超聲波處理對(duì)糯米全粉凝膠特性的影響及其機(jī)制

楊秋曄，劉亞偉，劉 潔

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

糯米是經(jīng)糯稻去殼加工而成的米，呈不透明或者半透明的白色。糯米中主要含支鏈淀粉（占總淀粉質(zhì)量的98%）[1]和少量直鏈淀粉（占總淀粉質(zhì)量1.0%～2.3%）[2]。糯米粉加水調(diào)成團(tuán)經(jīng)蒸煮糊化冷卻后可形成凝膠，糯米粉凝膠具有黏度大、不易回生且透明度較高等特點(diǎn)[3]，因此常被亞洲人用于制作湯圓、粽子、年糕、糍粑等傳統(tǒng)食品。糯米粉凝膠具有良好的凍融穩(wěn)定性[4]，有利于冷凍食品在凍融循環(huán)過程中保持水分，相較于其他稻米粉，更適宜冷凍食品的制作。目前許多糯米粉凝膠制品例如湯圓，在冷凍處理以及保藏過程中會(huì)出現(xiàn)不同程度的脫粉、開裂、塌陷以及煮制后黏牙等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了湯圓的品質(zhì)。這是因?yàn)榕疵追蹐F(tuán)缺乏延展性且本身持水性較差，使得粉團(tuán)內(nèi)部水分分布不均勻，在冷凍過程中由于熱量交換，糯米粉團(tuán)內(nèi)的水分迅速冷凍產(chǎn)生冰晶使得湯圓皮發(fā)生脫水收縮；同時(shí)，餡料內(nèi)的水分結(jié)冰膨脹形成內(nèi)壓從而引起湯圓皮開裂和脫粉[5]。目前工業(yè)上改善糯米凝膠的方法主要為使用添加劑，如添加乳化劑、增稠劑和復(fù)配食用膠[6]。糯米全粉中淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)80%以上[7]，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%～8%[8]，因此糯米全粉凝膠的性質(zhì)主要由淀粉主導(dǎo)，但越來越多的研究表明糯米全粉中蛋白質(zhì)的組成及含量對(duì)糯米全粉凝膠的流變學(xué)和質(zhì)構(gòu)特性有顯著影響[9]，蛋白質(zhì)對(duì)凝膠的影響主要是由于蛋白質(zhì)會(huì)嵌入在淀粉顆粒內(nèi)部或以網(wǎng)絡(luò)形式黏附在淀粉顆粒表面，造成空間位阻增大，使淀粉不易糊化，抑制凝膠的形成[10]。

超聲波是一種頻率高于人類聽覺閾值（＞16 kHz）的聲波[11]，其頻率范圍為2×104～2×109Hz[12]。高功率（＞5 W/cm2）超聲波已在食品工業(yè)中廣泛使用。超聲波輔助提取淀粉時(shí)，能夠破壞蛋白質(zhì)與淀粉之間的聯(lián)結(jié)促進(jìn)蛋白質(zhì)與淀粉分離。近年來，關(guān)于超聲波處理淀粉、蛋白質(zhì)的研究已有很多。然而，關(guān)于超聲波處理淀粉與蛋白質(zhì)共存的全粉的研究鮮有報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)以糯米全粉為原料，以反映糯米全粉凝膠黏彈性的損耗角正切值（tanδ）為指標(biāo)進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)，考察糯米全粉凝膠的制備條件，研究超聲波處理對(duì)糯米全粉凝膠特性及其對(duì)糯米全粉中的主要組分淀粉和蛋白質(zhì)的影響，進(jìn)一步探討超聲波處理對(duì)糯米全粉的作用機(jī)制，為超聲波綠色加工技術(shù)在糯米全粉的生產(chǎn)和加工中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糯米全粉（淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)84.34%、蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.95%、灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.17%、脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.82%、水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)7.67%，由實(shí)驗(yàn)室測(cè)定） 河南黃國(guó)糧業(yè)股份有限公司。

