米粉陳化中各宏量組分對糊化特性變化的貢獻(xiàn)

郭玉寶 韋瑩瑩 屠 康

(安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院1，蕪湖 241000)(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院2，南京 210095)

米粉陳化中各宏量組分對糊化特性變化的貢獻(xiàn)

郭玉寶1韋瑩瑩2屠 康2

(安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院1，蕪湖 241000)(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院2，南京 210095)

為揭示稻米在儲藏中的陳化機(jī)理，進(jìn)而改善米及制品的品質(zhì)，研究了米粉陳化中各組分對其糊化特性的影響。以米粉為原料，糊化特性參數(shù)為指標(biāo)，排除米中宏量組分自身基質(zhì)效應(yīng)的影響，分離出各組分單純的陳化效應(yīng)，通過組分陳化貢獻(xiàn)率比較了各組分對糊化特性變化的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，米粉陳化后清蛋白對糊化特性的影響與陳化前剛好相反，對糊化特性變化的貢獻(xiàn)率最大，達(dá)到83%，其次影響較大的是淀粉和脂肪，而谷蛋白和醇溶蛋白在一定程度上抑制了陳化，球蛋白的影響很小?？梢姡鹘M分對陳化的影響差異很大，且不是所有組分都對陳化有促進(jìn)作用。研究清蛋白在陳化中的變化將是揭示米粉陳化機(jī)理的重要途徑，對于控制米及制品的品質(zhì)具有重要意義。

米粉 陳化 黏度 清蛋白 組分陳化貢獻(xiàn)率

有關(guān)稻米陳化機(jī)理的研究已持續(xù)數(shù)十年，形成了圍繞陳化機(jī)理的一些基本觀點[1-3]。然而，陳化的確切機(jī)理，特別是引起陳米蒸煮后質(zhì)構(gòu)變化的組分是淀粉[4-5]、脂肪[6]，還是蛋白質(zhì)[7-8]，仍需研究。原因是多方面的，各組分在稻米中并不是簡單堆砌存在的，具有微觀結(jié)構(gòu)[9]；米陳化后，各組分對糊化特性的影響實際上包括基質(zhì)效應(yīng)[10](組分自身的影響)和陳化效應(yīng)(組分在陳化中發(fā)生的變化的影響)2個方面。組分的基質(zhì)效應(yīng)和陳化效應(yīng)共存于一體(組分)，混雜在一起，使試驗結(jié)果蘊(yùn)含的真正意義難于辨別。

在改變組分陳化效應(yīng)時，基質(zhì)效應(yīng)也常被改變或消除[7,11-12]，但這一點卻常被忽視。即便是新米，去除其中某組分前后其糊化特性也會產(chǎn)生差異，這是基質(zhì)效應(yīng)的體現(xiàn)。因此，米陳化后，脫除或破壞某組分后產(chǎn)生的變化不應(yīng)完全歸因于陳化效應(yīng)，也應(yīng)包括基質(zhì)效應(yīng)的影響。為此，必須去除基質(zhì)效應(yīng)的伴隨干擾，分離出組分單純的陳化效應(yīng)，才能更清晰地研究陳化中各組分變化對米陳化的影響。

此外，同一種米陳化前后同樣存在蛋白質(zhì)，含量也相同[13]，但新、陳米的糊化特性明顯不同[8,14]，這是陳化效應(yīng)的體現(xiàn)。但這是多種組分陳化效應(yīng)的總和，單一組分的陳化效應(yīng)仍有待確定。米粉是食品配料，包括嬰幼兒輔食，以及為乳糜瀉綜合癥病人開發(fā)的米糕，都是以米粉為基料制成的。米或米粉在貯存中的陳化劣變也影響了其制品的感官和食用品質(zhì)。為此，本研究擬通過試驗設(shè)計排除基質(zhì)效應(yīng)的影響，逐一分離出米粉中各宏量組分對糊化特性變化的陳化效應(yīng)，進(jìn)而確定它們各自對米粉陳化的貢獻(xiàn)，找出陳化中引起糊化特性變化的關(guān)鍵組分，從而為揭示稻米陳化機(jī)理、調(diào)控米及米制品的品質(zhì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

