γ射線對胚芽米蛋白結(jié)構(gòu)、乳化特性和食用品質(zhì)的影響

姚 鋼, 李 冰, 孫福偉, 趙弘韜, 郭亞男, 夏春陽,蔣繼成, 張玉寶， 郭增旺,*

(1.黑龍江省原子能研究院， 黑龍江 哈爾濱 150086；2.哈爾濱工程大學(xué) 智能科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150030)

胚芽米是指留有胚芽的一種水稻加工產(chǎn)品，不僅富含蛋白質(zhì)、B族維生素、礦物質(zhì)及纖維素，還含有大量對人體有益的不飽和脂肪酸。胚芽米由于表皮的胚芽營養(yǎng)物質(zhì)集中而易受侵蝕，加上本身的呼吸作用等因素，陳化速度較快，可貯藏時間較短。蛋白質(zhì)是胚芽米的主要營養(yǎng)成分，占胚芽米總質(zhì)量的7%。研究表明，胚芽米在儲藏過程中蛋白質(zhì)含量基本保持穩(wěn)定，但是會發(fā)生空間構(gòu)象和物化特性的變化，而且包圍在淀粉外圍的蛋白質(zhì)游離巰基氧化生成二硫鍵，有序結(jié)構(gòu)升高，增強了蛋白質(zhì)分子間的肽鍵交聯(lián)并形成了較為堅硬的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，限制了淀粉顆粒吸水糊化；同時蛋白質(zhì)的乳化性能發(fā)生改變，對胚芽米飯的食味特性和風(fēng)味特性產(chǎn)生負(fù)面影響[1]。胚芽米儲藏期間蛋白質(zhì)的變化是其品質(zhì)劣變的重要影響因素。

開發(fā)胚芽米預(yù)處理技術(shù)和改善儲藏工藝，保護(hù)胚芽米儲藏品質(zhì)和延緩其功能活性衰減，是胚芽米保鮮領(lǐng)域亟須突破的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。目前，常見的胚芽米儲藏技術(shù)主要有低溫儲藏、氣調(diào)儲藏、化學(xué)儲藏等[1]。低溫儲藏存在成本高、耗能大的缺陷，氣調(diào)儲藏存在易發(fā)生包裝內(nèi)部的氣體環(huán)境被破壞的問題，化學(xué)儲藏易存在有毒有害隱患。輻射技術(shù)是廣泛應(yīng)用于食品保鮮領(lǐng)域的物理保鮮技術(shù)，γ射線輻照具有處理速度快、穿透能力強、不污染食品和環(huán)境、可提高食品安全性等特點。聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織相關(guān)研究表明，當(dāng)受食品輻照平均吸收劑量低于10 kGy，不需進(jìn)行毒性試驗[2]。陳曉平等[3]的研究表明，隨著輻照劑量的增加，其對大米中微生物殺菌的效果越好。Li等[4]的研究表明，大米蛋白經(jīng)過5、10、25、50、75 kGy劑量的電子束輻照后引起肽鍵斷裂，導(dǎo)致β-折疊升高和表面疏水性下降，進(jìn)而誘發(fā)蛋白質(zhì)聚集交聯(lián)，但輻照能夠改善蛋白質(zhì)水解特性。依據(jù)GB 14891.8—1997《輻照豆類、谷類及其制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，胚芽米可以采用輻照進(jìn)行殺蟲防害，但輻照技術(shù)在胚芽米保鮮領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)研究仍屬空白，儲藏期內(nèi)，輻照對胚芽米中的蛋白結(jié)構(gòu)、乳化特性和食用品質(zhì)影響規(guī)律還未見報道。本研究擬將輻照技術(shù)應(yīng)用于胚芽米保鮮的預(yù)處理環(huán)節(jié)，將不同劑量γ射線預(yù)處理的胚芽米放置3個月，考察其蛋白質(zhì)組分空間結(jié)構(gòu)、乳化特性和食用品質(zhì)的變化規(guī)律，希望為將輻照作為胚芽米儲藏保鮮的技術(shù)應(yīng)用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

