大米淀粉、蛋白质与其食用品质关系

大米淀粉、蛋白质与其食用品质关系 大米淀粉、蛋白质与其食用品质关系 2001年第5期粮食与油脂29 文章编号:1I)I】89578(2001)05I)IJ2904 大米淀粉,蛋白质与其食用品质关系 RelationofStarchandproteintoEatingQualityofMilledRice 闰清平朱永义(郑州工程学院,郑州450052) 摘要大米淀将,蛋白质对大米食用品质有重要影响.而淀粉是大米食用品质的决定 因素.对大 米淀将微细结构厦其与蛋白质的相互作用的认识,有助于理解大米食用品质与淀 粉,蛋白 质的关系.从而才能从根本上为提高大米质量提供有效连轻. 关键词淀将蛋白质大米食用品质淀粉微细结构 中图分类号:TS201.1文献标识码:A 1前言 1998年,大部分稻谷种植和消费国达成了WTO关税 及贸易总协定(GATT—WTO),该协议使得大米品质在全球 市场上得以认可成了当务之急一-.垒世界接近90%太米是 在亚洲生产和消费的,遗憾的是仅有4—5%进入世界市场. 我国作为稻米生产大国,除满足国内消费需要外,还应看准 国际市场,带动农村经{弃发展.澳大利亚是稻谷种植小国. 大部分都出口.目前,澳大利亚通 但其种植的均为优质稻, 过研究影响大米质量的因素和育种来提高大米质量. 大米食用品质是大米质量的个重要指标,它是指太米 煮成米饭后,利用感官对米饭的外观,香味,口感粘性,硬度 等作出的评价.一般米饭白色微亮,粘度/硬度之比台 适,具有米饭固有的清香味.精米中大约有90%的淀粉和 8%的蛋自质,其食用品质受二者的影响最大.此外,水分, 低分子糖类和矿物质也影响米饭的可口性(. 研究淀粉和蛋白质对大米食用品质的影响.其意义:一 方面是正确认识两者对大米食用品质的影响.以改善大米质 量(在大米加工业中);另一方面是供育种专家参考,培育高 品质的大米,以提高我国大米出口竞争力. 2淀粉与大米食用品质关系 2.1大米淀粉结构 所有谷物中,大米淀粉粒最小.粒径为3--9m,其形状 为多面体(至少七面).许多植物淀粉颗粒在细胞的淀粉质 体或叶绿体中以单粒形式存在,然而,大米淀粉粒仅以复台 粒形式存在于单个淀粉质体中.淀粉质体含有20,60个小 颗粒,形成球形簇或卵形簇,直径为7,30m:. 整个淀粉分子由结构巨大的支链淀粉以疏密相间的结 晶区与不定形非结晶区组台面成,中间掺杂以螺族状存在的 直链淀粉一.直链淀粉和支链淀粉在淀粉粒中形成发散的 各向异性,半结晶结构 21I直链淀粉 长期以来,直链淀粉被认为是线性多聚物.然而,事实 并不如此简单.台湾学者发现各种米的—淀榆酶水解率仅 收稿日期:2000---01--18 为763,84.4‰,而无法完全水解.且不同来源的大米,其B一 淀粉酶水解率彼此差异不大,由此可知直链淀粉应带有少量 分支].所以直链淀粉应分为真正的直链淀粉(直链形)和 带分支的直链淀粉.因后者有少量的分支.且平均分支链长 与支链淀粉相似,有学者称之为淀粉的第三种组分或中间组 分163(intermediatefraction).分子量较大的直链淀粉通常 有分支链,较小的大都为直链大分子直链淀粉所台分支数 较多,分支链较长.回凝也较慢.目前还未完全了解其微细 结构.Bhuttachory等通过研究发现,大米中直链淀粉由 于其组成和结构不同,使得溶解性有明显的差异.可分为不 溶性直链淀粉和可溶性直链淀粉(溶于热水中). 槽作造8]发现大米淀粉中直链淀粉具有相近的dPn 和dP.W,但直链分子与分支分子的比例以及淀粉酶分解 限度因品种而不同.具有分支的直链淀粉的dP_n是真正 直链淀粉的18倍,其侧链大部分是短链,平均链长为20, 在水藩液中较稳定,回升趋势也较低. 大米淀粉中直链淀粉含量随品种变化.在大米成长期, 直链淀粉含量受气候和土壤环境影响.高温减少大米直链 淀粉含量,而低温作用相反.大米直链淀粉含量分为五级, 蜡质:0,2%;非常低的5,12%:低的:I2,20%;中等 的:20~25%;高的:25,33%. 2】.2支链淀粉 支链淀粉是平均有96%的一1,4和4%的一1.6糖 苷键的高分支多聚物.目前,已经利用酶技术来获取其结构 信息以研究其结构.支链淀粉分子可能有】0,】0条单 链,直链与分支链之比约为1.O,大约22~25条链形成一 簇,包括淀粉颗粒的结晶区.