當(dāng)季收獲的武育粳3號粳型稻谷(江蘇盱眙)，經(jīng)工業(yè)碾磨成大米：江蘇農(nóng)墾米業(yè)有限公司。初始含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)(14.55±0.12)%，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(6.82±0.04)%，脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.46±0.05)%。

FW-100型高速萬能粉碎機(jī)：天津泰斯特機(jī)電設(shè)備有限公司；Super 3型快速黏度分析儀(RVA)：澳大利亞Newport Scienctific Corporation。

1.2 試驗方法

1.2.1 組分分離及殘基儲藏陳化

為方便研究，將米中脂肪及4種蛋白逐一脫除，對比脫除前后糊化特性的變化，從而分離出各組分對陳化中米粉糊化特性變化的影響。將大米粉碎成米粉，記為F0(Fraction 0)。為避免脂肪對蛋白脫除的影響，以F0為原料，先用正己烷脫去脂肪[15]，得脫脂米粉(F1)。再按Osborne脫蛋白的經(jīng)典方法[16]，逐一脫除清、球、谷和醇溶蛋白，所得的各殘基經(jīng)洗滌、中和、凍干處理，所得樣品分別記為F2(脫清蛋白)、F3(脫球蛋白)、F4(脫谷蛋白)和F5(脫醇溶蛋白)，如圖1所示。

將各殘基分成2份，密封后，1份儲于45 ℃下加速陳化[8]，儲期6個月，陳化后的樣品相應(yīng)記為AF0、AF1、AF2、AF3、AF4和AF5(圖1)；另1份儲于4 ℃下保鮮，視為對照[13]。儲藏后，取出樣品，在室溫下放置2 d，平衡溫度，用RVA測定各樣品的糊化特性。

圖1 米粉組分分離與陳化示意圖

1.2.2 基質(zhì)效應(yīng)和陳化效應(yīng)的分離

某組分被脫除前后糊化特性的變化，即脫除前后糊化特征參數(shù)值的變化量，代表該組分對糊化特性的影響。對于新米粉及其殘基來說，因為沒有發(fā)生陳化，某組分被脫除前后的變化量是由于組分自身存在與否引起的，代表基質(zhì)效應(yīng)(ME)；對于陳米粉及其殘基來說，因為發(fā)生了陳化，某組分被脫除前后的變化量既包括組分自身的基質(zhì)效應(yīng)，也包括組分在陳化中發(fā)生的變化引起的陳化效應(yīng)(AE)，即總效應(yīng)(TE)。因此，各組分的陳化效應(yīng)(AE)就可以從新、陳米各殘基特征參數(shù)值的變化量來獲得，如表1所示。

表1 米粉組分基質(zhì)效應(yīng)和陳化效應(yīng)的分離

1.2.3 RVA糊化特性的測定

按AACC 61-02的方法測定米粉各殘基的RVA糊化特性[17]。儀器每隔4 s自動記錄1次黏度，所得數(shù)據(jù)用Thermocline 2.5軟件進(jìn)行分析，提取RVA特征參數(shù)[16]：峰值黏度(PV)、谷值黏度(HS)、衰減值(BD=PV-HS)、最終黏度(FV)、回生值(SB=FV-PV)、峰值時間(PeT)及成糊溫度(PaT)。

1.2.4 統(tǒng)計分析方法

數(shù)據(jù)采用SAS 8.01進(jìn)行ANOVA單因素方差分析及鄧肯多重比較(Duncan′s Multiple Range Test，P<0.01)，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 陳化中粗淀粉對糊化特性變化的影響