胚芽米(留胚率95%)，哈爾濱工程北米科技有限公司，磷酸鹽緩沖溶液，索萊寶生物科技有限公司；溴化鉀，上海源葉生物科技有限公司；ANS(8-苯胺-1-萘磺酸)，愛必信(上海)生物科技有限公司；磷鎢酸溶液，上海易恩化學(xué)技術(shù)有限公司；大豆色拉油，中糧日清(大連)有限公司。所有試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

鈷源輻照裝置，黑龍江原子能研究院；F- 4500型熒光分光光度計，日本HITACHI公司；MAGNA- IR560型傅里葉變換紅外光譜儀，美國尼高力公司；TA.XT Express型質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro Systems公司；ALPHA1- 4LSC型冷凍干燥機，德國Christ公司；SF40FC996型蘇泊爾電飯煲：浙江蘇泊爾股份有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1胚芽米輻照預(yù)處理及儲藏方法

在鈷源裝置距鈷源裝置架3 m地面(10 cm×10 cm)區(qū)域內(nèi)，標(biāo)定劑量場，劑量率為10 Gy/h，不均勻性<5%。將鮮胚芽米裝入自封袋(聚乙烯)中，抽真空密封獲得胚芽米磚。輻照實驗設(shè)置3組劑量梯度，采用重鉻酸銀化學(xué)劑量計對實驗樣品進(jìn)行劑量跟蹤。取出后利用紫外可見分光光度計測量劑量計吸光度的變化，計算獲得吸收劑量分別為1、2、3 kGy。將輻照處理和未經(jīng)輻照處理的胚芽米磚置于儲藏溫度為37 ℃，相對濕度為60%的條件下放置3個月進(jìn)行后續(xù)實驗。新鮮的胚芽米命名為GR，未經(jīng)γ射線預(yù)處理直接儲藏3個月的胚芽米命名為SGR。采用1、2、3 kGy劑量γ射線預(yù)處理后儲藏3個月的胚芽米命名為SGR- a、SGR- b、SGR- c。吸收劑量的計算公式見式(1)。

D=K×ΔA。

(1)

式(1)中，ΔA，吸光度變化；K=8 307，為劑量響應(yīng)轉(zhuǎn)換因子。

1.3.2胚芽米蛋白組分的提取

取各組胚芽米，采用堿提酸沉法提取胚芽米蛋白[5]。將胚芽米粉碎后按照料液比1∶5(g/mL)的比例用正己烷脫脂3次，按照料液比為1∶10(g/mL)的比例加入蒸餾水，采用2.0 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH值至8.0，攪拌2 h，8 000 r/min離心15 min。取上清液，用2.0 mol/L的HCl調(diào)節(jié)pH值至4.5，靜止0.5 h，8 000 r/min離心15 min，取沉淀后加入5倍體積的蒸餾水，采用1.0 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH值至7.0，得到胚芽米蛋白，凍干備用。蛋白質(zhì)純度采用凱氏定氮法測定3次，取平均值，結(jié)果為93.27%。

1.3.3胚芽米蛋白濁度的測定

蛋白濁度的測定參照Guo等[5]的方法。將各組樣品配制成質(zhì)量濃度為1 mg/mL的蛋白溶液，采用熒光光度計測定600 nm波長的吸光度值A(chǔ)，并計算濁度值。濁度的計算公式見式(2)。

(2)

式(2)中，A，吸光度值；V，稀釋倍數(shù)；I為光程，取0.001 m。

1.3.4胚芽米蛋白二級結(jié)構(gòu)的測定

取1 mg樣品壓片，采用傅立葉紅外光譜分析蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)，其中1 608～1 622 cm-1代表著β1(分子間反平行β-折疊), 1 622～1 637 cm-1代表分子內(nèi)β-折疊, 1 637～1 645 cm-1代表無規(guī)則卷曲，1 646～1 662 cm-1代表α-螺旋，1 662～1 681 cm-1代表β-轉(zhuǎn)角，1 682～1 700 cm-1代表β2(分子間平行β-折疊)。紅外條件：波長范圍為4 000～500 cm-1，分辨率4 cm-1，波長精度0.01 cm-1，掃描次數(shù)為32次[6]。

