糜子直链淀粉、蛋白质含量对其外观品质及食味品质的影响

李冬梅，王洪露，龚 瑶，曹梓微，李佳雨，冯佰利

（西北农林科技大学农学院，旱区作物逆境生物学国家重点实验室，陕西 杨凌 712100）

糜子耐旱、耐瘠、生育期变幅大[1]，是干旱和半干旱地区重要的粮食作物和经济作物。近年来，人们对糜子的需求逐渐由产量向品质转变，解析糜子品质特性，培育适口性好，品质优良的优质专用品种是糜子品种改良的方向[2]。糜子淀粉和蛋白质不仅是糜子营养品质的重要构成因素，其含量也直接影响食味品质[3]。糜子淀粉是多糖的一种，含量在70%左右，分为直链淀粉和支链淀粉[4]。罗志祥等[5]研究表明，不论粳稻或籼稻，直链淀粉含量与硬度、咀嚼性和弹力性呈极显著正相关，而与黏度呈极显著负相关。杨清华等[6]研究表明，粳性糜子粉糊化特性指标均显著高于糯性糜子，粳性糜子饭吸水率、体积膨胀率、米汤固形物含量、米汤碘蓝值均高于糯性糜子。蛋白质作为糜子中第2大类贮藏物质，质量分数一般为13.6%～17.9%。其含量的高低与糜子的蒸煮食味品质有着密切联系，特别是对某些缺乏直链淀粉的糯性糜子尤为明显[7]。石吕等[8]以3 个常规籼稻品种和3 个常规粳稻品种为供试材料研究表明，蛋白质含量与崩解值以及峰值黏度分别呈显著负相关，并且与消减值之间呈极显著正相关。Zhu Lijia等[9]研究也发现，大米蛋白质含量不同是导致米粉与其对应的淀粉糊化特性差异的主要原因之一。Zhou Zhongkai等[10]研究发现米粉经蛋白酶处理后，其峰值黏度和最终黏度发生了显著变化。然而，目前大多研究关注直链淀粉、蛋白质对大宗作物的影响，对糜子品质影响的研究报道较少。因此，本研究选择直链淀粉和蛋白质含量存在显著差异的4 个糜子品种，探究直链淀粉、蛋白质含量对糜子外观及食味品质的影响，旨在为糜子品质育种改良、深加工以及品质评定提供有力的理论基础，以期为我国糜子产业的可持续、健康、绿色发展提供数据理论和参考[11]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试材料为4 个直链淀粉、蛋白质含量存在显著差异，生育期基本一致的糜子品种（表1、图1），由西北农林科技大学小宗粮豆研究中心提供。东乡朵麻糜、黑糜子直链淀粉含量高，属于粳性品种。蚂蚱眼、小红黍直链淀粉含量低属于糯性品种。东乡朵麻糜、蚂蚱眼蛋白质含量高，而黑糜子、小红黍蛋白质含量相对较低，各品种间存在显著差异。

表1 糜子营养组分含量Table 1 Nutrient contents of proso millet

图1 东乡朵麻糜（A）、黑糜子（B）、蚂蚱眼（C）、小红黍（D）Fig.1 Photographs of Dongxiangduomamei (A),Heimeizi (B),Mazhayan (C) and Xiaohongshu (D) proso millet

直链淀粉试剂盒 北京索莱宝科技有限公司；五水合硫酸铜、硫酸钾、浓硫酸、石油醚、乙醇-百里酚蓝、氢氧化钾等化学试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

KjeltecTM8400全自动凯氏定氮仪 瑞典FOSS公司；自动考种仪 杭州万深检测科技有限公司；Ci7600色度仪 爱丽丝（上海）色彩科技有限公司；S-3400N扫描电子显微镜 日本日立公司；S3500激光粒度仪 美国麦奇克公司；RVA-4500快速黏度仪 瑞典波通公司；Q2000差示扫描量热仪 美国TA公司；DHR-1旋转流变仪 美国Waters公司；TMS-pilot质构仪美国FTC公司。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

