中国农业大学研究生院(中国农业大学研究生院招生网)
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大米作为世界上主要的粮食作物，是全世界一半以上人口的主食。米饭的质构、香气、滋味等食味品质是决定消费者可接受程度的重要因素。解析米饭风味品质形成过程中大米组分的参与机制和内在关联性，对于针对性优化米饭食味品质具有重要意义。近年来，研究人员逐渐意识到明确蒸煮过程中大米蛋白的变化规律，解析大米蛋白与米饭食味品质的关联性，是全面了解米饭风味特征形成机制和变化规律不可或缺的重要环节。
中国农业大学食品科学与营养工程学院张栋昊，蔡妍培，吴继红*等归纳分析大米蛋白与米饭质构、滋味、香气特征的关联性，并对比探讨基于大米蛋白质的米饭风味品质调控手段和方法，为米饭食味品质的提升和改善研究提供参考。
1、大米蛋白概述
大米蛋白的组成
大米中蛋白质分布不均匀，胚和糊粉层内蛋白质均多于胚乳内部，整体表现为由外至内总蛋白质含量逐渐降低。谷物蛋白具体分为可溶于水的清蛋白、可溶于盐溶液的球蛋白、可溶于乙醇的醇溶蛋白、可溶于稀酸或稀碱溶液的谷蛋白。清蛋白易溶于水。球蛋白易溶解于盐溶液中。大米醇溶蛋白易溶解于体积分数60%～70%乙醇溶液中。谷蛋白是大米中含量最丰富的蛋白质，仅能溶解于酸性（pH＜4）或碱性（pH＞10）溶液中。
加工利用过程中大米蛋白的变化
大米在加工、食用过程中蛋白质结构和功能特性会发生变化（表1），而这些变化与米饭食用消费和消化吸收密切相关。经超高压、超声波或蒸汽蒸煮等加工手段处理后，大米蛋白的结构和功能特性均发生显著的变化，如无规卷曲程度、溶解性、乳化性等。大米蛋白及其水解后产生的多肽和氨基酸具有极高营养价值和功能性，不仅可以诱导淀粉抗消化，抑制餐后血糖和胰岛素水平升高，还表现出极强的抗氧化活性和血管紧张素转换酶抑制活性。
2、大米蛋白对米饭食味品质的影响
大米蛋白对米饭质构特征的影响
质构特性代表了米饭的适口性（黏性、弹性、软硬度），在米饭食味品质评价中占有较大的比重。通常质构特性参数在一定程度上能反映米饭适口性的优劣。
蒸煮过程中淀粉的糊化程度被认为是决定米饭质构特征的主要因素。但是填充在淀粉颗粒间的蛋白质作为一个天然薄膜屏障，对淀粉颗粒具有保护作用，会阻隔水分并抑制淀粉的糊化和膨胀（图1），进而间接影响米饭的质构特征。淀粉的糊化程度随蛋白质含量的升高而降低，而且大米蛋白质含量与直链淀粉含量呈现显著的负相关性。随着蛋白质含量的增加，米饭的硬度升高，黏度和弹性降低。当稻米碾磨程度增加时，外层蛋白质含量较高的米糠层被逐渐剥落。大米蛋白质含量的降低减弱了蛋白质与直链淀粉的相互作用，促进了淀粉分子内部氢键和凝胶网络的形成，进而体现为米饭具有更佳的黏弹性口感和外观。通过添加蛋白酶或碱液去除蛋白质，以及利用巯基乙醇破坏蛋白质肽链之间的二硫键，会引起大米粉的糊化温度降低和峰值时间缩短，而且蒸煮后的米饭大多变软。由此可知，蛋白质通过二硫键或非共价键链接而成的网络结构，以及蛋白质的水合作用均是影响米饭质构特征的重要因素。但是，这些方法均以间接方式表征蛋白质与米饭质构品质之间的关联，而且大米粉与米饭之间的物理存在状态已相差甚远。使用强碱溶液或蛋白酶去除蛋白质会破坏淀粉粒的结构，因此难以客观反映蛋白质对米饭质构品质的影响。由于蛋白质含量与米饭质构特征之间并非单一的线性关系，且米饭质构特性随各种蛋白质组成比例的变化而改变，所以在部分研究结果中并未发现大米蛋白质与米饭食味品质之间存在关联。综上所述，蛋白质通过与淀粉竞争吸水或抑制淀粉吸水，使得淀粉不能充分糊化，进而体现为高蛋白质含量的米饭黏度低、硬度大。通过调整大米各蛋白组分比例关系，或许能够实现淀粉糊化和米饭质构的调控优化，进而获得理想的食用品质。
