大豆分離蛋白提升鮮濕米粉凝膠品質的研究

徐 麗， 劉艷蘭， 蔡吉祥， 袁潔瑤， 易翠平

(長沙理工大學食品與生物工程學院1，長沙 410114) (廣西科技師范學院食品與生化工程學院2，來賓 546119)

凝膠化是鮮濕米粉品質形成的重要步驟，即大米粉在加熱條件下，糊化淀粉與水分子高溫下相互作用，淀粉分子以雙螺旋形式相互纏繞，從而形成具有一定強度和黏彈性的凝膠[1,2]，鮮濕米粉的食用特性如韌性、蒸煮特性與凝膠品質密切相關[3]，高凝膠品質食品力學性能強，具體表現為咀嚼性強、結構緊密連續[4,5]。

大豆分離蛋白(Soy Protein Isolate, SPI)是一種具有良好凝膠性能的植物蛋白，近年來廣泛應用于米面制品。研究報道，SPI可以限制熱處理過程中的面筋蛋白相互作用，使得制作的面條韌性和口感提升[6]，且面條硬度與SPI添加量成正相關[7]；He等[8]將豆漿添加入冷凍熟面條中，結果表明由于豆漿中SPI良好的持水性和吸水率，有利于增強面筋網絡結構，提高面條質量；姜松等[9]發現添加SPI能使掛面彈性模量顯著上升，但會使其抗彎能力減小。在米粉應用方面， Ojukwu等[10]將SPI與微生物谷氨酰胺轉胺酶、葡萄糖酸-δ-內酯混合添加制備濕米粉，所得到的米粉質構和力學性能有所增強；胡秀婷等[11]發現添加適量的SPI可改善鮮濕米粉的儲藏品質，增強米粉內部的結構交聯。目前關于SPI在米粉領域應用的研究相較于面制品還不夠廣泛，且關于SPI添加對米粉原料性質與食用品質的影響及聯系未進行系統研究。

因此，本研究擬通過將SPI與發酵秈米粉以一定比例復配制作鮮濕米粉，并明確SPI-發酵秈米混合粉凝膠化性質對所制SPI-鮮濕米粉加工性能的影響及聯系，進一步分析鮮濕米粉內部淀粉結構的變化，為SPI改善鮮濕米粉凝膠性能提供參考。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

XX早秈米，YC晚秈米，LactobacillusplanturunYI-Y 2013經實驗室分離鑒定的自然發酵液，凝膠型SPI，MRS肉湯培養基，鹽酸、硫酸等常用化學試劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設備

SY-12型磨漿機，Perten RVA 4500型快速黏度測定儀，SHA-B型恒溫水浴振蕩器，YL-904型臥式液壓饸絡面機，TA-XT plus型質構儀，Avatar-360型傅里葉紅外光譜儀。

1.3 方法

1.3.1 SPI-發酵秈米混合粉的制備

參考Yi等[12]的方法制備SPI-發酵秈米混合粉。制備過程為發酵→洗米→磨漿→烘干→磨粉→過篩→混合。

發酵為取活化后的LactobacillusplanturunYI-Y2013發酵液以106CFU/mL濃度接種于無菌水與秈米比例為8∶5的錐形瓶中，37 ℃發酵48 h；烘干為于45 ℃恒溫干燥箱中烘36 h；過篩為100目；混合為用相應質量的SPI分別取代0%、2%、4%比例的發酵秈米粉并與之混勻后得到SPI-發酵秈米混合粉。

1.3.2 SPI-發酵秈米混合粉凝膠化性質的測定

1.3.2.1 糊化特性測定

測定樣品含水量后，采用GB/T 24852—2010方法，稱取約3 g樣品，根據樣品含水量調整加水量，混合均勻后放入快速黏度測定儀中進行測定。

1.3.2.2 凝膠硬度測定

參考文獻[13]方法并有所改動，4 g樣品與水配置為質量分數為15%的懸浮液，于蒸鍋中預糊化3 min后轉移至培養皿中，保鮮膜封口95 ℃水浴振蕩30 min，搖速80 r/min。冷卻至室溫后置于4 ℃冰箱，18 h后取出。探頭為P/0.5R，參數設置為：測前速度2 mm/s，測試速度1 mm/s，回程速度5 mm/s，停留時間5 s，變形量30%，獲得凝膠硬度。

1.3.3 SPI-鮮濕米粉制作

取SPI-發酵秈米混合粉進行SPI-鮮濕米粉的制作。具體工藝流程[14]為：和粉→滾揉→攤平蒸片→擠絲→水煮→復蒸→水洗。

和粉為取蒸餾水與混合粉以3∶4比例混勻；滾揉5 min，攤平蒸片6 min，厚度約5 mm，各需重復2次；水煮90 s；復蒸3 min；水洗為于冷流動水下沖洗30 min。