将糜子收获后晒干，实验室放置一段时间平衡水分，后使用砻谷机脱壳，将脱壳籽粒磨粉，过100 目筛，置于4 ℃冰箱备用。

1.3.2 营养品质的测定

直链淀粉含量用索莱宝公司直链淀粉试剂盒测定。蛋白质含量采用凯氏定氮法，用全自动凯氏定氮仪进行测定[12]。脂肪含量采用索氏抽提法[13]测定。

1.3.3 籽粒外观品质的测定

1.3.3.1 籽粒长、宽、长宽比测定

使用自动考种仪测定脱壳后籽粒长、宽和长宽比。

1.3.3.2 籽粒千粒质量的测定

使用自动数粒机数1000 粒脱壳后糜子籽粒，每个样品重复5 次，使用分析天平称取千粒质量。

1.3.3.3 粒色测定

使用色度仪测定脱壳后糜子籽粒的颜色，颜色特性分别使用L*、a*和b*表示。L*代表亮度；a*代表红色（＋）和绿色（-）；b*代表黄色（＋）和蓝色（-）。总色差按式（1）计算：

1.3.4 颗粒形态观察

采用电子显微镜进行观察，取少量样品均匀地洒在双面胶上并固定于载物台，真空条件下用离子溅射喷镀仪将其喷金，于真空干燥器中干燥保存。电镜加速电压为50 kV，放大倍数为2000 倍。

1.3.5 颗粒大小分析

使用激光衍射粒度分析仪测量粒度大小，具体操作如下：在烧杯中放入1 L蒸馏水，向水中缓慢加入糜子粉，直至糜子粉量达到一起要求，点击仪器进行分析。

1.3.6 糜子粉吸水率、吸油率的测定

吸水率：准确称取0.5 g样品于10 mL离心管中，加入5 mL蒸馏水，混合均匀后，4000 r/min离心15 min倒去上清液，称取质量，吸水率按式（2）计算：

式中：m2为离心后总质量/g；m1为离心前样品与离心管总质量/g；m为样品质量/g。

吸油率：准确称取0.5 g样品于10 mL离心管中，加入5 mL食用油，混合均匀后，4000 r/min离心倒去上清液，称取质量，吸油率按式（3）计算：

式中：m2为离心后总质量/g；m1为离心前样品与离心管总质量/g；m为样品质量/g。

1.3.7 糜子粉糊化特性的测定

称取含水量为14%的样品3.0 g，加入25.0 mL蒸馏水混合均匀，放于RVA仪。程序设置：50 ℃保持1 min，用3.45 min将温度从50 ℃加热到95 ℃，在95 ℃下保持2.4 min，3.45 min将温度降至50 ℃，最后在50 ℃保持1 min。

1.3.8 糜子全粉胶稠度的测定

称取0.1 g样品放入试管，加入95%乙醇-百里酚蓝溶液0.2 mL，使样品充分分散而不沉淀结块，然后加0.2 mol/L的KOH溶液2.0 mL，并轻轻摇动试管，把试管放入沸水浴锅中，用保鲜膜封口，加热8 min。结束后，放在试管架冷却10 min，再放入冰水浴内20 min，取出。水平放置试管，静置1 h。观察米胶长度。

1.3.9 糜子粉热特性的测定

称取3 mg样品置于坩埚中，并加入6 mg水，以空坩锅为对照，密封平衡，室温下过夜，30～110 ℃以10 ℃/min加热速率扫描。

1.3.10 糜子粉流变特性的测定

称取样品0.4 g，加蒸馏水6.0 mL，搅拌均匀后放于100 ℃水浴锅中加热糊化10 min。取2 mL糊化后样品置于流变仪测试平台，测定选用40 mm锥形版夹具，设置间隙为0.1 mm，设置flow模式，对样品进行频率扫描，扫描范围为1～100 s-1，温度为95 ℃，并在周围抹甲基硅油，防止水分挥发。