在蜡质大米中.80~90%支链 淀粉构成一蔟,而余下的】0~20%形成内部簇连接.这主要 在邻近簇之间. 支链淀粉结构性质也随其来源变化.另外,Masako Asaoka等[1o.7发现高温增加支链淀粉长B链古量,而古量减 少的主要是短B链.A链也有所减少,但减少程度较小.大 米支链淀粉的淀粉酶分解限度为56~59%,链长为】8, 30挂念与油脂2001年第5期 2I.且DP值和商链分布值变化范围大.籼米的平均DP值 小[4,700),粳米为】2.800,糯米为18500. Hizukuri~s3了直链淀粉和支链淀粉的碘亲和力,结 果发现淀粉中直链淀粉的碘亲和力相近,支链淀粉因结构不 同而使碘亲和力不同.长链越多,支链淀粉的碘亲和力越 强,但糯米例外.他在另一篇文章中认为支链淀粉的链长是 决定淀粉粒同质多晶型的关键因素,这表明淀粉分子结构是 决定淀粉功能性的最基本因素II]. 2.2淀粉对大米食用品质影响 直链淀粉是影响大米食用品质的最主要因素.直链淀 粉含量不但影响大米的膨胀率和吸水率,同时亦影响米饭的 颜色,光泽,粘性及硬度.通常直链淀粉含量高的大米比含 量低的大米,在蒸煮时需要较多的水,且膨胀度较大,同时直 链淀粉含量高的大米在煮成米饭后,较粗糙且不具粘性,而 直链淀粉含量低的大米,煮成米饭时较粘且滋润. 大米的凝胶稠度和食用品质有显着关系,所以可用来当 作米饭入口品质的一个指标,一般将自米淀粉腔体硬度划分 为三等:硬胶体性质,中胶体性质和较胶体眭质【l.含有 高直链淀粉的大米所得的胶体展流长度较低(25--40mm), 故属于硬胶体性质;而低直链淀粉含量者,其胶体展流长度 较长(>60iTlm),属于软胶体性质:至于糯米则呈现更为软 化的胶体,其胶体展流长度大于90mm.通常硬胶体性质 的大米不受消费者欢迎. 田岛真等?发现米粒断面外层很难被碘染色,说明米 粒表层淀粉含量极少.何光存等:)发现米胚乳内外层淀粉 粒理化性质不同,外层淀粉粒比中心淀粉粒小些,外层淀粉 台较少的直链淀粉和蛋白质,并且非蜡质大米台较多淀粉 脂.这使得更多的支链淀粉释放到沸水中. Juliano认为米饭颜色与直链淀粉含量呈负相关.Ku— rasawa等注意到日本低直链淀粉青量的米饭是透明的,而 高直链淀粉米饭为白色且不透明. 热米饭光泽与直链淀粉含量负相关.糯米饭和低直链 淀粉低蛋白米饭具有中等光泽,而高直链淀粉米饭光泽暗 淡.Batcher等(1963)报道粳米特另l』有光泽. 2,3淀粉微细结构对米饭质构影响 虽然直链淀粉含量可鞍好地预测其质构特性,但对直 链淀粉含量差异不大的大米品种而言,直链淀粉含量差异并 不能精确区分米饭的质构特性,有时甚至出现与实际相悖的 结论[15l. 黄瑞美等C5,1~深入探讨直链淀粉的微细结构和次级结 构(subfraction).他们发现各米种中,唯有直链淀粉平均寨 台度的最大值具有差异性,其值以硬籼(一种台湾稻米)最 大,籼米次之,梗米最小;GPC(凝胶渗透层析法)分离直链 淀粉所得的次级结构F1的平均链长中,籼米F】的平均链 长也较长,但其平均分支数分支比例与平均分支链长却无 差别.因而推论硬籼可能是直链淀粉主链最长,贯穿结晶区 的数目较多,致使分子间相互作用较强,从而阻碍小分子直 链淀粉溶出,造成硬籼米饭粘性下降且口感较硬. Bhattacharya等研究表明直链淀粉含量差异不大的 大米做成米饭后,其粘性和硬度明显不同,但与不溶性直链 淀粉有明显相关性.事隔15年,他和同事m研究认为不溶 性直链淀粉根本不是直链淀粉,而是反殃了支链淀粉微细结 构因为用碘比色法测定直链淀粉含量,其结果不准确.谚 结果不仅包括真正的直链淀粉(为水溶性直链淀粉),还包括 与碘复合物反应的支链淀粉(代表不溶性直链淀粉).他们 进而认为支链淀粉微细结构决定了米饭的食用品质.支链 淀粉分子若在外部区域存在大量长而无分支的分子链.它们 通过相互缠绕和相互作用,形成的淀粉粒有弹性且不易破 坏,因此做成的米饭干硬,无粘性;而没有这种分子链的淀粉 粒容易破坏,因此做成的米饭柔软,滋润且有牯性. 台湾学者也发现,台湾稻米支链淀粉的微细结构也影响 米饭品质,如支链淀粉分支数少,长支链较多,且具有超长分 支链的容易回升,米饭口感也较硬. 