蒸煮工艺对米饭蛋白质体外消化性的影响

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蒸煮工艺对米饭蛋白质体外消化性的影响

许永亮， 熊善柏， 赵思明*，谢智杰

（华中农业大学食品科技学院， 武汉 湖北430070）

摘 要：用4种工艺制作米饭，研究蒸煮工艺对米饭体外消化过程中可溶性蛋白质、游离氨基酸含量及消化后氨基酸组成的影响，为米饭蒸煮工艺的优化和米饭烹饪炊具的开发提供基础数据。结果表明，酶解后可溶性蛋白质和游离氨基酸含量显著提高，不同工艺蒸煮的米饭的可溶性蛋白质和游离氨基酸含量有显著差异，100℃~110℃较低温度下蒸煮的米饭的可溶性蛋白质和游离氨基酸含量较高，120℃高温蒸煮的米饭的必需氨基酸和非必需氨基酸的含量较低。大米品种对米饭的可溶性蛋白质和游离氨基酸含量有一定的影响。合理的蒸煮工艺可以改善米饭的氨基酸含量和组成。

关键词：米饭 蒸煮工艺 蛋白质 氨基酸 体外消化

0 前言

蛋白质是生命的物质基础，食物中的蛋白质必须经人体消化分解成为结构简单的小分子肽、氨基酸等有机物质，才能透过消化道粘膜上皮细胞进入血液循环，供组织利用

米饭是我国主食之一，米饭的烹饪方法有常压蒸煮、压力蒸煮和压力无沸腾蒸煮等方法。目前基于风味的烹饪工艺的研究较多，其烹饪炊具的开发多基于米饭的感官品质。蒸煮工艺对米饭

[1]营养等有较大影响[4]，热是引起蛋白质变性的最普通的物理因素[5]，变性的速度取决于温度，温度提。

[2]高10℃，反应速度提高约2倍。低温处理时，蛋白质分子的立体结构伸展，氢键、二硫键及疏水键被

[2,3]打开，原来在分子内部包藏而易与酶发生作用的部位，由于分子结构松散而暴露出来，从而使蛋白

水解酶的作用点大大增加，可有效地加速酶对它的降解速度[6,7]。但温度高于蛋白质的变性温度时，肽键断裂，蛋白质的空间构象发生变化，非极性基团暴露到分子表面，蛋白质的溶解降低度，蛋白质分子间相互结合而凝结沉淀，不利于蛋白质酶的作用。蒸煮温度、时间等不同的工艺对蛋白质的变性有较大影响[8]，从而会影响蛋白质的消化性。目前虽然开发了多种风味品质较好的高压锅、电饭煲等米饭烹饪电器，但缺乏基于营养品质而开发的烹饪炊具。

本研究模拟人体胃部和胰腺消化环境，用胃蛋白酶-胰酶法处理的蛋白质体外的消化模型研究不同蒸煮工艺下米饭的蛋白质消化性，为评介米饭蛋白质的营养价值，开发新型电饭锅提供基础数据，同时为体外测定米饭蛋白质原料的消化性提供方法。

1

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1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料

晶针雪(籼型) ，由湖北银欣集团有限公司提供；桃花香米(籼型) 和金健贡米(粳型) ，市售，由湖南金健米业股份有限公司生产。

1.1.2 主要设备

YH40B 型机械煲、FC40E 型电脑煲、PCS40型高压锅、FZ40H 型微压力锅，均由广东美的电器股份有限公司提供；Agilent 34970A型温度数据采集仪，由美国安捷伦公司生产。TDL-5-A 型，上海安亭科学仪器厂生产。

1.1.3 主要试剂

胃蛋白酶，149.21U/mg，Sigma ；胰蛋白酶，52.93 U/mg，Amresco 。购于北京拜尔迪生物公司。

1.2 实验方法

1.2.1 米饭蒸煮工艺

取大米500g ，按米:水=1:1.3的比例分别加入机械煲、电脑煲、高压锅和微压力锅中，按各锅体的设定的方法或程序蒸煮米饭，米饭煮熟后断电保温15min ，立即测试。

温度的测定：将温度探头置于米饭的中间，用温度数据采集仪自动采集温度数据。

图1为4种锅体蒸煮米饭过程的温度变化。

140120 100 8060 40 20 0

[**************]

时间/min 温度/℃

图1 不同蒸煮工艺下米饭的温度变化(桃花香米)

