大豆肽和豌豆肽對(duì)大米淀粉理化性質(zhì)的影響

付田田 靳鳳芳 牛麗亞 涂 瑾 肖建輝

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，南昌 330045)

淀粉是許多谷物(如玉米、小麥、大米、燕麥)、薯類(lèi)等的主要組成成分，是人類(lèi)膳食中最重要的能量來(lái)源。大米淀粉約占淀粉工業(yè)總產(chǎn)量的 13%，是次于玉米、小麥和馬鈴薯的第四大淀粉工業(yè)原料[1-4]。天然的淀粉存在一些缺陷，不能滿(mǎn)足食品加工過(guò)程中的各種特定需求，例如天然淀粉容易熱分解，抗剪切穩(wěn)定性不夠，凍融穩(wěn)定性較差，易老化等。因此，需要尋找合適的方法來(lái)改善和克服天然淀粉的缺陷[5]。

研究發(fā)現(xiàn)，鹽類(lèi)、脂肪酸、多酚等可以和淀粉分子發(fā)生一些復(fù)雜的作用關(guān)系，二者可以通過(guò)氫鍵、范德華力和疏水相互作用力等分子間作用力而發(fā)生非共價(jià)結(jié)合，這種結(jié)合的強(qiáng)弱大多與多肽和淀粉的種類(lèi)及結(jié)構(gòu)有關(guān)。這些相互作用，能夠在一定程度上發(fā)生改變淀粉的流變學(xué)特性、熱力學(xué)特性、凝膠特性和消化性能等理化性質(zhì)，有利于改善調(diào)控淀粉類(lèi)食品的加工品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[6-11]。

多肽是蛋白質(zhì)中20個(gè)天然氨基酸以不同組成和排列方式構(gòu)成的從二肽到復(fù)雜的線(xiàn)性、環(huán)形結(jié)構(gòu)的不同肽類(lèi)的總稱(chēng)，是源于蛋白質(zhì)的多功能化合物，具有良好的加工特性和生理活性[12-13]。尤為重要的是，多肽分子鏈上的氨基酸序列、氨基酸構(gòu)型及末端氨基酸、電荷、兩親性、疏水性等，可以為其與其他分子的結(jié)合提供廣闊的位點(diǎn)[14]。然而多肽與淀粉間相互作用的研究目前還鮮有報(bào)道，其影響程度和機(jī)理尚不明確。

本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)草魚(yú)蛋白肽能與淀粉分子相互作用，從而避免糊化后的淀粉分子進(jìn)行有序化重排而控制淀粉老化[15]。本實(shí)驗(yàn)以大米淀粉為基質(zhì)，大豆肽和豌豆肽作為研究對(duì)象，探討多肽對(duì)大米淀粉物化性質(zhì)的影響，深入研究多肽與大米淀粉的相互作用，為活性肽與大米淀粉健康食品的廣泛應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米淀粉、大豆肽粉(肽含量≥80%，肽段相對(duì)分子質(zhì)量小于等于2 000的比例≥80%)、豌豆肽粉(肽含量≥75%，相對(duì)分子質(zhì)量小于1 000的蛋白水解物比例≥85%)，江西金農(nóng)生物科技有限公司；豬胰淀粉酶，阿拉丁試劑(上海)有限公司；糖化酶、DNS試劑北京索萊寶科技有限公司；其余試劑：均購(gòu)自西隴科技股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FE28 型pH計(jì)；2100型&UV2100型分光光度計(jì)；TEE32型TA-XT plus物性測(cè)定儀；RVA-4快速黏度分析儀。

1.3 方法

1.3.1 大米淀粉糊化特性的測(cè)定

用快速黏度分析儀測(cè)定。根據(jù)美國(guó)谷物化學(xué)協(xié)會(huì)(AACC)的標(biāo)準(zhǔn)程序2進(jìn)行測(cè)試，蒸餾水的添加量為25 g，調(diào)制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的混合體系(以干基計(jì))。RVA譜特征值主要用峰值黏度、最終粘度、崩解值、回生值等表示，同時(shí)記錄糊化溫度，峰值時(shí)間。

