不同處理方式對糙米淀粉回生特性的影響

宋玉，曹磊，夏青，陶澍，劉超

（安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，安徽合肥230031）

糙米是稻谷脫去外保護皮層稻殼后的穎果，內(nèi)保護皮層（果皮、種皮、珠心層）完好的稻米籽粒，由于內(nèi)保護皮層粗纖維、糠蠟等較多口感較粗，質(zhì)地緊密，煮起來也比較費時，但其瘦身效果顯著。與普通白米相比，糙米富含維他命、礦物質(zhì)與膳食纖維，被視為是一種綠色的健康食品。由于米淀粉在低溫下易回生，導(dǎo)致米制品品質(zhì)急劇下降，導(dǎo)致產(chǎn)品變干、變硬、掉渣等，影響口感，嚴重限制了米制品的大規(guī)模生產(chǎn)。米淀粉的回生過程可分為短期回生和長期回生[1]。淀粉糊化后的初始階段（幾個小時內(nèi)），滲漏的直鏈淀粉分子首先發(fā)生定向遷移，形成三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，此過程稱之為短期回生[2]。長期回生則一般會超過幾周時間，主要是由于支鏈淀粉具有高分支結(jié)構(gòu)，在聚合時受到較強的抑制，回生作用較慢。長期回生在整個淀粉回生過程中占主要作用，是導(dǎo)致淀粉體系質(zhì)量變化的主要原因[3]。淀粉回生作用與淀粉的來源、直鏈淀粉與支鏈淀粉含量之比、支鏈淀粉側(cè)鏈的鏈長、糊化淀粉冷卻儲藏溫度、溶液的pH值和無機鹽含量等因素有關(guān)[4-8]。為了有效抑制淀粉的回生，提高產(chǎn)品的品質(zhì)，常采用生物酶法抑制淀粉的回生，淀粉酶是一類能催化α-D-吡喃葡萄糖基之間（1→4）糖苷鍵水解的酶類，根據(jù)酶作用后產(chǎn)物的構(gòu)型不同，淀粉酶有α-淀粉酶（產(chǎn)物具α-D構(gòu)型）和β-淀粉酶（產(chǎn)物具β-D構(gòu)型）之分[9]。糙米經(jīng)過浸泡和發(fā)芽促使許多處于休眠狀態(tài)的酶被激活，由結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變成游離態(tài)，從而促使了酶解作用的發(fā)生[10]，淀粉在內(nèi)源酶的作用下分解為小分子糖，使總淀粉和直鏈淀粉的含量下降，從而引起淀粉功能性質(zhì)的改變[11]。因此分析不同來源淀粉酶對糙米淀粉回生特性的影響程度，為控制糙米淀粉回生提供一定的理論依據(jù)，進而對發(fā)芽糙米類加工產(chǎn)品的品質(zhì)控制有一定的實際指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

糙米（徽兩優(yōu)6號）：安徽華安種業(yè)有限公司；α-淀粉酶（酶活力300 AUG/g，最適溫度50℃～85℃，最適 pH5.0～7.0）、β-淀粉酶（酶活力 120 KNU/g，最適溫度70℃，最適pH5.0～7.0）：酶活力單位為自定義，丹麥諾維信酶制劑公司。

RVA-4型快速黏度儀（RVA）：澳大利亞Newport Scientific儀器公司；Q200差示掃描量熱儀：美國TA公司；TA.XTPLUS型質(zhì)構(gòu)分析儀：英國Stable Micto System（SMS）公司。

1.2 方法

樣品處理分為4個處理組：對照組即純糙米淀粉、內(nèi)源酶處理組、α-淀粉酶處理組、β-淀粉酶處理組。其中，對照組為純水浸泡6 h未經(jīng)發(fā)芽的糙米；內(nèi)源酶處理組即糙米浸泡6 h后在一定條件下發(fā)芽60 h；外源淀粉酶處理組分別采用α-淀粉酶，β-淀粉酶兩種酶處理，配制一定濃度的淀粉酶液，將糙米粉浸泡在酶液中，浸泡時間參照發(fā)芽組，為6 h。

糙米發(fā)芽工藝：參考姚森[12]、曹磊等[13]發(fā)芽方法并稍作改進，取同樣礱谷條件下大小基本一致的糙米，用水洗凈后用自來水于（25±1）℃條件下浸泡6 h，之后用10 g/L次氯酸鈉溶液浸泡消毒15 min，去離子水洗凈，瀝干并轉(zhuǎn)入培養(yǎng)皿中，加去離子水，在28℃避光條件下發(fā)芽，每12小時換水1次。以浸泡6 h后未經(jīng)發(fā)芽的糙米為對照（記為0 h），每隔12小時取樣，獲得發(fā)芽糙米，冷凍干燥并粉碎過100目篩。