由表2可以看出，即使是脫除脂肪和蛋白后的粗淀粉，除了FV和PaT外，其他糊化特性參數(shù)在陳化后都發(fā)生了明顯變化，這與米粒儲藏的情況有所不同[8]，說明米粉陳化中粗淀粉的變化也是米粉糊化特性變化的原因之一。對于米粉來說，陳化前后各糊化特性參數(shù)均存在顯著差異，這與文獻(xiàn)結(jié)果一致[18]。PV、BD、SB和PeT的變化方向與粗淀粉相同，但變化的程度卻比粗淀粉大；而HS的變化方向與粗淀粉剛好相反，F(xiàn)V和PaT由粗淀粉間的無顯著差異到米粉間產(chǎn)生顯著差異。這些事實表明，陳化中粗淀粉的變化并不是米粉糊化特性變化的主要原因，而且米粉陳化后HS、FV和PaT的升高與粗淀粉的陳化變化趨勢不同，因此應(yīng)該考慮其他組分陳化變化產(chǎn)生的影響。

表2 米粉和粗淀粉陳化前后糊化特性比較

注：數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同列中標(biāo)注不同字母(系列a,b和系列A,B)的數(shù)據(jù)間有顯著差異(P<0.01)。

2.2 陳化中脂肪和蛋白對糊化特性變化的影響

2.2.1 組分變化對PV的影響

米粉陳化后各組分變化對PV的影響見圖2。陳化后，清蛋白和谷蛋白明顯降低了PV，球蛋白和醇溶蛋白明顯提高了PV(P<0.01)，而脂肪對其沒有明顯影響。球蛋白和谷蛋白在陳化前后對PV的作用模式并未改變，只是陳化后的影響程度增大；清蛋白和醇溶蛋白的作用模式則在陳化后發(fā)生了轉(zhuǎn)變，特別是清蛋白在陳化前使PV升高，而陳化后使PV降低，醇溶蛋白則剛好相反。這說明清蛋白和醇溶蛋白在陳化中發(fā)生的變化較大，因而對米粉的糊化特性影響也大?？梢哉f，米粉陳化后PV的降低是由清蛋白和谷蛋白的變化引起的。

圖2 米粉陳化中組分變化對PV的影響

2.2.2 組分變化對HS的影響

各組分變化對HS的影響見圖3。圖3顯示，米粉陳化后清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白均使HS明顯提高(P<0.01)，而脂肪和谷蛋白對其沒有明顯影響。球蛋白和醇溶蛋白在陳化前后都對HS起降低作用，陳化后其作用強(qiáng)度減弱；而清蛋白在陳化前后對HS的作用模式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，陳化前具有降低HS的作用，陳化后卻使之升高。這也表明，相比于其他蛋白，清蛋白對HS的影響是最大的。

圖3 米粉陳化中組分變化對HS的影響

2.2.3 組分變化對BD的影響

BD表示溶脹的淀粉顆粒容易破裂的程度。圖4表明了各組分變化對BD的影響。結(jié)果表明，米粉陳化后清蛋白顯著降低了BD，而醇溶蛋白卻使之明顯提高，但醇溶蛋白的提高幅度小于清蛋白的降低幅度，脂肪、球蛋白和谷蛋白對BD沒有明顯影響(P>0.01)。同樣，清蛋白在陳化前后對BD的作用模式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，對BD的改變程度最大，它在陳化中的變化顯然是米粉BD降低的主要原因。

圖4 米粉陳化中組分變化對BD的影響

2.2.4 組分變化對FV的影響

各組分變化對FV的影響見圖5。不論陳化與否，脂肪的存在提高了FV，醇溶蛋白的存在降低了FV；陳化使得脂肪和醇溶蛋白均顯著提高了FV(P<0.01)；清蛋白、球蛋白和谷蛋白對FV的作用模式在陳化后都發(fā)生了轉(zhuǎn)變，清蛋白和球蛋白由陳化前的降低FV變成陳化后提高FV，而谷蛋白對FV的作用則與之剛好相反(圖5)?？傮w來說，只有谷蛋白的陳化變化降低了FV，脂肪和其他3種蛋白的陳化變化都提高了FV。

