3種物理處理方法對(duì)秈米粉物性和體外消化性的影響

李雅琴，周裔彬,金姍姍，張舒

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 茶與食品科技學(xué)院，安徽 合肥， 230036)

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3種物理處理方法對(duì)秈米粉物性和體外消化性的影響

李雅琴，周裔彬*,金姍姍，張舒

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 茶與食品科技學(xué)院，安徽 合肥， 230036)

采用超微粉碎、超高壓和擠壓膨化及復(fù)合處理方式處理秈米粉，對(duì)比原樣研究了其物性和體外消化性。超微粉碎處理使米粉糊化溫度上升，糊化焓減小，溶解度增加，膨脹度減小，稠度系數(shù)k增加，凍融穩(wěn)定性和體外消化性得到改善；超高壓處理對(duì)米粉的理化性質(zhì)無顯著影響。擠壓膨化處理使米粉糊化溫度下降，糊化焓顯著減小，溶解度增大，膨脹度減小，稠度系數(shù)顯著減小，凍融穩(wěn)定性和體外消化性得到顯著改善。

秈米粉；超微粉碎；超高壓；擠壓膨化

我國(guó)是大米最大的生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó), 秈米作為主要的稻米品種之一，產(chǎn)量大，但秈米糊化后黏彈性較差、口感差，導(dǎo)致秈米價(jià)格低廉[1]?，F(xiàn)有的碾米技術(shù)，在加工過程中會(huì)產(chǎn)生10%～15%的碎米，碎米的營(yíng)養(yǎng)成分與整米相似，但其價(jià)值卻遠(yuǎn)低于整米，種植加工經(jīng)濟(jì)效益低下[2]。因此，對(duì)秈米或其碎米進(jìn)行深加工的研究，尤為重要。

作為新型物理處理方法，超微粉碎的強(qiáng)剪切力能有效改善粉體的顆粒粒度。顆粒粒度減小導(dǎo)致物料表面積和空隙率增加，使得超微粉體具有良好的分散性、吸附性、溶解性、化學(xué)活性、生物活性等[3]；超高壓是指在室溫或微加熱的條件下利用高壓使食品中的蛋白質(zhì)和淀粉等產(chǎn)生變性、糊化等，從而達(dá)到食品殺菌和改性的目的[4]；擠壓膨化技術(shù)是一種新型物理加工技術(shù)，其加工過程中產(chǎn)生的高溫高壓和強(qiáng)剪切力能使淀粉糊化，蛋白質(zhì)變性[5]，目前已廣泛應(yīng)用于大米、玉米、小米等食品加工領(lǐng)域。本文采用超微粉碎、超高壓、擠壓膨化3種物理方法處理秈米粉，并對(duì)處理后樣品的物性和體外消化性進(jìn)行了分析比較。

1　材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

碎秈米，本地廠家提供；米粉，碎秈米粉碎后過50目篩，取篩下物密封保存，為米粉原樣，水分含量11.87%。

1.2主要實(shí)驗(yàn)儀器

KC-701超微粉碎機(jī)，北京開創(chuàng)同和科技有限公司；DZ-400/2S超高壓，包頭科發(fā)高壓科技有限責(zé)任公司；DSE32擠壓膨化機(jī)，濟(jì)南盛潤(rùn)機(jī)械有限公司。

1.3米粉樣品的制備

1.3.1米粉的超微粉碎處理

經(jīng)初步粉碎的米粉，用超微粉碎機(jī)處理后得到超微粉碎米粉。超微粉碎具體參數(shù)如下：主機(jī)轉(zhuǎn)速30r/s， 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速35r/s。樣品取出后過50目篩，篩下物密封保存，為超微粉碎樣。

1.3.2米粉的超高壓處理

將米粉原樣用真空包裝袋密封包裝后，放入超靜壓處理機(jī)中，設(shè)定參數(shù)為：壓力500MPa、保壓時(shí)間300s，取出后粉碎處理并過50目篩，篩下物密封保存，為超高壓樣。

1.3.3米粉的擠壓膨化處理

調(diào)節(jié)米粉原樣水分含量至18%，設(shè)定擠壓膨化機(jī)Ⅱ區(qū)溫度120 ℃、Ⅲ區(qū)溫度140 ℃、喂料速度158.4r/min、主機(jī)轉(zhuǎn)速 273.6r/min。得到擠出物后，用粉碎機(jī)粉碎，過50目篩，篩下物密封保存，為米粉擠壓膨化樣。

