偏高水分優(yōu)質(zhì)稻在儲藏期間蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)與質(zhì)構(gòu)特性變化關(guān)系研究

畢文雅 張來林 石天玉

(國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院1，北京 100037)(河南工業(yè)大學(xué)2，鄭州 450052)

隨著人民生活水平的挑高，口感好、品質(zhì)佳的優(yōu)質(zhì)稻米深得消費(fèi)者的喜愛，市場對優(yōu)質(zhì)稻的需求量也顯著增加。但因優(yōu)質(zhì)稻較普通早秈稻在脂肪酸含量、淀粉含量、蛋白結(jié)構(gòu)等理化指標(biāo)方面更易受外界環(huán)境影響，造成食品品質(zhì)和口感下降，所以在儲藏和加工過程中需嚴(yán)格控制其溫度、含水量等條件，才可維持優(yōu)質(zhì)稻米的較好品質(zhì)。

本研究以新收獲稻谷“甬優(yōu)15”為原料，“甬優(yōu)15”在2008—2013年參加福建省中優(yōu)稻區(qū)試驗(yàn)以及農(nóng)作物品種審定委員會審定，其增產(chǎn)水平極顯著且適宜在福建省稻瘟病輕發(fā)區(qū)種植[9-10]，屬于秈型三系雜交水稻，是閩北地區(qū)主栽優(yōu)質(zhì)稻品種，具有較好的食味品質(zhì)。實(shí)驗(yàn)選取13.8%的“甬優(yōu)15”偏高水分優(yōu)質(zhì)稻，設(shè)定在不同溫度下進(jìn)行270 d的儲藏，測定儲藏過程中蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)中α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲的含量變化，并將這些指標(biāo)與脂肪酸值、米飯質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行相關(guān)性分析，研究蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)對偏高水分優(yōu)質(zhì)稻儲藏期間品質(zhì)指標(biāo)的影響，以期為稻谷儲藏保鮮提供一定的參考。

1 材料與儀器

1.1 材料及儲藏方法

實(shí)驗(yàn)原糧：“甬優(yōu)15”優(yōu)質(zhì)稻，產(chǎn)自福建南平。

儲藏方法：將水分為13.8%的“甬優(yōu)15”優(yōu)質(zhì)稻(優(yōu)質(zhì)稻安全水分13.5%)裝到鋁箔袋中，用熱合機(jī)封口，放入15、20、25 ℃的恒溫箱中模擬儲藏270 d(優(yōu)質(zhì)稻作為短期輪換品種，成功度夏即可滿足加工銷售條件)，每45 d對脂肪酸值、質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行檢測，每90 d對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測。

1.2 主要試劑和儀器

無水乙醇(AR)、95%乙醇(AR)、氫氧化鉀(AR)、基準(zhǔn)鄰苯二甲酸氫鉀(PT)。

HWS型智能恒溫恒濕箱，JXFM110錘式旋風(fēng)磨，HY-4多用調(diào)速振蕩器，SY88-TH礱谷機(jī)，JWXL物性測試儀，壓片機(jī)，WAF-561傅里葉紅外轉(zhuǎn)換光譜，E1010離子濺射儀。

1.3 試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理

脂肪酸值測定：參照GB/T 20569—2006[11]。

米飯質(zhì)構(gòu)特性測定方法：樣品制備參照GB/T 15682—2008[12]；參數(shù)設(shè)定：采用P36柱型TPA探頭，測前速度10.0 mm/s，測試速度0.5 mm/s，測后速度5.0 mm/s，壓縮比為70%。每次測定時(shí)，在米飯樣品中間層不同部位隨機(jī)取3粒米，頭碰頭120°角的方式放置在載物臺上，每個樣品測定6次，其中去掉硬度最大和最小的兩個測定結(jié)果，取4次測定結(jié)果，計(jì)算平均值和偏差[13]。

蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)測定：將樣品磨成90%以上過120目篩的粉，充分干燥后，稱取溴化鉀，與樣品重量為1∶300的比例混合，研磨至無反光點(diǎn)，用壓片機(jī)壓制成薄片，利用紅外光譜儀中做400～4 000 cm-1掃描，掃面次數(shù)為24次。利用PeakFit 4.12軟件對酰胺I帶1 700～1 600 cm-1波段圖譜進(jìn)行處理，基線校正、去卷積和二階導(dǎo)數(shù)擬合，確定子峰的個數(shù)和位置及與二級結(jié)構(gòu)的關(guān)系，利用峰面積計(jì)算各二級結(jié)構(gòu)組成的比例[14]。

數(shù)據(jù)處理：利用SPSS、Origin等軟件進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 脂肪酸值的變化