圖5 米粉陳化中組分變化對FV的影響

2.2.5 組分變化對SB的影響

圖6表明了各組分變化對SB的影響。脂肪和清蛋白在陳化后提高了SB，谷蛋白使之降低，球蛋白和醇溶蛋白則對其沒有明顯影響。其中清蛋白的作用在陳化前后剛好相反，由對SB的降低作用變成提高作用；而且，陳化后脂肪對SB的提高作用增強(qiáng)，谷蛋白的提高作用減弱?？梢?，陳化中對SB影響最大的依然是清蛋白，其次是脂肪和谷蛋白。

圖6 米粉陳化中組分變化對SB的影響

2.2.6 組分變化對PeT的影響

各組分變化對PeT的影響見圖7。陳化后，清蛋白縮短了PeT，而谷蛋白使之延長，脂肪、球蛋白和醇溶蛋白對其沒有明顯影響。糊化時陳米粉的PeT比新米粉的縮短(表2)，其中清蛋白起到了促進(jìn)作用，而谷蛋白起到了抑制作用。

圖7 米粉陳化中組分變化對PeT的影響

2.2.7 組分變化對PaT的影響

圖8表明了各組分變化對PaT的影響。陳化前清蛋白降低了PaT，陳化后它卻極顯著地提高了PaT；其他4種組分對PaT的影響不顯著(P>0.01)，這充分說明米粉陳化后PaT的提高是由清蛋白的變化引起的。

圖8 米粉陳化中組分變化對PaT的影響

米粉陳化后的顯著變化是PV、BD和PeT下降，而HS、FV、SB和PaT升高(表2)。圖2～圖8可以看出，米粉陳化后脂肪明顯增加了FV和SB，對其他糊化特性參數(shù)無顯著影響，顯示其對陳化有一定的促進(jìn)作用；清蛋白既極顯著地降低了PV、BD，又提高了SB和PaT，這些恰恰是陳化的顯著特征[18]，且作用的模式在陳化后均發(fā)生了轉(zhuǎn)變，揭示了米粉陳化主要是由清蛋白的變化引起的；球蛋白同時提高了PV、HS和FV，對BD、SB、PeT和PaT均無明顯影響，表明陳化后球蛋白對PV、HS和FV的提高程度相同(BD=PV-HS，SB=FV-PV)，故而球蛋白對陳化的作用難于判定；谷蛋白既降低了PV、FV和SB，又提高了PeT，對其他參數(shù)無顯著影響，對PV的降低顯示出其對陳化的促進(jìn)作用，而對FV和SB的降低以及對PeT的提高又顯示出其對陳化的抑制作用，因此谷蛋白對陳化具有雙重作用；醇溶蛋白提高了PV、BD，同時提高了HS、FV，對SB、PaT、PeT沒有影響，同樣顯示了其對陳化具有雙重作用。因此，在脂肪和4種蛋白中，對米粉陳化變化起主要作用的組分應(yīng)該是清蛋白和脂肪。然而，清蛋白和脂肪對米粉陳化中糊化特性變化的貢獻(xiàn)程度，以及球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白對陳化的凈作用仍有待確定。

2.3 陳化中宏量組分對糊化特性變化的貢獻(xiàn)

根據(jù)表1的方法，從陳化后組分總效應(yīng)中扣除組分自身基質(zhì)效應(yīng)的影響，可分離出各組分對各糊化特性參數(shù)的陳化效應(yīng)(表3)。由表3可知，各組分陳化效應(yīng)之和，即累積陳化效應(yīng)(理論值)，與代表新、陳米粉之間糊化特性變化的實際陳化效應(yīng)(實際值)能夠良好地吻合，表明這種計算方法是合理可行的，進(jìn)而可比較各組分對糊化特性變化的貢獻(xiàn)，以便找出影響米粉陳化后糊化特性變化的關(guān)鍵組分。通過某組分對各參數(shù)的陳化效應(yīng)，可計算出該組分對米粉陳化后糊化特性參數(shù)的陳化貢獻(xiàn)率(ACR-參數(shù))，據(jù)此可進(jìn)一步推算出組分對陳化特征變化的總體貢獻(xiàn)程度，用組分陳化貢獻(xiàn)率(CACR)表示(表4)，從而能夠定量地表征各組分對陳化的貢獻(xiàn)。

