米粉中蛋白組分對陳化后淀粉顆粒間解聚的影響

董鵬，郭玉寶，朱世民，許子鑫

(安徽工程大學 生物與食品工程學院，安徽 蕪湖，241000)

中國是世界稻米產量最高的國家，平均年產量超過2億t，占全球的35%[1]。稻米不僅是世界65%以上人口的主食，還可以加工成其他食品。為了保證稻米的周年供應，需要對稻米進行儲藏。而稻米儲藏過程中容易陳化，品質發生劣變，引起經濟損失，但陳化機制目前仍不清楚。

蛋白質和脂肪是大米中最主要的成分，與大米品質有著密切關系[2]。陳化過程中蛋白質含量基本不變，但蛋白質中巰基減少，二硫鍵增多，這使得米飯的硬度增大，黏性減小[3-5]。有研究指出，大米中清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白對淀粉的糊化特性影響不同：添加清蛋白后，淀粉的糊化參數值均有所提高[6]，而球蛋白的添加卻出現相反的現象[7]；谷蛋白的添加使成糊溫度升高，峰值黏度和衰減值降低[7]；醇溶蛋白的添加導致衰減值增加(P<0.05)[8]。WU等[9]研究發現大米中的脂質氧化產物會促使蛋白質氧化，引起大米品質劣變。越來越多的研究表明，陳化過程中蛋白質和脂肪的變化是引起大米品質變化的最主要原因[10-11]，但證據仍不充分，特別是陳化中蛋白質影響淀粉糊化的途徑仍不明確。

本實驗通過剝蝕碾磨獲得富含蛋白的米粒外層米粉，然后依次脫脂、脫清蛋白、脫球蛋白、脫谷蛋白和脫醇溶蛋白，將每一組分脫除后所得各樣品進行儲藏陳化。以陳化前各對應樣品為對照，考察各樣品陳化后糊化粒度分布和顯微形態變化，揭示各蛋白對淀粉糊化產生影響的微觀機制，為闡明大米陳化機理提供依據。

1 材料與設備

1.1 材料與試劑

粳型新谷新米，蘇果超市，初始含水量為(14.08±0.07)%。正己烷、NaCl、NaOH、無水乙醇、鹽酸，均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 主要設備

JGMJ8090稻谷精米檢測機，上海嘉定糧油儀器有限公司；MS2000激光粒度分析儀，英國馬爾文儀器有限公司；RVA-TechMaster快速黏度分析儀，瑞典Perten有限公司；LW200CA光學顯微鏡，上海測維光電技術有限公司；LGJ-12真空冷凍干燥機，北京松源華興科技發展有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 蛋白脫除及樣品儲藏陳化

利用精米機對新米進行剝蝕碾磨，獲得米粒外層米粉(碾削質量占米粒質量的15%，記為F0)，過40目篩，篩下物裝自封口袋在4 ℃下貯存備用。為減少脂肪對脫蛋白的影響，預先用4倍正己烷在室溫下脫脂1 h，抽濾，自然揮發殘留溶劑24 h[12]，得脫脂米粉(記為F1)。根據溶解性差異，參考Osborne經典方法，分別選用蒸餾水、5%(質量分數)NaCl、0.1 mol/L NaOH和70%(體積分數)乙醇從脫脂米粉中逐一脫除清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白[13-14]，經洗滌、中和和凍干后，用研缽碾成粉末，所得各樣品分別記為F2(脫清蛋白樣品)、F3(脫球蛋白樣品)、F4(脫谷蛋白樣品)和F5(脫醇溶蛋白樣品，即粗淀粉)，如圖1所示。

圖1 脫脂脫蛋白流程圖Fig.1 Flow chart of lipid and protein removal

將米粉及脫脂和脫各蛋白后所得各樣品(F0～F5)分成2份，1份在4 ℃下儲藏保鮮作為對照，1份在37 ℃恒溫培養箱中儲藏陳化12個月。

1.3.2 粒度分布的測定

在試管中加入0.200 g樣品，加10 mL蒸餾水，用渦旋儀使其混勻后靜置5 min，然后置于75 ℃恒溫水浴鍋中加熱5 min(過高溫度會黏連成膠凝化狀態)，取出后放置在50 ℃的恒溫水浴鍋中保溫，防止其老化。采用激光粒度分析儀測定粒度，分析條件：分散劑為水，儀器轉速為1 800 r/min，超聲分散，加樣使遮光度達10%～20%，每個樣品平行測定5次，取平均值[15]。

1.3.3 組分陳化效應及陳化貢獻率的計算

大米各組分自身的基質效應[16]及其在陳化過程中的變化均會對淀粉粒度分布產生影響，排除組分自身的基質效應，分離出各組分在陳化過程的變化對淀粉粒度分布的影響。參照GUO等[12]的方法，計算脂肪和各蛋白對陳化后粒度分布的陳化效應及各組分的陳化貢獻率。