2.4大米陈化过程中淀粉变化 Yelandur等报道陈米直链淀粉含量几乎没有明显变 化,但所有品种稻米中可溶性直链淀粉含量随贮藏时间延长 而降低,而不溶性直链淀粉逐渐增多,从而使米饭粘性下降. 在储藏过程中,大米的一淀粉酶和B淀粉酶活力都有所 下降,但总的作用效果是使支链淀粉的含量下降,直链淀粉 含量有所上升,结果使米饭粘性变差,硬度增加,几感变劣. 3蛋白质与大米食用品质关系 3.1大米蛋白质特性 蛋白质在米粒细胞壁中存在较多,淀粉细胞间厦淀粉 粒之间也存在填充蛋白质.大米中存在清蛋白,球蛋白,谷 蛋自和醇溶蛋自.在胚乳细胞中蛋白质是以蛋白体形式存 在,而不是以间质形式存在.蛋白质因大米品种不同,含量 也有所不同.一般而言,籼稻的蛋白质含量较粳稻高(约高 2%).同一品种固受种植环境的影响,含量也有所差异. 3.2蛋白质对大米食用品质影响 蛋白质含量将直接影响米粒的吸水性.蛋白质含量高, 米粒结构紧密,淀粉粒间的空隙小,吸水速度慢,吸水量少, 因此大米蒸煮时间长,淀粉不能充分糊化,米饭粘度低,较松 散.所以蛋白质含量与米饭的粘稠度有良好的相关性. Onto等发现蛋自质含量低的大米,其米饭更具香味,柔软性 和粘性,但用蛋白质含量的不同解释食用品质只适用于同一 种大米,对不同品种大米食用品质的差异就不能用蛋白质含 量的高低进行评价. Primo等发现蛋白质含量,尤其是大米籽粒外部的蛋白 质含量和米饭的组织结构有关.蛋白质肯量高的大米,其米 饭比较硬,具有较高的咀嚼性. 蛋白质古量的高低也影响煮成米饭的色泽,光泽.:s米 饭颜色与蛋白质含量正相关.高蛋白米饭比低蛋自米饭更 加半透明,但有轻微的奶油色.对冷米饭而言,蛋自质与光 泽具有明显的负相关性. 2001年第5期粮食与油脂3l 松崎昭夫等…研究了米饭中氨基酸与其食用品质的关 系,结果表明谷氨酸和天冬氨酸与米饭食用品质呈正相关. 如,梗米的食用品质好,是由于游离氨基酸较少而谷氮酸和 天冬氨酸相对较多的缘故 3.3大米陈化过程中蛋白质变化 清蛋白,球蛋白和谷蛋白在大米陈化后均表现出高分子 量亚基古量增多,低分子亚基含量减少,其原因尚不清楚. Chrastil(2Ol和Hamaber~al;研究了蛋白质中巯基肯量对 大米流变学特性的影响.Chrastil发现大米在贮藏过程中 谷蛋白巯基含量减少,二硫键增多,分子量增大,谷蛋白与淀 粉相互结合作用减弱,他认为这种变化与米饭的粘性下降有 关巯基减少,二硫键交联增多,致使蛋白质在淀粉周围形 成坚固的网状结构,限制了淀粉粒的膨胀和柔润,因而米饭 变硬,牯性减少.Hamaber等通过破坏蛋白质的二硫键观 察大米的流变学特性,发现二硫键破坏后米饭的牯性提高, 低剪切力下粘度升高,而高剪切力下粘度下降. 赵学伟等Z22发现大米陈化中非淀粉粒蛋白质与淀粉 相互作用增加,但不能很好地解释陈米硬度与粘度变化的 原因:而淀粉粒蛋白质与淀粉之间的相互作用也增加,这可 能是导致陈米饭牯度下降的因素淀粉粒结台蛋白质与淀 粉相互作用的增加,使更多的淀粉分子与这部分蛋白质相 结合而不能游离出淀粉粒,从而导致陈米饭硬度升高粘度 降低. 渡边道子7231用高压与酶处理陈米,去除了米粒中的部 分清蛋白和球蛋白,有利于淀粉从米粒中释放出来,从而有 效地改善了大米的粘度,硬度和光泽. 4太米食用品质检测技术进展 过去,大米食用品质主要依靠感官鉴定法,但该法主 观性太强,缺乏统一性;受环境因素的影响大:并且耗时 费力.目前,多数国家采用仪器与感官相结合的手段来提 高检测的准确性. 表观直链淀粉含量的传统检测是碘比色法,该方法 所测的范围比较小(I3--21%).Juliano报道利用近红外透 射法(N【T),可测直链淀粉古量变化较大的[RRI大米样 品,Ohtsubo等一直致力于开发可检测直链淀粉含量范围较 小的N1T(241. 米饭质构影响米饭的可r丁性Okabe开发了质构仪 (Texturometer),在日本常用来定量米饭硬度和粘性.最近, 开发了一种新仪器(Tensipresser),该仪器仅用试样中的一 粒米,井可自动洲米粒厚度,其压缩比可调节.