大米蛋白对米饭香气特征的影响
米饭香气特征是决定消费者接收程度和食用愉悦性的关键因素，具有良好香气特征的香米备受消费者青睐。目前，已鉴定出的米饭香气化合物高达数百种，蒸煮过程中发生的美拉德反应和脂肪分解是米饭香气化合物主要的生成途径。具有强烈爆米花香味特征的2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）被认为是米饭中最关键的香气化合物，也是区分香稻与非香稻的主要依据。大米中蛋白质对米饭香气特征的影响主要体现在两方面：蛋白质水解产生的氨基酸、肽类等参与美拉德反应生成醛、酮、呋喃、吡嗪等香气化合物（图2），另一方面蛋白质通过范德华力、离子键、氢键和疏水相互作用与香气化合物发生可逆和不可逆性结合，影响香气化合物释放。
由于大米中蛋白质分布不均匀（由外向内逐渐减少），碾磨时大米外层蛋白质大量损失。脯氨酸是2-AP生物合成的前体之一，水稻种植期间在叶面喷涂脯氨酸不仅显著增加稻米中蛋白含量，所产稻米制作米饭中的2-AP含量也明显增加。在米粉制作过程中添加大豆分离蛋白的电子鼻分析响应值增加，新生成7 种挥发性香气化合物，感官接受度更高。糙米蛋白中气味化合物的含量和种类均显著高于大豆和豌豆蛋白。米糠虽含有大量优质蛋白质，但受制于其功能性差和难闻的气味，严重限制了米糠蛋白的商品化进程。但是，通过强化美拉德反应，促进吡嗪类化合物的生成可以改善米糠蛋白的香气特征。从以上研究结果中可以发现蛋白质含量的增加有助于促进美拉德反应和香气化合物的生成，但是否有助于米饭香气品质的改善还需进一步的研究以获得更直接的证据。更高的蛋白质含量有利于促进米饭中美拉德反应从而生成更多的香气化合物，但由于香气化合物呈香的多样性和感知的复杂性，蛋白质与米饭香气特征之间的量效关系还没有较明确的结论。
大米蛋白对米饭滋味特征的影响
由于米饭味道平淡，对其滋味的关注较少。食物中的蛋白质在蒸煮过程中会发生氧化、降解、聚合等反应，生成肌苷酸、氨基酸、肽等物质，与食物中自有的游离氨基酸共同决定滋味特征。部分氨基酸的呈味特征及其阈值如图3所示。甜味和鲜味是米饭的主要滋味特征，主要受游离糖（如葡萄糖、蔗糖）和游离氨基酸（如谷氨酸、天冬氨酸）含量的影响。利用味感感官评价法、滋味活性值法、电子舌评价法可对不同品种大米的滋味特征进行有效的区分。
在以往的研究中发现，具有鲜味特征的谷氨酸对米饭味感贡献最大。对于不同的蒸煮方式，高压蒸煮后的米饭吸水率、膨胀率、碘蓝值均高于其他方式，且感官滋味品质评价最优。此外，米粒膨胀率与米饭的滋味感官评价值呈显著正相关（r＝0.63）。米饭感官滋味与蛋白质含量呈现极显著的负相关性。大米所制作米饭的滋味感官评分随蛋白质含量的升高而逐渐降低（由18.17 分下降至11.50 分）。然而使用大米蛋白水解物替代鸡蛋制作蛋卷并不会造成蛋卷滋味特征明显变化，而且整体风味特征更优。大米储藏黄变过程中鲜味和甜味氨基酸的含量明显降低。而且随着储藏年限的增加，米饭滋味品质发生明显的劣变。滋味感官评价得分与清蛋白羰基含量呈显著正相关（r＝0.921），与谷蛋白二硫键含量呈显著负相关（r＝－0.956）。虽然普遍认为蛋白质分解生成的氨基酸能够改善食物的滋味特征，但是目前对米饭滋味特征的研究结果并不完全支持此观点，一方面可能是因为稻米蛋白质与米饭滋味品质之间并非简单的线性关系，另一方面可能是因为蛋白质水解物呈味特征的复杂性和多变性，因而还需进行深入的系统性研究。
3、米饭食味品质的改善方法
加工方式对米饭食味品质的影响
