大豆分离蛋白提升鲜湿米粉凝胶品质的研究

徐 丽， 刘艳兰， 蔡吉祥， 袁洁瑶， 易翠平

(长沙理工大学食品与生物工程学院1，长沙 410114) (广西科技师范学院食品与生化工程学院2，来宾 546119)

凝胶化是鲜湿米粉品质形成的重要步骤，即大米粉在加热条件下，糊化淀粉与水分子高温下相互作用，淀粉分子以双螺旋形式相互缠绕，从而形成具有一定强度和黏弹性的凝胶[1,2]，鲜湿米粉的食用特性如韧性、蒸煮特性与凝胶品质密切相关[3]，高凝胶品质食品力学性能强，具体表现为咀嚼性强、结构紧密连续[4,5]。

大豆分离蛋白(Soy Protein Isolate, SPI)是一种具有良好凝胶性能的植物蛋白，近年来广泛应用于米面制品。研究报道，SPI可以限制热处理过程中的面筋蛋白相互作用，使得制作的面条韧性和口感提升[6]，且面条硬度与SPI添加量成正相关[7]；He等[8]将豆浆添加入冷冻熟面条中，结果表明由于豆浆中SPI良好的持水性和吸水率，有利于增强面筋网络结构，提高面条质量；姜松等[9]发现添加SPI能使挂面弹性模量显著上升，但会使其抗弯能力减小。在米粉应用方面， Ojukwu等[10]将SPI与微生物谷氨酰胺转胺酶、葡萄糖酸-δ-内酯混合添加制备湿米粉，所得到的米粉质构和力学性能有所增强；胡秀婷等[11]发现添加适量的SPI可改善鲜湿米粉的储藏品质，增强米粉内部的结构交联。目前关于SPI在米粉领域应用的研究相较于面制品还不够广泛，且关于SPI添加对米粉原料性质与食用品质的影响及联系未进行系统研究。

因此，本研究拟通过将SPI与发酵籼米粉以一定比例复配制作鲜湿米粉，并明确SPI-发酵籼米混合粉凝胶化性质对所制SPI-鲜湿米粉加工性能的影响及联系，进一步分析鲜湿米粉内部淀粉结构的变化，为SPI改善鲜湿米粉凝胶性能提供参考。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

XX早籼米，YC晚籼米，LactobacillusplanturunYI-Y 2013经实验室分离鉴定的自然发酵液，凝胶型SPI，MRS肉汤培养基，盐酸、硫酸等常用化学试剂均为分析纯。

1.2 主要仪器与设备

SY-12型磨浆机，Perten RVA 4500型快速黏度测定仪，SHA-B型恒温水浴振荡器，YL-904型卧式液压饸络面机，TA-XT plus型质构仪，Avatar-360型傅里叶红外光谱仪。

1.3 方法

1.3.1 SPI-发酵籼米混合粉的制备

参考Yi等[12]的方法制备SPI-发酵籼米混合粉。制备过程为发酵→洗米→磨浆→烘干→磨粉→过筛→混合。

发酵为取活化后的LactobacillusplanturunYI-Y2013发酵液以106CFU/mL浓度接种于无菌水与籼米比例为8∶5的锥形瓶中，37 ℃发酵48 h；烘干为于45 ℃恒温干燥箱中烘36 h；过筛为100目；混合为用相应质量的SPI分别取代0%、2%、4%比例的发酵籼米粉并与之混匀后得到SPI-发酵籼米混合粉。

1.3.2 SPI-发酵籼米混合粉凝胶化性质的测定

1.3.2.1 糊化特性测定

测定样品含水量后，采用GB/T 24852—2010方法，称取约3 g样品，根据样品含水量调整加水量，混合均匀后放入快速黏度测定仪中进行测定。

1.3.2.2 凝胶硬度测定

参考文献[13]方法并有所改动，4 g样品与水配置为质量分数为15%的悬浮液，于蒸锅中预糊化3 min后转移至培养皿中，保鲜膜封口95 ℃水浴振荡30 min，摇速80 r/min。冷却至室温后置于4 ℃冰箱，18 h后取出。探头为P/0.5R，参数设置为：测前速度2 mm/s，测试速度1 mm/s，回程速度5 mm/s，停留时间5 s，变形量30%，获得凝胶硬度。