1.3.11 蒸煮特性的测定

称取2.0 g糜子米，蒸馏水冲洗后加30 mL蒸馏水蒸煮30 min，取出后放置30 min。

使用pH计测定米汤pH值。

将米汤定容至45 mL并转移至离心管中，4000 r/min离心5 min，取离心后米汤10 mL放置于烘干的铝盒中，105 ℃烘箱中烘至恒质量，使用分析天平称量，获取米汤干物质质量。

以蒸馏水为对照，于波长660 nm处测定米汤透光率。

将米饭放在纱布中0.5 h以去除米汤，然后称取质量为米饭质量，利用排水法测定体积为米饭体积。计算米饭吸水率及米饭体积膨胀比，按式（4）、（5）计算：

1.3.12 糜子饭质构特性测定

在中部米饭层，挑选3 粒完整的米饭，3 粒米饭辐射状摆放于质构仪的载物平板上进行质构测定。使用配有5.0 kg称质量传感器的质构仪对糜子饭质构进行分析。采用P/36平底柱形探头，测试前速率1.00 mm/s，测试速率0.50 mm/s、返回速率1.00 mm/s、压缩程度70.0%，2 次压缩间停留时间为5 s，触发值为5.0 g，每个样品重复10 次。

1.4 数据处理

使用SPSS软件进行方差分析和多重比较，Origin软件制图。

2 结果与分析

2.1 糜子直链淀粉、蛋白质含量对脱壳后籽粒外观品质的影响

籽粒的外观品质包括颜色、大小、粒质量等，不仅影响消费者对谷物的喜爱程度，还会影响蒸煮品质[14]。籽粒的粒长、粒宽、长宽比和千粒质量对谷物的外观和产量具有重要作用，颜色对消费者接受度有很大的影响[15]。由表2可知，直链淀粉含量高的糜子品种籽粒亮度值、色差分别为54.80～65.28、58.09～71.62，而直链淀粉含量低的品种籽粒亮度值、色差分别为71.84～72.20、76.97～78.49。直链淀粉含量低的糜子品种亮度值、色差显著高于直链淀粉含量高的品种，这说明直链淀粉含量存在显著差异其籽粒颜色也存在肉眼可见的差异。这可能是直链淀粉的存在会影响籽粒透光性[3]。蛋白质含量高的糜子品种与蛋白质含量低的品种外观品质没有显著差异。

表2 直链淀粉、蛋白质含量对脱壳后糜子籽粒外观品质的影响Table 2 Effects of amylose and protein contents on grain appearance quality of proso millet

2.2 直链淀粉、蛋白质含量对糜子全粉颗粒形态的影响

如图2所示，放大2000 倍可清楚观察到，糜子淀粉颗饱满呈现近球形或规则的多边形结构，轮廓清晰且表面附着蛋白质基质。但大小存在差异。这可能是由于遗传背景、环境因素不同导致。直链淀粉、蛋白质含量不同的糜子品种颗粒形态没有显著差异。

图2 直链淀粉、蛋白质含量对糜子全粉颗粒形态的影响Fig.2 Effects of amylose and protein contents on particle morphology of whole proso millet flour

2.3 直链淀粉、蛋白质含量对糜子全粉粒度分布的影响

由表3可知，直链淀粉含量高与直链淀粉含量低的糜子全粉粒径没有显著差异；蛋白质含量高的糜子品种，全粉颗粒尺寸显著大于蛋白质含量低的糜子品种。蛋白质含量高，蛋白质在淀粉中填充的更加致密，导致籽粒硬度较大，影响其吸水。如图3所示，糜子全粉颗粒均主要呈现单峰分布，峰值对应的粒度值较大。

表3 直链淀粉、蛋白质含量对糜子粒度分布的影响Table 3 Effects of amylose and protein contents on particle size distribution of whole proso millet flour μm

图3 直链淀粉、蛋白质含量对糜子全粉颗粒体积分布的影响Fig.3 Effects of amylose and protein contents on particle volume distribution of whole proso millet flour

2.4 糜子直链淀粉、蛋白质含量对全粉吸水率、吸油率的影响

蒸煮前糜子吸水率对食味品质鉴定有重要意义，吸水不充足，淀粉就得不到充分糊化和膨胀，最终导致糜子饭偏硬。吸油性可以改善口感和风味，在食品加工及食品品质方面有着至关重要的作用[16]。