近年来，诸多研究人员围绕米饭食味品质的提升优化，从育种、种植、储藏、加工、烹饪等层面开展诸多研究。改善稻米产量和口感的异源三聚体G蛋白亚基GS3基因和DEP1基因。种植期间增加氮肥的施加量可以提高稻米蛋白质含量、碾磨得率和透明度，降低稻米的垩白度。超高压、冷等离子体等预处理加工方法一方面能够改变大米中蛋白质的二级结构，影响蛋白质、淀粉分子间的相互作用，进而改善米饭的质构特征；另一方面可以促进蛋白质、氨基酸的降解和激活大米中内源酶活性，从而促进米饭中香气和滋味化合物的生成。不同预处理和加工方式对米饭食味品质的影响如表2所示。
蛋白质与香气化合物的相互作用对香气品质的影响
调控大米蛋白质与香气化合物的结合过程也可实现米饭香气品质的优化和改善。蛋白质与香气化合物之间可逆（如疏水相互作用）和不可逆（如共价键）的物理吸附或化学反应是影响食品基质中香气化合物保留和释放的重要因素。目前研究已报道的不同来源蛋白质与各种香气化合物之间的作用方式、影响因素和表征手段如图4所示。酚类物质和花青素的吸附量并未呈现明显的蛋白质剂量依赖性，蛋白质含量最低时反而吸附量更高。而醛类、酮类、酸类和醇类（辛醇除外）挥发性化合物的吸附量却随蛋白含量的增加明显升高，呈现明显的蛋白质剂量依赖性。据此推断，米饭蒸煮过程中香气化合物的释放过程与大米蛋白质之间也存在必然的联系。然而，目前相关研究多集中于动物源蛋白质，关于大米蛋白质与米饭香气化合物之间相互作用的研究目前鲜有报道。
4、结 语
淀粉作为大米的主要组成成分，近年来关于淀粉含量、支/直链淀粉构成与米饭食味品质的相关性研究已有大量的报道。但对于阐释米饭风味品质形成规律方面仍存在不足，目前正逐渐丰富蛋白质对米饭食味品质影响方面的研究。大米蛋白质一方面会通过直接或间接的方式抑制淀粉的吸水糊化过程，使得米饭黏度低、硬度高，影响米饭的适口性；另一方面，蛋白质水解后生成的多肽、氨基酸等不仅影响米饭的滋味特征，而且还通过参与美拉德反应产生多种香气化合物，影响米饭的香气品质。但目前涉及大米蛋白与米饭风味特征的研究均以相关性分析为主，缺少对米饭蒸煮过程中蛋白质变化和风味特征变化的深入研究。通过梳理发现，较多的研究结果表明高蛋白质含量的米饭食味品质较差，特别是米饭质地偏硬、适口性差。同时，也鲜有研究发现高蛋白质含量的米饭具有更佳的香气特征。究其原因，一方面，相关研究以感官评价为主，难以避免外部环境和主观因素对实验结果造成的干扰和影响，对于准确量化分析大米蛋白质与米饭香气、滋味化合物之间的关联性和量效关系存在较大的缺陷；另一方面，大米蛋白各组分性质差异较大，无合适的提取分离方法，米饭蒸煮过程中大米蛋白各组分的变化规律缺少系统性深入研究，关键差异蛋白尚不明确。此外，目前尚缺少恰当的手段动态监测米饭中香气化合物生成和释放规律，以建立与米饭组成成分变化之间的关联。再加上米饭中蛋白质、淀粉、脂质等成分形成了复杂的复合物，如何优化和选择适宜的检测方法也成为探究米饭风味特征变化的难点。但值得肯定的是，阐明米饭组分与风味特征之间的生成和释放关系，对于指导稻米育种优化、米饭品质评价和大米精深加工具有重要的理论研究价值，也是未来研究的一个重要方向。
本文《大米蛋白质与米饭食味品质关联性研究进展》来源于《食品科学》2023年44卷09期270-277页.作者：张栋昊，蔡妍培，劳菲，吴继红. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220531-376. 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
实习编辑：彭凯雄 ；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。
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