三氯乙酸 天津天力化學(xué)試劑有限公司；β-巰基乙醇天津大茂化學(xué)試劑有限公司；5,5’-二硫基-2-硝基苯甲酸（5,5’-dithiobis-(2-nitrobenzoic acid)，DTNB） 北京百奧萊博科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

非接觸式超聲波破碎儀 比利時(shí)Diagenode公司；DHR-1流變儀、TA Q20差示掃描量熱儀 美國(guó)TA公司；Quanta250掃描電子顯微鏡 美國(guó)FEI公司；Nicolet 傅里葉變換紅外光譜儀 美國(guó)Thermo Scientific公司；快速黏度分析儀 瑞典Perten公司；TA-XT Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro Systems公司。

1.3 方法

1.3.1 超聲波處理糯米全粉

1.3.1.1 超聲波處理糯米全粉的制備

稱取一定量糯米全粉配制成不同質(zhì)量濃度的糯米全粉乳液于50 mL離心管中，漩渦振蕩均勻，置于恒定頻率20 kHz的超聲波破碎儀中（工作30 s停止30 s），在一定的超聲波功率下處理不同時(shí)間。在超聲波處理過程中，通過向水槽中加入碎冰使溫度保持在0～9 ℃。將超聲波處理后的糯米全粉乳液抽濾，于45 ℃烘箱中干燥12 h后過80 目篩，制備成超聲波處理糯米全粉（ultrasound treated waxy rice flour，UT-WRF）。

1.3.1.2 凝膠損耗角正切值測(cè)定

稱取一定量糯米全粉樣品制備水分質(zhì)量為52%的粉團(tuán)，然后用保鮮膜包裹，以免在制作過程中發(fā)生干裂。稱取5 g粉團(tuán)揉搓至圓形，用保鮮膜包裹，放置5 min，將粉團(tuán)放入蒸鍋中蒸制15 min，冷卻至室溫，制備凝膠。將制備好的凝膠切成厚度約為1 cm片狀，置于流變儀載物臺(tái)上，選用直徑為40 mm的平行板夾具，在動(dòng)態(tài)頻率掃描、溫度25 ℃、應(yīng)變1%（在線性黏彈區(qū)范圍內(nèi)）、頻率掃描范圍0.1～10 Hz條件下，測(cè)定凝膠儲(chǔ)能模量（G’）、損耗模量（G’’）以及tanδ（G’’/G’）隨頻率變化的規(guī)律[13]。

1.3.1.3 超聲波處理糯米全粉的單因素試驗(yàn)

以糯米全粉凝膠在頻率10 Hz下的tanδ為指標(biāo)，研究超聲波功率（130、160、200 W）、超聲時(shí)間（5、10、20、30、40 min）、料液比（1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10，m/V）對(duì)糯米全粉凝膠tanδ的影響。

1.3.1.4 超聲波處理糯米全粉的正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)，研究超聲波功率、超聲波時(shí)間和料液比3個(gè)因素對(duì)凝膠tanδ的影響，確定超聲波處理最佳工藝參數(shù)。正交試驗(yàn)因素水平如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)因素水平Table 1 Codes and levels of independent variables used for orthogonal array design

1.3.2 糯米淀粉的制備

參考周顯青等[14]的方法并作修改，將糯米全粉加入0.34 g/100 mL NaOH溶液中反應(yīng)4 h，然后3 000 r/min離心15 min；用1.0 mol/L HCl溶液中和至中性，以3 000 r/min離心15 min，去上清液，重復(fù)水洗3 次，將淀粉沉淀在45 ℃烘箱中干燥12 h后過80 目篩，得到糯米淀粉。

1.3.3 糊化特性分析

稱取樣品與蒸餾水混合制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的乳液。采用快速黏度分析儀，參照GB/T 24852—2010《大米及米粉糊化特性測(cè)定 快速粘度儀法》對(duì)樣品糊化特性進(jìn)行測(cè)定。設(shè)定程序如下：在50 ℃保持1 min，在4 min內(nèi)勻速升溫至95 ℃，保持3 min，然后在4 min內(nèi)勻速降溫至50 ℃，保持1 min。