1.3.4 SPI-鮮濕米粉質構特性測定

采用P/36R探頭測定，質地剖面分析(Texture profile analysis, TPA)模式，每次探頭下放置1根米粉。參數設置：測前速度2 mm/s，測試速度1 mm/s，回程速度5 mm/s，停留時間5 s，變形量50%，獲得硬度、咀嚼性、膠黏性。

1.3.5 SPI-鮮濕米粉蒸煮吸水率測定

參考文獻[15]，取5 g左右質量為m0的SPI-鮮濕米粉于150 mL沸騰蒸餾水中煮3 min后撈出濾干水分，冷卻至室溫后稱質量得m1，計算蒸煮吸水率：

式中：m1為蒸煮后質量；m0為蒸煮前質量。

1.3.6 FT-IR峰強度比值測定

將冷凍干燥的SPI-鮮濕米粉粉碎過120目篩備用。參考文獻[16]，取2 mg樣品與200 mg溴化鉀于紅外燈下充分混合研磨，取適量壓制成透明薄片，在400～4 000 cm-1范圍內進行全波段掃描，掃描32次，分辨率為4 cm-1。圖譜經Omnic紅外分析軟件處理后，導出和計算吸光度比值：R1 047/1 022 cm-1以及R1 022/995 cm-1。

1.4 數據處理

所有測定至少重復3次；采用SPSS 26.0統計軟件對數據進行方差分析和顯著性檢驗，所得的結果以平均值±SD以及顯著性字母的形式表示；使用Origin 2018進行相關圖表的繪制。

2 結果與分析

2.1 SPI-發酵秈米混合粉凝膠化性質分析

2.1.1 糊化特性分析

糊化特性屬于秈米粉加熱形成鮮濕米粉凝膠過程的重要品質指標。由表1可得，SPI-發酵秈米混合粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度皆呈顯著增大趨勢(P<0.05)，崩解值呈顯著減小趨勢(P<0.05)，糊化體系黏度的升高說明凝膠熱穩定性及致密性增強[17]，因為SPI屬于親水性膠體，將其添加入淀粉凝膠中時，會與淀粉分子產生熱力學不相容性，位于連續相中的膠體則因淀粉顆粒受熱膨脹導致微相組分濃度增大，提高體系的糊化黏度，同時親水性膠體還可與淀粉親水基產生氫鍵以及與淀粉絡合，使得凝膠網絡結構的增強[18]。崩解值的大小與鮮濕米粉制作過程中淀粉糊的熱穩定性以及耐剪切值呈負相關[4]，崩解值越小凝膠品質及食用品質較好[19]。變異系數可反映各糊化指標受SPI添加量的性質變化程度，其中XX的崩解值的變異系數值最大，達20.91，說明其熱糊穩定性較好，冷卻后所形成凝膠強度越大[20]；而各糊化指標之間變異系數具有較大差異，說明SPI對發酵秈米粉糊化特性的影響程度不同。

2.1.2 凝膠硬度分析

鮮濕米粉凝膠的成型過程為糊化的大米淀粉通過分子間氫鍵與空間構象作用，經過擠壓、老化形成具備一定強度的凝膠[21]，凝膠強度不僅與原料特性相關，還會受到擠壓速度等因素的影響。因此研究未經擠壓的原料凝膠品質，可輔助印證外源添加物對米粉中淀粉凝膠結構連續性的影響[22]，其中凝膠硬度與鮮濕米粉的品質存在密切聯系[23]。如表2所示，XX的凝膠硬度高于YC，可能由于其具有較低的崩解值，使得冷卻后凝膠硬度較大。就變化趨勢而言，XX和YC的凝膠硬度與SPI的添加量呈正相關，且YC的凝膠硬度呈顯著增大趨勢(P<0.05)，變化趨勢說明SPI可提升發酵秈米粉的凝膠性質，使得凝膠網絡更加致密穩定[24]，糊化更加充分均勻[23]。