1.3.5胚芽米蛋白熒光光譜的測定

分別將樣品配制成質(zhì)量濃度0.1 mg/mL的蛋白溶液，采用熒光分光光度計測定樣品的熒光光譜。實驗條件為：激發(fā)波長290 nm，發(fā)射波長300～400 nm，狹縫寬5 nm，電壓500 mV[7]。

1.3.6胚芽米蛋白表面疏水性的測定

采用ANS熒光探針法測定樣品的表面疏水性[8]。采用0.01 mol/L pH值為7.2的磷酸鹽緩沖溶液將樣品配制成料液比0.05～0.40 mg/mL的蛋白溶液。取4 mL后加入40 μL的8 mmol/L ANS溶液，混勻后靜止3 min，在激發(fā)波長為390 nm，發(fā)射波長為490 nm，掃描夾縫寬度5 nm的條件下測定其熒光強度。將各質(zhì)量濃度下樣品的熒光強度與其蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度作標(biāo)準(zhǔn)曲線，斜率即為樣品的表面疏水性指數(shù)(H0)。

1.3.7胚芽米蛋白的形態(tài)觀察

分別將樣品配制成質(zhì)量濃度0.1 mg/mL的蛋白溶液并滴于銅網(wǎng)上，在未完全干燥時滴加磷鎢酸溶液染色1 min并進(jìn)行干燥處理。采用透射電鏡在加速電壓80 kV的條件下觀察蛋白樣品的骨架結(jié)構(gòu)[5]。

1.3.8胚芽米蛋白乳化活性和乳化穩(wěn)定性的測定

乳化活性和乳化穩(wěn)定性的測定參照Hu等[9]的方法，并加以改動。將樣品配制成蛋白質(zhì)量濃度為0.1%的蛋白溶液，取15 mL蛋白溶液加入離心管內(nèi)，緩慢向離心管中加入5 mL大豆色拉油，在12 000 r/min下高速剪切1 min，在0 min和10 min時從離心管底部取50 μL乳液，加入5 mL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的SDS溶液，混合均勻后于500 nm處測定吸光值。乳化活性(EAI)及乳化穩(wěn)定性(ESI)的計算方法分別見式(3)、式(4)。

(3)

(4)

式(3)、式(4)中：EAI，m2/g；DF=100，為稀釋倍數(shù)；θ=0.25，為油相體積分?jǐn)?shù)；C為蛋白質(zhì)量濃度，g/mL；L為比色皿光程，0.01 m；ESI，min；A0、A10分別為0、10 min時的吸光度。

1.3.9胚芽米米飯感官品質(zhì)的評價

取各組胚芽米放入電飯煲內(nèi)，選擇香彈煮程序燜至米飯。參考GB/T 15682—2008《糧油檢驗稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評價方法》，對胚芽米米飯的色澤、外觀結(jié)構(gòu)、氣味、適口性、滋味等進(jìn)行感官評定[10]。

1.3.10胚芽米米飯質(zhì)構(gòu)特性的測定

將燜熟的米飯冷卻至室溫，進(jìn)行質(zhì)構(gòu)指標(biāo)測定。壓縮探頭參數(shù)設(shè)定：P25圓柱型、感應(yīng)力5 g、測前速度0.50 mm/s、測試速度1.00 mm/s、測后速度1.00 mm/s、壓縮比50%[10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實驗重復(fù)3次，結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行ANOVA顯著性分析，P<0.05為顯著性差異。采用Origin 9軟件繪圖，采用PeakFit 4.12對紅外圖譜進(jìn)行二級結(jié)構(gòu)含量定量分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 γ射線預(yù)處理對胚芽米蛋白結(jié)構(gòu)的影響

2.1.1對蛋白質(zhì)濁度的影響

不同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖1 γ射線預(yù)處理對胚芽米蛋白質(zhì)濁度的影響Fig.1 Effect of γ-rays pretreatment on turbidity of germ rice protein