1.3.4 糊化形態光鏡觀察

光學顯微鏡制樣方法與粒度分布相同。觀察時，先將試管中樣品用渦旋儀混勻1 min，用吸管取樣滴在載玻片上，蓋上蓋玻片，在光學顯微鏡下觀察并拍照記錄[10]。

1.3.5 糊化特性的測定

采用快速黏度分析儀(rapid viscosity analyzer，RVA)并參照美國谷物化學家協會AACC61-02的方法測定各樣品的黏度變化。提取RVA譜特征參數：峰值黏度(peak viscosity，PV)、衰減值(BD)、最終黏度(final viscosity，FV)、回生值(setback，SB)和成糊溫度(paste temperature，PaT)[13]。

1.3.6 數據處理

使用SAS 8.01進行單因素方差分析(analysis of variance，ANOVA)及鄧肯多重比較(Duncan’s multiple range test，P<0.05)，結果以“平均值±標準差”表示。

2 結果與討論

2.1 脫蛋白對陳化后粒度分布變化的影響

由圖2-A可知，米粉陳化后的粒度分布發生明顯變化，小粒徑峰降低而大粒徑峰升高。研究表明淀粉單粒粒徑約為3～8 μm[17]，淀粉復粒約為7～39 μm[18]。圖2-A中小粒徑峰的范圍為2～30 μm，說明米粉糊化后出現的小粒徑峰是由解聚分散出來的淀粉顆粒形成的，包括淀粉單粒和淀粉復粒。米粉陳化后小粒徑峰降低，表明陳化使淀粉顆粒間更難于解聚。當從米粉中逐一脫除脂肪及清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白后，得到粗淀粉，其陳化后粒度分布與陳化前并無差異(圖2-A′)，說明米粉中脂肪和各蛋白的存在是引起米粉陳化后粒度分布變化的根本原因。

某組分被脫除前后粒度分布的變化，代表該組分對淀粉顆粒間解聚集的影響。某組分被脫除后進行陳化，與該組分被脫除前進行陳化之間粒度分布的差異，代表該組分陳化對淀粉顆粒間解聚集的影響。脂肪和各蛋白對粒度分布的影響見圖2-B～圖2-F′。圖2-B和圖2-B′表明，不論是否陳化，脫脂后的小粒徑峰均降低，同時大粒徑峰升高且峰位右移，只是陳化后的變化幅度更大，表明脂肪的存在對淀粉顆粒間的解聚具有一定促進作用。脫除清蛋白使陳化前的小粒徑峰明顯增大，同時大粒徑峰消失(圖2-C、圖2-C′)，但陳化后的小粒徑峰在一定程度上變矮變寬，說明清蛋白的存在對陳化后淀粉顆粒間的解聚具有顯著的抑制作用。脫除球蛋白對未陳化樣品的粒度分布沒有影響，但陳化后的脫球蛋白樣品比脫除前的小粒徑峰變得高而窄(圖2-D、圖2-D′)。脫谷蛋白和脫醇溶蛋白對粒度分布影響不大，且陳化前后基本一致，只是峰位粒徑略有提高(圖2-E、圖2-F′)。這些表明，球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白對淀粉顆粒間的解聚影響不大，只是略微影響了淀粉顆粒的溶脹。

A～F-米粉及其依次脫脂、脫清蛋白、脫球蛋白、脫谷蛋白和脫醇溶蛋白樣品，未陳化； A′～F′-米粉及其依次脫脂、脫清蛋白、脫球蛋白、脫谷蛋白和脫醇溶蛋白樣品，陳化(下同)圖2 米粉中脂肪和各蛋白對淀粉糊化粒度分布的影響Fig.2 Effect of lipid and proteins in rice flour on particle size distribution of starch in residue during heating

上述結果說明，米粉中的脂肪和清蛋白明顯影響了淀粉顆粒間的解聚，而且這種影響在陳化后增大。但各組分對米粉陳化后淀粉顆粒間解聚變化的貢獻程度需進一步分析。脂肪和各蛋白對糊化粒度體積分數的影響見表1。脫脂使得小粒徑峰體積分數明顯減小，而脫清蛋白使小粒徑峰體積分數明顯增大，而且后者增大的幅度遠大于前者減小的幅度，表明了清蛋白的存在對抑制淀粉顆粒間的解聚作用遠超過了脂肪存在時對淀粉顆粒間解聚的促進作用。而脫球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白對小粒徑峰體積分數沒有明顯影響。因此，米粉儲藏陳化后淀粉顆粒間解聚集的變化主要由脂肪的促進解聚作用和清蛋白的抑制解聚作用決定，且后者遠超過前者，清蛋白被脫除后淀粉顆粒間完全解聚。

表1 米粉中脂肪和各蛋白對淀粉糊化粒度體積分數的影響Table 1 Effect of lipid and proteins in rice flour on particle size volume fraction of starch in residue during heating

