嬰幼兒米粉溫度作用機(jī)理的研究

劉 芳，沈清清，陳紅惠，茍 麗，周云波

(1.文山學(xué)院 化學(xué)與工程學(xué)院，云南 文山 663099；2.文山學(xué)院 環(huán)境與資源學(xué)院，云南 文山 663099)

米粉是一種非常適合嬰幼兒的輔食，其主要成分為大米，大米是谷類食品中最容易被人體消化和吸收，且最不容易引起過(guò)敏的食物[1-2]。但米粉中蛋白質(zhì)容易發(fā)生變質(zhì)，對(duì)存儲(chǔ)溫度有較高要求，蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)溫度也非常敏感，因此研究溫度對(duì)米粉質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響有重要的實(shí)用意義。

目前研究奶制品和嬰幼兒輔食品質(zhì)，常用化學(xué)法和光譜分析技術(shù)法兩種技術(shù)。化學(xué)法測(cè)量的精確度非常高，但是所需的檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、所需試劑較多，檢測(cè)成本高，對(duì)操作人員的要求也比較高，因此該方法要用于大批量樣品分析還存在困難[3-7]。

20世紀(jì)60年代，關(guān)國(guó)的Norris首先開(kāi)始研究應(yīng)用近紅外光譜分析技術(shù)測(cè)定谷物中的水分、蛋白質(zhì)、脂肪等含量，并致力于其他農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的研究[8]。由于該技術(shù)對(duì)樣品的處理方法比較簡(jiǎn)單，操作方便，很快就在食品檢測(cè)[9-10]、食品分析[11]、食品摻假檢測(cè)[12]、真?zhèn)舞b別[13]中得到了廣泛的應(yīng)用。

我們以市售的兩種嬰兒米粉作為研究對(duì)象，采集它們?cè)诓煌瑴囟认碌募t外光譜。利用原始光譜中的吸收峰來(lái)確定分析區(qū)域，通過(guò)不同溫度下分析區(qū)域中心位置的變化情況來(lái)分析蛋白質(zhì)和脂肪的含量變化;通過(guò)對(duì)四階導(dǎo)數(shù)譜分析，獲取蛋白質(zhì)成分含有的二級(jí)結(jié)構(gòu)種類。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

德國(guó)進(jìn)口喜寶米粉(采購(gòu)于德國(guó)ROSS MANN超市)，亨氏國(guó)產(chǎn)嬰兒營(yíng)養(yǎng)米粉(采購(gòu)于文山沃爾瑪超市)，光譜純溴化鉀(天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所)。日本島津IRPrestige-21型紅外光譜儀，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海躍進(jìn)醫(yī)用光學(xué)器械廠DHG-9076A型)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

每次稱取樣品5 g，間隔5℃烘制一次。溫度測(cè)定范圍從25～100℃。烘制時(shí)間為5 min。烘制后迅速進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

嬰兒米粉→稱取米粉→研磨→分別在25℃、30℃、35℃……100℃下烘5 min→壓片→測(cè)定

1.4 數(shù)據(jù)處理

首先，對(duì)所得原始光譜進(jìn)行降噪平滑處理后根據(jù)產(chǎn)生吸收峰的位置分析分析樣品的組成。然后，對(duì)不同溫度下的紅外吸收光譜進(jìn)行比較，得出樣品中蛋白質(zhì)和脂肪隨溫度的變化情況。最后，利用原始光譜的四階導(dǎo)數(shù)譜圖分析樣品中蛋白質(zhì)成分可能存在的二級(jí)結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜中特征吸收峰的指認(rèn)

分析兩組樣品在25℃下紅外光譜中主要吸收峰的位置基本一致，各吸收峰的歸屬如表1所示。

表1 紅外光譜中主要吸收峰及歸屬

為分析樣品中蛋白質(zhì)和脂肪隨溫度的變化情況，選擇蛋白質(zhì)特征吸收峰1500～1800 cm-1以及脂肪特征吸收峰2800～3000 cm-1區(qū)間內(nèi)的光譜信息作為主要分析對(duì)象。

2.2 蛋白質(zhì)和脂肪特征吸收峰隨溫度的變化

為了清楚地表現(xiàn)1600～1800 cm-1和2800～3000 cm-1區(qū)間內(nèi)2個(gè)特征吸收峰峰值隨溫度的變化情況，從這兩個(gè)區(qū)域各選定1個(gè)特征吸收峰的中心位置，即1651 cm-1和2931 cm-1做出這2處的吸光度值隨溫度變化的點(diǎn)線圖，如圖1和2所示。

圖1 HIPP(喜寶)米粉吸光度隨溫度的變化圖(1651cm-1和 2931cm-1)

圖2 亨氏米粉吸光度隨溫度的變化圖(1651cm-1和2931cm-1)

