白質的β-折疊結構已發生破壞，呈現不穩定狀態；儲藏期間，無規卷曲結構的相對含量先下降后上升，其狀態是先穩定后向無序方向發展，在270 d時，β-轉角結構的相對含量顯著下降，分析可能是β-轉角向無規卷曲結構轉化，蛋白質結構趨向無序。

表3 20 ℃下蛋白質二級結構相對含量

由表4可得，“甬優15”在25 ℃下儲藏270 d檢測到：隨著儲藏時間的延長，無規卷曲結構的相對含量在緩慢上升，可以說明蛋白質二級結構穩定性降低；儲藏270 d時β-折疊結構的相對含量與90 d的相對含量比較是顯著下降的，說明在90～180 d期間穩定的β-折疊結構開始被破壞，趨向不穩定狀態；同期(90～180 d)β-轉角結構的相對含量顯著上升，可認為部分β-折疊結構中多肽鏈通過反轉180°形成β-轉角；α-螺旋結構的相對含量在180 d時出現顯著下降，說明在90～180 d期間穩定的氫鍵已經發生斷裂。

表4 25 ℃下蛋白質二級結構相對含量

2.4 蛋白質二級結構和質構特性等的相關性分析

“甬優15”優質稻的質構特征值、脂肪酸值與蛋白質二級結構的相關系數如表5所示，脂肪酸值與蛋白質二級結構中的β-轉角、無規卷曲呈極顯著正相關(P<0.01)，與α-螺旋、β-折疊呈顯著負相關(P<0.05)；硬度與β-折疊呈極顯著負相關(P<0.01)，與β-轉角呈極顯著正相關(P<0.01)。這表明，硬度、脂肪酸值與蛋白質二級結構變化密切相關。

表5 蛋白質二級結構與質構特性及脂肪酸值的相關系數

3 結論

“甬優15”在儲藏過程中，脂肪酸值隨著儲藏時間的延長而上升，且儲藏溫度越高，脂肪酸值上升越快；在15、20 ℃條件下儲藏270 d后，“甬優15”仍為宜存狀態；在25 ℃條件下，儲藏270 d后的脂肪酸值即將超出宜存范圍。米飯硬度在在15、20 ℃條件下隨著儲藏時間的延長而上升；在25 ℃條件下，硬度先上升，在儲藏180 d后開始下降。蛋白質二級結構中的α-螺旋含量隨著儲藏期的延長下降不顯著、β-折疊含量下降顯著、β-轉角和無規卷曲的含量顯著上升。