行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告 ※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※ ※ ※ ※ 澱粉與肌肉蛋白質交互作用力之研究 ※ ※ ※ ※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※ 計畫類別： ■個別型計畫 □整合型計畫 計畫編號： NSC 89-2313-B-002-186 執行期間： 89 年 8 月 1 日至 90 年 7 月 31 日 計畫主持人：葉安義 共同主持人： 本成果報告包括以下應繳交之附件： □赴國外出差或研習心得報告一份 □赴大陸地區出差或研習心得報告一份 □出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份 □國際合作研究計畫國外研究報告書一份 執行單位：台 灣 大 學 食 品 科 技 研 究 所 中 華 民 國 90 年 10 月 26 日
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告 澱粉與肌肉蛋白質交互作用力之研究
A study on the interactions of starch and muscle protein
計畫編號：NSC 89-2313-B-002-186 執行期限：89 年 08 月 01 日至 90 年 07 月 31 日
主持人：葉安義 台灣大學食品科技研究所
一、中文摘要
以鹽溶性蛋白質（salt souble protein，SSP） 與澱粉為模式系統之材料，探討澱粉與蛋白質 在加熱過程中之交互作用。發現在加熱過程 中，鹽溶性蛋白質先形成連續的網狀結構，糊 化的澱粉則包覆於蛋白質周圍，澱粉的存在使 蛋白質－澱粉複合物之最大儲存模數（G’max） 產生了相乘的效果，同時影響模式系統之損耗 正切（tanδ），報告中亦以電子顯微鏡的觀察， 討論因澱粉顆粒粒徑而引起的結構差異。 關鍵詞：澱粉、蛋白質、交互作用 Abstr acts
The interaction between protein and starch during heating has been studied by using salt soluble protein (SSP) and three starches from potato, corn and rice. SSP had lower denaturation temperature and formed a continuous phase. Starch granules gelatinized and coated on the protein, which increased the reading of maximum storage modulus (G’max) during temperature sweep. The presence of protein did not affect the gelatinization behavior of starches. Scanning electron microscopy revealed the difference in structure due to starch granule size.
Keywords: Starch, Protein, Interactions
二、緣由與目的 澱粉經常被添加於各類型的蛋白質膠體 中，用於增加蛋白質膠體強度並降低成本，然 而澱粉如何增加蛋白質膠體強度，及澱粉在蛋 白質膠體中所扮演的角色，目前尚未完全了 解，文獻指出澱粉的存在使魚漿製品的堅硬度 （rigidity）快速增加，但熱分析顯示澱粉的糊化 與魚肉蛋白質的變性互不影響，故澱粉在魚漿 製品作為填充劑（filler），充填於蛋白質網狀結 構中（Wu 等,1985），然而添加預糊化澱粉則會 使膠體強度變差，保水力降低（Chung and Lee,
1991），似乎顯示澱粉顆粒存在的必要。 肌肉蛋白質依溶解度分為水溶性、鹽溶性 及不溶性蛋白質，其中鹽溶性蛋白質經加熱後 可形成三度空間網狀結構，為影響肉製品質地 的重要因子（Xiong，1997）。本研究以鹽溶性 蛋白質與澱粉為材料，利用流變學、熱分析、 掃描式電子顯微鏡、切片染色及高分子材料學 的理論，研究三種澱粉（馬鈴薯、玉米及米） 於蛋白質凝膠時所扮演的角色，期能深入了解 澱粉/蛋白質膠體的性質，判斷澱粉與蛋白質之 間可能的交互作用。所得結果可作為業者開發 新產品、改善產品品質的參考資訊。