1.3.2 大米淀粉透明度的測(cè)定

稱(chēng)取一定量的大米淀粉配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳，并按照不同添加量(1%、5%、10%)分別加入大豆肽和豌豆肽，混合均勻后置于90 ℃水浴加熱攪拌30 min，在620 nm波長(zhǎng)處測(cè)量淀粉糊的透明度(以蒸餾水作空白對(duì)照)。

1.3.3 大米淀粉凍融穩(wěn)定性的測(cè)定

參考陳學(xué)玲等[16]的方法并稍作修改，稱(chēng)取一定量的大米淀粉配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的淀粉乳，并按照不同添加量(1%、5%、10%)分別加入大豆肽和豌豆肽，混合均勻后置于90 ℃水浴加熱攪拌30 min，冷卻至室溫后，倒入已知質(zhì)量的離心管中，在-15 ℃的冰箱中冷凍24 h，然后在25 ℃水浴鍋中解凍2 h，稱(chēng)其質(zhì)量后，在4 000 r/min下離心20 min，棄去上清液后稱(chēng)離心管質(zhì)量。按照公式計(jì)算析水率：

R=(m1-m2)/(m1-m0)×100%

式中：m0為離心管的質(zhì)量/g；m1為解凍后離心管和樣品總質(zhì)量/g；m2為離心后棄去上清液后離心管和淀粉糊的總質(zhì)量/g。

1.3.4 大米淀粉溶解性和膨脹度的測(cè)定

稱(chēng)取一定量的大米淀粉配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的淀粉乳，并按照不同添加量(1%、5%、10%)分別加入大豆肽和豌豆肽，混合均勻后，分別在一定溫度(55、65、75、85、95 ℃)水浴加熱攪拌30 min，冷卻至室溫，3 000 r/min離心20 min，分別取上清液和沉淀置于105 ℃烘箱中烘干至恒重。大米淀粉溶解度(S)和膨脹度(B)根據(jù)公式計(jì)算：

S=m1/m2×100%

B=m3/m2×(100-S)×100%

式中：m1為離心后上清液蒸干至恒重后的淀粉質(zhì)量/g；m2為淀粉的質(zhì)量/g；m3為離心后淀粉糊的質(zhì)量/g。

1.3.5 大米淀粉凝沉性的測(cè)定

稱(chēng)取一定量的大米淀粉配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的淀粉乳，并按照不同添加量(1%、5%、10%)分別加入大豆肽和豌豆肽，混合均勻后，在90 ℃下糊化30 min，冷卻至室溫，取25 mL淀粉糊于具塞試管中靜置，每1 h觀察下層沉淀體積，即為凝沉積，待凝沉積穩(wěn)定之后，凝沉積與總糊液體積比為沉降體積比。

1.3.6 大米淀粉硬度的測(cè)定

稱(chēng)取大米淀粉10 g于50 mL的錐形瓶中，加入25 mL水，并按照不同添加量(1%、5%、10%)分別加入大豆肽和豌豆肽，磁力攪拌混合均勻后，在90 ℃下糊化30 min，置于4 ℃冰箱冷藏24 h。采用物性測(cè)定儀測(cè)定淀粉的硬度。測(cè)定條件：壓縮速度1 mm/s，壓縮比30%。

1.3.7 大米淀粉消化性能的測(cè)定

參照Englyst等[17]的體外模擬酶水解法稍作修改。稱(chēng)取大米淀粉0.2 g于50mL的錐形瓶中，加入pH為5.2的醋酸鈉緩沖液15 mL，并按照不同添加量(1%、5%、10%)分別加入大豆肽和豌豆肽，混合均勻后，在90 ℃下糊化30 min，冷卻至室溫，然后加入豬胰α-淀粉酶和糖化酶(20∶1)10 mL(酶溶液提前在37 ℃下活化30 min)，水浴鍋內(nèi)37 ℃恒溫一定時(shí)間后，沸水滅酶，采用DNS法在波長(zhǎng)540 nm處比色得出葡萄糖量。

