淀粉和蛋白质影响小米蒸煮食用品质的研究进展.pdf

1、淀粉和蛋白质影响小米蒸煮食用品质的研究进展吕平1袁2袁刘建垒2袁段晓亮2袁张东2袁赵璐瑶2袁孙辉2*渊1上海理工大学健康科学与工程学院上海 2000932国家粮食和物资储备局科学研究院北京 102629冤摘要小米是我国重要的粮食作物袁其主要食用方式是做成粥和小米饭遥系统分析小米的蒸煮食用品质及其形成机制具有重要意义遥 淀粉和蛋白质是小米的两个最主要的组分袁与小米的蒸煮食用品质密切相关遥 本文对小米中淀粉和蛋白质的含量尧组成尧结构以及蛋白质-淀粉互作对小米蒸煮食用品质的影响研究进行归纳分析袁旨在为小米食用品质评价及改善提供理论参考遥关键词小米曰 蒸煮品质曰 食用品质曰 淀粉曰 蛋白质文章编号10

2、09-7848渊2023冤08-0440-10DOI院 10.16429/j.1009-7848.2023.08.043谷子起源于中国袁 已有 8 000 多年的栽培历史袁广泛种植于干旱和半干旱地区袁被东亚和中亚大部分地区作为主食食用1遥 谷子脱壳即为小米袁小米含有大约 70%的碳水化合物尧12%的蛋白质尧4%的脂质尧8%的粗纤维等成分2遥 此外袁小米还具有多种保健作用袁包括抗氧化尧降血糖尧降血脂尧降血压尧抗肿瘤等3遥小米的食用方式以煮粥为主袁 也可做成小米饭袁或与大米混合制作二米饭食用遥小米的化学组成及其结构是影响小米蒸煮食用品质的关键因素遥淀粉和蛋白质是小米中含量最高的两种组分袁对小米的蒸

3、煮食用品质影响较大遥 近年来关于淀粉和蛋白质对小米蒸煮食用品质的影响已有一些报道袁如 Zhang 等4发现蒸煮过程中小米内源性蛋白质限制了水分子与淀粉颗粒的结合袁 从而限制了淀粉颗粒的吸水和溶胀袁促进淀粉分子的回生遥Qi 等5研究认为小米淀粉中较高的直链淀粉含量促进了淀粉的回生和更刚性凝胶网络的形成等遥目前袁 有关淀粉和蛋白质对小米蒸煮食用品质的影响及其机理尚缺乏全面系统的分析遥本文对小米中淀粉和蛋白质的含量尧组成尧结构以及蛋白质-淀粉互作对小米蒸煮食用品质影响的研究进行归纳分析袁 旨在揭示淀粉和蛋白质及两者互作对小米蒸煮品质的影响袁 为小米食用品质调控及产品开发提供科学依据袁 对推动小米产业

4、高质量发展具有重要意义遥1小米蒸煮食用品质概述1.1小米的蒸煮品质小米的蒸煮食用品质主要通过糊化特性尧胶稠度尧碱消值等指标进行评价遥 糊化温度是确定谷物蒸煮品质好坏的一个重要指标袁 如谷物的糊化温度越高袁蒸煮所需的时间越长袁蒸煮品质和适口性越差6曰而糊化温度低尧最低黏度大尧峰值黏度高的大米一般具有较好的食用品质7遥胶稠度以小米胶长度计量袁反映米饭冷却后的柔软性8遥 胶稠度高的小米袁米胶较长袁表明小米饭更加柔软且口感好曰相反袁胶稠度低的小米袁米胶较短袁表明小米饭相对较硬且口感差9遥碱消值反映的是碱溶液对谷物胚乳淀粉粒的消解程度袁 它与淀粉的结构和性质密切相关袁 通过测定小米粉的碱消值可以间接反映