由图4可知，直链淀粉含量高的糜子品种，全粉吸水率、吸油率均显著低于低直链淀粉品种；蛋白质含量相对较高的糜子品种较蛋白含量低的品种具有较低吸水率、较高吸油率。这可能是因为直链淀粉为紧密封闭的螺旋线形结构，这种结构有利于形成较强的分子内氢键，不利于水分子接近，从而降低了吸水率[17]。蛋白质二硫键的交联作用使蛋白质在淀粉周围形成网状结构，使米粒结构更加紧密[18]，阻止水分子进入能力强，吸水量减少[19]。同时，蛋白质分子结构疏松，疏水基团暴露，导致结合更多数量的油，促使持油力增强[20]。

图4 直链淀粉、蛋白质含量对糜子全粉吸水率和吸油率的影响Fig.4 Effects of amylose and protein contents on water and oil absorption percentages of whole proso millet flour

2.5 糜子直链淀粉、蛋白质含量对糊化特性的影响

2.5.1 糜子直链淀粉含量对粉糊化特性的影响

由表4可知，直链淀粉含量高的糜子品种全粉谷值黏度、终值黏度、回生值、糊化时间、糊化温度均显著高于直链淀粉含量低的糜子品种。表明直链淀粉含量越高，糜子全粉越难糊化，糊化需要更高温度。研究表明，直链淀粉分子间结合力比支链淀粉分子间结合力强[21]，因此随着直链淀粉含量的提高，淀粉变得越难糊化，糊化温度也相应升高。

表4 直链淀粉、蛋白质含量对糜子全粉糊化特性的影响Table 4 Effects of amylose and protein contents on the gelatinization characteristics of whole proso millet flour

2.5.2 糜子蛋白质含量对糊化特性的影响

由表4可知，蛋白质含量高的糜子品种全粉峰值黏度、谷值黏度、破损值、终值黏度、回生值均显著低于蛋白质含量低的糜子品种，而糊化时间、糊化温度显著高于蛋白质含量低的品种。这些结果在一定程度上与前人研究[22-23]发现蛋白质含量与峰值黏度、终值黏度、谷度黏值、破损值、回生值呈显著或者极显著负相关一致。蛋白质含量越高，其在淀粉中填充越多且越紧密，改变了淀粉吸水性，且蛋白质与淀粉竞争吸水，最终使淀粉不能充分膨胀，糊化程度降低[24]。Fitzgerald等[25]研究表明，在糊状形成过程中蛋白质形成的“变性蛋白凝胶基质”为淀粉颗粒提供机械支持，抑制其最大膨胀，加强其完整性，限制其滤出和破裂，降低糊化程度。

2.6 糜子直链淀粉、蛋白质含量对全粉胶稠度的影响

胶稠度是淀粉胶体的流体特性，显示淀粉米胶冷却后的延展性，即柔软性。由图5可知，直链淀粉含量低的糜子品种稠度显著大于直链淀粉含量高的品种。胶稠度是直链淀粉和支链淀粉两类分子综合作用的结果。一般低直链淀粉的品种胶稠度较长，冷却后淀粉的流动性好，即胶稠度值大。蛋白质含量低的糜子品种胶稠度显著大于蛋白质含量高的品种。蛋白质含量较高的糜子品种，蛋白质与淀粉紧密结合，影响淀粉的吸水膨胀，从而导致胶稠度变短。

图5 直链淀粉、蛋白质含量对糜子全粉胶稠度的影响Fig.5 Effects of amylose and protein contents on the gel consistency of whole proso millet flour