1.3.3 SPI-鲜湿米粉制作

取SPI-发酵籼米混合粉进行SPI-鲜湿米粉的制作。具体工艺流程[14]为：和粉→滚揉→摊平蒸片→挤丝→水煮→复蒸→水洗。

和粉为取蒸馏水与混合粉以3∶4比例混匀；滚揉5 min，摊平蒸片6 min，厚度约5 mm，各需重复2次；水煮90 s；复蒸3 min；水洗为于冷流动水下冲洗30 min。

1.3.4 SPI-鲜湿米粉质构特性测定

采用P/36R探头测定，质地剖面分析(Texture profile analysis, TPA)模式，每次探头下放置1根米粉。参数设置：测前速度2 mm/s，测试速度1 mm/s，回程速度5 mm/s，停留时间5 s，变形量50%，获得硬度、咀嚼性、胶黏性。

1.3.5 SPI-鲜湿米粉蒸煮吸水率测定

参考文献[15]，取5 g左右质量为m0的SPI-鲜湿米粉于150 mL沸腾蒸馏水中煮3 min后捞出滤干水分，冷却至室温后称质量得m1，计算蒸煮吸水率：

式中：m1为蒸煮后质量；m0为蒸煮前质量。

1.3.6 FT-IR峰强度比值测定

将冷冻干燥的SPI-鲜湿米粉粉碎过120目筛备用。参考文献[16]，取2 mg样品与200 mg溴化钾于红外灯下充分混合研磨，取适量压制成透明薄片，在400～4 000 cm-1范围内进行全波段扫描，扫描32次，分辨率为4 cm-1。图谱经Omnic红外分析软件处理后，导出和计算吸光度比值：R1 047/1 022 cm-1以及R1 022/995 cm-1。

1.4 数据处理

所有测定至少重复3次；采用SPSS 26.0统计软件对数据进行方差分析和显著性检验，所得的结果以平均值±SD以及显著性字母的形式表示；使用Origin 2018进行相关图表的绘制。

2 结果与分析

2.1 SPI-发酵籼米混合粉凝胶化性质分析

2.1.1 糊化特性分析

糊化特性属于籼米粉加热形成鲜湿米粉凝胶过程的重要品质指标。由表1可得，SPI-发酵籼米混合粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度皆呈显著增大趋势(P<0.05)，崩解值呈显著减小趋势(P<0.05)，糊化体系黏度的升高说明凝胶热稳定性及致密性增强[17]，因为SPI属于亲水性胶体，将其添加入淀粉凝胶中时，会与淀粉分子产生热力学不相容性，位于连续相中的胶体则因淀粉颗粒受热膨胀导致微相组分浓度增大，提高体系的糊化黏度，同时亲水性胶体还可与淀粉亲水基产生氢键以及与淀粉络合，使得凝胶网络结构的增强[18]。崩解值的大小与鲜湿米粉制作过程中淀粉糊的热稳定性以及耐剪切值呈负相关[4]，崩解值越小凝胶品质及食用品质较好[19]。变异系数可反映各糊化指标受SPI添加量的性质变化程度，其中XX的崩解值的变异系数值最大，达20.91，说明其热糊稳定性较好，冷却后所形成凝胶强度越大[20]；而各糊化指标之间变异系数具有较大差异，说明SPI对发酵籼米粉糊化特性的影响程度不同。

2.1.2 凝胶硬度分析

鲜湿米粉凝胶的成型过程为糊化的大米淀粉通过分子间氢键与空间构象作用，经过挤压、老化形成具备一定强度的凝胶[21]，凝胶强度不仅与原料特性相关，还会受到挤压速度等因素的影响。因此研究未经挤压的原料凝胶品质，可辅助印证外源添加物对米粉中淀粉凝胶结构连续性的影响[22]，其中凝胶硬度与鲜湿米粉的品质存在密切联系[23]。如表2所示，XX的凝胶硬度高于YC，可能由于其具有较低的崩解值，使得冷却后凝胶硬度较大。就变化趋势而言，XX和YC的凝胶硬度与SPI的添加量呈正相关，且YC的凝胶硬度呈显著增大趋势(P<0.05)，变化趋势说明SPI可提升发酵籼米粉的凝胶性质，使得凝胶网络更加致密稳定[24]，糊化更加充分均匀[23]。