由表4可以看出，米粉陳化中各組分變化對糊化特性變化的貢獻(xiàn)程度大小。顯然，從組分陳化貢獻(xiàn)率來看，米粉糊化特性變化的主因可歸咎于清蛋白的變化，它說明了陳化后糊化特性變化的83%；其次是粗淀粉，它說明了糊化特性變化的22%；再次是脂肪，說明了糊化特性變化的12%。綜合考慮，球蛋白的影響非常小，只占1%，而谷蛋白和醇溶蛋白分別以11%和9%的程度抑制了糊化特性的陳化變化。

表3 米粉陳化中組分的陳化效應(yīng)(AE)和累積陳化效應(yīng)(CAE)

注：累積陳化效應(yīng)是各組分對同一參數(shù)的陳化效應(yīng)之和；實際陳化效應(yīng)是陳米粉與新米粉同一參數(shù)值之差。

表4 米粉陳化中組分陳化貢獻(xiàn)率/%

注：某組分對某參數(shù)的陳化貢獻(xiàn)率是該組分對該參數(shù)的陳化效應(yīng)與各組分對該參數(shù)的實際陳化效應(yīng)之比值；參數(shù)累積陳化貢獻(xiàn)率是各組分對同一參數(shù)的陳化貢獻(xiàn)率之和；組分累積陳化貢獻(xiàn)率是某一組分對各參數(shù)的陳化貢獻(xiàn)率之和；組分陳化貢獻(xiàn)率是以各組分對各參數(shù)的實際陳化變化率之和為基數(shù)(每個參數(shù)的實際陳化變化率被看作100%)，組分累積陳化貢獻(xiàn)率所占的百分?jǐn)?shù)。

不管是酶促變化，還是脂肪氧化，最終影響的都是組分。因此，確定引起米粉發(fā)生陳化變化的關(guān)鍵組分，對于闡明陳化機(jī)理是至關(guān)重要的。這一結(jié)果，將有助于平衡解釋眾說紛紜的陳化機(jī)理學(xué)說，米粉陳化所呈現(xiàn)的糊化特性變化既與米中各組分的含量及所占比例有關(guān)，又與這些組分在陳化中的變化有關(guān)，因為他們對糊化特性變化的影響程度不同。清蛋白的含量盡管很小，但其變化產(chǎn)生的影響卻是最大的。本研究以武育粳3號為試驗材料，期待研究者采用類似的方法研究其他品種的大米，并進(jìn)一步將研究轉(zhuǎn)向?qū)η宓鞍自陉惢邪l(fā)生的變化及其機(jī)制，這對于闡明稻米陳化機(jī)理進(jìn)而改善米及其制品的品質(zhì)具有重要的意義。

3 結(jié)論

逐一脫除米中脂肪和4種蛋白質(zhì)，對比脫除前后新、陳米殘基的糊化特性，分離出各組分對糊化的單純陳化效應(yīng)，并計算出各組分對糊化影響的組分陳化貢獻(xiàn)率，表明引起米粉陳化中糊化特性變化的最主要組分是清蛋白，其次是淀粉和脂肪；球蛋白的影響很小，而谷蛋白和醇溶蛋白則一定程度上抑制了在糊化特性上的陳化變化。這說明各組分對米粉陳化的貢獻(xiàn)是明顯不同的，且不是所有組分都對陳化有促進(jìn)作用，應(yīng)該重點研究清蛋白在陳化中發(fā)生的變化。

[1]Zhou Z, Robards K, Helliwell S, et al Ageing of stored rice:changes in chemical and physical attributes[J]. Journal of Cereal Science, 2002, 35(1): 65-78

[2]Ramesh M, Bhattacharya K R, Mitchell J R. Developments in understanding the basis of cooked-rice texture[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2000, 40(6): 449-460

[3]Sowbhagya C M, Bhattacharya K R.changes in pasting behaviour of rice during ageing[J]. Journal of Cereal Science, 2001, 34(2): 115-124