1.3.4 凝膠特性分析

1.3.4.1 凍融穩(wěn)定性

將樣品與蒸餾水混合制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%的乳液于沸水浴中加熱15 min，同時(shí)不停攪拌，完全糊化后，稱取樣品糊與離心管（50 mL）總質(zhì)量，然后將離心管置于-18 ℃冰箱中冷凍24 h后，30 ℃水浴中解凍4 h，3 000 r/min離心30 min。若有水析出，將水倒去，稱總質(zhì)量，然后放入冰箱中再次冷凍。如此反復(fù)冷凍、解凍循環(huán)5 次。析水率按式（1）計(jì)算。

式中：m1表示離心管質(zhì)量/g；m2表示離心管和糊的質(zhì)量/g；m3表示解凍去水后離心管和糊的質(zhì)量/g。

1.3.4.2 質(zhì)構(gòu)特性

采用P/25探頭測(cè)定凝膠的質(zhì)構(gòu)特性。測(cè)前速率2 mm/s，測(cè)中與測(cè)后速率均為1 mm/s，壓縮比50%，觸發(fā)力5 g。

1.3.5 掃描電子顯微鏡觀察樣品形貌

在真空條件下對(duì)樣品噴金處理，在加速電壓15 kV條件下進(jìn)行掃描，觀察不同放大倍數(shù)下樣品的形貌。

1.3.6 糯米蛋白質(zhì)的制備

根據(jù)代鈺等[15]的方法有所改進(jìn)，將20 g糯米粉加入500 mL 0.05 mol/L NaOH溶液中并在磁力攪拌器下攪拌反應(yīng)90 min，以3 000 r/min離心15 min，將上清液用1.0 mol/L HCl溶液調(diào)節(jié)pH值為4.6～4.8，再次3 000 r/min離心15 min，沉淀真空冷凍干燥12 h，研磨過80 目篩，得到糯米蛋白質(zhì)。

1.3.7 糯米蛋白特性分析

1.3.7.1 傅里葉變換紅外光譜分析

參考Chen Xiangyan等[16]的方法并作修改，將樣品與溴化鉀（質(zhì)量比1∶100）在瑪瑙研缽中研磨，壓片后進(jìn)行傅里葉變換紅外光譜掃描，掃描范圍400～4 000 cm-1。分析酰胺I帶（1 600～1 700 cm-1）的峰[17]。各子峰與二級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)關(guān)系為：1 610～1 640 cm-1為β-折疊；1 640～1 650 cm-1為無規(guī)卷曲；1 650～1 660 cm-1為α-螺旋；1 660～1 700 cm-1為β-轉(zhuǎn)角。

1.3.7.2 游離巰基和二硫鍵含量測(cè)定

游離巰基含量測(cè)定：參考Pan Mengmeng等[18]的方法并作修改。稱取100 mg樣品，溶解于10 mL標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液（8 mol/L脲、86 mmol/L Tris、90 mmol/L甘氨酸，pH 8.0）中，3 000 r/min離心15min，得到上清液，用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定上清液蛋白質(zhì)量濃度。向比色管中加入1 mL上清液、4 mL標(biāo)準(zhǔn)緩沖液，再加入0.04 mL DTNB，混合均勻后放入25 ℃恒溫水浴鍋中反應(yīng)30 min，在412 nm波長(zhǎng)處測(cè)定溶液吸光度。游離巰基含量按式（2）計(jì)算。

式中：73.53為摩爾消光系數(shù)/（L/（mol·cm））；A412nm為吸光度；n為稀釋倍數(shù)；ρ為蛋白質(zhì)量濃度/（mg/mL）。

總巰基含量：取1 mL蛋白質(zhì)上清液加入0.1 mLβ-巰基乙醇和4 mL標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液，在30 ℃水浴中反應(yīng)1 h，然后加入10 mL 12%三氯乙酸溶液混合均勻后4 000 r/min離心15 min，倒掉上清液，向沉淀中再加入5 mL 12%三氯乙酸溶液二次復(fù)溶，離心。將沉淀物溶于標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液，加入0.04 mL DTNB顯色，于412 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。二硫鍵含量按式（3）計(jì)算。