表2 SPI对发酵籼米粉凝胶硬度的影响

2.2 SPI-鲜湿米粉质构品质的分析

Sandhu等[5]曾使用TPA所测指标中硬度、咀嚼性表征马铃薯与大米淀粉混合所制面条的凝胶品质，胶黏性则可反映凝胶制品的内聚性，因此可采用TPA中硬度、咀嚼性、胶黏性指标结合分析SPI-鲜湿米粉的凝胶强度。如图1所示，于XX和YC两类籼米而言，2%、4% SPI-鲜湿米粉的硬度、咀嚼性、咀嚼性与空白组相比均呈显著增大趋势(P<0.05)，即内部结构有所增强，这与胡秀婷等[11]、李向阳等[25]、Detchewa等[26]研究结果相一致，原因可能是SPI的凝胶化作用促使米粉内部胶黏性增强，通过与淀粉颗粒结合，使得凝胶网络更加紧密来增强米粉的硬度及咀嚼性，改善了米粉的力学性能[10]。

2.3 SPI-鲜湿米粉蒸煮吸水率分析

米粉的蒸煮吸水率越高，其经烹饪后增重值越大，商业价值越高[27]。分析图2中的蒸煮吸水率，由于SPI具有强持水性，在持续高温高湿条件下SPI与米粉内部淀粉所构成的凝胶网络结构可能使得更多淀粉、SPI暴露出来导致吸水溶胀度增加，且愈发均匀致密有序的凝胶结构持水性越强[28]。SPI-鲜湿米粉蒸煮吸水率皆高于空白组，且XX与SPI添加量呈显著正相关(P<0.05)。研究表明凝胶制品凝胶强度的大小与蒸煮吸水率呈正相关关系[29,30]，说明SPI的添加可使得鲜湿米粉凝胶强度增大。

表1 SPI对发酵籼米粉糊化特性的影响

图1 SPI对鲜湿米粉硬度、咀嚼性、胶黏性的影响

图2 SPI对鲜湿米粉蒸煮吸水率的影响

SPI-鲜湿米粉凝胶质构和蒸煮品质的提升与SPI-发酵籼米混合粉凝胶化性质变化规律相似，即2%、4%SPI有利于米粉凝胶的形成，且XX的凝胶性能优于YC，说明鲜湿米粉凝胶品质与原料凝胶化过程存在较大的相关性，而显著性变化差异表明鲜湿米粉产品凝胶结构的形成不仅与原料凝胶性质相关，可能还受热挤压、成型等多重因素的影响。又因为鲜湿米粉的凝胶品质与淀粉结构变化密切相关[1,2]，为探究SPI-鲜湿米粉凝胶品质提升与淀粉结构变化的联系，可进一步通过FT-IR进行峰强度值测定分析。

2.4 FT-IR峰强度比值分析

在FT-IR光谱中，1 047 cm-1表征淀粉的结晶区结构，1 022 cm-1为淀粉无定形区结构，995 cm-1可表示淀粉分子之间的氢键结构[31]。因此R1 047/1 022 cm-1可作为淀粉短程有序结构的指标，而R1 022/995 cm-1可作为氢键强度的指标，R1 047/1 022 cm-1越高，R1 022/995 cm-1越低，短程有序性越强，淀粉氢键强度和结晶度越高[32]，淀粉凝胶网络结构更加紧密[33]。由表3可知，R1 047/1 022 cm-1与SPI添加量呈显著正相关(P<0.05)，R1 022/995 cm-1则反之，说明SPI可能与部分无序排列的淀粉结合，使有序结构增多，氢键强度和淀粉结晶度增强[34]。刘飞雁[35]曾研究外源蛋白的添加对面条淀粉短程有序结构的影响，得出淀粉短程有序性与外源蛋白的添加含量呈正相关，进一步通过电镜观察到蛋白对淀粉的包裹作用明显增强。即SPI可能通过增强鲜湿米粉内部淀粉短程有序性使得米粉凝胶品质提升。

表3 FT-IR测定SPI-鲜湿米粉的R1 047/1 022 cm-1、 R1 022/995 cm-1峰强度值

3 结论

随着SPI的添加，鲜湿米粉的凝胶品质有所提升，体现为硬度、咀嚼性、胶黏性增大，蒸煮吸水率上升。分析得到，凝胶品质提升与原料的凝胶化性质变化相关，即糊化特性中峰值黏度、谷值黏度、最终黏度增加，崩解值减小，凝胶硬度增大。FT-IR峰强度比值表征了鲜湿米粉内部淀粉结构变化，数据显示R1 047/1 022 cm-1峰强度比值增加，R1 022/995 cm-1峰强度比值降低，峰强度比值变化规律皆指向淀粉短程有序性提升，这可能与米粉的凝胶品质存在密切联系。未来可针对更高添加范围的SPI影响发酵籼米淀粉凝胶化的阶段性行为、条件控制及相关机理进行深入探究。