外源酶處理糙米粉的制備：取同樣礱谷條件下大小基本一致的糙米，粉碎后過60目篩，于（70±1）℃條件下酶解 6 h，料液比 1∶2（g/mL），浸泡液采用不同濃度的α-淀粉酶液、β-淀粉酶液，其中α-淀粉酶添加量為 1.2、2.4、4.8 AUG/g 糙米粉，分別記為 α1、α2、α3；β-淀粉酶添加量為0.48、0.96、1.92 KNU/g糙米粉，分別記為 β1、β2、β3。酶解結(jié)束后在 90℃下滅酶 20 min，冷凍干燥并粉碎過100目篩。

1.3 測定指標與方法

糙米淀粉黏度特性采用文獻[14]的方法測定，回生焓值采用文獻[15]，淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性采用文獻[16]的方法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗重復(fù)測定至少3次，取其平均值。采用SPSS19.0分析軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，運用方差分析法進行顯著性分析；p<0.05表示有顯著性差異。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同處理方式對糙米淀粉回生焓值的影響

糊化后的淀粉在儲藏過程中，支鏈淀粉的重結(jié)晶發(fā)生明顯變化，隨著儲藏時間的延長，淀粉體系內(nèi)晶體含量逐步增加，融化熱焓值△H逐漸增大，即長期回生程度不斷增加[16]。不同處理方式對糙米淀粉在4℃下儲存14 d內(nèi)的回生焓值如表1所示。在14 d的儲藏期內(nèi)，各個處理組的糙米淀粉的回生焓值都是呈顯著增大趨勢，內(nèi)外源淀粉酶處理對于抑制糙米淀粉的回生焓值的增大均有效果，發(fā)芽糙米淀粉在儲存過程中回生焓值的顯著低于對照組（p<0.05），并且隨著發(fā)芽時間的延長，其抗回生效果顯著增強（p<0.05），發(fā)芽48 h以后，其儲存14 d的回生焓值相比對照組降低了53.50%；外源淀粉酶處理組糙米淀粉抗回生的效果更顯著，并且隨著酶濃度的增加，其抗回生效果也隨之顯著增加，α3處理組的糙米淀粉在儲存14 d后其回生焓值相比較對照組降低了74.74%，比α1處理組降低了10.96%，但是與α2相比差異不顯著；β-淀粉酶處理組相對于對照組抗回生效果顯著增大，主要原因是支鏈淀粉的外側(cè)短鏈被部分降解，聚合度降低，姚遠[17]通過高效排阻色譜證實β-淀粉酶的處理可以使部分支鏈淀粉外側(cè)短鏈聚合度降低2～3個葡萄糖單位。部分支鏈淀粉外側(cè)短鏈聚合度降低，淀粉分子的成核和結(jié)晶速度降低，回生受到抑制。其中β2在第14天的回生焓值比對照組降低了68.65%，比β1降低了30.06%，但是與β3相比差異不顯著，說明β-淀粉酶濃度增加到一定程度后其抗回生效果增加不顯著。

表1 不同處理方式糙米淀粉的回生焓值Table 1 The enthalpy value of brown rice starch in different treatment methods

2.2 不同處理方式對糙米淀粉黏度特性的影響

淀粉糊化過程都要經(jīng)過上升、下降和回生3個過程，隨著質(zhì)量分數(shù)的增加，最低黏度與最終黏度相差越大則淀粉糊的穩(wěn)定性越差，凝膠性提高，這是因為濃度越大，在停止加熱時，淀粉分子之間的作用力要大于氫鍵與分子之間的作用力，所以濃度越大老化回生趨勢越強[18]。不同處理方式糙米淀粉的黏度特性見表2。

表2 不同處理方式糙米淀粉的黏度特性Table 2 The viscosity properties of brown rice starch in different treatment methods

由表2可知，隨著發(fā)芽時間的延長，體系中淀粉酶的活力逐漸增強，淀粉不斷被降解，即糊化體系中淀粉含量越來越少，所以其峰值黏度、低谷黏度、最終黏度值不斷降低，回生值顯著降低（p<0.05），與對照組相比，發(fā)芽60 h的糙米粉回生值降低了86.00%；兩種外源淀粉酶處理的樣品與對照組相比，其峰值黏度、低谷黏度、最終黏度值降低的效果更為顯著，α1處理組相對于對照組的峰值黏度降低了95.86%，相對于發(fā)芽60 h組降低了78.17%，β1處理組相對于對照組的峰值黏度降低了88.20%，相對于發(fā)芽60 h組降低了37.83%。與對照組相比，酶處理組的糊化溫度也有顯著性升高（p<0.05），溫度升高的原因可能是α-淀粉酶作用水解了直鏈淀粉和支鏈淀粉的α-1，4-糖苷鍵使得直鏈淀粉含量降低。有研究證明，直鏈淀粉含量是影響稻米糊化溫度的因素之一，且兩者一般呈反比[19]，且酶添加量對數(shù)值的變化有著顯著的影響，α3處理組因為酶解程度過高，導(dǎo)致淀粉糊黏度過低不能形成糊化曲線，而β-淀粉酶可有效降低支鏈分子外支鏈的長度，使其聚合度低于10，而無法形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，所以導(dǎo)致糊化溫度升高。