2.7 直链淀粉、蛋白质含量对糜子全粉热特性的影响

2.7.1 直链淀粉含量对糜子全粉热特性的影响

由表5可知，直链淀粉含量低的糜子品种起始温度、峰值温度、终点温度和热焓值均高于直链淀粉含量高的糜子品种。可能是支链淀粉具有较高的持水能力，使体系内自由水含量减少，影响淀粉的膨胀，抑制了淀粉的糊化，因此支链淀粉含量高的糜子品种会呈现更高的温度范围，且相邻支链淀粉双螺旋链具有较强的相互作用力[26]。因此，与直链淀粉含量高的糜子品种相比直链淀粉含量低的糜子品种具有更高的糊化温度和更高的热焓值。

表5 直链淀粉、蛋白质含量对糜子全粉热力学特性的影响Table 5 Effects of amylose and protein contents on thermodynamic characteristics of whole proso millet flour

2.7.2 蛋白质含量对糜子全粉热特性的影响

由表5可知，与蛋白含量低的糜子品种相比，蛋白质含量高的品种具有更高的起始温度、峰值温度、终点温度，较低的糊化焓值。表明，蛋白质含量越高，全粉越难糊化。这可能是由于蛋白质与淀粉形成复合物，阻止水分的进入[27]，于是需要更多的初始能量破坏这一结合体，表现为糊化起始温度和峰值温度升高，一旦淀粉-蛋白结合体遭到破坏，淀粉颗粒很容易发生凝胶，直接表现为糊化焓值下降[19]。

2.8 直链淀粉、蛋白质含量对糜子全粉流变学特性的影响

2.8.1 直链淀粉、蛋白质含量对糜子全粉静态流变学特性的影响

如图6所示，直链淀粉含量较高的糜子品种剪切黏度在剪切速率0～90 s-1快速下降，直链淀粉含量较低的糜子品种剪切黏度在剪切速率0～50 s-1快速下降，且最后都趋于稳定，表明糜子粉是剪切变稀体系。糜子粉在剪切力作用下，破坏了淀粉和淀粉，淀粉和蛋白之间互相连接形成的网状结构，使淀粉和蛋白被水分子包围，水的黏度低，故糜子粉黏度快速下降[28]。当剪切速率达到某一数值时，分子的定向排列基本完成，黏度就会趋于稳定[29]。相同剪切速率，直链淀粉含量高的糜子品种具有更高的剪切黏度。这可能是，糜子粉糊化中，直链淀粉形成的凝胶网状结构使样品具有弹性，支链淀粉不能形成凝胶使样品保持一定的流动性[30]。在直链淀粉含量较高的粳性糜子品种中，蛋白质含量高的品种，剪切黏度小，蛋白质含量对直链淀粉含量低的糯性糜子品种剪切黏度影响不大。这可能与蛋白质与直链淀粉和支链淀粉相互作用不同有关。

图6 直链淀粉、蛋白质含量对糜子全粉静态流变的影响Fig.6 Effects of amylose and protein contents on static rheological properties of whole proso millet flour

2.8.2 直链淀粉、蛋白质含量对糜子粉动态流变学特性的影响

储能模量（G’）代表样品的刚度和弹性，G’值越大表明弹性越大[31]。损耗模量（G”）代表样品黏度和流动，G”值越大表明黏性越大[32]。

如图7A所示，糜子粉G’在角频率0～200 rad/s缓慢增加；随后随着角频率的增加，快速增加。直链淀粉含量高的糜子品种G’明显大于直链淀粉含量低的糜子。可能是由于直链淀粉含量越高，氢键含量越多，氢键的增多促使全粉弹性增大[33]。较蛋白含量高的糜子品种，蛋白含量低的品种具有较高的G’。

如图7B所示，糜子粉G”在低角频率0～300 rad/s缓慢增加，300～450 rad/s快速增加，高角频率450～700 rad/s快速下降。低直链淀粉糜子品种G”值显著高于高直链淀粉糜子品种。这可能是脂肪颗粒可以和螺旋状直链淀粉分子结合生成复合物，抑制淀粉颗粒的膨胀和溶解，导致直链淀粉含量高的糜子品种黏度下降。较2 个蛋白含量低的糜子品种而言，蛋白含量高的品种在角频率400 rad/s损耗模量出现了明显下降。蛋白质含量高的糯性糜子G”高于蛋白质含量低的糯性糜子，而蛋白含量高的粳性G”低于蛋白含量低的粳性糜子。