[4]Bhattacharya K R, Rice quality: A guide to rice properties and analysis[M]. Cambridge, UK: Woodhead Publishing Limited, 2011: 578

[5]Huang Y C, Lai H M. Characteristics of the starch fine structure and pasting properties of waxy rice during storage[J]. Food Chemistry, 2014, 152: 432-439

[6]Zhou Z, Robards K, Helliwell S, et al Effect of the addition of fatty acids on rice starch properties[J]. Food Research International, 2007, 40(2): 209-214

[7]Zhou Z, Robards K, Helliwell S, et al Rice Ageing.I. Effect of changes in protein on starch behaviour[J]. Starch-St?rke, 2003, 55(3-4): 162-169

[8]Teo C H, Karim A A, Cheah P B, et al On the roles of protein and starch in the aging of non-waxy rice flour[J]. Food Chemistry, 2000, 69(3): 229-236

[9]Zhou Z, Robards K, Helliwell S, et al Effect of storage temperature on rice thermal properties[J]. Food Research International, 2010, 43(3): 709-715

[10]Marco C, Rosell C M. Effect of different protein isolates and transglutaminase on rice flour properties[J]. Journal of Food Engineering, 2008, 84(1): 132-139

[11]Vasanthan T,Hoover R. Effect of defatting on starch structure and physicochemical properties[J]. Food Chemistry, 1992, 45(5): 337-347

[12]謝新華, 李曉方, 肖昕, 等. 還原劑DTT對貯藏稻米淀粉黏滯性的影響[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2009, 44(2): 140-143

[13]Chrastil J. Protein-starch interactions in rice grains. influence of storage on oryzenin and starch[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1990, 38(9): 1804-1809

[14]Guo Y, Cai W, Tu K, et al Infrared and raman spectroscopic characterization of structural changes in albumin, globulin, glutelin, and prolamin during rice aging[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2013, 61(1): 185-192

[15]Agboola S, Ng D, Mills D. Characterisation and functional properties of Australian rice protein isolates[J]. Journal of Cereal Science, 2005, 41(3): 283-290

[16]Likitwattanasade T, Hongsprabhas P. Effect of storage proteins on pasting properties and microstructure of Thai rice[J]. Food Research International, 2010, 43(5): 1402-1409

[17]Method 61-02, Determination of the pasting properties of rice with therapid visco analyser[S]. In American Association of Cereal Chemists: St. Paul, MN, 1999

[18]Zhou Z, Robards K, Helliwell S, et al Effect of rice storage on pasting properties of rice flour[J]. Food Research International, 2003, 36(6): 625-634.

Contributions of Major Components to the Changes of Pasting Properties of Aged Rice Flour

Guo Yubao1Wei Yingying2Tu Kang2

(Department of Biological and Chemical Engineering, Anhui Polytechnic University1, Wuhu 241000)(College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University2, Nanjing 210095)

To reveal the mechanism of rice aging, and thus improve the quality of rice and its products, the impacts of various components on pasting properties of rice flour during aging were researched. With rice flour as raw material, and parameters of pasting property as indicators, the pure aging effect of each component was separated through excluding the respective matrix effect of each major component itself in rice. Then the contributions of various components on pasting property changes of rice flour during aging were compared through aging contribution rate of each component. The results showed that, the influence of albumin on pasting properties of the aged rice flour was just the opposite compared with that of the fresh rice flour, with a maximum aging contribution rate of 83%, followed by starch and fat. Whereas glutelin and prolamin inhibited the aging changes of rice flour to a certain degree and the effect of globulin is negligible. Thus, there were obvious differences between the effects of each component on aging, and not all of the components are facilitated with aging. Focusing on the changes of albumin occurred in aging process of rice flour would be an important way to reveal the mechanism of rice flour aging, and it is very valuable to control the quality of rice and its products.

rice flour, aging, viscosity, albumin, component aging contribution rate

TS207.7

A

1003-0174(2016)06-0006-06

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201303088)

2014-09-29

郭玉寶，男，1975年出生，副教授，食品科學(xué)

屠康，男，1968年出生，教授，農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