食品界

Introduction

稻米作为一种重要的粮食作物，含有丰富的淀粉、蛋白质、膳食纤维等营养物质，且其中蛋白质含量约为5.10%～15.40%。相比于其他营养物质，虽然稻谷中的蛋白质含量不高，但其独特的低致敏性，是婴儿以及过敏人群的良好植物蛋白质来源，且稻谷蛋白中氨基酸组成配比与FAO/WHO推荐的模式相近，是一种被公认的优质蛋白质。

随着时代的进步，人们对日常饮食健康的认识进一步加深，越来越多的人们意识到食用未经精细加工的全谷物食品中营养素更全面，且更益于身体健康。近年来研究结果表明，全谷物食品的加工，不断受到学者、企业的关注。尤其在近十年，发达国家对全谷物食品加工与研究越来越重视。鲜食水稻属于鲜食全谷物，是指鲜嫩籽粒或取食乳熟期的新鲜果穗的水稻。因此，研究鲜食水稻在成熟过程中蛋白质结构和功能特性的变化，是非常有必要的。

黑龙江八一农垦大学食品学院李丹博士、黑龙江八一农垦大学张东杰教授、哈尔滨商业大学食品科学与工程学院张娜教授等在本文中以乳熟前期（EMS）、乳熟中期（MMS）、乳熟后期（LMS）、蜡熟期（WS）、完熟期（RS）等五个不同成熟时期的鲜食水稻籽粒为研究对象，测定了蛋白质结构和功能特性的变化；确定了拥有较好功能特性的蛋白质的籽粒成熟阶段；为鲜食水稻食品的开发提供了理论基础。

Results and Discussion

鲜食水稻中蛋白质分子量的变化

五个成熟时期的鲜食水稻中蛋白质分子量的变化如图1所示，B1-B5分别代表五个成熟时期。乳熟前期鲜食水稻蛋白分子量共由8种不同分子量的肽构成，分子量＞10 kDa的组分占（12.11±0.08）%、5～10 kDa的组分占（45.40±0.09）%、3～5 kDa的组分占（9.59±0.04）%、1～3 kDa的组分占（6.19±0.12）%、＜1 kDa的组分占（26.72±0.25）%。除乳熟中期与乳熟后期的3～5 kDa分子量分布存在不显著差异外，其他都存在显著性差异。乳熟中期蛋白分子量分布在＞10 kDa与5～10 kDa的占比明显低于完熟时期，而1～3 kDa与＜1 kDa的占比明显高于完熟期，可以说明，随着灌浆的进行蛋白质分子分布逐渐成熟为大分子，而导致小分子蛋白减少。

图1 不同时期鲜食水稻蛋白质GPC谱图

鲜食水稻籽粒微观结构的变化

图2为五个成熟时期鲜食水稻籽粒在相同放大倍数下的电镜状态。水稻蛋白呈现完整球形，淀粉颗粒多为不规则的多角形。乳熟前期的淀粉颗粒平均大小为4.67 μm，蛋白质平均颗粒大小为3.00 μm，随着水稻的成熟，籽粒中淀粉与蛋白质颗粒逐渐变大，在蜡熟期时淀粉颗粒为10.00 μm，蛋白质颗粒大小为3.55 μm；而在完熟期淀粉颗粒达到最大（14.50 μm），鲜食水稻中的小分子淀粉几乎都结合成了大分子淀粉，结构相对乳熟期更为密集，而蛋白分子也逐渐被淀粉分子埋没。

图2 鲜食水稻扫描电镜（红色实线箭头：淀粉颗粒；蓝色虚线箭头：蛋白质颗粒）

鲜食水稻各成熟时期蛋白质二级结构的变化

蛋白质的加工特性和营养特性与其二级结构有密切联系。鲜食水稻各成熟时期蛋白质二级结构的变化如表1所示。水稻在乳熟初期，鲜重迅速增加，且在乳熟中期鲜重达到最大，米粒逐渐变硬变白，达到乳熟后期时籽粒中无乳状物产生，是谷粒中营养物质积累的过程。乳熟中期籽粒蛋白的鲜重达到最大，而从乳熟中期至完熟期，籽粒的鲜重下降，干重逐渐上升且在完熟期达到定值，籽粒变硬，这也说明随着籽粒成熟时期的发展，其蛋白质密度升高，肽链之间的氢键增强，进而增强分子间相互作用，更有利于每条肽链进行折叠和螺旋，从而使整个蛋白的有序结构增加，并且蛋白质分子的α-螺旋和β-折叠往往被包埋在多肽链的内部，当有序结构增多，无序结构减少会使蛋白质分子的二级结构更加有序致密且稳定性提高，这也符合水稻各时期的结构变化。

表1 不同时期鲜食水稻蛋白二级结构的变化

鲜食水稻蛋白食用功能的表征

图3展示了五个成熟时期的鲜食水稻中蛋白质的溶解特性、泡沫性质、乳化性质、持油性等食用功能。不难发现，鲜食水稻蛋白质的不同食用功能，都随着成熟时期的不同而有规律地变化着。