式中：G20為20 min后水解生成的葡萄糖量/mg；FG為水解前淀粉中葡萄糖量/mg；G120為120 min后水解生成的葡萄糖量/mg；TS為總淀粉量/mg。

1.3.8 數(shù)據(jù)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉糊化性質(zhì)的影響

豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉黏度的影響如圖1和表1所示。在相同的條件下，與原淀粉相比，加入豌豆肽和大豆肽后，體系中的峰值黏度、最終黏度、崩解值、回生值、糊化溫度及峰值時(shí)間均有不同程度降低，且隨著豌豆肽和大豆肽含量的增加而顯著降低。豌豆肽的添加對(duì)降低體系的峰值黏度、崩解值、峰值時(shí)間及糊化溫度的效果優(yōu)于大豆肽。但相對(duì)于體系的最終黏度、回生值的降低效果，大豆肽的添加則優(yōu)于豌豆肽[18-19]。

表1 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉糊化性質(zhì)的影響

注：同列肩標(biāo)字母不同表明差異顯著(P<0.05)。余同。

圖1 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉黏度的影響

2.2 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉透明度的影響

豌豆肽和大豆肽分別對(duì)大米淀粉糊透明度的影響如圖2所示。豌豆肽的添加量與透明度成正比，與原淀粉相比，豌豆肽的加入使大米淀粉糊的透明度顯著增加，但大豆肽的添加對(duì)透明度的影響均不顯著。這可能是因?yàn)橥愣闺牡姆肿恿啃∮诖蠖闺模诖竺椎矸酆^(guò)程中，一個(gè)淀粉分子可以結(jié)合更多的豌豆肽，使得淀粉分子間不發(fā)生相互締合或者締合的程度很低，使淀粉糊更加穩(wěn)定、分散、透光率增高[20]。

注：同組同柱肩標(biāo)字母不同表明差異顯著(P<0.05)。余同。圖2 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉透明度的影響

2.3 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉凍融性的影響

在淀粉糊凍融的過(guò)程中，形成的凝膠網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)決定析水率的大小。析水率是評(píng)估凍融處理過(guò)程中淀粉抵御劣變能力的一個(gè)有用指標(biāo)[21-23]。從圖3中可以看出，相對(duì)于原淀粉來(lái)說(shuō)，大豆肽和豌豆肽的加入能改善其凍融穩(wěn)定性，且大豆肽的影響比豌豆肽更明顯，1%大豆肽就能使析水率顯著降低。

圖3 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉凍融性的影響

2.4 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉溶解度和膨脹度的影響

不同溫度下，大豆肽和豌豆肽對(duì)大米淀粉的溶解度的影響如表2所示，每組淀粉的溶解度隨溫度的升高呈上升趨勢(shì)。同一溫度、同一肽的條件下，淀粉的溶解度與添加量呈正比。同一條件下，大豆肽的效果比豌豆肽更明顯。

表2 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉溶解度的影響

不同溫度下，大豆肽和豌豆肽對(duì)大米淀粉膨脹度的影響如表3所示。各組淀粉的膨脹度隨溫度升高呈上升趨勢(shì)，在95 ℃，膨脹度增加明顯，尤其10%的豌豆肽和5%的大豆肽。這可能是因?yàn)殡牡募尤肫茐牧说矸劢Y(jié)構(gòu)中的無(wú)定形區(qū)，降低直鏈淀粉的抑制作用，促進(jìn)了淀粉的自由膨脹。

