張 敏,徐 燕,周裔彬,王乃富

(安徽農(nóng)業(yè)大學茶與食品科技學院,安徽合肥 230036)

我國大米蛋白資源豐富,可通過對碎米、米糠等稻米加工副產(chǎn)物深加工而獲得[1]。大米蛋白富含人體所必需的氨基酸,尤其賴氨酸含量高于其他谷類,其營養(yǎng)價值高于小麥蛋白質而接近于理想蛋白質。同時,與小麥蛋白、大豆蛋白等相比,大米蛋白的過敏性低,適用于更廣泛的人群食用[2]。因此,將大米蛋白添加到面包、面條、饅頭等面制食品中,將會顯著提高上述食品的營養(yǎng)價值。

面包等面制食品的主要原料為谷物面粉。在谷物面粉中,淀粉的含量占到70%以上。淀粉的糊化、老化等特性會顯著影響到面制食品的食用品質,如保水能力下降，使食品變得堅韌、堅硬和碎裂以及透明度變弱等[3]。目前,國內外關于添加外源物質對淀粉特性影響的研究多集中在一些多糖、多酚等生物活性物質上,包括淀粉的老化、糊化、流變、凝膠特性和顆粒形態(tài)等[4-5]。大多數(shù)研究結果表明多糖和多酚類物質能與淀粉發(fā)生相互作用,并在一定程度上對小麥淀粉的老化具有抑制作用[6-9]。

關于蛋白質對淀粉理化特性的影響,國內外也有少量報道。有研究表明,大豆分離蛋白可以增加小麥淀粉的黏度[10]。還有研究發(fā)現(xiàn)玉米淀粉和濃縮大豆蛋白在加熱條件形成的復合物的儲能模量低于原玉米淀粉的,而糊化溫度比原玉米淀粉的要高[11]。劉桃英等[12]研究發(fā)現(xiàn)大米蛋白對大米淀粉的糊化起著抑制作用。目前國內外對大米蛋白對小麥淀粉理化特性的研究尚未見報道,因此,本實驗以小麥淀粉為研究對象,添加不同比例大米蛋白,借助差示掃描量熱儀、快速黏度分析儀、流變儀和X-射線衍射等,探討大米蛋白與小麥淀粉之間的相互作用,闡明大米蛋白對小麥淀粉糊化、老化等理化特性的影響,為大米蛋白在面包、面條等面制食品中應用,以及大米蛋白新產(chǎn)品的開發(fā)提供一定的理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小麥淀粉 Sigma公司;大米蛋白 西安優(yōu)碩生物科技有限公司。

Pyris-1差示掃描量熱儀 美國PE公司;RVA-Super-3快速黏度分析儀 澳大利亞Newport Scientific Pty公司;DHR-3旋轉流變儀 美國TA有限公司;BECKMAN-Allegra高速冷凍離心機 美國BECKMAN科技公司;HH數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市金城國勝實驗儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 熱力學特性的測定 采用Luo等[4]的方法進行熱力學分析。準確稱取3 mg分別添加0、2%、4%、6%、8%、10%大米蛋白的小麥淀粉與3倍去離子水混合,于鋁坩堝中密封壓蓋后放入4 ℃冰箱中平衡12 h,同時以空的鋁坩堝作為參比。采用差式掃描量熱儀進行測定,掃描的溫度范圍為30～120 ℃,升溫速度為10 ℃/min。從熱力學特性曲線可知糊化初始溫度(T0)、糊化峰值溫度(Tp)、糊化最終溫度(Tc)、糊化焓值(ΔH)。

1.2.2 糊化特性的測定 準確稱取3.5 g分別添加0、2%、4%、6%、8%、10%大米蛋白的小麥淀粉,與25 mL去離子水混合均勻,用快速黏度分析儀(RVA)根據(jù)AACC Approved Method 61-02(2000)[13]對小麥淀粉糊化特性進行測定。

1.2.3 X-射線衍射 準確稱取2.0 g分別添加0、2%、4%、6%、8%、10%大米蛋白的小麥淀粉(0、2%、4%、6%、8%、10%),與18 mL去離子水混合均勻,得濃度為10%的懸浮液。在95 ℃加熱攪拌20 min,室溫冷卻后于-25 ℃冰箱儲存24 h后進行真空冷凍干燥,將干燥樣品研磨成細粉,過100目的篩孔。在X射線分析之前,將樣品在25 ℃、100% RH的環(huán)境下平衡24 h。X射線衍射儀在40 kV和40 mA下具有CuKα輻射(λ=0.154 nm)操作。將樣品粉末緊密包裝在矩形玻璃池中,并在25 ℃以2°/min的速率在5～50° 2θ角范圍內掃描。