1.3.7.3 熱特性分析

用差示掃描量熱儀測(cè)定糯米蛋白熱特性。稱取2.5 mg（干基）樣品密封于鋁盤中，測(cè)試條件：升溫速率10 ℃/min，溫度范圍為30～200 ℃。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Origin 8.5軟件作圖，利用SPSS Statistics 25軟件進(jìn)行方差分析，結(jié)果由平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，P＜0.05表示差異顯著。所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3 次。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波處理糯米全粉的最佳工藝參數(shù)

2.1.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

料液比1∶2、超聲時(shí)間10 min固定不變，超聲波功率對(duì)糯米全粉凝膠tanδ的影響如圖1A所示，糯米全粉凝膠的tanδ隨超聲波功率的增大而減小，在130 W時(shí)tanδ最大為0.80，tanδ下降即G’’與G’的比值下降，可能是超聲波產(chǎn)生的空化作用削弱了淀粉顆粒與蛋白質(zhì)之間的聯(lián)結(jié)，使得蛋白質(zhì)與淀粉之間形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱[19]。隨著超聲波功率的增大，空化作用加強(qiáng)，凝膠體系的黏彈性下降，故選擇超聲波功率為130 W進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。

料液比1∶2、超聲波功率130 W固定不變，超聲時(shí)間對(duì)糯米全粉凝膠tanδ的影響如圖1B所示，糯米全粉凝膠的tanδ隨超聲時(shí)間的延長(zhǎng)先增大后減小，在10 min時(shí)達(dá)到最大值，為0.75。隨著超聲處理時(shí)間的延長(zhǎng)，超聲波的空化作用加強(qiáng)，對(duì)淀粉顆粒與蛋白質(zhì)之間聯(lián)結(jié)及作用力的破壞程度增強(qiáng)，導(dǎo)致凝膠體系黏彈性下降，故選擇超聲時(shí)間為10、20、30 min進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。

超聲波功率130 W、超聲時(shí)間5 min固定不變，料液比對(duì)糯米全粉凝膠tanδ的影響如圖1C所示，隨用水量增加至料液比為1∶10時(shí)tanδ最低，這可能是用水量增加到一定程度，料液翻動(dòng)程度加劇，超聲波產(chǎn)生的氣流剪切作用加強(qiáng)，使得凝膠體系的黏彈性下降。tanδ在料液比1∶2、1∶4、1∶6、1∶8時(shí)變化不大（約0.74），為減少用水量，故選擇料液比為1∶2、1∶4、1∶6進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。

圖1 單因素對(duì)糯米全粉凝膠tan δ的影響Fig. 1 Single factors of variables on tan δ of waxy rice flour gel

2.1.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，各因素對(duì)糯米全粉凝膠的tanδ影響的主次順序?yàn)锳＞C＞B，考慮節(jié)省時(shí)間，確定最優(yōu)組合為A1B2C1，即超聲波功率130 W、超聲時(shí)間20 min、料液比1∶2。在最優(yōu)工藝條件下進(jìn)行3 次重復(fù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，糯米全粉凝膠tanδ平均值為0.82。通過方差分析（表3）可知，超聲波功率和料液比對(duì)糯米全粉凝膠的tanδ有極顯著影響，而超聲時(shí)間對(duì)其有顯著影響。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Orthogonal array design with experimental results

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 3 Analysis of variance for the effect of variables on tan δ of waxy rice flour gel and significance test

2.2 超聲波處理對(duì)糯米全粉特性的影響

2.2.1 糯米全粉的微觀結(jié)構(gòu)

由圖2A可知，原糯米全粉（waxy rice flour，WRF）淀粉顆粒在蛋白質(zhì)基質(zhì)作用下發(fā)生團(tuán)聚，形成直徑為30～70 μm的聚集體。由圖2B可知，UT-WRF淀粉顆粒分散分布，蛋白質(zhì)基質(zhì)呈片狀散落，仍有少數(shù)淀粉顆粒聚集，淀粉顆粒完整獨(dú)立，呈現(xiàn)出典型糯米淀粉顆粒的多角形態(tài)，粒徑為3～8 μm[15]。