2.3 不同處理方式對糙米淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

淀粉凝膠體系的硬度、黏著性和內(nèi)聚性可以用來表征回生的程度。在淀粉回生過程中會導(dǎo)致凝膠的硬度上升，內(nèi)聚性升高以及黏著性下降[20-21]，表3～表5為不同處理組糙米淀粉儲存14 d內(nèi)凝膠質(zhì)構(gòu)變化情況。

表3 不同處理方式糙米淀粉儲藏過程中凝膠硬度Table 3 The gel hardness of brown rice starch stored in different treatment methods

表4 不同處理方式糙米淀粉儲藏過程中凝膠黏著性Table 4 The gel adhesiveness of brown rice starch stored in different treatment methods

表5 不同處理方式糙米淀粉儲藏過程中凝膠內(nèi)聚性Table 5 The gel cohesiveness of brown rice starch stored in different treatment methods

由表3～表5可知，糙米淀粉在儲藏過程中，凝膠硬度增加，黏著性下降，內(nèi)聚性升高，跟其他文獻基本一致[22-23]，這主要是由于淀粉回生引起的，體系在回生過程中水分流動性降低，直鏈淀粉和支鏈淀粉分子定向遷移，導(dǎo)致凝膠硬度升高，而酶解作用可以在一定程度上減少淀粉凝膠的老化變硬，可能是由于酶解降低了直鏈淀粉的含量從而提高了凝膠特性。有研究證明，直鏈含量越高的淀粉，凝膠形成越迅速，冷卻時強度也越大[24]。

不同處理組對糙米淀粉凝膠硬度的影響由表3可以看出，相對于對照組，發(fā)芽糙米的凝膠硬度顯然更低，并且隨著發(fā)芽時間的延長，其凝膠硬度呈顯著減小趨勢（p<0.05），發(fā)芽48 h的糙米淀粉凝膠儲存14 d的凝膠硬度比對照組減少了56.74%；外源淀粉酶處理組對凝膠硬度的影響更為顯著（p<0.05），存儲14 d時，α1處理組的凝膠硬度相對于對照組減少了83.87%，而β1處理組的凝膠硬度相對于對照組減少了78.02%，并且隨著酶濃度的增大，其凝膠硬度也顯著降低（p<0.05）。糙米淀粉的凝膠黏著性在回升過程中顯著降低，由表4可見，對照組儲存14 d的凝膠黏度比儲存1 d的降低了51.83%，發(fā)芽處理組凝膠的黏度相對于對照組顯著增大（p<0.05），在儲存14 d的黏度值比對照組升高了32.88%；外源酶處理組的淀粉凝膠黏度呈相反趨勢，其黏度顯著低于對照組和發(fā)芽組，可能是由于外源酶處理組的酶解程度過大，導(dǎo)致淀粉凝膠體系黏度急劇降低。淀粉凝膠的內(nèi)聚性隨著儲存時間的延長呈顯著上升趨勢（p<0.05）。由表5可知，對照組儲存14 d的內(nèi)聚性比儲存1 d的上升了40.54%；相對于對照組，發(fā)芽組和外源酶處理組的內(nèi)聚性數(shù)值上升趨勢略微平緩，其中發(fā)芽60 h的糙米淀粉凝膠在儲存3 d以后的內(nèi)聚性變化不顯著，而α3和β-淀粉酶處理組的內(nèi)聚性上升趨勢也在儲存3天后差異不顯著。

3 結(jié)論

發(fā)芽過程中被激活的內(nèi)源性淀粉酶系和外源添加的兩種淀粉酶，對糙米淀粉的回生均具有抑制作用，其抑制效果隨著酶解程度的增加有不同程度的增加。相對于對照組，發(fā)芽至48 h的糙米其在儲藏14 d的凝膠硬度最小，比對照組減少了56.74%。兩種外源淀粉酶能夠有效的降解淀粉，其處理組儲存14 d后的凝膠硬度顯著低于對照組和發(fā)芽組（p<0.05），且硬度與酶處理量成反比；α-淀粉酶降低淀粉黏度的效果更顯著，α1處理組相對于對照組的峰值黏度降低了95.86%，然而過量酶處理可能導(dǎo)致淀粉黏度急劇下降，糊化溫度升高。所以選擇適宜的發(fā)芽時間，采用適量的外源酶處理均可以有效抑制糙米淀粉的回生。

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