1.3.4米粉的復(fù)合處理

將超微粉碎樣做超高壓處理，設(shè)定參數(shù)同上，取出后粉碎處理并過50目篩，篩下物密封保存，為超微超壓樣；將超高壓樣和擠壓膨化樣品分別做超微粉碎處理，并過50目篩，篩下物密封保存，分別為超壓超微樣和擠壓超微樣。

1.4米粉的熱力學(xué)特性

用差示掃描量熱儀(DSC)測(cè)定米粉的熱力學(xué)特性。準(zhǔn)確稱取3.5mg米粉置于PE標(biāo)準(zhǔn)液體皿中，用微量進(jìn)樣器添加蒸餾水6.5mL，調(diào)節(jié)水分含量為65%，壓蓋密封后室溫下平衡24h，上樣測(cè)試。調(diào)試條件為：10 ℃/min的升溫速率從20℃掃描到120℃，用空皿作對(duì)照。使用PyrisManager8.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，可以得到起始溫度(TO)、峰值溫度(TP)、終止溫度(TC)和糊化焓值(ΔH)。

1.5米粉流變性的測(cè)定

配制3%的米粉糊，95℃水浴30min，取出冷卻至25 ℃。選用CC40型轉(zhuǎn)子。在25 ℃下，測(cè)量剪切速率從0～1 000s-1進(jìn)行遞增(所得到的流變曲線叫做上行線)，間隔10s，然后1 000～0s-1進(jìn)行遞減(所得到的流變曲線叫做下行線)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。測(cè)定7種米粉糊在剪切過程中的剪切應(yīng)力和表觀黏度變化，用SPSSStatistics對(duì)表觀黏度變化曲線進(jìn)行線性估計(jì)，根據(jù)表觀黏度曲線函數(shù)計(jì)算滯后面積。

流變模型：米粉糊分散體系大多為非牛頓流體，可用Herschel-Bulkley模型進(jìn)行回歸[6]，分析其剪切應(yīng)力和剪切速率之間的關(guān)系。

τ=τ0+ kγn

(1)

式中：τ為剪切應(yīng)力，Pa；τ0為屈服應(yīng)力，Pa；k為黏稠系數(shù)，(Pa·sn)；γ為剪切速率，s-1；n為流動(dòng)性特征指數(shù)。

該模型方程是具有一定屈服應(yīng)力的非牛頓流體方程，其中τ0是塑性流體的特征值，表示使流體開始流動(dòng)所需的最低剪切應(yīng)力。k值和增稠能力有關(guān)，k值越大，表明增稠能力越強(qiáng)。n值表征非牛頓流體與牛頓流體之間的差異程度，0

1.6溶解度與膨脹力的測(cè)定

稱取0.5g樣品懸浮于30mL水中，分別在55、65、75、85和95 ℃下加熱30min，取出冷卻至室溫后3 000g下離心15min，倒出上清液，稱量沉淀的質(zhì)量。上清液在120 ℃下烘12h后稱量質(zhì)量，平行3次。

溶解度和膨脹度計(jì)算公式如下：

(2)

(3)

1.7凍融穩(wěn)定性的測(cè)定

配制6%的米粉懸浮液，在90℃下水浴15min，快速冷卻至室溫后，將樣品置于-10℃下24h，然后30℃下12h，取出解凍至室溫后3 000g下離心10min，稱量5次凍融循環(huán)后的析水率，平行3次。

1.8淀粉體外消化性的測(cè)定

參考ENGLYST[8]提出的體外模擬酶水解法，經(jīng)改善后測(cè)定樣品中淀粉的體外消化性：稱取200mg待測(cè)樣品于具塞試管中，添加2mL純水，振蕩混勻后，沸水浴加熱糊化20min，37 ℃水浴20min后，加入4mL胃蛋白酶溶液水解30min，加入6顆玻璃珠與2mL0.5mol/LNaAc緩沖溶液，搖勻，37℃水浴振蕩30min，添加2mL混酶液(胰酶∶糖化酶 = 4∶1，酶活比)，保持水浴振蕩，分別于20、30、60、90、120、150、180min取樣，沸水浴滅酶活后，用葡萄糖測(cè)定試劑(GOPOD)法測(cè)定所產(chǎn)生的葡萄糖含量。