圖2 糯米全粉掃描電子顯微鏡圖Fig. 2 Scanning electron micrographs of raw and ultrasonic-treated waxy rice flour

2.2.2 糯米全粉的糊化特性

由表4可知，與WRF相比，UT-WRF的糊化溫度無顯著性變化，UT-WRF的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、崩解值和回生值均顯著升高（P＜0.05），這可能是因?yàn)閃RF經(jīng)過超聲波處理后，蛋白質(zhì)與淀粉顆粒之間的結(jié)合變得松散，有利于水分子進(jìn)入，增加了淀粉顆粒與水分子接觸，使得淀粉在糊化過程中充分吸水膨脹，易于糊化并能夠完全糊化[20]。

表4 糯米全粉的糊化特性Table 4 Pasting properties of raw and ultrasonic-treated waxy rice flour

2.2.3 超聲波處理對(duì)糯米全粉凝膠特性的影響

2.2.3.1 糯米全粉凝膠的凍融穩(wěn)定性

析水率表示糯米全粉凝膠的凍融穩(wěn)定性，析水率低表示凍融穩(wěn)定性較好。由圖3可知，WRF凝膠與UT-WRF凝膠的析水率均隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸增大，但在同一凍融循環(huán)次數(shù)下WRF凝膠與UT-WRF凝膠的析水率無顯著差異（P＞0.05），表明超聲波處理對(duì)糯米全粉形成凝膠的凍融穩(wěn)定性沒有顯著影響。

圖3 糯米全粉凝膠析水率Fig. 3 Syneresis rates of raw and ultrasonic-treated waxy rice flour gels after repeated freeze-thaw cycles

2.2.3.2 糯米全粉凝膠的流變學(xué)性質(zhì)

由圖4可知，UT-WRF凝膠的G’和G’’均小于WRF凝膠，UT-WRF凝膠G’與WRF凝膠G’’較為接近；UT-WRF凝膠G’與G’’差值小于WRF凝膠。Zhan Qian等[21]發(fā)現(xiàn)去除所有淀粉顆粒相關(guān)蛋白后，糯米全粉凝膠的G’和G’’均下降。由圖5可知，WRF凝膠與UT-WRF凝膠的tanδ均小于1，UT-WRF凝膠的tanδ大于WRF凝膠，兩種凝膠tanδ的差值約為0.14，這說明經(jīng)過超聲處理后糯米全粉凝膠體系的彈性下降、黏性增強(qiáng)，凝膠性變?nèi)酢?/p>

圖4 糯米全粉凝膠的動(dòng)態(tài)模量曲線Fig. 4 Dynamic modulus curves of waxy rice flour gels

圖5 糯米全粉凝膠的黏彈性流變曲線Fig. 5 Viscoelastic rheological curves of waxy rice flour gels

2.2.3.3 糯米全粉凝膠的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)

由表5可知，與WRF凝膠相比，UT-WRF凝膠的硬度、回復(fù)力、彈性和膠著性均顯著下降，而黏附性顯著增大（P＜0.05），說明經(jīng)超聲波處理后糯米全粉的凝膠強(qiáng)度顯著下降，糯米全粉凝膠趨于呈現(xiàn)軟凝膠性質(zhì)。

表5 糯米全粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性Table 5 Texture parameters of waxy rice flour gels

2.3 超聲波處理對(duì)糯米全粉凝膠特性的影響機(jī)制

2.3.1 超聲波處理對(duì)糯米淀粉特性的影響

2.3.1.1 糯米淀粉的微觀結(jié)構(gòu)

如圖6A所示，從WRF中提取的淀粉（starch isolated from waxy rice flour，S-WRF）顆粒較小，顆粒直徑為3～8 μm，顆粒表面光滑，多數(shù)呈棱角分明的多角狀[15]，如圖6B所示，從UT-WRF中提取的淀粉（starch isolated from ultrasound treated waxy rice flour，S-UT-WRF）顆粒形貌、大小與S-WRF相比均無明顯變化，且顆粒結(jié)構(gòu)完整，說明超聲波處理并沒有對(duì)糯米淀粉顆粒的形貌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。