從圖中可以看出，溫兩組樣品的光譜信息隨溫度的變化情況有明顯的區(qū)別。兩種米粉中脂肪特征吸收峰的吸光度隨溫度的變化都比同組樣品中蛋白質(zhì)特征吸收峰吸光度的變化更劇烈，說(shuō)明蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性優(yōu)于脂肪，亨氏營(yíng)養(yǎng)米粉中蛋白質(zhì)在65℃以下的熱穩(wěn)定性不如HIPP(喜寶)米粉。

2.3 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)隨溫度的變化

根據(jù)兩組樣品在1600～1700 cm-1區(qū)間內(nèi)原始紅外光譜的四階導(dǎo)數(shù)圖，分析樣品中蛋白質(zhì)成分可能含有的二級(jí)結(jié)構(gòu)種類，并將峰位及歸屬歸納在表2中。

表2 峰位及歸屬

根據(jù)表2中所列歸屬情況對(duì)各負(fù)峰歸類，分別計(jì)算兩種樣品不同溫度下原始光譜中每種二級(jí)結(jié)構(gòu)的面積，并計(jì)算其相對(duì)于蛋白質(zhì)總面積的相對(duì)面積，以此相對(duì)面積代表它們的相對(duì)含量。

兩組樣品25℃時(shí)二級(jí)結(jié)構(gòu)含量的對(duì)比圖，如圖3所示。從圖中可以看出：HIPP(喜寶)營(yíng)養(yǎng)米粉中β-折疊和β-轉(zhuǎn)角含量差不多且含量最高，其次是α-螺旋；而亨氏營(yíng)養(yǎng)米粉中含量最高的是β-轉(zhuǎn)角，其次是α-螺旋和β-折疊。說(shuō)明兩種米粉中含有的氨基酸種類不同。

圖3 25℃時(shí)HIPP(喜寶)米粉與亨氏米粉中各二級(jí)結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量

然后分析了不同溫度下各各二級(jí)結(jié)構(gòu)含量的變化情況，如圖4和5所示。

圖4 HIPP(喜寶)米粉中二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量隨溫度的變化

圖5 亨氏米粉中二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量隨溫度的變化

由圖4和圖5可以看出HIPP(喜寶)營(yíng)養(yǎng)米粉中，β-折疊和β-轉(zhuǎn)角2種二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)大體上呈現(xiàn)相反趨勢(shì)，可以推測(cè)在溫度變化的過(guò)程中β-折疊和β-轉(zhuǎn)角之間存在可逆的互相轉(zhuǎn)化；而在亨氏營(yíng)養(yǎng)米粉α-螺旋與β-折疊2種二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)基本保持一致，但是都與β-轉(zhuǎn)角的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)相反趨勢(shì)，說(shuō)明在亨氏營(yíng)養(yǎng)米粉加熱過(guò)程中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的

變化情況比HIPP(喜寶)營(yíng)養(yǎng)米粉復(fù)雜。

3 結(jié)論

通過(guò)比較不同溫度下兩種嬰兒米粉的紅外光譜，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，得知了兩種米粉的蛋白質(zhì)和脂肪會(huì)隨溫度的變化而發(fā)生變化，在25～35℃溫度區(qū)間內(nèi)的變化趨勢(shì)較為緩和，而在85～90℃溫度區(qū)間內(nèi)，蛋白質(zhì)和脂肪都有明顯的上升趨勢(shì)，且達(dá)到較大值所以嬰兒營(yíng)養(yǎng)米粉最適宜的沖泡溫度應(yīng)在85～90℃；儲(chǔ)藏和運(yùn)輸?shù)倪m宜的溫度在25～35℃。兩樣品中蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性優(yōu)于脂肪。

最后，通過(guò)對(duì)原始光譜求四階導(dǎo)數(shù)，確定了兩組樣品中均含有3種二級(jí)結(jié)構(gòu)，a-螺旋，β-折疊和β-轉(zhuǎn)角。但兩種樣品中的3種二級(jí)結(jié)構(gòu)在含量上存在明顯的差異。這與嬰兒營(yíng)養(yǎng)米粉的加工過(guò)程有關(guān)系。在HIPP(喜寶)營(yíng)養(yǎng)米粉的蛋白質(zhì)成分中，β-折疊和β-轉(zhuǎn)角2種二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)大體上呈現(xiàn)相反趨勢(shì)，可以推測(cè)在溫度變化的過(guò)程中β-折疊和β-轉(zhuǎn)角之間存在可逆的互相轉(zhuǎn)化；而在亨氏營(yíng)養(yǎng)米粉α-螺旋與β-折疊2種二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)基本保持一致，但是都與β-轉(zhuǎn)角的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)相反趨勢(shì)，說(shuō)明可能存在三種二級(jí)結(jié)構(gòu)的互相轉(zhuǎn)化。