1.2.4 動態(tài)流變學特性的測定 樣品制備同1.2.3,將糊化后的樣品冷卻至室溫。采用DHR-3旋轉流變儀對樣品的動態(tài)流變特性進行測定。測量使用平板直徑為40 mm的平板,狹縫間隙1 mm,在25 ℃、1%的應變力下,在頻率0.1～10 Hz進行掃描,得到儲能模量(G′)和損耗模量(G″)隨頻率變化的圖譜。

1.2.5 凍融穩(wěn)定性的測定 準確稱取2.0 g添加不同比例大米蛋白的小麥淀粉,與18 mL去離子水混合均勻,得濃度為10%的懸浮液。在95 ℃加熱攪拌20 min,室溫冷卻后于-25 ℃冰箱中冷凍24 h,取出后與30 ℃水浴鍋中水浴融化2 h,再在4000 r/min的條件下離心15 min,棄去上清液,用濾紙按壓吸取沉淀物的水分,最后稱取沉淀物質量,凍融循環(huán)操作重復5次,計算析水率。

式中:m1為離心管的質量(g);m2為冷凍前離心管與淀粉糊的總質量(g);m3為解凍、離心,倒出上清夜后離心管與淀粉糊的總質量(g)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 結果與討論

2.1 大米蛋白對小麥淀粉熱力學特性的影響

由表1可知,與對照組相比,在小麥淀粉中添加大米蛋白,其糊化初始溫度、峰值溫度和終止溫度都增大,并且隨著添加比例的增加而繼續(xù)增大。而糊化焓值隨著添加比例的增加逐漸降低,這與Pablo等[10]的研究結果相一致。上述結果說明加入大米蛋白后,會抑制小麥淀粉的糊化,并且大米蛋白的添加量越大,糊化越來越困難,需要更高的糊化溫度破壞淀粉顆粒。在糊化過程中大米蛋白分布于小麥淀粉顆粒周圍,能在淀粉顆粒周圍形成薄膜,限制淀粉顆粒的膨脹和溶解[14]。隨著大米蛋白添加量的增加,糊化焓值降低,可能是由于大米蛋白取代了部分的小麥淀粉,小麥淀粉的濃度降低,所以糊化過程中的需要破壞淀粉顆粒的能量越少。

表1 大米蛋白對小麥淀粉熱力學特性影響Table 1 Effect of rice protein on the thermodynamic properties of wheat starch

2.2 大米蛋白對小麥淀粉糊化特性的影響

從表2中可以看出,隨著大米蛋白添加量的增加,小麥淀粉的峰值黏度、低谷黏度、崩解值、終值黏度和回生值呈現(xiàn)不斷降低,而糊化溫度呈不斷增加的趨勢。這與Li等[15]、Jeong等[16]和盧薇等[17]的報道相類似,這可能主要是由于大米蛋白的添加對小麥淀粉濃度的稀釋效應所致。隨著大米蛋白添加量的增加,小麥淀粉的崩解值逐漸下降,說明大米蛋白的加入使得淀粉的熱穩(wěn)定性增加?；厣捣从车矸酆蠓肿又匦陆Y晶的程度,在初期老化過程中,回生值的大小主要與直鏈淀粉分子的重結晶相關[18-19]。隨著大米蛋白添加量的逐漸增加,回生值降低,說明添加蛋白可能會抑制或延緩淀粉的凝沉,提高淀粉的儲藏穩(wěn)定性。添加大米蛋白后,小麥淀粉的糊化溫度也會提高。Likitwattanasade等[20]認為主要是在糊化過程中蛋白質會圍繞在淀粉顆粒周圍,抑制其膨脹，提高其高溫剪切耐受性。這與DSC結果是一致的。通過RVA的數(shù)據(jù)可見,在糊化過程中,添加大米蛋白后,對淀粉的顆粒結構具有保護作用,主要是由于顆粒內部蛋白質的交聯(lián)作用[21]。

表2 大米蛋白對小麥淀粉糊化特性的影響Table 2 Effect of rice protein on pasting property of wheat starch