米饭温度的变化反映不同的蒸煮工艺，图中工艺1由机械煲实现；工艺2由电脑煲实现；工艺3由高压锅实现；工艺4由微压力锅实现。工艺1和工艺3蒸煮米饭时，在低温段的温度上升较快，但工艺1蒸煮米饭的温度上升到100℃后温度基本维持恒定，其加热方式属于短时间(20min)的常压加热；工艺3蒸煮米饭的温度上升至120℃后逐渐下降，其加热方式属于短时间(20min)的高压加热；工艺2和工艺4蒸煮米饭的温度变化相似，温度上升到50℃时，进入低温保持段(有利于大米的吸水润胀) ，约10min 后温度快速上升，工艺2蒸煮的米饭的最高温度约105℃，其加热方式属于较长时间(45min)的微压加热；工艺4蒸煮米饭的温度可达到110℃(最高温度略大于工艺2的) ，其加热方式属于长时间(55min)的微压加热。

1.2.2 酶解过程中可溶性蛋白质含量的测定

2.50g 米饭加入少量0.01mol/L盐酸缓冲液，研磨后转入50mL 比色管中，定容至25mL 。37℃水浴5min ，加入0.01g 胃蛋白酶，保温4h ，用0.01mol/L的NaOH 中和至pH7，加入0.01g 胰蛋白酶，再保温4h 。保温0min 、5min 、30min 、60min 、1h 、2h 、3h 、4h 、5h 、6h 、7h 、8h 时取样，100℃、5min 灭酶，6000r/min离心10min ，取5mL 上清液测定蛋白质含量。可溶性蛋白质含量(%)=上清液蛋白质总量/样品中的蛋白质总量×100%。取2~3次平行的平均值。

1.2.3游离氨基酸含量的测定

按1.2.2的方法制备得到上清液后，用茚三酮法[10]测定游离氨基酸的含量。上清液游离氨基酸含量(g/100g)为每100克蛋白质所含的游离氨基酸的质量(g)。取2次平行的平均值。 1.2.4氨基酸组成的测定 2

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4种工艺蒸煮米饭(金健贡米) 体外消化后，采用柱前衍生-反相高效液相色谱(RP-HPLC)分离-紫外吸收定量法测定其氨基酸组成[11]。氨基酸的绝对含量(g/100g)为每100克蛋白质含氨基酸的质量(g)；必需氨基酸的百分含量(%)=绝对含量/必需氨基酸总量。

1.2.5 数据处理

采用SAS 和Excel 对数据进行处理。

2 结果分析

2.1 蒸煮工艺对米饭可溶性蛋白质含量的影响

体外消化过程中，米饭可溶性蛋白质随时间的变化趋势见图2。起始(0min)和酶解后(480min)可溶性蛋白质含量，见表1。 100100100

808080

606060 404040 202020

000 [***********][***********][1**********]0酶解时间/min 酶解时间/min酶解时间/min

(a) 桃花香米 (c) 晶针雪(b) 金健贡米 8080可溶性蛋白质含量/%

可溶性蛋白质含量/%

可溶性蛋白质含量/%

可溶性蛋白质含量/%

50

40 30 20 [***********][1**********]0

70 [***********]60 0

酶解时间/min(d) 图(a)中0~100min的局部图[1**********]080酶解时间/min10080100酶解时间/min(f) 图(c)中0~100min的局部图(e) 图(b)中0~100min的局部图

图2 体外消化过程中可溶性蛋白质含量的变化

表1 米饭蛋白质体外消化起始和结束时的可溶性蛋白质含量(%) (平均值±标准偏差)

酶解时间

0min 大米品种 工艺1 工艺2 工艺3 工艺4 桃花香米 49.08±0.18aA 41.78±0.69aB 20.34±1.14aC 19.18±0.08aC 金健贡米 38.08±0.06bA 35.61±4.37aA 13.52±0.89bB 19.58±1.16aB

