刘桃英，刘成梅，付桂明，罗舜菁，刘 伟

（南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047）

水稻是世界上最重要的农作物，也是亚洲人最主要的粮食品种[1]。大米的功能性质，如糊化特性、烹饪特性、凝胶、持水性，都是决定大米用途和市场的重要因素。蛋白质是大米的主要组成成分之一，主要分布于大米胚乳中[2]，含量约为5～11g/100g，籼型稻中蛋白质含量一般为10%～20%，高于粳稻[3]。稻米蛋白质含量不仅是决定水稻营养品质的重要指标，对稻米的外观品质、加工品质和食用品质也有一定程度的影响[4]。据Hamaker[5]、金正勋[6]的报道，稻米蛋白质含量与糊化温度、胶稠度等指标间呈现显著的负相关关系，而且稻米中蛋白质含量的增加会降低稻米蒸煮食味品质。目前对蛋白质对稻米蒸煮食味品质影响效应的认识，主要基于稻米中的蛋白质含量与直链淀粉含量、糊化温度、胶稠度等理化指标间关系的相关分析[7]。在过量水分条件下，将淀粉与水的混合物加热至一定温度后，淀粉颗粒会吸水膨胀，晶体熔解，产生糊化现象[8]。糊化是淀粉的重要物理特性之一，在淀粉的糊化过程中，通常伴随淀粉物系粘稠度的增加[9]、透明度增加以及淀粉的再结晶[10]等现象。在淀粉质食品的加工、贮存和食用中，糊化淀粉的机械加工性能、口感以及老化特性等都与淀粉的糊化特性密切相关。据报道，填充在淀粉颗粒间的蛋白质对淀粉粒的糊化和膨胀起抑制作用，米粉淀粉的糊化程度随蛋白质含量的增高而降低[11]。蛋白质在大米中含量仅次于淀粉，在糊化过程中蛋白质作为一个天然屏障对淀粉颗粒具有保护作用。当温度改变时，高蛋白质含量的大米有利于增加大米的耐热能力，保持凝胶的硬度和粘性。虽然这些研究表明，蛋白质和大米的糊化性质有密切关系，但尚未见系统研究蛋白质影响大米糊化性质机理的报道。本文以DOM为20%的晚籼米为材料，分析添加不同比例的大米蛋白的米粉样品的润胀性和溶解性、DSC热谱、RVA图谱和形态的变化规律，探讨蛋白质对大米的糊化性质的影响机理。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

大米蛋白 江苏宝宝公司；江西赣州市产晚籼米（外引7号）中粮（江西）米业有限公司。

JLGJ2.5型实验砻谷机 浙江展诚机械有限公司；TM05C型SATAKE精米机 佐竹机械有限公司；RVA-Tec Master粘度测试仪 瑞典波通仪器公司；DSC-7型差示扫描量热仪 美国Perkin-Elmer公司；FEI Quanta200F型环境扫描电子显微镜 美国FEI公司。

1.2 实验方法

1.2.1 大米粉的制备 将新鲜收获的晚籼米进行砻谷得到糙米，然后用精米机进行碾米，得到碾减率（Degree of milling，DOM）为20%的大米（DOM为20%大米，其主要成分为淀粉，蛋白质、脂肪、纤维的含量极少，性质近似于淀粉，采用DOM为20%的大米替代淀粉避免了碱提法对淀粉颗粒的损伤）然后进行粉碎并过100目筛，贮于4℃冰箱中待用。

称取一定量的大米米粉，分别加入质量分数为0%、5%、6%、7%、8%和9%的大米蛋白，混匀，备用。1.2.2 润胀性和溶解性的分析 样品的润胀性（SP）和溶解性（S）采用Shifeng Yu等[12]的方法。于500mg样品（干基）中加入20mL蒸馏水，在90℃下加热30min，然后冷却至室温，2600×g下离心15min，上清液小心移出到已知重量的玻璃皿中，于105℃下干燥至恒重并称重，沉淀用于SP的测定，计算公式如下：