γ射線預(yù)處理對蛋白質(zhì)濁度的影響，實驗結(jié)果見圖1。

濁度能夠反映蛋白質(zhì)組分的聚集體含量、尺寸大小和溶解特性。由圖1可知，經(jīng)過儲藏后的胚芽米蛋白濁度顯著升高，表明胚芽米蛋白組成發(fā)生了聚集現(xiàn)象且溶解性降低。這可能是因為儲藏過程中胚芽米蛋白受到氧化攻擊誘導(dǎo)發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而聚集形成尺寸較大的蛋白質(zhì)氧化聚集體，導(dǎo)致濁度升高[11]。隨著γ射線劑量的升高，蛋白質(zhì)濁度呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，表明γ射線預(yù)處理能夠抑胚芽米蛋白在儲藏過程中出現(xiàn)的聚集現(xiàn)象。γ射線處理可能會抑制胚芽米中的脂肪氧合酶活性以及油脂氧化，降低自由基的產(chǎn)生和過氧化物的生成，進(jìn)而避免了儲藏期間的蛋白質(zhì)氧化聚集。當(dāng)劑量過大時，γ射線會促使蛋白質(zhì)通過促進(jìn)分子間相互作用力而發(fā)生蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)聚集，轉(zhuǎn)變?yōu)楦叻肿淤|(zhì)量的聚集體，從而使?jié)岫仍黾印?/p>

2.1.2對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的影響

γ射線預(yù)處理對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的影響，實驗結(jié)果見表1。

表1 γ射線預(yù)處理對胚芽米蛋白二級結(jié)構(gòu)含量的影響Tab.1 Effect of γ-rays pretreatment on secondary structure content of germ rice protein

蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)由肽鏈中的氨基酸局部排列順序和肽鏈間的相互作用所決定。由表1可知，經(jīng)過儲藏后的胚芽米蛋白β1和β2折疊、γ-無規(guī)則卷曲含量升高，而α-螺旋和β轉(zhuǎn)角含量顯著下降。這表明儲藏期間胚芽米蛋白會發(fā)生氧化反應(yīng)，誘導(dǎo)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)打開，分子間相互作用力增強，在疏水相互作用下通過分子間反平行折疊形成蛋白聚集體，進(jìn)而引起無規(guī)則卷曲含量升高和α-螺旋含量下降，并促使有序結(jié)構(gòu)向無序結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變[12]。隨著γ射線劑量的升高，經(jīng)過儲藏后的胚芽米蛋白的β1折疊、分子內(nèi)β-折疊和α-螺旋呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，β轉(zhuǎn)角呈現(xiàn)一直上升趨勢，β2折疊和γ-無規(guī)則卷曲呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。這表明γ射線預(yù)處理會影響胚芽米蛋白在儲藏過程中的空間結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，由β1折疊的變化規(guī)律可知，適當(dāng)劑量的處理能夠降低儲藏期間蛋白質(zhì)分子間通過分子間反平行折疊形成的蛋白質(zhì)聚集體，這和本研究中蛋白質(zhì)濁度的研究結(jié)果相一致。過高劑量的γ射線處理后，β1折疊含量顯著上升，表明高劑量處理所引起的聚集反應(yīng)主要是由于氧化聚集所形成的。

2.1.3對蛋白質(zhì)內(nèi)源性熒光光譜的影響

圖2 γ射線預(yù)處理對胚芽米蛋白內(nèi)源性熒光光譜 結(jié)構(gòu)的影響Fig.2 Effect of γ-rays pretreatment on endogenous fluorescence spectral structure of germ rice protein

