浸泡和超高壓預(yù)處理對米飯中淀粉消化特性的影響

朱 轉(zhuǎn)，侯 磊，沈 群，陳燕卉

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083)

稻米在我國口糧消費中占第一位，近65%的人口以稻米為主食［1］。隨著生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，營養(yǎng)豐富的方便食品深受消費者喜愛。日本采用超高壓技術(shù)加工的方便米飯自2000年9月進入市場以來，第一年的銷售額就達到13億日元，2005年達到23億日元。米飯作為我國最主要的消費口糧，方便米飯具有非常大的市場前景［2－3］。超高壓方便米飯，具有方便攜帶、營養(yǎng)豐富、安全衛(wèi)生等特點，浸泡和超高壓預(yù)處理是其加工過程中的關(guān)鍵步驟。目前有關(guān)這兩種預(yù)處理對米飯品質(zhì)影響的研究較多，熊善柏等［4］發(fā)現(xiàn)有機酸液浸泡大米，能改善米飯復(fù)水前后的色澤、粘彈性及口感，增進其復(fù)水后的香味和滋味;Michiko等［5］研究發(fā)現(xiàn)100MPa超高壓處理能夠改善陳化大米的品質(zhì);Yamakura等人［6］發(fā)現(xiàn)水浸泡和超高壓預(yù)處理能夠提高米飯的適口性;侯磊等［7］發(fā)現(xiàn)0.8%檸檬酸浸泡和400MPa超高壓預(yù)處理能提高大米淀粉的糊化度，降低老化度。而酸液浸泡和超高壓相結(jié)合的預(yù)處理對米飯中淀粉組分變化的影響尚無研究。米飯消化特性直接影響人體對米飯中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用以及餐后血糖穩(wěn)態(tài)等，淀粉中快速消化淀粉(RDS)、慢速消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)的相對含量影響淀粉的消化特性。含水量14%的大米中含有76.7%～78.4%的淀粉［8］，因此研究淀粉組分變化對評價米飯消化特性有重要意義。實驗以種植、銷售最大的稻米品種——粳米為原料，研究浸泡和超高壓預(yù)處理對米飯淀粉組分的影響，為浸泡和超高壓處理在稻米加工中的研究和應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大米 七河源長粒粳米，慶安青清米業(yè)有限公司;A7095淀粉葡萄糖苷酶、P1625豬胰臟胰酶、P4504轉(zhuǎn)換酶 酶活力均為300U/mL，Sigma公司;混合酶液的配制 參考劉芳等［9］的方法;3，5－二硝基水楊酸試劑(DNS)、66%乙醇溶液、pH為5.2的0.1mol/L乙酸鈉緩沖液(緩沖液Ⅰ)、25mg/mL葡萄糖醋酸緩沖液(緩沖液Ⅱ)，參考張龍翔等人的方法［10］。瓜爾豆膠緩沖液Ⅰ 稱取0.250g瓜爾豆膠粉末溶解于100mL緩沖液Ⅰ;瓜爾豆膠緩沖液Ⅱ 稱取0.125g瓜爾豆膠粉末溶解于50mL緩沖液Ⅱ。

SHA－BA水浴恒溫震蕩器 江蘇金壇容華儀器制造有限公司;HHP－750型超高壓設(shè)備 包頭科發(fā)超高壓科技有限公司;UV－2102C紫外分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司;GL－20G－II高速冷凍離心機 上海安亭科學(xué)儀器廠;MM721AC8－PW微波爐 美的集團。

1.2 實驗方法

1.2.1 大米預(yù)處理方法 將大米分別在水、0.4%檸檬酸溶液浸泡100min后(溫度為40℃，浸泡液與大米比為 3∶1)，分別在 200、300、400、500、600MPa 超高壓下預(yù)處理15min(溫度為30℃)。在微波爐中設(shè)定功率，加熱15min使其熟制。以未浸泡預(yù)處理和未超高壓預(yù)處理的大米分別作為對照組和空白組。

1.2.2 體外模擬消化測定 參考Englyst等［11］的淀粉分類學(xué)測定方法并進行改進，以20min內(nèi)在37℃下酶體系中被消化的淀粉計為RDS、20～120min內(nèi)消化的為SDS，120min仍不能消化的為RS，采用DNS法測定酶解釋放的葡萄糖含量再進行換算。具體步驟為:將經(jīng)過預(yù)處理的大米熟制成米飯后研碎，快速稱樣于50mL具塞離心管中，放入4顆玻璃珠，加入20mL瓜爾豆膠緩沖液Ⅰ。試管放入恒溫搖床中于37℃下往復(fù)振動，加入5mL酶液后，在20、60、120min 3個時間點取出試管劇烈震蕩后搖勻取樣0.20mL，加入含有4.00mL無水乙醇的離心管中。離心(1500r/min、10min)后，取上清液1.00mL加入25mL具塞試管，加入1.00mL DNS，沸水浴7min，冷水冷卻3min，用蒸餾水補至25.0mL，于520nm處測吸光值，計算水解所得還原糖濃度［12］。同時取1支25mL具塞刻度玻璃試管，用66%乙醇代替樣品，作為空白。