两种仪器所 测的米饭硬度相近,但对直链淀粉古量高和中等的米饭,仅 能用Tensipresser来测其粘度.Champagne等用快速粘度 分析仪(RVA)来预测米饭质构,发现RVA所建的模 型精确度不高,根据直链淀粉古量排除不具代表性的试样 后,其精匪稍有提高 Chikubu和同事根据三种大米的理化性质测定结果,得 到了米饭食用品质估算方程.Y=一0.1272X一0.0929X+ 00902X+00946x一65955X+26425,其中Y为米饭食 用品质估算值;X,为蛋白质含量X为最大粘度,X为最 小粘度;X为粘泻值:X为碘兰值 Satake(佐竹J公司根据上述方程研制了具有近红外反 射体系(NIRsystem)的食味计,利用NIR测定大米的蛋白 质,水分,直链淀粉和脂肪酸含苣,然后根据上述方程计算出 米饭的食用品质.Champagne等却发现SatakeNeuroFu- zzy食味计不能评价美国中粒米的食用品质,原因是谚米的 直链淀粉含量较低(<18%). 5展望 尽管目前对大米食用品质的影响因索有了较深入的了 解,但是还没有系统全面的知识.直链淀粉和支链淀粉对大 米食用品质的影响孰重孰轻,目前还不清楚,需要深人研究 其微细结构,才有可能取得突破进展.另外,蛋白质是如何 和淀粉结台在一起的?大米在蒸煮过程中,不同部位的蛋白 质和淀粉是如何相互作用的?这种相互作用叉怎样影响大 米食用品质的]?这些课还需要进行深入研究,只有这 样才能从根本上改善大米品质. 参考文献 [1]BOJulianoVarietalimpactonricequality[J]Cereal FoodsWorldl99843Ot:207 [2]李天真大米食用品质及改良[J]粮食与饲料工业1998(5)?7 [3]ETChampagneRicestarchcompositionandcharacter- istics[J]CerealFoodsWorld19964l(11)833 (4]朱永义稻米化学加工贮藏"M3北京中国商业出版札,1994 [5]黄瑞美,曾仁佑,吕政羲台湾手罔米直链淀糟2_N化性质与微 细结掏IJ]食品科学(台).1998.25:210 [6]SHizukuri.YTakeda,NMaruta,BOJul】ansMolecu. 1arstructuresofricesharch[J]Carboh~drRes1989. 189:227 [7]KRBhattachoryaetalImDortanceofinsolubleamvl0se asadeterminantofricequality[J]Jsc1FdAgric[978 29:359 [8]槽作造米摄糟——宁毒乙0科学[J]竣粉科学,[9934o(2): 183 [9]BOJulianoStructurechemistruv,andfuncti.northenlce grainanditsfracrion[J]CerealFoodsW0rId199237 (10:774 【l0]MasakoAsaokaEffectofenvironmentaltemDeraturesat themilkystageonamylosecontentandfinestructureof amyIopectinofwaxyandnonwaxyendospermstarchesof rice[J]AgricBio.Chem1985,49(2):373 I1]SHizukuri嘏粉分子的微细礴造0解明电曲L芒[J]般 粉科学,I993.40421:I33 [12]黄晶晶稻米的理化性质[J]食品_T业(台)1994(26)2:46 [I3j田岛真米粒外眉6毒札为g-u糖颊[J]日本食品工业单 会志1992,39(10):857 粮食与油脂2001年第5期 文章编号:1008957Z(200I)05003202 低过敏大米研究进展 AdvanceofHypoa?ergenicRice 王文高陈正行(无锡轻工走学食品学院,无锡214036) -的过敏原成分以及低过敏大采的研究进展. 摘要本文介绍了大米q 关键词低过敏走米过敏原过敏蛋白 中图分类号:TS210.1文献标识码:A 1前言 大米传统上一直被认为是低过敏的,它是唯一可以免于 过敏试验的谷物….在亚洲,大米一直是一种消费稳定的食 品,大米过敏也主要发生在亚洲,为此,特别是日本进行了较 多研究.而我国关于大米过敏方面的报道还不是很多,这一 方面是由于相对于大豆,花生来讲,大米具有较弱的过敏性: 另一方面也要求援们进一步加强重视,探求和明确大米中的 过敏原成分以及它所【发的免疫反应的特点,将更有助于我 们理解把大米作为低过敏蛋白源的原因. 