晶针雪 39.38±0.46bB 46.59±0.22aA 11.26±0.62bD 17.83±2.28aC

桃花香米 93.80±0.00aA 82.37±0.92aB 78.29±2.78aB 68.08±0.52bC

金健贡米 87.18±0.31bA 83.63±0.75aA 77.17±1.03aB 75.62±2.31aB

晶针雪 81.64±1.06cA 77.31±0.22bB 68.47±0.63bC 61.68±0.04cD 480min

注：表中大写字母表示同行数据之间(蒸煮工艺间) 的差异性，小写字母表示相同酶解时间的同列数据之间(大米品牌

间) 的差异性。字母相同表示差异不显著(P>0.05)，字母不同表示差异显著(P

由图2(a)~(c)可知，随时间的延长米饭中可溶性蛋白质的含量升高，加入胃蛋白酶后1h 内可溶性蛋白质的含量快速上升，随后缓慢上升至55%~80%，加入胰蛋白酶后，可溶性蛋白质的含量进一步上升至60%~95%。

由图2(d)~(f)和表1可知，酶解前米饭的可溶性蛋白质的含量为11.26%~49.08%，前100min 可以

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2.4

游离氨基酸含量, g /100g 2.01.6

1.2

0.8

0.4

0.0水解80%以上的蛋白质。不同工艺蒸煮米饭的可溶性蛋白质的含量有较大的显著，由工艺1和工艺2蒸煮的米饭的可溶性蛋白质含量高于工艺4的，工艺3的最低。在碳水化合物存在的条件下，热处理将引发蛋白质与糖发生麦拉德反应导致蛋白质的损失，而且温度越高，其损失的程度越大[12]，工艺3蒸煮时米饭的温度最高，所以其可溶性蛋白质的含量最低，工艺4蒸煮时米饭的温度较工艺2的高，且蒸煮时间也较工艺2(工艺4的为55min ，工艺2的为45min) 的长，其可溶性蛋白质含量较工艺2的低。 酶处理后米饭的可溶性蛋白质的含量为61.68%~93.80%，以工艺1蒸煮的最高，其次为工艺2，工艺3和工艺4的较低。一方面是因为高温或长时间的热处理(工艺3和工艺4) 导致蛋白质的损失，另一方面是由于工艺1和工艺2蒸煮时米饭温度较工艺3和工艺4低(见图1) ，有利于蛋白质分子解链，使其结构松弛[13]，有利于酶的作用，因此其可溶性蛋白质的含量较高；工艺3和工艺4蒸煮时米饭温度较高，松散的多肽链由于S-S 键和疏水键的再生而重新结合得更加紧密，反而阻碍了酶对蛋白质的水解作用[12]。研究发现使用多酶体系水解不同直链淀粉含量的大米经常压蒸煮后蛋白质的蛋白质溶出率为76.5%~80.5%，热处理后蛋白质松弛及丹宁等蛋白质抗营养因子含量的降低，可以使得可溶性蛋白质含量提高[4]，使用动物实验时米饭的蛋白质溶出率可达到85%以上[14]。 比较3种米饭的可溶性蛋白质的含量可知，其含量也有一定的差异，以桃花香米饭的可溶性蛋白质的含量高于金健贡米和晶针雪的，这可能也与大米的品种有关，大米中含硫氨基酸的含量较高时，巯基在蛋白亚基内部及亚基之间构成二硫键，维持蛋白的正确空间构象，使它们具有较高的热稳定性[15]。 2.2 蒸煮工艺对米饭中游离氨基酸含量的影响 体外消化过程中，米饭游离氨基酸含量随时间的变化趋势见图3。起始(0min)和酶解后(480min) 游离氨基酸含量，见表2。

2.42.42.02.01.61.61.21.20.80.8

0.40.4

0.00.[***********][**************]0 [**************]

酶解时间, min酶解时间, min酶解时间, min

(c) 晶针雪(a) 桃花香米 (b) 金健贡米 游离氨基酸含量, g /100g

图3 体外消化过程中游离氨基酸含量的变化 表2 米饭蛋白质体外消化起始和结束时的游离氨基酸含量(g/100g) (平均值±标准差) 酶解时间 0min 大米品种 工艺1 桃花香米 0.51±0.03aB 金健贡米 0.53±0.00aB 晶针雪 0.44±0.06aB 桃花香米 2.12±0.08aA 金健贡米 2.21±0.24aA 晶针雪 2.10±0.04aA 工艺2 工艺3 工艺4 0.66±0.03aA 0.24±0.06bC 0.43±0.04bB 0.68±0.03aA 0.43±0.03aC 0.55±0.02aB 0.54±0.02bA 0.40±0.03aB 0.40±0.03bB 1.75±0.14bB 1.40±0.08bC 1.67±0.07aB 2.09±0.00aA 1.90±0.00aAB 1.65±0.10aB 1.84±0.11abB 1.71±0.10aB 1.66±0.02aB 480min 注：表中大写字母表示同行数据之间(蒸煮工艺间) 的差异性，小写字母表示相同酶解时间的同列数据之间(大米品牌间) 的差异性。字母相同表示差异不显著(P>0.05)，字母不同表示差异显著(P