图3 五个成熟时期鲜食水稻食用功能的表征

Conclusion

鲜食水稻成熟过程中，蛋白质由小分子肽段逐渐结合成大分子肽段；通过凝胶渗透色谱、扫描电镜等仪器分析，五个时期的鲜食水稻蛋白质二级结构均发生了变化，随着成熟期延长，蛋白质中的无序序列含量逐渐下降，有序序列含量逐渐上升；乳熟前期溶解性最好、完熟期的鲜食水稻起泡性最佳、乳化及乳化稳定变化趋势相似、完熟期的鲜食水稻持油性最佳。

第一作者

李丹，女，工学博士，现为黑龙江八一农垦大学食品学院讲师，主要研究方向为农产品加工及贮藏工程；植物蛋白及功能因子研究。主持及参与国家级、省部级科研项目10余项，在国内外期刊公开发表学术论文20余篇，其中SCI收录8篇，出版专著2部。

通信作者

张东杰，工学博士，二级教授，博士生导师。国家“万人计划”人选、科技部创新人才推进计划重点领域创新团队负责人。现任黑龙江八一农垦大学副校长、国家杂粮工程技术中心主任，兼任中国畜产品加工研究会常务理事、中国农业工程学会农产品加工及贮藏工程分会副理事长和中国粮食行业协会杂粮分会副理事长。国务院和黑龙江省政府特殊津贴获得者，黑龙江省农产品加工与质量安全重点实验室负责人、黑龙江省农产品加工及贮藏工程领军人才梯队带头人、黑龙江省杂粮现代产业体系首席科学家、黑龙江省“头雁”团队骨干成员、黑龙江省高校“农产品加工与质量安全”创新团队负责人。长期从事食品营养与健康、粮食食品加工与质量安全科研工作。主持国家重大专项和重点研发计划项目2项、课题3项及省部级以上科研课题40余项。获黑龙江省科技进步一等奖2项、二等奖1项及农业部农牧渔业丰收二等奖1项。发表论文200余篇，其中SCI/EI收录论文50余篇。出版专著9部，获得专利30余件。培养硕士、博士和博士后80余名。

通信作者

张娜，哈尔滨商业大学食品工程学院副院长、教授，博士生导师，黑龙江省领军人才梯队后备带头人、黑龙江省优秀科技工作者，哈尔滨商业大学谷物化学与粮油食品开发团队带头人。担任中国食品科学技术学会理事、青年工作委员会副秘书长，黑龙江省食品科学技术学会副理事长兼秘书长，黑龙江省粮油学会副理事长，国内外多家期刊编委、审稿人。主要从事谷物化学与粮食高值化利用研究，先后主持并完成国家自然科学基金面上项目、“十二五” 农村领域国家科技计划课题子课题、黑龙江省应用技术项目等国家、省级项目共计18项，目前主持国家自然科学基金面上项目，十四五科技部重点研发专项子课题，中央财政支持地方优秀青年人才支持计划项目，黑龙江省重大专项等项目。先后获黑龙江省科技进步奖二等奖1项，黑龙江省高校科学技术奖一等奖1项、二等奖1项、三等奖1项，黑龙江省自然科学技术成果奖一等奖 1 项、三等奖 2 项，中国商业联合会科技进步奖二等奖1项。荣获黑龙江省委教育工委优秀共产党员，中国科协全民科学素质工作先进个人，中国食品科学技术学会杰出青年奖，黑龙江省青年科技奖等荣誉称号。发表论文165篇，其中SCI/EI 收录 48篇，主编、副主编《食品安全与卫生》、《食品安全》等著作8 部。

Changes of structure and functional properties of rice protein in the fresh edible rice during the seed development

Dan Li^a,b,1, Mingjing Yao^c,d,1, Yang Yang^c, Bing Wang^c, Dongjie Zhang^a,b,*, Na Zhang^c,*

^a College of Food Science, Heilongjiang Bayi Agriculture University, Daqing 163319, China

^b Engineering Research Center of Processing and Utilization of Grain By-products, Ministry of Education, Daqing 163319, China

^cKey Laboratory of Food Science and Engineering of Heilongjiang Province, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China

^dShandong Provincial Key Laboratory of Food and Fermentation Engineering, Shandong Food Ferment Industry Research & Design Institute, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Jinan 250013, China

¹ Both authors contributed equally.

*Corresponding authors.

Abstract

It has been reported that fresh edible rice has more bioactive compounds and its protein is easier to digest and has lower hypoallergenic than mature rice. In this paper, the changes in structure and functional properties of proteins at five different stages, including early milky stage (EMS), middle milky stage (MMS), late milky stage (LMS), waxy ripe stage (WS) and ripening stage (RS), during the seed development were investigated. It was found that with the seed developing, the molecular weight of fresh rice protein gradually become larger while the secondary structure changed from the highest content of disordered structure at MMS to the highest content of ordered structure at RS, which affect the surface hydrophobicity and then the functional properties of proteins, including foaming properties, emulsifying properties and oil holding capacity. Fresh rice protein at MMS has the strongest surface hydrophobicity while fresh edible rice protein at RS has the strongest oil holding capability. The results of our study can provide a theoretical basis for the application of fresh rice protein in the food industry and help to develop new fresh edible rice food.

Reference:

LI D, YAO M J, YANG Y, et al. Changes of structure and functional properties of rice protein in the fresh edible rice during the seed development[J]. Food Science and Human Wellness, 2023, 12(5): 1850-1860. DOI:10.1016/j.fshw.2023.02.049.