三、材料與方法
以 pH6.0 之磷酸緩衝液萃取豬後腿肉中之 鹽溶性蛋白質（SSP，salt souble protein）（Robe
and Xiong， 1992），加入鹽溶性蛋白質濕重 30 ％的澱粉，使用的三種澱粉分別是馬鈴薯澱 粉、玉米澱粉及米澱粉，添加 0.17M NaCl，並 以 pH6.0 之磷酸緩衝液調整鹽溶性蛋白質-澱粉 混合物之水含量至 76％，充分混合後置於模型 中以沸水加熱 10 分鐘，得到厚度為 1.3mm 之鹽 溶性蛋白質-澱粉複合物，稱為模式系統（Model system），以電子顯微鏡觀察模式系統之顯微結 構，應用切片染色的技術（Preece，1972），觀 察模式系統中鹽溶性蛋白質與澱粉的分佈情 形。並利用示差熱掃描分析儀（DSC）測定鹽 溶性蛋白質對澱粉糊化行為的影響，以振盪式 流變儀測定澱粉、鹽溶性蛋白質及複合物在升 溫過程中流變性質的變化（Tsai，1997）。 四、結果與討論 〈熱性質〉 以示差熱掃描分析儀（DSC）測定鹽溶性 蛋白質、澱粉及其混合物在 0.17Ｍ NaCl，pH6.0 磷酸緩衝液中之熱性質。鹽溶性蛋白質之變性 溫度較低，其變性起使溫度約為 51.7℃，變性 頂點溫度為 58.8℃。澱粉與混合物之熱性質如 表一所示，澱粉的糊化溫度會因添加鹽與磷酸 緩衝液而明顯提高，澱粉-鹽溶性蛋白質混合物 在加熱過程中，澱粉的糊化溫度並不因鹽溶性 蛋白質的存在而改變，顯示澱粉與鹽溶性蛋白 表一模式系統中澱粉之熱性質
Potato starch Corn starch Rice starch To Tp To Tp To Tp In water 58.5±0.4 64.4±0.2 65.7±0.1 71.0±0.1 57.7±0.0 65.1±0.2 In buffer 60.6±0.6 67.3±0.3 70.0±0.0 75.8±0.2 64.2±0.1 71.0±0.0 質之間並沒有化學性的交互作用，澱粉糊化溫 度的改變來自鹽及磷酸緩衝液的影響。 〈流變性質〉 以振盪式流變儀測定 20％澱粉懸浮液、鹽 溶性蛋白質及澱粉-鹽溶性蛋白質混合物在加熱 過程中之流變性質。馬鈴薯、玉米及米澱粉在 加熱過程中之最大儲存模數（Storage modulus， G’max）分別為 3,585、7,602 及 11,543Pa，此時 之損耗正切則分別為 0.1945、0.1344 及 0.0641 （表二），而鹽溶性蛋白質之最大儲存模數為 8914Pa，當澱粉與鹽溶性蛋白質混合後，加熱 過程之最大儲存模數分別為 16,220、21,022 及 21,410Pa（表三），均大於澱粉與鹽溶性蛋白質 儲存模數之和，顯示澱粉的存在對蛋白質-澱粉 複合物的儲存模數有相乘的效果。 蛋白質-澱粉複合物達最大儲存模數時之 損耗正切隨著添加澱粉之損耗正切之增加而增 加（r 2 = 0.997）（圖一），顯示澱粉流變性質是 影響的模式系統流變性質的主要原因。 表二、澱粉在加熱過程中之流變性質
Starch G’max (Pa) TG’max (℃) TanδG’max Potato 3585 65.0 0.1945
Corn 7602 72.3 0.1344 Rice 11543 69.4 0.0641
表三、鹽溶性蛋白質及複合物在加熱過程中之流變性質 G’max (Pa) TG’max (℃) TanδG’max SSP 8914 82.6 0.0639 Potato/SSP 16220 63.6 0.1442 Corn/SSP 21022 70.9 0.1054 Rice/SSP 21410 69.4 0.0676