2.3 大米蛋白對小麥淀粉結晶度的影響

從圖1中可以看出,天然小麥淀粉在15.08°和22.96°下有較強的衍射峰,在17.06°和18.04°有未解析雙峰,說明本試驗所用小麥淀粉為典型A型結晶。糊化淀粉已不具有原淀粉的顆粒結構,它的X射線衍射圖譜呈彌散狀態(tài)[22]。隨著大米蛋白添加比例的增加,在20°附近逐漸呈現(xiàn)出較強的衍射峰。說明大米蛋白的添加抑制了小麥淀粉結晶的溶解,添加量越大,結晶越多。因此,大米蛋白抑制了小麥淀粉的糊化,這與DSC和RVA糊化溫度增加結果的相一致。

圖1 小麥淀粉和小麥淀粉-大米蛋白混合物XRD衍射圖譜Fig.1 XRD diffraction patterns of wheat starch and wheat starch with different contents of rice protein注:1:未糊化的小麥淀粉;2～7分別代表將0、2%、4%、6%、8%和10%大米蛋白分別添加到小麥淀粉中糊化后的圖譜。

2.4 大米蛋白對小麥淀粉動態(tài)流變學特性的影響

添加不同比例大米蛋白對小麥淀粉流變學特性影響的結果見圖2,儲能模量(G′)表示物料在形變過程中儲存的能量,反映物料形變后恢復原狀的能力,儲存模量越大,恢復能力越強;損耗模量(G″)表示在形變過程中,物料為了抵抗黏性阻力而損失的能量,反映物料抵抗流動的能力,損耗模量越大,抵抗流動能力越強[23]。從圖2中可以看出,在測試頻率范圍內,儲能模量(G′)均高于損耗模量(G″),即tanδ值小于1,表明添加大米蛋白的小麥淀粉糊是一種典型的弱凝膠[24]。小麥淀粉凝膠的G′和G″ 隨著掃描頻率的增加而增加,這與Qiu等[25]的報道相一致。與原小麥淀粉相比,在相同頻率下，添加大米蛋白使小麥淀粉凝膠的G′和G″均降低,凝膠強度降低。這可能是由于大米蛋白的加入,小麥淀粉溶液電負性減弱,淀粉鏈之間的排斥作用減弱,進而使得淀粉凝膠的結構致密性、有序性降低[26]。其次,由于大米蛋白具有難溶于水的特性,可能與小麥淀粉中的直鏈淀粉或支鏈淀粉通過疏水作用結合到螺旋內腔中,導致淀粉鏈之間交聯(lián)纏繞的機會減少。另外,分散在水中的大米蛋白也會吸附在小麥淀粉表面進而抑制糊化過程中水分子進入淀粉螺旋分子內部[27],從而導致淀粉凝膠網(wǎng)絡強度降低。

圖2 大米蛋白對小麥淀粉動態(tài)流變掃描結果Fig.2 Results of dynamic rheological scan of rice protein on wheat starch

2.5 大米蛋白對小麥淀粉凍融穩(wěn)定性的影響

由圖3可知,在5次凍融循環(huán)中,大米蛋白添加比例為0～4%的小麥淀粉凝膠沒有析出水,添加比例為6%的小麥淀粉凝膠在第5次凍融循環(huán)中析出3.65%的水,而添加量為8%和10%的小麥淀粉在第2次凍融循環(huán)中已開始析出水。凍融處理過程中,析水率的大小與淀粉形成凝膠網(wǎng)絡結構有關[28]。直鏈淀粉在初期冷凍過程中鏈段發(fā)生重排,即短期回生形成,水分被排擠出來形成冰晶,融化后析水;當繼續(xù)進行凍融循環(huán)時,支鏈淀粉逐步開始重新結晶形成雙螺旋,膠束中束縛的水分也逐漸排出[29]。本實驗數(shù)據(jù)表明隨著大米蛋白添加量的增加,析水率逐漸增加,說明大米蛋白促進了淀粉凝膠體系中水分子的析出,可能是由于大米蛋白能夠與直鏈淀粉相互作用,且部分蛋白也能夠與支鏈淀粉作用,使淀粉發(fā)生重結晶。

圖3 大米蛋白對小麥淀粉凍融穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of rice protein on freeze-thawing stability of wheat starch

3 結論

在小麥淀粉中添加大米蛋白后,其峰值黏度、低谷黏度、崩解值、終值黏度、回生值和糊化焓值逐漸降低,而糊化溫度逐漸增加,說明大米蛋白的添加會抑制小麥淀粉的糊化。大米蛋白的添加還會顯著降低小麥淀粉的儲能模量和損耗模量(p<0.05),使淀粉凝膠強度降低。且大米蛋白會增加淀粉凝膠析水率,降低小麥淀粉凝膠凍融穩(wěn)定性,表明大米蛋白的添加促進了凝膠儲存過程中淀粉的老化,不利于食品的長期儲存。