表2 SPI對發酵秈米粉凝膠硬度的影響

2.2 SPI-鮮濕米粉質構品質的分析

Sandhu等[5]曾使用TPA所測指標中硬度、咀嚼性表征馬鈴薯與大米淀粉混合所制面條的凝膠品質，膠黏性則可反映凝膠制品的內聚性，因此可采用TPA中硬度、咀嚼性、膠黏性指標結合分析SPI-鮮濕米粉的凝膠強度。如圖1所示，于XX和YC兩類秈米而言，2%、4% SPI-鮮濕米粉的硬度、咀嚼性、咀嚼性與空白組相比均呈顯著增大趨勢(P<0.05)，即內部結構有所增強，這與胡秀婷等[11]、李向陽等[25]、Detchewa等[26]研究結果相一致，原因可能是SPI的凝膠化作用促使米粉內部膠黏性增強，通過與淀粉顆粒結合，使得凝膠網絡更加緊密來增強米粉的硬度及咀嚼性，改善了米粉的力學性能[10]。

2.3 SPI-鮮濕米粉蒸煮吸水率分析

米粉的蒸煮吸水率越高，其經烹飪后增重值越大，商業價值越高[27]。分析圖2中的蒸煮吸水率，由于SPI具有強持水性，在持續高溫高濕條件下SPI與米粉內部淀粉所構成的凝膠網絡結構可能使得更多淀粉、SPI暴露出來導致吸水溶脹度增加，且愈發均勻致密有序的凝膠結構持水性越強[28]。SPI-鮮濕米粉蒸煮吸水率皆高于空白組，且XX與SPI添加量呈顯著正相關(P<0.05)。研究表明凝膠制品凝膠強度的大小與蒸煮吸水率呈正相關關系[29,30]，說明SPI的添加可使得鮮濕米粉凝膠強度增大。

表1 SPI對發酵秈米粉糊化特性的影響

圖1 SPI對鮮濕米粉硬度、咀嚼性、膠黏性的影響

圖2 SPI對鮮濕米粉蒸煮吸水率的影響

SPI-鮮濕米粉凝膠質構和蒸煮品質的提升與SPI-發酵秈米混合粉凝膠化性質變化規律相似，即2%、4%SPI有利于米粉凝膠的形成，且XX的凝膠性能優于YC，說明鮮濕米粉凝膠品質與原料凝膠化過程存在較大的相關性，而顯著性變化差異表明鮮濕米粉產品凝膠結構的形成不僅與原料凝膠性質相關，可能還受熱擠壓、成型等多重因素的影響。又因為鮮濕米粉的凝膠品質與淀粉結構變化密切相關[1,2]，為探究SPI-鮮濕米粉凝膠品質提升與淀粉結構變化的聯系，可進一步通過FT-IR進行峰強度值測定分析。

2.4 FT-IR峰強度比值分析

在FT-IR光譜中，1 047 cm-1表征淀粉的結晶區結構，1 022 cm-1為淀粉無定形區結構，995 cm-1可表示淀粉分子之間的氫鍵結構[31]。因此R1 047/1 022 cm-1可作為淀粉短程有序結構的指標，而R1 022/995 cm-1可作為氫鍵強度的指標，R1 047/1 022 cm-1越高，R1 022/995 cm-1越低，短程有序性越強，淀粉氫鍵強度和結晶度越高[32]，淀粉凝膠網絡結構更加緊密[33]。由表3可知，R1 047/1 022 cm-1與SPI添加量呈顯著正相關(P<0.05)，R1 022/995 cm-1則反之，說明SPI可能與部分無序排列的淀粉結合，使有序結構增多，氫鍵強度和淀粉結晶度增強[34]。劉飛雁[35]曾研究外源蛋白的添加對面條淀粉短程有序結構的影響，得出淀粉短程有序性與外源蛋白的添加含量呈正相關，進一步通過電鏡觀察到蛋白對淀粉的包裹作用明顯增強。即SPI可能通過增強鮮濕米粉內部淀粉短程有序性使得米粉凝膠品質提升。

表3 FT-IR測定SPI-鮮濕米粉的R1 047/1 022 cm-1、 R1 022/995 cm-1峰強度值

3 結論

隨著SPI的添加，鮮濕米粉的凝膠品質有所提升，體現為硬度、咀嚼性、膠黏性增大，蒸煮吸水率上升。分析得到，凝膠品質提升與原料的凝膠化性質變化相關，即糊化特性中峰值黏度、谷值黏度、最終黏度增加，崩解值減小，凝膠硬度增大。FT-IR峰強度比值表征了鮮濕米粉內部淀粉結構變化，數據顯示R1 047/1 022 cm-1峰強度比值增加，R1 022/995 cm-1峰強度比值降低，峰強度比值變化規律皆指向淀粉短程有序性提升，這可能與米粉的凝膠品質存在密切聯系。未來可針對更高添加范圍的SPI影響發酵秈米淀粉凝膠化的階段性行為、條件控制及相關機理進行深入探究。