γ射線預(yù)處理對蛋白質(zhì)內(nèi)源性熒光光譜的影響，實驗結(jié)果見圖2。內(nèi)源性熒光光譜能夠反映胚芽米蛋白在儲藏期間芳香族氨基酸所處的微環(huán)境極性的變化，可以直接表征蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)構(gòu)象的演變過程。由圖2可知，經(jīng)過儲藏，胚芽米蛋白內(nèi)源性熒光光譜呈現(xiàn)紅移現(xiàn)象，這表明儲藏后胚芽米蛋白的色氨酸的極性環(huán)境增強，蛋白質(zhì)發(fā)生了一定程度的展開；但是濁度(圖1)和二級結(jié)構(gòu)結(jié)果(表1)的研究表明，經(jīng)過儲藏后胚芽米蛋白呈現(xiàn)的是聚集現(xiàn)象。這種矛盾的實驗現(xiàn)象可能是因為在儲藏期間，胚芽米蛋白受到氧化攻擊，結(jié)構(gòu)被打開且暴露出內(nèi)部的色氨酸等芳香族氨基酸殘基和疏水性殘基[13]，但是變性后的胚芽米蛋白會在疏水相互作用力的情況下形成大粒徑的聚集體，掩埋疏水性殘基和部分芳香族氨基酸。與天然的胚芽米蛋白相比，經(jīng)儲藏后的胚芽米蛋白暴露在外的芳香族氨基酸殘基的數(shù)量仍較多，導(dǎo)致內(nèi)源性熒光光譜呈現(xiàn)一定程度的紅移。隨著γ射線劑量的升高，經(jīng)過儲藏后的胚芽米蛋白內(nèi)源性熒光光譜呈現(xiàn)先紅移后藍(lán)移。這表明適當(dāng)劑量的γ射線預(yù)處理能夠促使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開程度增強，抑制蛋白質(zhì)間的相互聚集現(xiàn)象[14]；過高劑量的γ射線會導(dǎo)致蛋白質(zhì)氧化加劇，促使聚集現(xiàn)象增強，導(dǎo)致呈現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象。

2.1.4對蛋白質(zhì)疏水性的影響

γ射線預(yù)處理對蛋白質(zhì)疏水性的影響，實驗結(jié)果見圖3。

不同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖3 γ射線預(yù)處理對胚芽米蛋白疏水性的影響Fig.3 Effect of γ-rays pretreatment on hydrophobicity of germ rice protein

蛋白質(zhì)的表面疏水性(H0)是影響蛋白質(zhì)分子間和蛋白質(zhì)與其他分子間相互作用的主要因素。由圖3可知，胚芽米經(jīng)過儲藏后，蛋白質(zhì)的疏水性呈現(xiàn)顯著下降趨勢。這可能是因為儲藏過程中，脂肪氧合酶和自由基會攻擊胚芽米蛋白質(zhì)表面的氨基酸殘基發(fā)生氧化反應(yīng)，暴露出的疏水性區(qū)域在疏水相互作用下發(fā)生共價交聯(lián)，引發(fā)再聚集，將暴露出的疏水性區(qū)域掩埋在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，導(dǎo)致蛋白質(zhì)疏水性顯著下降。隨著γ射線劑量的升高，經(jīng)過儲藏后的胚芽米蛋白質(zhì)疏水性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。適當(dāng)劑量的γ射線預(yù)處理能通過使氧化應(yīng)激反應(yīng)的酶體系失活，抑制蛋白質(zhì)分子間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，延緩蛋白質(zhì)發(fā)生聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致疏水性呈現(xiàn)上升趨勢[15-16]。當(dāng)γ射線預(yù)處理的劑量過高時，雖然也會使誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的酶體系失活，但是也會產(chǎn)生過氧自由基和游離的脂肪酸，誘導(dǎo)蛋白質(zhì)分子發(fā)生一定程度的聚集，促使疏水性下降。

2.1.5對蛋白質(zhì)二硫鍵的影響

γ射線預(yù)處理對蛋白質(zhì)二硫鍵的影響，實驗結(jié)果見表2。蛋白質(zhì)中的游離巰基和二硫鍵是維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的重要作用力，而二硫鍵起到維持骨架結(jié)構(gòu)的作用，游離巰基的含量決定了蛋白質(zhì)通過分子間或者是分子內(nèi)形成二硫鍵的難易程度。由表2可知，胚芽米經(jīng)過儲藏后，蛋白質(zhì)的二硫鍵含量顯著上升，而游離巰基含量顯著下降，表明儲藏期間蛋白質(zhì)發(fā)生了游離巰基向二硫鍵轉(zhuǎn)變的過程。這表明在儲藏過程中胚芽米蛋白可能受到氧化攻擊通過形成二硫鍵而形成了β1折疊，增加了結(jié)構(gòu)的緊密度，形成了大粒徑的蛋白質(zhì)聚集體。隨著γ射線劑量的升高，經(jīng)過儲藏后的胚芽米蛋白質(zhì)總巰基呈現(xiàn)顯著下降趨勢，而二硫鍵含量呈現(xiàn)先降低后升高，游離巰基呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，表明適當(dāng)?shù)摩蒙渚€預(yù)處理能夠抑制蛋白質(zhì)的游離巰基向二硫鍵轉(zhuǎn)化的趨勢，但是卻會生成一些非二硫鍵含量的含硫化合物，抑制了蛋白質(zhì)因為二硫鍵形成而發(fā)生聚集的程度。γ射線預(yù)處理能夠促使蛋白質(zhì)巰基發(fā)生較為復(fù)雜的反應(yīng)，形成一部分非二硫鍵的含硫化合物，如次磺酸、亞磺酸、砜和亞砜等，導(dǎo)致蛋白質(zhì)總巰基含量持續(xù)下降[17]。