5、其糊化温度遥 研究发现袁碱消值越低袁通常糊化温度越高10遥蒸煮品质也通常用来作为评价小米品质的重要指标袁如 GB/T 19503-2008叶地理标志产品 沁州黄小米曳 中规定一级和优级小米的直链淀粉含量为 14.0%20.0%袁 胶稠度逸100 mm袁 糊化温度渊碱消值冤为 2.04.0 级曰地方标准 DB13/T 1298-2019叶地理标志产品蔚州贡米渊蔚州小米冤曳中的一级小米要求胶稠度逸80 mm袁碱消值逸2.0 级11遥 有收稿日期院 2022-08-24基金项目院 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项课题渊ZX1927袁JY2103-1冤第一作者院 吕平袁女袁硕士通信作者院 孙辉E

6、-mail院 灾燥造援 23 晕燥援 8Aug援 圆 园 2 3允燥怎则灶葬造 燥枣 悦澡蚤灶藻泽藻 陨灶泽贼蚤贼怎贼藻 燥枣 云燥燥凿 杂糟蚤藻灶糟藻 葬灶凿 栽藻糟澡灶燥造燥早赠中 国 食 品 学 报第 23 卷第 8 期圆 园 2 3 年 8 月第 23 卷 第 8 期研究表明袁 优质小米具有中等偏高的米胶长度及中等偏低的糊化温度12遥 胶稠度和碱消值虽在一定程度上能评价小米的品质袁且操作简便袁但影响因素较多袁试验误差较大遥1.2小米的食用品质食用品质是评价小米品质最重要的指标袁按评价的主体可分为感官评价和仪器评价 2 种遥 感官评价是小米食用品质评价最常见的方法袁 目前现行标准中只有国

7、家标准 GB/T 19503-2008 叶地理标志产品 沁州黄小米曳的附录中规定了小米的食味品质评定方法13袁品评人员对小米饭和小米粥的气味尧外观尧滋味和适口性进行评价遥 也有依据 GB/T 15682-2008叶粮油检验 稻谷尧大米蒸煮食用品质感官评价方法曳 对小米饭的食用品质进行评价14遥 感官评分是一种相对直观的方法袁然而袁由于个体差异和主观因素的影响袁需要结合仪器评价来更客观地表征小米的食用品质遥小米食用品质的仪器评价主要是利用仪器对小米的适口性尧风味以及色泽等进行评价遥 如袁用电子舌区分不同口感等级的小米15袁利用质构仪测定小米饭的质构特性16袁用硬度黏度仪测定小米饭的质地17曰用气

8、相色谱质谱联用技术渊Gaschromatograph-mass spectrometer袁 GC-MS冤 可对小米粥的挥发性香气化合物进行鉴定18曰用色差仪测定小米的色泽19等遥单一方法一般较难准确评价小米的蒸煮食用品质袁 通常将感官评价和仪器评价结合起来综合评价小米的食用品质遥 如袁张凡等15采用模糊感官评定结合电子舌技术建立了一种小米粥的食味品质评价方法袁 发现电子舌可以区别出不同口感等级的小米粥曰尹瑞旸等16利用质构仪结合理化指标和感官评定结果建立了小米饭综合评定模型袁发现小米渊饭冤的各项指标间存在显著相关性袁且通过此评价模型可以对小米饭的食用品质进行客观评估遥通过综合评价小米的理化特性

9、与蒸煮品质和感官品质之间的关联袁 也可以综合评价小米的食用品质遥 如袁王玉文等19利用色差仪结合蒸煮品质来评价小米饭的食用品质袁 发现小米的色泽对小米饭的适口性影响较大袁且色泽好以及衰减值大尧碱消值小的小米品种适口性好遥 也有研究将直链淀粉的含量与快速黏度分析 渊Rapid viscosityanalysis袁 RVA冤特征值结合对小米品质进行鉴定袁发现衰减值对不同小米品种具有较强的区分能力袁 而直链淀粉的含量也与衰减值呈极显著负相关20遥 直链淀粉的含量与糊化特性中峰值黏度尧最低黏度和最终黏度均呈显著负相关袁 与糊化温度呈显著正相关16袁与小米粥的色泽尧黏度尧弹性尧滋味及分层等感官指标也呈负