式中，Wt—湿沉淀的重量（mg）；Wr—干燥后上清液的重量（mg）；W—样品的重量（mg）。

1.2.3 糊化特性的分析 样品的粘滞性根据AACC Approved Method 61-02（2000）[13]用RVA仪进行测定。每个RVA样品测量罐中包含3g样品和25mL蒸馏水。将该样品测量罐放入RVA测试仪中，放入搅拌器，转速保持在160r/min。运行温度控制软件，即淀粉浆液升温至50℃开始计时，50℃保持1min，再升温至95℃（至4.75min），保温2.5min（至7.25min），然后降温至50℃（至11min），保温至16min。

RVA仪提供以下参数：峰值粘度（PV）、波谷（T）、崩解值（BD）、终止粘度（FV）、回生值（SB）等。

1.2.4 热力学性质的分析 用差示扫描量仪（DSC）测定试样样品的热力学特性。主要步骤如下：称取大米粉样品4.0mg（干基），加入8.0μL的去离子水（样品∶水=1∶2），以铝制样品盘密封后置于冰箱（4℃）过夜平衡，在测试前取出回温1h，然后放入差示扫描量热分析仪中开始测定，以空盘为参考样品，样品现在20℃时恒温保持1min，然后以10℃/min的升温速率升温到100℃，得到试样的DSC热效应曲线，其特征参数包括淀粉糊化时的热焓（ΔH）、起始温度（To）、峰值温度（Tp）及终结温度（Tc）。每处理样品重复3次。

1.2.5 形态学分析 将样品分别固定在导电双面胶上，在真空中喷涂铂金，然后置于扫描电子显微镜（SEM）中观察淀粉颗粒的形貌，并拍照。

2 结果与分析

2.1 大米蛋白对米粉润胀性和溶解性的影响

据报道，影响淀粉的润胀性和溶解性的因素主要有：脂质和直链淀粉链的复合水平、聚合度为6～24的直链淀粉单元链的摩尔比例、总的直链淀粉含量、淀粉链中无定形区和结晶区的相互作用程度[14]。尚未见蛋白质对淀粉的润胀性和溶解性的影响的报道。本实验中添加一定梯度（0%、5%、6%、7%、8%、9%）的大米蛋白对米粉的润胀性和溶解性影响的结果见图1。从图1中可以看出，大米蛋白添加量对米粉的润胀性和溶解性有一定的影响。随着蛋白添加量的增加，润胀性从11.56下降到9.25，而溶解度从7.6%下降到5.6%，均呈现不断递减的趋势。这可能是由于蛋白质能够与淀粉体紧密的结合，从而阻止水分进入淀粉颗粒内部和抑制直链淀粉的浸出，导致润胀性和溶解性降低[15]。

图1 大米蛋白添加量对米粉润胀性和溶解性的影响Fig.1 The effect of rice protein on swelling power and solubility of rice flour

2.2 大米蛋白对米粉糊化特性的影响

添加一定梯度大米蛋白对米粉粘滞性影响的结果见表1。结果显示，随着大米蛋白添加量的增加，米粉的峰值粘度、低谷粘度、崩解值和终值粘度分别从3080、1729、1352、3277cP下降到2505、1510、995、3152cP，呈现不断递减的趋势；而回生值、峰值时间和糊化温度分别从197cP、5.8min和77.55℃增加到647cP、6.13min和80.70℃，呈现出不断增加的趋势。这与Cristina Marco等[16]的报道相符合，随着蛋白质添加量增加，峰值粘度逐渐减小，主要是对米粉浓度的稀释效应所致，蛋白质含量与峰值粘度呈现负相关的关系。对于糊化温度和高峰时间增加，TeeraratLikitwattanasade等[17]认为主要是在糊化过程中蛋白质会围绕在淀粉颗粒周围，抑制其膨胀和提高其高温剪切耐受性。

表1 大米蛋白对米粉粘滞性的影响Table 1 The effect of rice protein on pasting property of rice flour

通过RVA的数据可见，添加大米蛋白后，在糊化过程中，对淀粉的颗粒结构具有保护作用，主要是由于：a.蛋白质分布于淀粉颗粒周围，能形成表面薄膜，限制淀粉颗粒的膨胀和溶解；b.颗粒内部蛋白质的交联作用[18]。这与润胀性和溶解性的结果是一致的。