表2 γ射線預(yù)處理對胚芽米蛋白巰基和 二硫鍵含量的影響Tab.2 Effect of γ-rays pretreatment on content of sulfhydryl groups and disulfide bonds of germ rice protein nmol/mg

2.1.6對蛋白質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)的影響

TEM圖片的標(biāo)尺為50 nm。圖4 γ射線預(yù)處理對胚芽米蛋白骨架結(jié)構(gòu)的影響Fig.4 Effect of γ-rays pretreatment on structure of germ rice protein skeleton

γ射線預(yù)處理對蛋白質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)的影響，實驗結(jié)果見圖4。透射電子顯微鏡(TEM)能夠表征蛋白質(zhì)的骨架結(jié)構(gòu)[18]。由圖4可知，未經(jīng)儲藏的胚芽米蛋白的TEM圖中無明顯的聚集區(qū)域和多支狀形態(tài)，胚芽米經(jīng)過儲藏后，蛋白質(zhì)的TEM圖像呈現(xiàn)出短棒狀、樹枝狀和蠕蟲狀的聚集體形態(tài)，具有較密集的中心，表明經(jīng)過儲藏后胚芽米蛋白會發(fā)生纖維狀的聚集形態(tài)。這可能是因為在儲藏過程中胚芽米蛋白結(jié)構(gòu)在疏水相互作用和靜電作用下發(fā)生有序自組裝反應(yīng),形成骨架結(jié)構(gòu)變大的聚集體。與SGR相比，低劑量γ射線預(yù)處理后蛋白質(zhì)組分聚集中心密集度降低，呈現(xiàn)多枝狀的疏松聚集現(xiàn)象；中劑量γ射線預(yù)處理后蛋白質(zhì)組分幾乎沒有明顯的聚集中心和區(qū)域，且呈現(xiàn)小簇狀形態(tài)；高劑量γ射線預(yù)處理后蛋白質(zhì)組分呈現(xiàn)長鏈狀和多枝狀的聚集形態(tài)，聚集中心的密集度降低，但是鏈長增長且形態(tài)各異。本研究表明，γ射線預(yù)處理會顯著改變胚芽米在儲藏過程中的蛋白質(zhì)組分的骨架結(jié)構(gòu)變化，而且γ射線也會誘導(dǎo)蛋白質(zhì)組分發(fā)生一定程度的聚集和構(gòu)象演變，并受輻照劑量大小的影響。

2.2 γ射線預(yù)處理對胚芽米蛋白乳化活性和乳化穩(wěn)定性的影響

γ射線預(yù)處理對蛋白質(zhì)乳化活性和乳化穩(wěn)定性的影響，實驗結(jié)果見表3。蛋白質(zhì)同時具有親水性基團(tuán)和疏水性基團(tuán)，因此屬于兩親物質(zhì)而具有乳化活性，在功能活性發(fā)揮和表達(dá)中起重要作用[19]。由表3可知，胚芽米經(jīng)過儲藏后，蛋白質(zhì)的EAI和ESI均呈現(xiàn)顯著下降趨勢。這是因為胚芽米在儲藏過程

表3 γ射線預(yù)處理對胚芽米蛋白乳化活性和乳化 穩(wěn)定性的影響Tab.3 Effect of γ-rays pretreatment on emulsification activity and emulsion stability of germ rice protein