〈顯微結構〉 鹽溶性蛋白質經過 100℃、10 分鐘加熱 後，呈現三度空間網狀結構（圖二），與添加澱 粉之模式系統中的網狀結構（圖三）不同，結 構之孔洞大小，隨澱粉顆粒種類粒徑之增加 而變大，推測在未加熱前，鹽溶性蛋白質包裹 住澱粉顆粒，加熱後鹽溶性蛋白質首先變性形 成初步網狀結構，於較高溫時，澱粉隨之糊化， 馬鈴薯澱粉顆粒大，故糊化 融熔後，所遺留 的空間較大（圖三 a），米澱粉較小，故形成較 緊密的結構（圖三 c）。 圖二、鹽溶性蛋白質（SSP）加熱後之顯微結構 〈切片染色觀察〉 進一步利用切片染色觀察結構中澱粉及蛋 白質的分佈情形，以 Eosin 將模式系統中之蛋白 質染色，蛋白質可被染成粉紅色，使用馬鈴薯 時，鹽溶性蛋白質（圖四 a）呈現絲狀的連續結 構，玉米澱粉的顆粒較小，使鹽溶性蛋白質絲 狀的連續結構呈現斷續的現像，米澱粉顆粒更 小，顯然澱粉顆粒數大幅增加，因此鹽溶性蛋 白質絲狀的連續結構受到干擾，結果顯示澱粉 粒徑影響結構之孔洞大小；再利用碘液將澱粉 染成藍紫色（圖五），顯示模式系統的結構以粉 紅色的蛋白質為主體（圖五 a、b），澱粉糊化後 （藍紫色），多數包覆於蛋白質的周圍，因此遺 留下空洞，少部份的澱粉分布於非連續相，並 無未糊化的澱粉顆粒殘留於結構中，所以，澱 粉顆粒之粒徑影響複合物結構之孔洞大小。米 澱粉顆粒最小，於相同重量下，其顆粒總表面 積為馬鈴薯澱粉之 8 倍，玉米澱粉之 3 倍，顆 粒數也大幅增加，因此阻斷鹽溶性蛋白質的連 續結構（圖五 c），連續相由米澱粉形成，鹽溶 性蛋白質為非連續相的特殊結構。 (a) （b） （c） 圖三、添加不同澱粉之模式系統的顯微結構（a）SSP/ 馬鈴薯澱粉（b）SSP/玉米澱粉（c）SSP/米澱粉 〈結論〉 模式系統之網狀結構是由澱粉與鹽溶性蛋
Tan δG'max of starch
0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 Tan δ G 'm a x of SS P /s tarc h c om pl ex 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 r 2 = 0.997
白質共同組成，由於鹽溶性蛋白質的變性溫度 比澱粉糊化溫度低，因此於加熱過程中先形成 連續的網狀結構，澱粉於糊化後，包覆於蛋白 質的周圍，共同形成連續相，二者間並沒有化 學性的交互作用，澱粉的存在使得模式系統的 儲存模數產生相乘的效果，結果顯示澱粉的流 變性質是影響模式系統流變性質的主要原因。 但過多的澱粉顆粒會阻斷蛋白質的連續結構， 而成為連續相。 （a） （b） （c） 圖四、添加不同澱粉之模式系統的蛋白質切片染色 （a）SSP/馬鈴薯澱粉（b）SSP/玉米澱粉（c）SSP/ 米澱粉 五、計畫結果自評 依據，利用模式系統證實澱粉添加於蛋白質膠 體中之顯微結構，及影響膠體流變性質的主要 原因，不僅可以作為選擇澱粉的參考，更可以 從所選擇的澱粉預測產品的流變性質。 （a） （b） （c） 圖五、添加不同澱粉之模式系統的蛋白質、澱粉切 片染色（a）SSP/馬鈴薯澱粉（b）SSP/玉米澱粉（c） SSP/米澱粉 六、參考文獻
Chung, K H. and Lee, C.M. 1991. Water binding and ingredient dispersion pattern effects on surimi gel texture . J. Food Sci. 56:1263-1266.
Robe, G.H. and Xiong, Y.L. 1992. Phosphates and muscle fiber type influence thermal transitions in porcine
salt-soluble protein aggregation. J. Food Sci.
57(6):1304-1307,1310.
Tsai, M.L., Li, C.F. and Lii, C.Y. 1997. Effects of granular structures on the pasting behaviors of starches. Cereal Chem. 74:750-757.
Wu, M.C., Hamann, D.D. and Lanier, T.C. 1985. Rheological and calorimetric investigations of starch-fish protein systems during thermal processing. J. Texture Studies 16:53-74.
Xiong, Y.L. 1997.Structure-Function relationships of muscle proteins. In “ Food proteins and their applications.” Damodaram, S and Paraf, A. (Ed.), Marcel Dekker, Inc. New York. P341-391.