圖6 糯米淀粉掃描電子顯微鏡圖Fig. 6 Scanning electron micrograph of waxy rice starch

2.3.1.2 糯米淀粉的糊化特性

由表6可知，S-WRF和S-UT-WRF的糊化溫度、谷值黏度、最終黏度均無顯著差異（P＞0.05），S-UTWRF的峰值黏度、崩解值與回生值均較S-WRF顯著增大（P＜0.05），說明超聲波處理糯米全粉時(shí)對(duì)淀粉的吸水溶脹特性有一定影響。

表6 糯米淀粉的糊化特性Table 6 Pasting properties of waxy rice starch

2.3.1.3 超聲波處理對(duì)糯米淀粉凝膠特性的影響

由圖7可知，S-WRF與S-UT-WRF的析水率均隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加而增大（P＜0.05），但相同凍融循環(huán)次數(shù)下S-WRF與S-UT-WRF的析水率無顯著差異（P＞0.05），說明S-WRF與S-UT-WRF的凍融穩(wěn)定性無顯著差異。結(jié)合圖3可知，糯米全粉的析水率高于糯米淀粉，說明糯米淀粉凝膠的凍融穩(wěn)定性比糯米全粉凝膠好，可能是由于冷凍處理對(duì)糯米全粉中蛋白質(zhì)的形態(tài)結(jié)構(gòu)影響較大，在凍融循環(huán)過程中蛋白質(zhì)不能恢復(fù)到原來的狀態(tài)而失去持水性，造成糯米全粉凝膠的凍融穩(wěn)定性比糯米淀粉差[22]。

圖7 糯米淀粉的析水率Fig. 7 Syneresis rate of waxy rice starch

由圖8可知，S-UT-WRF凝膠與S-WRF凝膠的G’和G’’均無明顯差異，糯米淀粉凝膠的G’和G’’與UT-WRF凝膠接近，說明糯米全粉經(jīng)過超聲波處理后其凝膠特性趨向于糯米淀粉的凝膠特性。由圖9可知，S-UT-WRF凝膠的tanδ大于S-WRF凝膠，但差值很小，約為0.04，說明超聲波處理對(duì)糯米淀粉凝膠的彈性和黏性影響很小。

圖8 糯米淀粉凝膠的動(dòng)態(tài)模量曲線Fig. 8 Dynamic modulus curve of waxy rice starch gel

圖9 糯米淀粉凝膠的黏彈性流變曲線Fig. 9 Viscoelastic rheological curve of waxy rice starch gel

由表7可知，S-WRF凝膠與S-UT-WRF凝膠的硬度、黏附性、回復(fù)力、內(nèi)聚性、彈性和膠著性均無顯著差異（P＞0.05），說明在超聲波處理糯米全粉過程中，并沒有對(duì)糯米淀粉產(chǎn)生破壞。結(jié)合表5分析可知，糯米全粉凝膠的硬度、回復(fù)力、彈性均大于糯米淀粉凝膠，說明糯米全粉中的蛋白質(zhì)能夠增強(qiáng)凝膠強(qiáng)度[23]。

表7 糯米淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性Table 7 Texture parameters of waxy rice starch gel

2.3.2 超聲波處理對(duì)糯米蛋白質(zhì)特性的影響

2.3.2.1 糯米蛋白質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)

由圖10可知，從WRF中提取的蛋白質(zhì)（protein extracted from waxy rice flour，P-WRF）呈致密塊狀結(jié)構(gòu)，從UT-WRF中提取的蛋白質(zhì)（protein extracted from ultrasound treated waxy rice flour，P-UT-WRF）結(jié)構(gòu)松散，孔洞密集。這可能是由于超聲波的空化效應(yīng)產(chǎn)生了局部超高壓和高頻振動(dòng)[24]，改變了蛋白質(zhì)的高級(jí)構(gòu)象，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變得松散。

