婴幼儿米粉温度作用机理的研究

刘 芳，沈清清，陈红惠，苟 丽，周云波

(1.文山学院 化学与工程学院，云南 文山 663099；2.文山学院 环境与资源学院，云南 文山 663099)

米粉是一种非常适合婴幼儿的辅食，其主要成分为大米，大米是谷类食品中最容易被人体消化和吸收，且最不容易引起过敏的食物[1-2]。但米粉中蛋白质容易发生变质，对存储温度有较高要求，蛋白质二级结构对温度也非常敏感，因此研究温度对米粉质量和营养价值的影响有重要的实用意义。

目前研究奶制品和婴幼儿辅食品质，常用化学法和光谱分析技术法两种技术。化学法测量的精确度非常高，但是所需的检测时间长、所需试剂较多，检测成本高，对操作人员的要求也比较高，因此该方法要用于大批量样品分析还存在困难[3-7]。

20世纪60年代，关国的Norris首先开始研究应用近红外光谱分析技术测定谷物中的水分、蛋白质、脂肪等含量，并致力于其他农产品品质的研究[8]。由于该技术对样品的处理方法比较简单，操作方便，很快就在食品检测[9-10]、食品分析[11]、食品掺假检测[12]、真伪鉴别[13]中得到了广泛的应用。

我们以市售的两种婴儿米粉作为研究对象，采集它们在不同温度下的红外光谱。利用原始光谱中的吸收峰来确定分析区域，通过不同温度下分析区域中心位置的变化情况来分析蛋白质和脂肪的含量变化;通过对四阶导数谱分析，获取蛋白质成分含有的二级结构种类。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

德国进口喜宝米粉(采购于德国ROSS MANN超市)，亨氏国产婴儿营养米粉(采购于文山沃尔玛超市)，光谱纯溴化钾(天津市光复精细化工研究所)。日本岛津IRPrestige-21型红外光谱仪，电热恒温鼓风干燥箱(上海跃进医用光学器械厂DHG-9076A型)。

1.2 实验方法

每次称取样品5 g，间隔5℃烘制一次。温度测定范围从25～100℃。烘制时间为5 min。烘制后迅速进行数据采集。

1.3 实验步骤

婴儿米粉→称取米粉→研磨→分别在25℃、30℃、35℃……100℃下烘5 min→压片→测定

1.4 数据处理

首先，对所得原始光谱进行降噪平滑处理后根据产生吸收峰的位置分析分析样品的组成。然后，对不同温度下的红外吸收光谱进行比较，得出样品中蛋白质和脂肪随温度的变化情况。最后，利用原始光谱的四阶导数谱图分析样品中蛋白质成分可能存在的二级结构。

2 结果与讨论

2.1 红外光谱中特征吸收峰的指认

分析两组样品在25℃下红外光谱中主要吸收峰的位置基本一致，各吸收峰的归属如表1所示。

表1 红外光谱中主要吸收峰及归属

为分析样品中蛋白质和脂肪随温度的变化情况，选择蛋白质特征吸收峰1500～1800 cm-1以及脂肪特征吸收峰2800～3000 cm-1区间内的光谱信息作为主要分析对象。

2.2 蛋白质和脂肪特征吸收峰随温度的变化

为了清楚地表现1600～1800 cm-1和2800～3000 cm-1区间内2个特征吸收峰峰值随温度的变化情况，从这两个区域各选定1个特征吸收峰的中心位置，即1651 cm-1和2931 cm-1做出这2处的吸光度值随温度变化的点线图，如图1和2所示。

图1 HIPP(喜宝)米粉吸光度随温度的变化图(1651cm-1和 2931cm-1)

图2 亨氏米粉吸光度随温度的变化图(1651cm-1和2931cm-1)

从图中可以看出，温两组样品的光谱信息随温度的变化情况有明显的区别。两种米粉中脂肪特征吸收峰的吸光度随温度的变化都比同组样品中蛋白质特征吸收峰吸光度的变化更剧烈，说明蛋白质的热稳定性优于脂肪，亨氏营养米粉中蛋白质在65℃以下的热稳定性不如HIPP(喜宝)米粉。

2.3 蛋白质二级结构随温度的变化

根据两组样品在1600～1700 cm-1区间内原始红外光谱的四阶导数图，分析样品中蛋白质成分可能含有的二级结构种类，并将峰位及归属归纳在表2中。

表2 峰位及归属

根据表2中所列归属情况对各负峰归类，分别计算两种样品不同温度下原始光谱中每种二级结构的面积，并计算其相对于蛋白质总面积的相对面积，以此相对面积代表它们的相对含量。

两组样品25℃时二级结构含量的对比图，如图3所示。从图中可以看出：HIPP(喜宝)营养米粉中β-折叠和β-转角含量差不多且含量最高，其次是α-螺旋；而亨氏营养米粉中含量最高的是β-转角，其次是α-螺旋和β-折叠。说明两种米粉中含有的氨基酸种类不同。

图3 25℃时HIPP(喜宝)米粉与亨氏米粉中各二级结构的相对含量

然后分析了不同温度下各各二级结构含量的变化情况，如图4和5所示。

图4 HIPP(喜宝)米粉中二级结构相对含量随温度的变化

图5 亨氏米粉中二级结构相对含量随温度的变化

由图4和图5可以看出HIPP(喜宝)营养米粉中，β-折叠和β-转角2种二级结构的变化趋势大体上呈现相反趋势，可以推测在温度变化的过程中β-折叠和β-转角之间存在可逆的互相转化；而在亨氏营养米粉α-螺旋与β-折叠2种二级结构的变化趋势基本保持一致，但是都与β-转角的变化趋势呈现相反趋势，说明在亨氏营养米粉加热过程中蛋白质结构的

变化情况比HIPP(喜宝)营养米粉复杂。

3 结论

通过比较不同温度下两种婴儿米粉的红外光谱，并对数据进行处理分析，得知了两种米粉的蛋白质和脂肪会随温度的变化而发生变化，在25～35℃温度区间内的变化趋势较为缓和，而在85～90℃温度区间内，蛋白质和脂肪都有明显的上升趋势，且达到较大值所以婴儿营养米粉最适宜的冲泡温度应在85～90℃；储藏和运输的适宜的温度在25～35℃。两样品中蛋白质的热稳定性优于脂肪。

最后，通过对原始光谱求四阶导数，确定了两组样品中均含有3种二级结构，a-螺旋，β-折叠和β-转角。但两种样品中的3种二级结构在含量上存在明显的差异。这与婴儿营养米粉的加工过程有关系。在HIPP(喜宝)营养米粉的蛋白质成分中，β-折叠和β-转角2种二级结构的变化趋势大体上呈现相反趋势，可以推测在温度变化的过程中β-折叠和β-转角之间存在可逆的互相转化；而在亨氏营养米粉α-螺旋与β-折叠2种二级结构的变化趋势基本保持一致，但是都与β-转角的变化趋势呈现相反趋势，说明可能存在三种二级结构的互相转化。