表3 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉膨脹度的影響

2.5 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉凝沉性的影響

在48 h快速凝沉實(shí)驗(yàn)中，前24 h，加入肽的淀粉與原淀粉的凝沉曲線(xiàn)近乎于一條直線(xiàn)，凝沉積隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸降低，沉降速率較為穩(wěn)定；24 h后，原淀粉、加入大豆肽的淀粉和加入1%的豌豆肽已經(jīng)不再有變化，上清液和沉淀有明顯的分界線(xiàn)，而加入5%和10%豌豆肽的淀粉的分界線(xiàn)在36 h后才基本清晰。48 h后的凝沉體積比如圖4所示。與原淀粉相比，5%、10%的豌豆肽顯著增加了大米淀粉的凝沉體積比，大豆肽各添加量之間無(wú)顯著性差異。其原因可能與2.2中的分析結(jié)果相似，但當(dāng)豌豆肽的量達(dá)到某一臨界值的前后，可以使大米淀粉分子結(jié)構(gòu)發(fā)生不同的變化[24]。

圖4 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉凝沉性的影響

2.6 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉硬度的影響

豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉硬度的影響如圖5所示。與原淀粉相比，加入大豆肽的大米淀粉硬度顯著下降，但豌豆肽的加入對(duì)大米淀粉的影響成反比。這可能是因?yàn)榇蠖闺姆肿恿枯^豌豆肽大，與淀粉的相互作用競(jìng)爭(zhēng)性地阻礙了淀粉網(wǎng)絡(luò)中單鏈直鏈淀粉分子重排纏繞形成雙螺旋結(jié)構(gòu)的過(guò)程，使淀粉分子更易于移動(dòng)，淀粉膠老化程度下降[24]。可見(jiàn)，大豆肽的加入可以延緩大米淀粉的老化。

圖5 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉硬度的影響

2.7 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉消化特性的影響

依據(jù)淀粉在人體內(nèi)消化的特點(diǎn)，將淀粉歸為3類(lèi)：快消化性淀粉(RDS)，慢消化性淀粉(SDS)，抗性淀粉(RS)。目前已經(jīng)有研究證實(shí)，淀粉在體外消化實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和血糖指數(shù)有顯著的相關(guān)性，RS和SDS含量高的食物血糖指數(shù)低[17,25]。

豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉消化特性的影響如表4所示。在相同的條件下，與原淀粉相比，加入豌豆肽和大豆肽后，RDS均有不同程度降低，大豆肽的效果顯著大于豌豆肽，其中5%的大豆肽SDS和RS增加最多。由此可以推測(cè)，小分子肽可以強(qiáng)化完全糊化后的淀粉的抗酶解能力，這可能源于淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化或者引入的基團(tuán)有空間阻礙的作用，使酶與淀粉分子結(jié)合而成的活性復(fù)合物不易形成[17]。

表4 豌豆肽和大豆肽對(duì)大米淀粉消化特性的影響/%

3 結(jié)論

在大米淀粉與肽共糊化過(guò)程中，豌豆肽和大豆肽對(duì)其糊化性質(zhì)產(chǎn)生了不同程度的影響。與原淀粉相比，兩者的加入對(duì)體系的RVA值均有不同程度的降低。豌豆肽的加入使大米淀粉糊的透明度顯著增加，但大豆肽的添加對(duì)透明度的影響均不顯著。大豆肽和豌豆肽的加入均能顯著改善其凍融穩(wěn)定性、溶解度和膨脹度，且大豆肽的影響比豌豆肽更明顯。5%、10%的豌豆肽顯著增加了大米淀粉的凝沉體積比，大豆肽各添加量之間無(wú)顯著性差異。大豆肽的加入使大米淀粉的硬度顯著下降。此外，加入豌豆肽和大豆肽后，RDS均有不同程度降低，大豆肽的效果顯著大于豌豆肽，其中5%的大豆肽使SDS和RS增加最多。而兩種肽對(duì)大米淀粉某些性質(zhì)的影響不一，其主要原因在于兩種肽性質(zhì)，比如氨基酸組成、分子量的不同等。根據(jù)本研究結(jié)果可以推斷，在與淀粉共糊化的過(guò)程中，肽與淀粉之間相互作用，或改變淀粉的結(jié)構(gòu)，或形成屏障保護(hù)淀粉顆粒，能改善大米淀粉的糊化性質(zhì)，延緩其老化。