1.9數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本文中所有數(shù)據(jù)至少進(jìn)行了3次重復(fù)測(cè)定，并采用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS進(jìn)行方差分析和顯著性分析，數(shù)據(jù)顯著性差異P≤0.05。

2　結(jié)果與討論

2.1各米粉樣品的熱力學(xué)性質(zhì)分析

超微粉碎米粉的糊化溫度(TO、TP、TC)與糊化焓(ΔH)列于表1中。

表1　樣品的熱力學(xué)參數(shù)

注：表1中，同列數(shù)字中不同英文字母表示差異顯著(P<0.05)，相同字母表示差異不顯著。表2同。

SRIKAEO和SOPADE的研究表明，大米的熱力學(xué)性質(zhì)可能與其中一些非淀粉成分有關(guān)，例如蛋白質(zhì)和脂質(zhì)[9]。相較于原樣，超微粉碎樣，超微超壓樣和超壓超微樣的峰值溫度TP略有上升，而糊化焓值略有下降，這可能因?yàn)槌⒎鬯檫^程的強(qiáng)剪切力破壞了部分蛋白質(zhì)和脂質(zhì)與淀粉的復(fù)合結(jié)構(gòu)。超高壓樣的糊化溫度與糊化焓與原樣無顯著性差異。對(duì)比原樣、超微粉碎樣和超高壓樣，擠壓膨化樣和擠壓超微樣的糊化溫度有顯著降低，糊化焓值大大減小，COOKE和GIDLEY[10]認(rèn)為，淀粉的糊化是淀粉從半結(jié)晶結(jié)構(gòu)到非晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，在擠壓膨化過程中的高溫高壓條件下，大部分米粉已經(jīng)完成了從半結(jié)晶態(tài)到非晶態(tài)的轉(zhuǎn)變，又在之后的儲(chǔ)藏過程中，發(fā)生了部分老化，從而表現(xiàn)出糊化溫度降低，糊化焓值大大減小的現(xiàn)象。擠壓超微的峰值溫度TP略高于擠壓膨化樣，這可能也與超微粉碎處理有關(guān)。

2.2各米粉樣品的流變性分析

表2為25℃下，濃度為3%的各米粉樣品流變特征參數(shù)值，其中各樣品曲線擬合的相關(guān)系數(shù)值均接近于1，說明在25℃下，3%的各米粉樣品，其流變性均服從Herschel-Bulkley模型；所有樣品的流體指數(shù)n值都小于1, 說明各米粉樣品糊均為假塑性流體。

表2　濃度為3%的樣品流變特性參數(shù)值

對(duì)比原樣，超微粉碎樣，超微超壓樣和超壓超微樣都呈現(xiàn)出觸變環(huán)變小、n值變小、k值變大的現(xiàn)象，其中超壓超微樣有最小的流體指數(shù)n值(0.595)和最大的稠度系數(shù)k值(0.196Pa·s)，說明超微粉碎處理使米粉糊的剪切變稀現(xiàn)象減弱，米粉糊稠度比原樣大；這可能是因?yàn)槌⒎鬯樘幚硎沟矸垲w粒粒徑變小，顆粒比表面積增大，與水的接觸面積增大，結(jié)合水的能力增強(qiáng)，形成了更加穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以剪切作用對(duì)體系的結(jié)構(gòu)破壞作用變小。超高壓樣的流變特征參數(shù)與原樣無顯著差異，說明超高壓處理對(duì)樣品流變性幾乎無影響。擠壓膨化樣和擠壓超微樣的觸變環(huán)面積分別為20.47和19.07，相比其他5個(gè)樣品有顯著降低。說明擠壓膨化處理樣的觸變性幾乎不存在；擠壓樣的n值非常接近1，說明擠壓膨化處理使米粉糊的流體特性偏近于牛頓流體，并有效地改善了米粉糊的流動(dòng)性；擠壓樣的k值遠(yuǎn)小于原樣和超微粉碎樣，說明擠壓膨化處理降低了米粉糊的增稠能力。