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相似；但加入胰蛋白酶后1h 内，游离氨基酸含量快速上升，1h 后趋于平缓，这是因为胃蛋白酶和胰蛋白酶的作用位点不一样，胃蛋白酶的作用位点是带酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸残基的肽键，而胰蛋白酶的作用位点是带赖氨酸和精氨酸残基的肽键[16]，加入胰蛋白酶后，由于能够被其利用但不能被胃蛋白酶作用的带赖氨酸和精氨酸残基肽键的蛋白质或多肽被进一步水解，游离氨基酸含量出现台阶式的上升。

由表2可知，消化起始时米饭的游离氨基酸含量为0.24g/100g~0.58g/100g，不同的蒸煮工艺有显著差异，以工艺2的显著高于工艺1、工艺4和工艺3的。酶处理后米饭的游离氨基酸含量上升到1.40g/100g~2.21g/100g，以工艺1的最高。

2.3 米饭蛋白质消化后的氨基酸组成

4种蒸煮工艺下蒸煮金健贡米米饭经酶作用后的氨基酸种类和含量见表3。

表3 不同蒸煮工艺下的米饭体外消化后的氨基酸组成

工艺1 工艺2 工艺3 工艺4 WHO 模式绝对含量 百分含量 绝对含量百分含量绝对含量百分含量绝对含量 百分含量

氨基酸种类 (×103(×103(×103(×103

% % % % % g/100g) g/100g)g/100g)g/100g)

赖氨酸(Lys) 2.96 4.01 - - - - - - 12.6

蛋氨酸(Met) 0.85 1.14 0.80 3.26 0.72 4.23 0.64 0.48 13.39 半胱氨酸(Cys) - - - - - - - -

苏氨酸(Thr) 0.98 1.32 0.73 2.98 0.58 3.42 0.51 0.38 7.09 必缬氨酸(Val) 0.94 1.28 0.35 1.42 0.27 1.61 0.25 0.19 10.24 需亮氨酸(Leu) 6.38 8.63 2.02 8.23 - - 83.87 62.77 14.96 氨异亮氨酸(Ile) 23.71 32.04 7.53 30.66 1.86 10.88 1.05 0.79 10.24 基苯丙氨酸(Phe) 38.18 51.58 12.82 52.23 13.20 77.35 46.93 35.12 酸 14.96 酪氨酸(Tyr) - - - - 0.21 1.21 0.16 0.12 色氨酸(Trp) - - - - - - - - 3.94 组氨酸(His) - - 0.30 1.21 0.22 1.30 0.22 0.16 12.6 合计 74.01 100.00 24.55 100.00 17.06 100.00 133.63 100.00 100 谷氨酸(Glu) 1.43 0.21 0.17 0.16 非甘氨酸(Gly) 3.94 0.70 0.96 0.70 必脯氨酸(Pro) 1.17 0.42 0.21 0.19 需氨胱氨酸(Cys) 1.37 0.42 - - 基合计 7.92 1.74 1.34 1.05 酸 总量 81.92 26.29 18.40 134.68 注：“-”表示未检出；半胱氨酸(Cys)和酪氨酸(Tyr)为半必需氨基酸。WHO 推荐需要量为1985年建议的必需氨基酸需要量模式[17] ，在文中转换成百分含量。 由表3可知，由于蒸煮工艺的差异，蛋白质消化的难易程度不一样，麦拉德反应或热处理后氨基酸的分解也有差别，因此不同蒸煮工艺后氨基酸含量有较大的差异，个别氨基酸在某种蒸煮工艺下甚至未被检出。从必需氨基酸的分布看，4种蒸煮工艺下含量较高(占必需氨基酸的百分含量) 的必需氨基酸为苯丙氨酸+酪氨酸(均高于WHO 的推荐需要量14.96%)、异亮氨酸(工艺1和工艺2蒸煮的高于WHO 的推荐需要量10.24%)和亮氨酸(工艺3蒸煮时亮氨酸未检出，工艺4蒸煮的高于WHO 的推荐需要量14.96%)，其他几种必需氨基酸中蛋氨酸+半胱氨酸、苏氨酸和缬氨酸的含量较低。必需氨基酸总量以工艺4的最高(133.63×10-3g/100g)、其次依次为工艺1的(74.01×10-3g/100g)、工艺2(24.55×10-3 g/100 g)和工艺3(17.06×10-3g/100g)。大米的第一限制性氨基酸赖氨酸仅在工艺1蒸煮时被检出，相对含量为4.01%(占必需氨基酸的含量) 。非必需氨基酸中，工艺1蒸煮米饭消化后的氨基酸总量(7.92×10-3g/100g)明显高于其他三种工艺(小于1.80×10-3g/100g)的。 3 讨论 比较可溶性蛋白质含量、游离氨基酸含量和酶解后的氨基酸组成可知，刚蒸煮的米饭中每100g 5