本實驗空白為1個50mL的具塞塑料離心管內(nèi)4個玻璃珠，20mL瓜爾豆膠緩沖液Ⅰ;空白對照為2個50mL的具塞塑料離心管內(nèi)4個玻璃珠，20mL瓜爾豆膠緩沖液Ⅱ。

2 結(jié)果與討論

2.1 DNS標準曲線

劃分淀粉組分的體外模擬消化程序中用于比色的樣品為66%乙醇溶液，因此以無水葡萄糖的66%乙醇溶液為樣品，得標準曲線如圖1所示，R2=0.9963，線性關(guān)系良好。

2.2 快速消化淀粉相對含量的變化

圖2中隨著壓強的升高，各預(yù)處理組的快速消化淀粉含量升高，即超高壓能夠顯著提高快速消化淀粉的生成或者抑制快速消化淀粉的轉(zhuǎn)化?？赡苁菈毫δ軌蚱茐牡矸蹆?nèi)部的鏈支結(jié)構(gòu)和淀粉表面的復(fù)合物層［13］，隨著壓強的升高，大米出現(xiàn)的物理裂痕越多，淀粉顆粒松散，通道打開，消化酶更容易進入淀粉粒。各壓強條件下，不同浸泡條件下快速消化淀粉含量為:0.4%檸檬酸溶液浸泡＞未浸泡組＞水浸泡組。0.4%檸檬酸溶液能夠提高快速消化淀粉的含量，是由于檸檬酸溶液對大米的細胞壁結(jié)構(gòu)均具有一定的破壞作用，提高了大米淀粉糊化度。

圖1 DNS標準曲線Fig.1 Standard curve of DNS

圖2 不同浸泡和超高壓條件對米飯中RDS的影響Fig.2 Effect of different soaking and ultrahigh－pressure conditions on RDS of rice

Araya等人［14］研究表明快速淀粉含量高的淀粉類食品的攝入量與高糖癥、高甘油三酯癥，二型糖尿病及冠心病的發(fā)病風(fēng)險有關(guān)，此類患者應(yīng)盡量避免攝入快速消化淀粉含量高的食品。

2.3 慢速消化淀粉相對含量的變化

慢速消化淀粉以其緩慢吸收和持續(xù)能量釋放，有助于維持血糖穩(wěn)態(tài)，預(yù)防和治療糖尿病等各種疾病，有著積極的生理學(xué)意義［15］。由圖3可知，超高壓預(yù)處理能夠增加大米中慢速消化淀粉的含量。400MPa以下隨著壓強的增加，大米中慢速消化淀粉含量逐漸增多，而500MPa的超高壓預(yù)處理下大米的慢速消化淀粉含量有所減少。由于支鏈淀粉含有較多的分支，因此在α－淀粉酶作用后，會得到大量含有α－1，6－糖苷鍵的極限糊精，極限糊精不溶于水，并且糊精在短時間內(nèi)很難被酶消化［16］，因此慢速消化淀粉量的變化與快速消化淀粉的變化趨勢相似。慢速消化淀粉含量的變化并不影響淀粉的消化率，而只影響消化速率。由于400MPa壓強下糊化邊緣效應(yīng)，考慮加工過程中能耗，適宜的超高壓預(yù)處理一般選擇 400MPa［6－7］，在此壓強以下，隨著壓強的增大，大米中慢速消化淀粉含量增加，且增加趨勢為0.4%檸檬酸溶液浸泡＞未浸泡組＞水浸泡。

2.4 抗性淀粉相對含量的變化

圖3 不同浸泡和超高壓條件對米飯中SDS的影響Fig.3 Effect of soaking and ultrahigh－pressure conditions on SDS of rice

抗性淀粉主要包括物理包埋淀粉(RS1)，抗性淀粉顆粒(RS2)，以及回生直鏈淀粉(RS3)。圖4中，隨著壓強的增加，各預(yù)處理組的抗性淀粉含量迅速降低，到400MPa之后含量變化不再明顯，趨于平衡。隨著壓強的變化，不同浸泡預(yù)處理組的抗消化淀粉含量由多到少順序為:水浸泡＞未浸泡組＞0.4%檸檬酸溶液浸泡。經(jīng)過超高壓預(yù)處理后，檸檬酸預(yù)處理組抗性淀粉量顯著低于水浸泡預(yù)處理和未浸泡組(p＜0.05)，更有利于提高人體對淀粉的利用率。壓力能夠破壞淀粉內(nèi)部的鏈支結(jié)構(gòu)和淀粉表面的復(fù)合物層，當(dāng)壓力超過250MPa時，隨著壓力的升高，淀粉的糊化溫度降低［13］，檸檬酸液浸泡對大米的細胞壁結(jié)構(gòu)均具有一定的破壞作用，提高糊化度，因此更有利于降低RS1的含量。抗性淀粉的含量與米飯的老化度有關(guān)［17］，老化會導(dǎo)致RS3含量的升高，這也驗證了超高壓和檸檬酸溶液浸泡能夠有效的降低米飯的老化度［7］。趙娜等［18］研究表明血糖指數(shù)與抗性淀粉含量呈負相關(guān)，因此經(jīng)過檸檬酸浸泡和超高壓預(yù)處理的米飯，不利于血糖的控制。