但脂肪和清蛋白對米粉陳化后淀粉顆粒間解聚集的貢獻程度，需要在排除各組分自身對淀粉顆粒解聚集的基質效應基礎上分離出來[12]，見表2。清蛋白對米粉陳化后淀粉顆粒間解聚影響的陳化貢獻率最大，為118%，而脂肪陳化貢獻率為-18%，更加明確了清蛋白對淀粉顆粒間解聚集的顯著抑制作用，而脂肪則對陳化后淀粉顆粒間的解聚具有一定促進作用。球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白對淀粉顆粒間解聚的陳化貢獻率均為0。因此，米粉中淀粉顆粒間難于解聚，關鍵在于清蛋白，陳化后這種影響更加明顯。

表2 大米陳化過程中各組分的陳化效應及陳化貢獻率Table 2 Aging effect and contribution rate of each component in rice aging

2.2 脫蛋白對陳化后光學顯微形態的影響

米粉及其脫脂、脫各蛋白前后樣品在陳化前后的糊化形態如圖3所示。

米粉陳化后仍有很多大顆粒保留，淀粉顆粒間解聚程度比陳化前明顯降低(圖3-A、圖3-A′)，體現出陳化使淀粉顆粒間難于解聚。米粉脫脂后未陳化時，保留下來的顆粒比脫脂前大(圖3-A、圖3-B)，而米粉脫脂并陳化后可見更大的顆粒存在(圖3-A′、圖3-B′)，說明脂肪的存在有助于糊化中淀粉顆粒間的解聚，進而分散成更小的顆粒；而且仍然是陳化后比陳化前的顆粒更大(圖3-B、圖3-B′)，這與粒度分析結果相一致。而脫清蛋白后，不論是否經過陳化，未見大顆粒保留，淀粉顆粒間解聚較完全(圖3-C、圖3-C′)，這也印證了粒度分析結果，即脫除清蛋白后大粒徑峰完全消失。

圖3 脂肪和各蛋白對淀粉糊化光學顯微形態的影響Fig.3 Effects of lipid and proteins on microscopic morphology of starch in residues during heating

脫除球蛋白后，不管陳化前后，在形態上均無明顯變化(圖3-D、圖3-D′)。脫谷蛋白和脫醇溶蛋白的樣品陳化后形態變化也不明顯，見圖3-E～圖3-F′，可以清晰地看出，脫除谷蛋白和醇溶蛋白后，不論陳化前還是陳化后，淀粉顆粒間已完全解聚，彼此間呈分散狀態。這些結果都與粒度分布的結果高度一致，表明儲前脫除清蛋白即可使淀粉顆粒間完全解聚，米粉陳化中清蛋白的存在是造成陳化后淀粉顆粒間難于解聚的主要原因，這可能對改善米制品的品質具有重要意義。

2.3 脫蛋白對陳化后糊化特性的影響

儲前脫脂和脫清蛋白對陳化后糊化特性的影響見表3。陳化后，米粉的PV明顯降低，脫脂并沒有改變這種變化趨勢，然而脫清蛋白并陳化后PV卻明顯提高，說明脫清蛋白后淀粉顆粒間解聚有助于峰值黏度的提高。米粉陳化后BD值明顯降低，脫脂不但沒有改變降低的趨勢，而且降低的幅度更大，而脫清蛋白并陳化后BD降低的幅度明顯減小，表明脫清蛋白后淀粉顆粒間解聚促進了淀粉顆粒的溶脹和破裂，脫清蛋白使得陳化后FV和SB的增加幅度降低也說明了這一點。特別是PaT，米粉陳化后提高了9.47 ℃，脫脂米粉陳化后提高了2.10 ℃，而脫清蛋白樣品陳化后與陳化前無明顯提高，這充分說明脫清蛋白后淀粉顆粒間解聚有助于成糊溫度的降低。另外，與脫脂米粉(脫清蛋白前)陳化后相比，脫清蛋白樣品陳化后PV、BD明顯提高，PaT明顯降低。這些結果都表明，脫清蛋白使得陳化后的糊化特性得到明顯改善。

表3 脂肪和清蛋白對糊化特性的影響Table 3 Effects of lipid and albumin on starch pasting properties

3 結論

儲前脫除米粉中脂肪和各蛋白，將所得樣品進行陳化。糊化后粒度分析表明，陳化中清蛋白的存在明顯抑制了淀粉顆粒間的解聚，而脂肪的存在則在一定程度對淀粉顆粒間解聚具有促進作用，這2種組分對米粉陳化后淀粉顆粒間解聚變化的陳化貢獻率分別為118%和-18%，微觀形態有力地支持了粒度分析結果。脫清蛋白使得陳化后PV明顯提高，BD降低幅度及FV和SB升高的幅度縮小，PaT降低到與陳化前無顯著差異(P<0.05)，糊化特性得到明顯改善。因此，米粉中清蛋白的存在使得陳化后淀粉顆粒間難于解聚是米粉陳化后糊化特性變化的主要原因。這一發現，對于揭示稻米陳化變化的微觀機制具有重要意義，對于調控米制品品質也具有一定的指導作用。