中，蛋白質(zhì)會發(fā)生變性形成具有分子間β-折疊結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)聚集體，柔性程度和兩親性降低，導(dǎo)致界面活性下降，蛋白質(zhì)和油脂間的交聯(lián)能力下降，呈現(xiàn)EAI和ESI顯著下降的趨勢[20]。隨著γ射線劑量的升高，經(jīng)過儲藏后胚芽米蛋白的EAI和ESI均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，且在中劑量時達(dá)到最高，高劑量處理后乳化活性衰減程度比乳化穩(wěn)定性要高。這表明經(jīng)過γ射線預(yù)處理后，能夠在一定程度上延緩蛋白質(zhì)變性程度和聚集現(xiàn)象，減少了蛋白質(zhì)柔性程度的損失，從而提升了蛋白質(zhì)在界面處的舒張、重排和降低了界面空間位阻，改善乳化活性和乳化穩(wěn)定性。當(dāng)劑量過高時，胚芽米蛋白再次呈現(xiàn)蛋白質(zhì)聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致蛋白質(zhì)無法有效連接油相和水相，形成界面蛋白膜，進(jìn)而導(dǎo)致乳化活性和乳化穩(wěn)定性均呈現(xiàn)下降趨勢。

2.3 γ射線預(yù)處理對胚芽米食用品質(zhì)的影響

2.3.1對米飯感官特性的影響

γ射線預(yù)處理對米飯感官品質(zhì)特性的影響，實驗結(jié)果見表4。由表4可知，與GR相比，經(jīng)過儲藏后的胚芽米制備得到的米飯色澤、氣味、適口性、滋味和感官評價總分均顯著降低，但外觀結(jié)構(gòu)無顯著變化，具體表現(xiàn)為米粒色澤逐漸加深變黃、失去光澤、黏彈性和油滑感降低、硬度升高、米飯香氣和滋味變?nèi)醯?。隨著γ射線劑量的升高，胚芽米米飯的色澤呈現(xiàn)下降趨勢，外觀結(jié)構(gòu)無顯著變化，而氣味、適口性、滋味和感官評價總分呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。這表明，γ射線預(yù)處理對胚芽米色澤呈現(xiàn)負(fù)面作用，但是適當(dāng)劑量處理后可以對氣味、適口性、滋味等感官品質(zhì)呈現(xiàn)正向作用。本研究結(jié)果表明，適當(dāng)劑量的γ射線預(yù)處理能夠延緩胚芽米在儲藏期間發(fā)生的感官品質(zhì)下降趨勢。

2.3.2對米飯質(zhì)構(gòu)特性的影響

γ射線預(yù)處理對米飯質(zhì)構(gòu)特性的影響，實驗結(jié)果見表5。

表4 γ射線預(yù)處理對胚芽米米飯感官品質(zhì)特性的影響Tab.4 Effects of γ-rays pretreatment on sensory quality characteristics of germ rice

表5 γ射線預(yù)處理對胚芽米米飯質(zhì)構(gòu)特性的影響Tab.5 Effect of γ-rays pretreatment on texture characteristics of germ rice

米飯的質(zhì)構(gòu)特性能直接反映胚芽米顆粒在人體口腔的咀嚼特性，而硬度、黏聚性、彈性和咀嚼性是評價米飯常用的質(zhì)物參數(shù)。由表5可知，胚芽米經(jīng)過儲藏后，燜后的米飯硬度呈現(xiàn)上升趨勢，黏聚性、咀嚼性和彈性呈現(xiàn)下降趨勢。這可能是因為經(jīng)過儲藏后，胚芽米中的淀粉會發(fā)生老化和蛋白質(zhì)分子變性，并發(fā)生部分交聯(lián)聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致硬度升高和彈性、黏聚性下降[21]。隨著γ射線劑量的升高，硬度呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，而彈性、黏聚性和咀嚼性呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。這可能是因為適當(dāng)?shù)摩蒙渚€處理能夠降低淀粉和蛋白質(zhì)分子發(fā)生變性的程度，導(dǎo)致硬度上升和彈性、黏聚性及咀嚼性下降。高劑量輻照后，γ射線所產(chǎn)生的自由基會誘導(dǎo)蛋白質(zhì)和脂肪發(fā)生一定程度的氧化反應(yīng)[22]，質(zhì)構(gòu)特性呈現(xiàn)下降趨勢。