圖4 不同浸泡和超高壓條件對米飯中RS的影響Fig 4 Effect of soaking and ultrahigh－pressure conditions on RS of rice

3 結(jié)論

3.1 對大米進行超高壓預(yù)處理，能明顯提高米飯中快速消化淀粉的相對含量或者抑制快速消化淀粉的轉(zhuǎn)化，降低抗性淀粉的相對含量。壓強相同條件下，不同浸泡預(yù)處理的按顯著效果排列為:0.4%檸檬酸溶液浸泡＞未浸泡＞水浸泡。超高壓預(yù)處理能提高慢速消化淀粉的相對含量，且加以0.4%檸檬酸溶液浸泡預(yù)處理效果優(yōu)于水浸泡預(yù)處理和未浸泡。

3.2 快速消化淀粉相對含量的顯著提高和抗性淀粉相對含量顯著降低均表明，對大米進行浸泡和超高壓預(yù)處理，能夠提高米飯的消化特性，有助于人體對米飯中碳水化合物的吸收利用。

3.3 淀粉中快速消化淀粉、慢速消化淀粉、抗消化淀粉含量的變化會引起人體對其消化速率的變化。快消化淀粉的提高和抗性淀粉的降低不利于餐后血糖穩(wěn)態(tài)的維持，而慢消化淀粉含量的提高則有利于維持血糖穩(wěn)態(tài)。因此相對于普通米飯，經(jīng)過檸檬酸浸泡和超高壓預(yù)處理后米飯對于食后血糖穩(wěn)態(tài)的影響有待進一步研究。

［1］張峭，趙俊曄.中國稻米供需分析與展望［J］.農(nóng)業(yè)展望，2007(1):9－14.

［2］劉瑋，孫愛景.方便米飯市場現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.糧食與食品工業(yè)，2008，15(3):3－5.

［3］徐樹來，劉曉東，劉瑋.我國方便米飯的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的主要問題［J］.農(nóng)機化研究，2008，10:250－251.

［4］熊善柏，楊鐵貴.浸泡預(yù)處理對方便米飯品質(zhì)的影響［J］.糧食與油脂，1998，2:24－26.

［5］Michiko W，Eiko A，Kazou H，et al.Improving the cooking properties of aged rice grains by pressurization and enzymatic treatment［J］.Agrical Biology Chemistry，1991，55(11):2725－2731.

［6］Yamakura M，Haraguchi K，Okadome H，et al.Effects of soaking and high－pressure treatment on the qualities of cooked rice［J］.Journal of Applied Glycoscience，2005，52(2):85－93.

［7］侯磊，沈群.浸泡和超高壓預(yù)處理對大米品質(zhì)的影響［J］.糧油食品科技，2012，20(2):1－4.

［8］黃發(fā)松，孫宗修，胡培松，等.食用稻米品質(zhì)形成研究的現(xiàn)狀與展望［J］.中國水稻科學(xué)，1998，12(3):172－176.

［9］劉芳，范志紅，劉波，等.紅小豆—粳米混合食物的碳水化合物體外消化速度研究［J］.中國食品學(xué)報，2007，7(2):42－46.

［10］張龍翔，張庭芳.生物化學(xué)實驗方法和技術(shù)［M］.北京:高等教育出版社，1997:1－3.

［11］Englyst H，Kingsman S，Cummings J.Classification and measurement of nutritionally important starch fractions［J］.European Journal of Clinical Nutrition，1992，46:33－50.

［12］曾悅，劉芳，劉波，等.一種淀粉類食品消化速度體外測定法的探討及應(yīng)用［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2005，31(5):114－118.

［13］劉培玲，張甫生，白云飛，等.高靜壓對淀粉結(jié)構(gòu)及糊化性質(zhì)的影響［J］.高壓物理學(xué)報，2010，24(6):472－480.

［14］Araya H，Contreras P，Alvina M，et al.A comparison between an in vitro method to determine carbohydrate digestion rate and the glycemic response in young men［J］.European Journal of Clinical Nutrition，2002，56(8):735－739.

［15］繆銘，江波，張濤，等.慢消化淀粉的研究與分析［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2007，33(3):85－89.

［16］Byoung－Wook Kong，Jung－In Kim，Myo－Jeong Kim，et al.Porcine pancreatic amylase hydrolysis of native starch granules as a function of granule surface area［J］.Biotechnology Progress，2003，19(4):1162－1166.

［17］劉波，范志紅，曹展.烹制預(yù)處理條件對米飯?zhí)妓衔锵匦缘挠绊懀跩］.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，13(2):67－72.

［18］趙娜，汪蘭，沈杰，等.陰米淀粉的顆粒性質(zhì)及消化性研究［J］.食品科學(xué)，2010，31(3):35－38.