新鮮稻谷中游離脂肪酸的含量很少，但在儲藏條件(如溫度、濕度、霉菌等)的影響下，脂肪的水解比蛋白質(zhì)和碳水化合物都要快，并且在變質(zhì)初期，脂肪酸值顯著增高，從而引起稻谷品質(zhì)的下降，因此，脂肪酸值是判斷稻谷宜存、不宜存、陳化和劣變的靈敏指標(biāo)，可以較好地衡量、檢驗(yàn)、監(jiān)控稻谷儲藏品質(zhì)的變化[15-18]。在稻谷儲存品質(zhì)判定規(guī)則[11]中也明確規(guī)定，秈稻谷的脂肪酸值≤30.0 mgKOH/100 g時(shí)，為宜存；當(dāng)脂肪酸值≤37.0 mgKOH/100 g時(shí)，為輕度不宜存；當(dāng)脂肪酸值>37.0 mgKOH/100 g時(shí)，為重度不宜存。

新鮮的“甬優(yōu)15”優(yōu)質(zhì)稻的在儲藏初期脂肪酸值較低，隨著儲藏溫度不同、儲藏時(shí)間延長，脂肪酸值在變化。由圖1，在15、20、25 ℃下儲藏270 d，脂肪酸值由初始的10.1 mgKOH/100 g上升到18.0、20.4、27.7 mgKOH/100 g，分別上升了7.9、10.3、17.6 mgKOH/100 g，可見，脂肪酸值隨著儲藏時(shí)間的延長而上升，且儲藏溫度越高，脂肪酸值上升越快；在15、20 ℃條件下儲藏270 d后，脂肪酸值仍≤20.0 mgKOH/100 g，為宜存狀態(tài)；在25 ℃條件下，脂肪酸值在儲藏270 d時(shí)已經(jīng)達(dá)到27.7 mgKOH/100 g，繼續(xù)儲藏將超出宜存范圍。

圖1 不同儲藏溫度下脂肪酸值的變化

2.2 質(zhì)構(gòu)特性的變化

稻谷的食用品質(zhì)檢測測定不能單純依靠品嘗評分值等依賴感觀的方式，要應(yīng)用各類儀器及理化指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)評價(jià)，分析各類理化性質(zhì)結(jié)果與稻谷品質(zhì)的相關(guān)性，可有效補(bǔ)充感官測定之外稻谷重要質(zhì)量指標(biāo)[19,20]。質(zhì)構(gòu)特性中的黏度、彈性與食用品質(zhì)有一定的相關(guān)性，因而質(zhì)構(gòu)也可以較好的反映稻谷的食味品質(zhì)[21]。本實(shí)驗(yàn)選取硬度、彈性指標(biāo)進(jìn)行分析。Tulyathan等[22]認(rèn)為，硬度的增加是由于大米脂中游離脂肪酸包藏在淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)中，直鏈淀粉與脂類形成復(fù)合物使糊化所需要的水難以通過，淀粉粒的強(qiáng)度增加，米飯變得較硬。還有研究表明[23]，隨著儲藏時(shí)間的延長，米飯淀粉逐漸老化，與蛋白質(zhì)結(jié)合緊密，導(dǎo)致米飯硬度增加，而在儲藏后期，劣變程度加劇，稻谷不能再保持其籽粒的完整性，大米蒸煮后米飯膨脹，吸水率增加，導(dǎo)致米飯松散硬度降低。米飯彈性是反映米飯食味的重要指標(biāo)之一，米飯彈性越大，咀嚼時(shí)越有嚼勁。

由表1可得，“甬優(yōu)15”在15、20 ℃條件下儲藏時(shí)，硬度隨著儲藏時(shí)間的延長而上升，且在兩種條件下，上升幅度相似；在25 ℃條件下儲藏時(shí)，硬度先是隨著儲藏時(shí)間的延長而快速上升，在儲藏180 d后開始下降。彈性隨著儲藏時(shí)間的延長而下降，儲藏溫度越高，彈性下降的越快，但下降不顯著。

表1 儲藏過程中硬度、彈性的變化

2.3 蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的變化

胡瑞省等[14]利用FTIR分析出，隨著測量溫度的升高，酵母中的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)中的α-螺旋的含量降低，而β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)、無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)和β-折疊結(jié)構(gòu)的含量卻有所增加。孫佳悅等[24]運(yùn)用FT-IR技術(shù)研究結(jié)果得出，熱處理會導(dǎo)致乳蛋白空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變、分子內(nèi)氫鍵被破壞，熱處理后α-螺旋含量降低，β-轉(zhuǎn)角及β-折疊在加熱過程呈先增加后減少變化趨勢，說明熱處理程度增強(qiáng)導(dǎo)致部分有序結(jié)構(gòu)向無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，蛋白質(zhì)熱變性后會發(fā)生熱聚集現(xiàn)象。