10、相关21遥 蛋白含量与小米粥的食味品质呈极显著负相关15遥 由此可知袁淀粉和蛋白质与小米的蒸煮食用品质相关袁 淀粉和蛋白质对小米蒸煮食用品质的影响机理还需进一步探究遥2淀粉对小米食用品质的影响淀粉作为小米的主要成分之一袁 在决定小米食用品质方面发挥着重要作用遥 小米淀粉含量为58.66%78.85%袁 直链淀粉的含量为 16.95%28.34%22遥 淀粉的含量 渊直链淀粉的含量尤为关键冤和结构对谷物食用品质具有重要影响遥2.1直链淀粉含量与小米食用品质的关系一些研究者认为袁 直链淀粉含量与谷物的食用品质呈负相关关系23-24遥通常直链淀粉含量低的淀粉颗粒刚性较差袁加热时容易膨胀袁显示出高黏度

11、曰直链淀粉含量高的淀粉颗粒刚性强而硬袁加热时不易膨胀袁显示出低黏度23遥 因此袁低直链淀粉的米饭通常软而黏袁 而高直链淀粉的米饭则更硬且黏性较小23-24遥小米中直链淀粉含量的高低是影响小米食味品质的重要因素之一袁小米饭的柔软性尧黏性尧滋味尧 光泽及适口性评分与直链淀粉含量呈显著负相关关系25遥 也有研究发现袁高直链淀粉含量渊跃25%冤的小米蒸煮后小米饭干燥蓬松尧颜色暗淡尧冷却后变硬曰低直链淀粉含量渊约18%冤的小米蒸煮后小米饭比较黏湿尧表面有光泽尧冷却后仍然保持柔软曰而中等直链淀粉含量渊18%25%冤的小米蒸煮后小米饭能够同时保持高含量直链淀粉的蓬松和低含量直链淀粉的柔软26遥Cordeli

12、no 等27研究了直链淀粉含量对黍子面食蒸煮品质的影响袁 发现高直链淀粉的黍子面食表现出高的吸水率且需要更长的烹饪时间袁 较低直链淀粉含量的黍子面食表现出较低的硬度及咀嚼性和较高的黏性遥 因为淀粉和蛋白质影响小米蒸煮食用品质的研究进展441中 国 食 品 学 报圆园23 年第 8 期直链淀粉含量低的淀粉颗粒具有较多的孔洞袁使淀粉颗粒膨胀袁 最终导致低直链淀粉的面食硬度降低28遥也有研究证明袁 虽然直链淀粉含量是影响米饭质地的一个重要因素袁 但它并不是唯一决定性因素袁即具有相似直链淀粉含量的大米品种袁它们可能具有不同的糊化特性和质地特性29-30遥 Ayabe等31认为生米的表观直链淀粉含量与熟

13、米的黏性没有直接关系袁 即当两种大米的直链淀粉含量相近时袁 熟米表面提取物中长链和短链支链淀粉的总量越高且直链淀粉越低的大米品种黏性越强遥由此可推测袁 小米的食用品质不仅受直链淀粉含量决定袁还可能与淀粉的精细结构有关遥2.2淀粉分子结构对小米食用品质的影响小米的淀粉与其它淀粉分子组成相似袁 按其结构可分为直链淀粉和支链淀粉袁 约占淀粉干重的 98%99%32遥 直链淀粉是由 琢-D-葡萄糖通过琢-1袁4 糖苷键连接而成的线性大分子袁 分子结构中含有还原端和非还原端33遥 有研究表明袁米饭的硬度与直链淀粉的含量无关袁 而与直链淀粉分子大小有关袁 直链淀粉分子较小的水稻品种在烹饪后质地更硬袁 即聚

14、合度为 1 0002 000 的直链淀粉所占淀粉的比例越高袁米饭的硬度越高34遥 直链淀粉分子可以限制米饭蒸煮过程中淀粉的膨胀和浸出袁从而导致米饭质地更硬且黏性较小35遥支链淀粉是 D-葡萄糖通过 琢-1袁4 糖苷键和琢-1袁6 糖苷键连接而成的带分支的复杂大分子36遥不同的支链淀粉结构可以解释为什么相同直链淀粉含量的小米具有不同的质地特性遥 大米的直链淀粉含量越高且支链淀粉长链较多袁 蒸煮出的米饭口感较硬37遥 大米的支链淀粉短链比例较高可能导致更高的峰值黏度和衰减值袁 使米饭质地更柔软尧更黏稠尧口感更好38遥直链淀粉和支链淀粉的复杂精细结构决定了淀粉的糊化特性存在较大差异39遥 有研究者认