2.4 胚芽米米飯感官品質(zhì)和蛋白質(zhì)組分演變規(guī)律分析

胚芽米儲藏發(fā)生陳化和食用品質(zhì)下降是多組分協(xié)同作用的結(jié)果。在陳化過程中，胚芽米蛋白的游離巰基逐漸發(fā)生氧化反應(yīng)，促使分子間通過二硫鍵和非二硫鍵共價鍵發(fā)生交聯(lián)，誘導(dǎo)形成結(jié)構(gòu)難以舒張的蛋白質(zhì)聚集體，對蛋白質(zhì)的界面活性和凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成能力產(chǎn)生負(fù)面影響，也改變了淀粉的吸水糊化性能，引起胚芽米質(zhì)構(gòu)特性中的黏度、咀嚼型和彈性下降[23-24]；胚芽米蛋白疏水性區(qū)域發(fā)生內(nèi)卷，乳化活性下降可能是引起食用風(fēng)味特性顯著下降的原因之一。本研究表明，經(jīng)過γ射線預(yù)處理后胚芽米的食品品質(zhì)有一定程度的改善。γ-射線預(yù)處理胚芽米后能夠抑制蛋白質(zhì)組分二硫鍵的生成，延緩蛋白質(zhì)的水合、乳化性能衰變而提高胚芽米顆粒對水、油脂和風(fēng)味物質(zhì)的保持力，降低米飯硬度，增加黏性[25]。γ射線預(yù)處理還能抑制儲藏期內(nèi)蛋白質(zhì)的氧化，降低柔性區(qū)間的損失，保持有序結(jié)構(gòu)數(shù)量和抑制交聯(lián)聚集，降低蛋白質(zhì)由溶膠轉(zhuǎn)化為凝膠的程度。這能夠緩解淀粉微晶束因外周蛋白質(zhì)聚集包裹所引發(fā)的水分滲透難、擴散到淀粉內(nèi)部的能力和速率降低所引起的內(nèi)部淀粉難以糊化的現(xiàn)象，對胚芽米食用品質(zhì)發(fā)揮了延長保鮮和提質(zhì)的作用[26-28]。高劑量的γ射線處理能夠使誘導(dǎo)發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)的酶體系失活，但是也會產(chǎn)生過氧自由基和游離的脂肪酸，并且攻擊蛋白質(zhì)分子導(dǎo)致其通過分子間反平行β-折疊發(fā)生一定程度的聚集，進(jìn)而對胚芽米食用品質(zhì)產(chǎn)生不利影響。

3 結(jié) 論

本研究以γ射線預(yù)處理實現(xiàn)胚芽米保鮮為目標(biāo)，研究不同劑量γ射線預(yù)處理胚芽米儲藏后的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、乳化特性和食用品質(zhì)的變化。研究結(jié)果表明：經(jīng)過儲藏后，胚芽米蛋白的空間結(jié)構(gòu)被打開，內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露，增強了分子間的疏水作用力，促使蛋白質(zhì)通過β1折疊形成大粒徑的聚集體；同時蛋白質(zhì)疏水性下降并且形成具有明顯核心的纖維狀骨架形態(tài)，對蛋白質(zhì)的乳化特性產(chǎn)生了負(fù)面影響，且胚芽米食用品質(zhì)顯著下降。適當(dāng)劑量的γ射線預(yù)處理能降低蛋白質(zhì)在儲藏期間的變性程度，降低因二硫鍵而形成的蛋白質(zhì)交聯(lián)聚集，使具有密集中心的骨架結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)含量降低、粒徑減小，提升了蛋白質(zhì)的乳化活性，改善了胚芽米儲藏后的食用品質(zhì)。本研究表明，適當(dāng)劑量的γ射線預(yù)處理可應(yīng)用于胚芽米儲藏保鮮。γ射線對胚芽米其他組分調(diào)控規(guī)律和影響品質(zhì)的協(xié)同共作機制還需進(jìn)一步研究。