初始樣品蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)主要以β-折疊和β-轉(zhuǎn)角為主，經(jīng)過不同條件的儲藏，各個二級結(jié)構(gòu)含量發(fā)生變化。

由表2可得，“甬優(yōu)15”在15 ℃下儲藏270 d檢測到：儲藏期間，α-螺旋結(jié)構(gòu)相對含量雖下降，但不顯著，由于維持α-螺旋結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)作用力是氫鍵且α-螺旋是最穩(wěn)定的螺旋結(jié)構(gòu)，說明在儲藏期間，α-螺旋結(jié)構(gòu)仍保持穩(wěn)定狀態(tài)；在0～180 d時(shí)，β-折疊結(jié)構(gòu)相對含量變化不顯著，呈穩(wěn)定狀態(tài)，但隨著儲藏時(shí)間的延長，270 d時(shí)檢測到其相對含量顯著降低，說明樣品在儲藏270 d后，其蛋白質(zhì)的β-折疊結(jié)構(gòu)已發(fā)生破壞，呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)；在0～180 d時(shí)，無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)相對含量變化不顯著，同時(shí)在儲藏180 d時(shí)檢測到其相對含量最低，因無規(guī)卷曲是無序狀態(tài)，可說明蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)在180 d時(shí)呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，但隨著儲藏時(shí)間的延長，270 d時(shí)無規(guī)卷曲含量顯著升高，說明蛋白質(zhì)趨向一種無序的狀態(tài)；而β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)的相對含量在0～90 d時(shí)變化不顯著，180 d時(shí)有所提升，分析可能是無規(guī)卷曲向β-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化，形成穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 15 ℃下蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)相對含量

由表3可得，“甬優(yōu)15”在20 ℃下儲藏270 d檢測到：和15 ℃下變化情況近似，儲藏期間，α-螺旋結(jié)構(gòu)相對含量下降但不顯著，說明α-螺旋結(jié)構(gòu)仍保持穩(wěn)定狀態(tài)；儲藏期間，β-折疊結(jié)構(gòu)相對含量逐漸降低，初始值和270 d檢測到的結(jié)果差異性顯著，說明隨著儲藏時(shí)間的延長，蛋白質(zhì)的β-折疊結(jié)構(gòu)已發(fā)生破壞，呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)；儲藏期間，無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)的相對含量先下降后上升，其狀態(tài)是先穩(wěn)定后向無序方向發(fā)展，在270 d時(shí)，β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)的相對含量顯著下降，分析可能是β-轉(zhuǎn)角向無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)趨向無序。

表3 20 ℃下蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)相對含量

由表4可得，“甬優(yōu)15”在25 ℃下儲藏270 d檢測到：隨著儲藏時(shí)間的延長，無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)的相對含量在緩慢上升，可以說明蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低；儲藏270 d時(shí)β-折疊結(jié)構(gòu)的相對含量與90 d的相對含量比較是顯著下降的，說明在90～180 d期間穩(wěn)定的β-折疊結(jié)構(gòu)開始被破壞，趨向不穩(wěn)定狀態(tài)；同期(90～180 d)β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)的相對含量顯著上升，可認(rèn)為部分β-折疊結(jié)構(gòu)中多肽鏈通過反轉(zhuǎn)180°形成β-轉(zhuǎn)角；α-螺旋結(jié)構(gòu)的相對含量在180 d時(shí)出現(xiàn)顯著下降，說明在90～180 d期間穩(wěn)定的氫鍵已經(jīng)發(fā)生斷裂。

表4 25 ℃下蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)相對含量

2.4 蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)特性等的相關(guān)性分析

“甬優(yōu)15”優(yōu)質(zhì)稻的質(zhì)構(gòu)特征值、脂肪酸值與蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的相關(guān)系數(shù)如表5所示，脂肪酸值與蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)中的β-轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與α-螺旋、β-折疊呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；硬度與β-折疊呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與β-轉(zhuǎn)角呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。這表明，硬度、脂肪酸值與蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)變化密切相關(guān)。

表5 蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)與質(zhì)構(gòu)特性及脂肪酸值的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論

“甬優(yōu)15”在儲藏過程中，脂肪酸值隨著儲藏時(shí)間的延長而上升，且儲藏溫度越高，脂肪酸值上升越快；在15、20 ℃條件下儲藏270 d后，“甬優(yōu)15”仍為宜存狀態(tài)；在25 ℃條件下，儲藏270 d后的脂肪酸值即將超出宜存范圍。米飯硬度在在15、20 ℃條件下隨著儲藏時(shí)間的延長而上升；在25 ℃條件下，硬度先上升，在儲藏180 d后開始下降。蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)中的α-螺旋含量隨著儲藏期的延長下降不顯著、β-折疊含量下降顯著、β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲的含量顯著上升。