2大米过敏简介 一 种抗原进入机体后,会导致机体发生正常的或过度的 免疫应答,我们通常称过度的免疫应答为超敏反应.与免疫 相关的超敏反应分为I一?型,食物过敏太多为I型速发超 敏反应.IgE是介导I型超敏反应的抗体.I型超敏反应 发生时,与过敏原特异的IgG抗体会与[gE抗体竞争结合 过敏原,从而一定程度上抑制了反应的发生.在某些情况 收稿日期:2O叭—02—25 下,人们通过检测IgG来间接地反映抗原的过敏性质.Ey- sink.P.ED(2]等研究发现小麦与大米的混合物所引起的 特异性lgG抗体和特异性lgE抗体之间存在很大的相关 眭:PattisCJ]采用酶联免疫吸附法用大豆分离蛋白,米糠蛋白 进行抗原性实验,其引起的IgG滴定度分别为21.845,000 和655,000,大豆分离蛋白具有更强的抗原性.这一切似乎 与人们的想法相吻合.然而引起lgE抗体与[gG抗体的抗 原决定簇是不相同的,上面的例子就不具有普遍的意义.尽 管大米蛋白相对于其他蛋白具有更低的抗原性,事实上对大 米过敏的患者依然存在,在B本已经出现了多例由于摄入大 米而导致皮肤过敏的患者.这说明了两方面的问题,一是大 米巾绝大部分的蛋白质具有很低的抗原性,是不会引起过敏 的,二是大米中仍宙有过敏的成分,尽管这样的成分不是很 多.所以明确大米中的过敏成分对于大米过敏的研究就显 得非常必要. 3大米中过敏成分 [】4]何光存.钟木裕.1米胚乳内外部接粉?性质?LJ]日奉 农芸化学会志1989,63(5):981 [15]HamakerBR.GriffVFChangingtheviscoelasticpro. pertiesofcookedricethroughproteindisruption[J]Cere— alChemistry1990,67(3):26I [I6]黄瑞美,曾仁佑,吕政蓑台湾稻米直链淀糟次划分之理化胜 质与微细结构[J]食品科学(台)1999,260):28 [】7]KRReddk,SzAllKRBhattachoryaThefinestrlll~. tureofrice-starchamylopectinanditsrelationtotherex- tureofcookedrice[J]CarbohydratePol~mersI99322: 267--275 [18)BO.JulianoetalRelationofstarchcompositionprotein content.andgelatinizationtemperaturetOcookingandea- tingqualitiesofmilledrice[J]FoodTechnol1965.】9 1006 [19)松崎昭夫,高野哲夫,坂本晴一,久保山勉啻味毂粒成分努 炊饭米07,/酸0明保[J]日率作物学会纪事 1992.61f4]:56I [20]JChrastilProteinstarchinteractionsinricegrainsIn— fluenceofstorageonoryzeninandstarch[1]JAgric FoodChemI990.38f9l804 :2I]BRHamaker.VKGriffinEffect0fdisulfidebond— tainingprotNnonricestarchgelatinizationandpasting[J] CerealChemI99970c4]:377 [22]赵学伟,卞科,王叠水,周展明蛋白质与淀粉的相互作用对陈 化太米质构特性的影响[J]g')lt粮亩学院1998,I9( 23 :29]渡边道子古米0食味特性0改善[J]搬粉科学l99340(2): l63 [24]KOhtsubo.HToyoshhnaHOkadomeQualityassayof riceusingtraditionalandnoveltools[J]CerealFoods WorldI998.43(4]:203 [25]MelissaFitzgeraldRicecerealchemistry:unlockingthekeys toricequality[J]ChemistryinAustralia19988:32