图7 直链淀粉、蛋白质含量对糜子全粉储能模量（A）和损耗模量（B）的影响Fig.7 Effects of amylose and protein contents on storage modulus (A) and loss modulus (B) of whole proso millet flour

2.9 直链淀粉、蛋白质含量对糜子蒸煮特性的影响

2.9.1 直链淀粉含量对糜子蒸煮特性的影响

由表6可知，粳性糜子饭吸水率、体积膨胀率、米汤固形物含量、碘蓝值均显著高于糯性糜子，而米汤透光率显著低于糯性糜子。这可能是粳性糜子直链淀粉含量高，在蒸煮过程中，比糯性糜子有更多的直链淀粉溶入米汤中，因此粳性糜子米汤碘蓝值显著高于糯性糜子。直链淀粉导致籽粒内部结构紧密均一，内部大分子物质及进入内部的水分被牢牢地锁住[34]，从而导致粳性糜子饭吸水率和体积膨胀率增大。与糯性糜子品种相比，粳性糜子品种米粒更容易破裂，可溶性固形物易进入外部环境，导致溶入米汤中的固形物增多，所以粳性糜子米汤干物质含量显著高于糯性糜子。

表6 直链淀粉、蛋白质含量对糜子蒸煮特性的影响Table 6 Effects of amylose and protein contents on cooking characteristics of proso millet

2.9.2 蛋白质含量对糜子蒸煮特性的影响

由表6可知，蛋白含量高的品种糜子饭吸水率、体积膨胀率、米汤pH值显著低于蛋白质含量低的品种。在米饭蒸煮过程中，糜子蛋白质基质形成网状结构加固已膨胀的淀粉，限制其膨胀、破裂，阻止直链淀粉和固体内容物外渗[22]。因此，蛋白质含量高的品种，糜子饭体积膨胀率、米汤干物含量、碘蓝值低于蛋白含量低的品种。

2.10 直链淀粉、蛋白质含量对糜子饭质构特性的影响

2.10.1 直链淀粉含量对糜子饭质构特性的影响

由表7可知，粳性品种糜子饭硬度更大，更耐咀嚼，而蒸煮后的糯性品种糜子饭黏附性和内聚力更大。即直链淀粉含量越高，糜子饭硬度越大、黏附性越小，这与王晓琳[35]研究一致。在蒸煮过程中，直链淀粉含量高的品种会游离出更多的淀粉并附着在米饭表明形成一层薄膜导致硬度增加[36]。

2.10.2 蛋白质含量对糜子饭质构特性的影响

由表7可知，蛋白质含量高的品种，糜子饭硬度大，黏着性小，耐咀嚼。蛋白质含量高的品种，含二硫键越多，加热时越容易形成蛋白质高聚体以及与淀粉形成的网络结构，降低了淀粉的水和效果，进而使吸水量减少，溶解度降低，最终导致米饭较硬口感较差[37]。

表7 直链淀粉、蛋白质含量对糜子质构特性的影响Table 7 Effects of amylose and protein contents on texture characteristics of cooked proso millet

3 结论

直链淀粉含量显著影响糜子籽粒亮度值、色差，蛋白质含量对糜子外观品质影响不大。直链淀粉含量高的糜子品种，全粉呈现低吸水率、吸油率、胶稠度，高糊化黏度、糊化温度、糊化时间，糜子饭呈现高吸水率、体积膨胀率、硬度；蛋白质含量高的糜子品种，全粉呈现低吸水率、糊化黏度、糊化焓值，高吸油率、起始温度、峰值温度；糜子饭呈现低吸水率、体积膨胀率，高硬度。

综上所述，高直链淀粉、蛋白质含量显著影响糜子的食味品质，直链淀粉、蛋白质含量高的糜子品种蒸煮性差、能耗高、蒸煮时间长，所以在糜子品质育种工作中，一定范围内降低直链淀粉与蛋白质含量，是提高糜子食味品质的关键。