15、为袁小米的直链淀粉含量与淀粉溶胀力和凝胶硬度相关袁 而支链淀粉的支链长度分布与淀粉颗粒的糊化特性有关5遥支链淀粉含量较高的淀粉糊化温度低袁 可能是因为支链淀粉具有簇状结构和更多的分支袁使其比直链淀粉更容易吸水和膨胀40遥 淀粉的糊化温度随着支链链长的增加而升高41袁短链支链淀粉的存在会降低双螺旋的稳定性袁 这可能导致较低的糊化温度42曰较长的支链淀粉有助于形成结构更有序尧 热稳定性更高的重结晶支链淀粉43袁从而导致较高的糊化温度遥 因此袁淀粉的支链淀粉分子结构可能导致糊化温度的差异遥Noda 等44比较了正常直链淀粉和低直链淀粉水稻品种在淀粉理化特性方面的差异袁 发现两者的支链淀粉链长分布特征

16、相似袁 淀粉糊化特性却没有显著差异遥由此可知袁不同直链淀粉含量的小米品种在糊化特性上的差异袁 可能并不完全是由支链淀粉的链长决定遥因此袁直链淀粉含量相同或直链淀粉含量不同但是支链淀粉链长分布相似的小米在食用品质上的差异可能是多种因素综合作用的结果袁 仅通过小米淀粉的组成以及结构解析并不能阐明其食用品质差异的原因袁 还需要考虑其它因素的影响遥3蛋白质对小米食用品质的影响3.1蛋白质在小米中的形态及分布蛋白质是小米中的第 2 大组成成分袁 小米的粗蛋白含量为 8.87%16.25%45遥 小米蛋白按溶解性不同可分为清蛋白尧 球蛋白尧 醇溶蛋白和谷蛋白袁 其中醇溶蛋白和谷蛋白占比较高袁 分别为45.

17、6%和 21.1%袁清蛋白和球蛋白含量很少46遥小米中的蛋白质主要以蛋白体的形式存在袁它们通常位于淀粉粒之间的间隙或镶嵌于淀粉粒之间曰且主要分布在胚乳外围袁而中心部分则相对较少曰其形状呈圆形或近似圆形袁直径约在 1.01.5 滋m 之间47遥 有研究表明袁小米中醇溶蛋白尧清蛋白以及球蛋白分子之间连接紧密袁 以聚集状态存在袁而谷蛋白分子连接松散袁表面光滑47遥 小米醇溶蛋白组成较为简单袁 相对分子质量较小袁在1125 ku 有 3 条谱带袁其中 17 ku 处谱带明显曰而小米谷蛋白的分子质量分布范围较宽袁 且主要集中在 1517 ku 及 2535 ku 范围48遥3.2小米蛋白与食用品质之间的

18、关系有研究将小米蛋白质的含量尧 组成及结构与小米的食用品质之间建立了一定的关联袁 以下分别从这 3 个方面进行介绍遥3.2.1蛋白含量与小米食用品质的关系目前袁有关米类蛋白质含量与食用品质关系的报道主要442第 23 卷 第 8 期集中在大米上遥 有研究发现蛋白质含量与大米的食用品质呈负相关关系49袁也有研究认为蛋白质含量过高或过低都会使稻米的蒸煮食味品质变差50遥 蛋白质含量对食用品质各方面的影响不同袁大米蛋白质的含量与米饭的气味尧滋味尧冷饭质地呈负相关关系曰与米饭色泽尧米粒外观尧适口性呈正相关关系51遥 因此袁大米蛋白的含量与食用品质之间并不是简单的线性关系遥关于蛋白质含量对小米食用品质的