圖10 糯米蛋白掃描電子顯微鏡圖Fig. 10 Scanning electron micrograph of waxy rice protein

2.3.2.2 糯米蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)

將糯米蛋白的酰胺I帶圖譜作二階導(dǎo)數(shù)并同時(shí)進(jìn)行高斯擬合（圖11），計(jì)算各二級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)子峰積分面積，得到二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量。由表8可知，P-UT-WRF二級(jí)結(jié)構(gòu)中β-折疊與無規(guī)卷曲相對(duì)含量顯著上升（P＜0.05），而α-螺旋與β-轉(zhuǎn)角相對(duì)含量則顯著下降（P＜0.05），說明超聲波處理破壞了蛋白質(zhì)分子間的相互作用并影響了蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)[25]。

圖11 傅里葉變換紅外光譜分析糯米蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)Fig. 11 FT-IR spectra and fitting of amide I bands of waxy rice protein

表8 糯米蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量Table 8 Secondary structure content of waxy rice protein%

2.3.2.3 糯米蛋白質(zhì)的二硫鍵含量

由表9可知，與P-WRF相比，P-UT-WRF的游離巰基含量顯著上升（P＜0.05），二硫鍵含量顯著下降（P＜0.05）。這是由于超聲波的空化作用使蛋白質(zhì)分子間或分子內(nèi)的二硫鍵斷裂[26]，二硫鍵斷裂后形成新的游離巰基[27]。二硫鍵含量下降會(huì)導(dǎo)致糯米蛋白質(zhì)的剛性減弱[28]。

表9 糯米蛋白質(zhì)的游離巰基與二硫鍵含量Table 9 Free sulfhydryl and disulfide bond contents of waxy rice protein

2.3.2.4 糯米蛋白質(zhì)的熱特性

蛋白質(zhì)分子的熱穩(wěn)定性可通過熱變性溫度（Td）與焓變（ΔH）反映，Td與ΔH越小，蛋白質(zhì)有序程度越低、結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定，使其完全變性需要的能量就越小[29]。如表10所示，P-WRF的Td為165.31 ℃、ΔH為138.47 J/g，P-UT-WRF的Td為147.56 ℃、ΔH為123.63 J/g，表明P-UT-WR的熱穩(wěn)定性顯著下降。

表10 糯米蛋白質(zhì)的熱力學(xué)特性Table 10 Thermodynamic properties of waxy rice protein

糯米全粉的凝膠特性由其中組分的含量、結(jié)構(gòu)、特性及其相互作用決定。已有報(bào)道指出糯米全粉中蛋白質(zhì)含量對(duì)糯米全粉及其制品的凝膠特性有顯著影響[13,30-32]。本研究結(jié)果表明，應(yīng)用超聲波處理不改變其中淀粉的結(jié)構(gòu)和特性，也不改變糯米全粉中蛋白質(zhì)含量，而是通過改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象而改變淀粉和蛋白質(zhì)的相互作用，從而改變糯米全粉的凝膠特性。

3 結(jié) 論

通過單因素和正交試驗(yàn)可知，在超聲波功率130 W、料液比1∶2，超聲時(shí)間20 min條件下制備的UT-WRF凝膠tanδ最高，為0.82。經(jīng)超聲波處理后，糯米全粉凝膠的黏性顯著提高，表現(xiàn)出較好的軟凝膠特性。分析經(jīng)超聲波處理的糯米全粉中兩大組分淀粉和蛋白質(zhì)特性發(fā)現(xiàn)，超聲波處理改變了糯米全粉中蛋白質(zhì)的形態(tài)和分子結(jié)構(gòu)，使蛋白質(zhì)發(fā)生解聚，蛋白質(zhì)基質(zhì)結(jié)構(gòu)變得松散；超聲波處理對(duì)糯米全粉中淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)和特性未產(chǎn)生顯著影響，表明超聲波處理糯米全粉時(shí)，主要是通過改變其中蛋白質(zhì)的構(gòu)象而改變?nèi)鄣哪z特性。