蛋白质中的可溶性蛋白质约为10g~50g，而游离氨基酸约为0.2g~0.6g，米饭蛋白质中一半以上的蛋白质为不水溶的，且游离氨基酸的含量较低。四种工艺中，工艺1和工艺2蒸煮的米饭(未经酶作用) 的可溶性蛋白质含量和游离氨基酸含量高于工艺4，工艺3的最低。米饭经酶解作用后，可溶性蛋白质显著提高，每100g 的蛋白质中的可溶性蛋白质约为50g 以上，而游离氨基酸含量也提高到1.6g~

2.2g ，以工艺1的可溶性蛋白质含量和游离氨基酸含量最高。必需氨基酸总量以工艺4(133.63×10-3 g/100g)和工艺1的较高(74.01× 10-3g/100g)，工艺3的最低(17.06×10-3 g/100g)，且工艺1蒸煮的米饭还检测到第一限制性氨基酸(赖氨酸) 。综合考虑可溶性蛋白质含量、游离氨基酸含量和酶解后的氨基酸组成认为较低温度(100℃~110℃) 的蒸煮米饭的蛋白质的营养水平较高温度蒸煮(120℃) 的高。本研究表明米饭的氨基酸组成与蒸煮工艺有关，如何合理的确定米饭蒸煮工艺，提高必需氨基酸含量特别是赖氨酸含量等还有待进一步的研究。

人体中氨基酸特别是必需氨基酸的需要主要由食物蛋白质供给。大米是我国南方人群的主要食粮，大米能够提供人体所需的大部分氨基酸[18]，但某些氨基酸如赖氨酸相对缺乏。适当的热加工后，蛋白质变性，较易消化，营养价值可提高，但过度的热处理反而导致其营养价值的降低，因此大米蒸煮时要选择适当的加工方式，而且要应注意全面饮食，以补充必需氨基酸和其他的营养元素。 4 结论

4种工艺蒸煮的米饭的可溶性蛋白质含量和游离氨基酸含量分别为11.26%~49.08%和0.24g/100g ~0.58g/100g。酶解后可溶性蛋白质和游离氨基酸含量显著提高，不同工艺蒸煮的米饭的可溶性蛋白质和游离氨基酸含量有显著差异，100℃~110℃较低温度下蒸煮的米饭的可溶性蛋白质和游离氨基酸含量较高，120℃高温蒸煮的米饭的必需氨基酸和非必需氨基酸的含量较低。大米品种对米饭的可溶性蛋白质和游离氨基酸含量有一定的影响。合理的蒸煮工艺可以改善米饭的氨基酸含量和组成。 参考文献

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Effect of cooking technologies on in vitro protein digestibility of cooked rice

Xu Yongliang, Xiong Shanbai, Zhao Siming*, Xie Zhijie

(College of Food Science & Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan, Hubei 430070, China)

Abstract: The effect of cooking technologies on soluble protein, free amino acids content and amino acid compositions (after digested) of cooked rice prepared by four cooking technologies were studied in order to offering parameters for optimizing techniques and new cooker development. Soluble protein content and free amino acids content of cooked rice were enhanced after in vitro digestibility and they were significantly affected by cooking technologies. Cooked rice has high amount of soluble protein and free amino acids as cooked at the temperature in the range 100℃~110℃. The content of essential amino acids and non-essential amino acids were lower contributed to higher cooking temperature (120℃). The change of soluble protein and free amino acids content were affected by rice varieties in a certain extent. Suitable cooking technologies can improve the content and compositions of essential amino.

Keywords ：cooked rice; cooking technologies; protein; amino acids; in vitro digestibility

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