19、影响也有报道遥有研究发现袁小米粥感官综合评分最高的小米品种的蛋白含量最低袁且小米蛋白含量越高袁小米的食味品质越低袁 表明小米粥的食味品质与蛋白含量呈极显著负相关关系15遥 然而袁古世禄等52研究发现平均蛋白质含量为 11.83%的 7 个一级优质小米品种的平均品评评分为 87.83袁平均蛋白质含量为 11.39%的 10 个二级优质小米品种的平均品评评分为 79.72袁然而蛋白质含量与小米食用品质之间的关系尚无明确结论袁 还需要进一步研究遥3.2.2蛋白组分和结构对小米食用品质的影响3.2.2.1醇溶蛋白的影响醇溶蛋白作为小米蛋白的主要组分袁 在小米的食用品质中发挥着重要作用遥醇溶蛋白位于蛋白

20、体内袁被小米胚乳中的淀粉颗粒紧紧包裹53遥 醇溶蛋白是一种含有大量疏水性氨基酸的蛋白质袁 它是由分子内和分子间二硫键连接而成的低聚物54遥 Singh 等55认为籼米的糊化特性与其蛋白质组分密切相关曰籼米尧粳米的食味值均与球蛋白尧 谷蛋白和醇溶蛋白的含量呈显著负相关袁 且 4 种蛋白组分的增加均会不同程度地降低稻米的食味值56遥 同样袁在米饭中添加醇溶蛋白袁会使米饭变硬袁黏性降低袁食用品质下降57遥Zhang 等58研究了高尧中尧低 3 种适口性小米品种的醇溶蛋白特性袁 发现高适口性的小米熟化前二硫键含量最高袁煮熟后二硫键含量略微增加曰而中尧 低适口性的小米煮熟后二硫键的增加更为显著遥也有研究

21、表明袁食用质量差的小米更容易在烹饪过程中以更快的速度形成二硫键59遥 因此袁可以推测醇溶蛋白的结构特性袁 特别是加工过程中二硫键的变化程度与小米的适口性有关遥3.2.2.2其它蛋白的影响小米醇溶蛋白在总蛋白中的占比最高袁 决定了其在蛋白质对食用品质的影响上起主导作用遥目前袁有关蛋白组分对小米食用品质影响的研究较少袁Baxter 等60-61研究了谷蛋白尧 球蛋白和清蛋白对大米淀粉物理性质的影响袁 发现谷蛋白提高了糊化温度但降低了淀粉的黏度曰 球蛋白和谷蛋白都减少了烹饪过程中大米淀粉的吸水率曰清蛋白会导致大米淀粉糊化温度尧衰减值和最终黏度显著增加遥 蛋白质的存在可能限制了淀粉在糊化和回生过程中的

22、水分进入袁并与淀粉竞争吸水袁 从而影响了淀粉的糊化和食品的质地特性遥由此推断袁除了醇溶蛋白外的其它蛋白组分对小米的食用品质也会存在一定影响袁但目前还缺乏相关的研究论证遥4蛋白质和淀粉互作对小米食用品质的影响蛋白质和淀粉对小米食用品质的影响不是孤立的袁在蒸煮过程中两者必然会发生相互作用袁进而影响小米的食用品质遥 蛋白质和淀粉通过其分子的不同片段与侧链发生相互作用袁 这两种分子的组成和结构特点决定了占主导作用的作用力62遥蛋白质和淀粉之间的相互作用主要是通过静电作用实现的袁 即淀粉中带负电荷的基团与蛋白质中带正电荷的基团之间发生的相互作用63遥 谢黎虹等64认为蛋白质对米饭食味的影响并不仅仅是由于

23、其含量袁 还可能涉及到蛋白质网络结构本身以及蛋白质与淀粉互作等多个因素遥 大米蛋白与淀粉互作形成的网络结构能够增强淀粉的溶胀性和溶解性袁降低峰值黏度和最低黏度袁增加糊化温度和回生值袁从而抑制淀粉糊化袁降低米饭的黏度65遥 微量蛋白质基质与淀粉颗粒的结合被认为赋予淀粉颗粒刚性袁从而影响大米的黏弹性66遥蛋白质对小米食用品质的影响是通过一系列的物理尧化学行为实现的袁主要体现在蛋白质对淀粉糊化特性的影响以及蛋白质-淀粉分子间的相互作用67遥 Zhang 等4研究了内源性蛋白质对小米水化尧糊化尧热特性和流变特性的影响袁发现小米内源性蛋白质限制了水分子与淀粉颗粒的结合袁从而限制了淀粉颗粒的吸水和溶胀袁