当蛋白添加量≥7%时，各数据变化不大趋于平稳，重要的是峰值时间已经稳定，因此选择蛋白添加量为7%进行下一步实验。

2.3 大米蛋白对米粉糊化的热力学影响

米粉加入大米蛋白后的起始温度、峰值温度、终止温度和热焓值列于表2中。由表2可知，加入7%大米蛋白后米粉的糊化温度和热焓值高于未加大米蛋白的米粉，其中，起始温度升高0.8℃，峰值温度升高0.69℃，终止温度升高1.08℃，热焓值升高3.219J/g。结果表明大米蛋白的存在对大米的糊化性质有很大影响，加入大米蛋白后，米粉表现出难以糊化的基本特征，这与RVA的测试结果一致。加入大米蛋白后，需要更高的糊化温度和能量来破坏其颗粒结构，这说明在糊化过程中大米蛋白作为一个天然屏障对淀粉颗粒具有保护作用。

表2 大米蛋白对米粉糊化的热力学影响Table 2 The effect of rice protein on thermodynamics property of rice flour

2.4 大米蛋白对米粉糊化的形态学影响

图2 米粉糊化后的扫描电镜图（1600×）Fig.2 The scanning electron microscopy（SEM）picture of rice flour（1600×）

图3 大米蛋白-米粉糊化后的扫描电镜图（400×）Fig.3 The scanning electron microscopy（SEM）picture of rice protein-rice flour（400×）

米粉糊化后淀粉颗粒的扫描电镜结果如图2和图3所示。米粉经过95℃加热30min后，放入-80℃冰箱，进行冻干，然后进行SEM扫描。结果显示未加入大米蛋白的米粉经95℃、30min后完全糊化成比较晶莹的形态；而加入了7%的大米蛋白后，并没有呈现出晶莹的形态，反而呈现出网状结构。由扫描电镜图可以初步推断出：a.在糊化过程中大米蛋白与米粉可能产生氢键结合作用，并对米粉的糊化后的表面形貌产生较大影响；b.糊化后大米蛋白与米粉形成了网状结构，可能是大米蛋白通过二硫键与米粉中的直链淀粉形成了网络结构[19]。

3 结果与讨论

本研究通过在大米米粉中添加一定梯度的大米蛋白后，对润胀性和溶解性、RVA数据、DSC数据和SEM图上的差异性进行比较分析得出，大米蛋白对大米淀粉的润胀性和溶解性、RVA、DSC热谱和形态学均有很大影响。从润胀性看，加入一定梯度的大米蛋白后润胀性和溶解性均逐渐降低，反映出大米蛋白对淀粉颗粒的膨胀具有抑制作用。从RVA和DSC数据表来看，加入大米蛋白后，米粉的峰值粘度、低谷粘度、崩解值和终值粘度逐渐降低，而回生值、峰值时间、糊化温度和热焓值增加，表现出难以糊化的基本特征。结果表明，大米蛋白对淀粉颗粒具有保护作用，能抑制其糊化。从SEM图看，加入大米蛋白后，大米蛋白能通过二硫键与米粉中的直链淀粉形成网状结构。由此可见，在糊化过程中，大米蛋白能与大米淀粉发生相互作用，形成网状结构，对淀粉颗粒具有保护作用，能抑制其膨胀和糊化过程。

蛋白质在稻米中的分布极不均匀，胚和糊粉层中较高，而胚乳中的含量较低，且主要是以独立的蛋白体形式填塞在淀粉颗粒之间[20]。而且稻米蛋白质含量越高，蛋白体在淀粉细胞中就填充得越多且紧密[21]，米粉中蛋白质含量越高，淀粉的糊化程度也会相应的降低[11]。从本研究结果看，米粉加入大米蛋白后，其润胀性和溶解性下降，糊化温度和热焓值升高，说明填充在淀粉颗粒间的大米蛋白能与米粉发生氢键或二硫键结合作用，形成网状结构，对淀粉颗粒具有保护作用，并揭示蛋白质对大米淀粉粒的糊化和膨胀过程起着抑制作用。

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