2.3不同溫度下各米粉樣品溶解度與膨脹度的變化

溶解度和膨脹度反映了淀粉與水之間相互作用的大小。生淀粉分子靠分子間氫鍵結(jié)合而緊密排列，當(dāng)其水溶液經(jīng)加熱后，淀粉分子結(jié)晶區(qū)的部分氫鍵被切斷，結(jié)晶結(jié)構(gòu)受到破壞，使得游離水滲入淀粉分子內(nèi)部，所以米粉的溶解度隨著溫度的升高而增大。

由圖1知，對(duì)比原樣，超微粉碎樣，超微超壓樣和超壓超微樣的溶解度都有明顯上升。這可能是因?yàn)槌⒎鬯樘幚硎姑追垲w粒粒度大大降低，比表面積大大提高，與水的接觸面積也增大了，所以溶解度得到了提高。超高壓樣的溶解度與原樣無顯著差異。擠壓膨化樣和擠壓超微樣的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他5個(gè)樣品的溶解度，這可能因?yàn)閿D壓處理時(shí)在高溫剪切的條件下，淀粉顆粒中部分支鏈淀粉大分子物質(zhì)降解成為直鏈淀粉和麥芽糊精等小分子物質(zhì)[11]，從而使溶解度增加；LIU等[5]和JONGSUTJARITTAM等[12]得出了相似結(jié)論。

圖1　不同溫度下各米粉樣的溶解度Fig.1　Water solubility of samples at different temperatures

淀粉膨脹度是指米粉的吸水能力。米粉水溶液經(jīng)加熱后，靠分子間氫鍵緊密結(jié)合的淀粉分子部分被溶解形成空隙，水分子浸入內(nèi)部，淀粉顆粒因吸水而體積膨脹，導(dǎo)致淀粉膨潤(rùn)[13]。所以淀粉的膨脹度隨著加熱溫度的升高而增大。

由圖2知，超微粉碎樣，超微超壓樣和超壓超微樣的膨脹度相比原樣略有下降，原因可能有兩方面：一是由于超微粉碎導(dǎo)致淀粉顆粒結(jié)構(gòu)被破壞，溶解度增大，更多的淀粉分子溶解在水中，吸水膨脹的淀粉顆粒數(shù)減少；二是超微粉碎處理形成了一些分子質(zhì)量相對(duì)較小的直鏈淀粉，直鏈淀粉的膨脹度不如支鏈淀粉，因而降低了其膨脹度[14]。超高壓樣的膨脹度與原樣無顯著差異。擠壓膨化樣與擠壓超微樣的膨脹度明顯低于其他5個(gè)樣品。在55～75 ℃之間，擠壓處理樣的膨脹度有明顯的上升趨勢(shì)，從75～95 ℃又開始呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這可能因?yàn)閿D壓過程中的強(qiáng)剪切力作用破壞了淀粉顆粒，使部分支鏈淀粉降解為糊精等小分子物質(zhì)，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，由于糊精含量增加，膨脹度又開始下降。

圖2　不同溫度下各米粉樣的膨脹度Fig.2　Swelling power of samples at different temperatures

2.4各米粉樣品的凍融穩(wěn)定性分析

冷凍和解凍會(huì)使淀粉糊出現(xiàn)脫水收縮現(xiàn)象，最明顯的是形成海綿狀結(jié)構(gòu)，水分被擠出，形成較硬的結(jié)構(gòu)[15]。凍融穩(wěn)定性由析水率表示，析水率越高，表明米粉的凍融穩(wěn)定性越差。

由圖3知，第一次凍融循環(huán)后的原樣米粉糊的析水率最大，之后的幾次循環(huán)中，總析水率雖然繼續(xù)增加，但增加量逐漸減少。在同一次凍融循環(huán)中，超微粉碎樣，超微超壓樣和超壓超微樣的析水率相較于原樣明顯降低，這可能是因?yàn)槌⒎鬯樘幚泶蟠蠼档土嗣追鄣念w粒粒徑，使米粉顆粒吸水膨脹不易破裂，持水能力強(qiáng)，因此超微粉碎處理有利于改善米粉糊的凍融穩(wěn)定性。超高壓處理樣的析水率與原樣無顯著差異。擠壓膨化樣和擠壓超微樣的析水率相較于其他5個(gè)樣品均有大幅降低，這說明擠壓膨化處理能顯著改善米粉糊的凍融穩(wěn)定性，且改善效果明顯強(qiáng)于超微粉碎處理與超高壓處理。