24、导致淀粉蒸煮后水化不足袁促进了淀粉分子的回生遥在蒸煮过程中袁 蛋白质和淀粉互作形成的网络结构能够抑淀粉和蛋白质影响小米蒸煮食用品质的研究进展443中 国 食 品 学 报圆园23 年第 8 期制淀粉分子之间的相互作用袁 从而导致淀粉无法完全糊化袁进而对小米的食用品质产生影响68遥Zhang 等59利用二硫苏糖醇研究二硫键对小米糊化特性的影响袁 发现食味品质差的小米品种在蒸煮过程中容易迅速形成二硫键袁 二硫键含量的增加会限制小米的水化和糊化特性袁 进而对小米的食用品质产生负面影响遥 蛋白质通过二硫键连接形成的网络结构影响淀粉的糊化特性30袁小米在蒸煮后蛋白质内二硫键明显增加58袁可以推测小米蛋白质

25、在加热过程中结构发生改变袁 形成了坚固的网络结构并将淀粉颗粒包围其中袁 进而抑制了淀粉的膨胀袁最终影响小米的食用品质69遥Baxter 等70研究了醇溶蛋白对米粉和淀粉糊化特性的影响袁 发现在大米淀粉中添加醇溶蛋白会导致衰减值显著增加袁 在大米淀粉中添加醇溶蛋 白 也 使 其 在 烹 饪 过 程 中 吸 收 水 分 更 快 遥Cordelino 等27研究了醇溶蛋白对黍子面食蒸煮品质的影响袁 发现醇溶蛋白含量最低的黍子生产的面食品质最低袁 高分子质量醇溶蛋白的黍子品种制作的意大利面具有较低的烹饪损失和较低的黏性袁 高分子质量醇溶蛋白的存在可能会在淀粉周围形成更强的网络袁阻碍酶的可及性袁这表明小

26、米蛋白质不仅充当淀粉和 琢-淀粉酶之间的物理屏障袁而且还部分隔离了 琢-淀粉酶袁这可以延缓淀粉的水解71袁从而影响面食的食用品质遥5结论与展望从淀粉和蛋白质对小米食用品质影响的研究中发现袁 直链淀粉的含量并不能完全决定米饭的质地袁 复杂的直链淀粉和支链淀粉的精细结构才是决定淀粉的糊化特性和小米食用品质的关键因素遥 小米蛋白与食用品质之间的关系并没有明确的结论袁两者之间并不是简单的线性关系遥醇溶蛋白的结构特性袁 特别是加工过程中二硫键的变化程度与小米的适口性有关遥 蛋白质和淀粉互作是影响小米食用品质的重要原因袁 蛋白质主要通过物理屏障尧 与淀粉竞争吸水或通过二硫键连接形成的网络结构影响淀粉的糊化

27、特性袁 进而影响小米的食用品质遥蛋白质和淀粉对小米食用品质的影响是一个复杂的过程遥目前袁研究人员对蛋白质和淀粉对小米粉的影响进行了广泛的探索曰其中袁重点关注的是通过研究蛋白质结构变化对淀粉糊化性质的影响来解释蛋白质和淀粉互作袁 然而这并不能真实反映小米作为一个完整籽粒时蛋白质和淀粉的相互作用遥因此袁脱离小米整体结构的研究难以真实地体现小米在蒸煮过程中蛋白质和淀粉的形态变化及两者的相互作用袁 还需要更直观的手段来表示小米蛋白质和淀粉在蒸煮过程中的互作机制遥此外袁小米蛋白组分之间的相互作用和蛋白质-淀粉互作也是需要深入研究的袁 它们可能会影响小米糊化过程中的物理和化学变化袁 并进一步影响小米的食用

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