圖3　樣品的凍融穩(wěn)定性Fig.3　Freezing and thawing stability of different samples

2.5各米粉樣品的體外消化動(dòng)力學(xué)分析

影響淀粉消化速率的原因有兩方面：淀粉與酶接觸的物理結(jié)構(gòu)(如蛋白質(zhì)包埋)和降低酶反應(yīng)速率的化學(xué)結(jié)構(gòu)(如脂質(zhì)和淀粉的復(fù)合結(jié)構(gòu))[16]。

由圖4知，米粉在前20min的消化速率很快，這說明米粉中的大部分淀粉為快消化淀粉；隨著消化時(shí)間的增加，消化速率呈現(xiàn)逐漸變慢的趨勢(shì)，這是因?yàn)榈孜锉幌鬂舛冉档驮斐傻摹?duì)比原樣，超微粉碎樣，超微超壓樣和超壓超微樣的體外消化速率和消化率皆有顯著增加，這可能是因?yàn)槊追壑兄|(zhì)與淀粉的復(fù)合結(jié)構(gòu)阻礙了淀粉與酶的接觸，從而阻礙了淀粉的消化，超微粉碎處理的強(qiáng)剪切作用破壞了這些復(fù)合結(jié)構(gòu)，打破了脂肪對(duì)淀粉消化的影響。超高壓樣的體外消化速率和消化率與原樣無顯著差異。擠壓膨化樣和擠壓超微樣的體外消化速率和消化率相較于其他的5個(gè)樣品皆有顯著增加，這可能是因?yàn)閿D壓膨化過程中的高溫高壓強(qiáng)剪切力作用，使米粉中的淀粉大分子發(fā)生降解生成糊精；因此，擠壓膨化處理可明顯改善米粉的消化率，并提高米粉的消化速率。

圖4　樣品體外消化性Fig.4　In vitro digestibility of different samples

3　結(jié)論

(1)超微粉碎后，碎米粉的糊化溫度上升，糊化焓減小；溶解度增加，膨脹度減小，凍融穩(wěn)定性得到改善，米粉糊剪切變稀現(xiàn)象變?nèi)?，稠度增大，體外消化速率和消化率增大。

(2)超高壓處理方式對(duì)米粉的理化性質(zhì)無顯著性影響。

(3)擠壓膨化處理使碎米粉糊化溫度下降，糊化焓顯著減??；溶解度明顯增加，膨脹度減小，凍融穩(wěn)定性和米粉糊剪切變稀現(xiàn)象得到很大改善，體外消化速率和消化速率顯著增大。

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EffectsofthreephysicalprocessingmethodsonthephysicalpropertiesandinvitrodigestibilityofIndicarice

LIYa-qin,ZHOUYi-bin*,JINShan-shan,ZHANGShu

(SchoolofTeaandFoodTechnology,AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei230036,China)

BrokenIndicaricewassubjectedtosuperfinegrinding,ultra-highpressure,extrusion,andcombinedtreatments,thephysicochemicaloftheresultingricefloursampleswereinvestigated.Comparedtonativericeflour,superfinegroundriceflourhadhighergelatinizationtemperature,lowergelatinizationenthalpy,greatersolubility,weakerswellingpower,betterfreeze-thawstabilityanddigestibility,greaterviscositycoefficientk.Ultra-highpressuretreatmenthadnoeffectsonthephysicochemicalofricefloursamples.Comparedtonativericeflour,extrusionriceflourhadlowergelatinizationtemperature,muchlowergelatinizationenthalpy,greatersolubility,weakerswellingpower,muchbetterfreeze-thawstabilityandinvitrodigestibility,muchlowerviscositycoefficientk.

BrokenIndicarice;superfinegrinding;ultra-highpressure;extrusion

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201608016

碩士研究生(周裔彬教授為通訊作者，E-mail：zhouyibin@ahau.edu.cn)。

安徽省科技計(jì)劃(1401032009)

2015-12-30，改回日期：2016-01-26