不同儲藏時間米糠制備膳食纖維對米粉糊化和凝膠性質(zhì)的影響

吳 偉 付旭恒 吳曉娟

(中南林業(yè)科技大學食品科學與工程學院;稻谷及副產(chǎn)物深加工國家工程實驗室，長沙 410004)

米糠是稻米加工的副產(chǎn)物，我國米糠資源豐富，脫脂米糠中膳食纖維質(zhì)量分數(shù)可達30%～50%，其中米糠不溶性膳食纖維(rice bran insoluble dietary fiber，RBIDF)占到 90% 以上［1］。RBIDF 具有良好的功能性質(zhì)，可作為一種理想的膳食纖維添加到米制品中，膳食纖維的添加量、結(jié)構(gòu)特征和功能性質(zhì)都會對米制品品質(zhì)產(chǎn)生重要影響［2］。

米糠在綜合利用之前應進行穩(wěn)定化處理，但部分稻谷加工工廠缺乏米糠穩(wěn)定化設(shè)備，米糠在穩(wěn)定化之前就可能發(fā)生了一定程度的酸敗［3］。前期研究表明，當新鮮米糠在室溫條件下儲藏10 d時，米糠毛油酸值和過氧化值分別增加8.98倍和5.49倍，米糠蛋白羰基含量增加6.51倍，表明米糠儲藏過程中米糠脂質(zhì)逐漸水解和氧化，形成的脂質(zhì)氧化產(chǎn)物導致米糠蛋白氧化［3］。此外，米糠酸敗形成的脂質(zhì)氧化產(chǎn)物還會改變RBIDF的功能性質(zhì)［4］。目前鮮見米糠酸敗程度對添加米糠膳食纖維食品品質(zhì)影響的報道。將新鮮米糠儲藏不同時間得到不同酸敗程度的米糠，經(jīng)穩(wěn)定化和脫脂處理后制備RBIDF，并添加到米粉中，研究不同酸敗程度米糠制備的RBIDF對米粉糊化和凝膠性質(zhì)的影響，為進一步開發(fā)和應用米糠膳食纖維以及提高米糠綜合利用價值提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮米糠:湖南長沙霞凝國家糧食儲備庫;米粉(湘早秈6):金健米業(yè)股份有限公司;堿性蛋白酶(200 000 U/g):北京索萊寶科技有限公司;α－淀粉酶(40 000 U/g):國藥集團化學試劑有限公司;其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Sorvall LYNX 6000高速冷凍離心機:美國Thermo Fisher公司;Super4－RVA快速黏度分析儀:澳大利亞新港公司;DHR－2流變儀:美國TA公司;TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀:英國 Stable Micro System公司。

1.3 方法

1.3.1 米糠預處理

參考吳偉等［5］米糠預處理方法。新鮮米糠過40目篩，含水量為12%，在室溫下分別儲藏0、1、3、5、10 d，得到不同酸敗程度的米糠，采用雙螺桿擠壓機穩(wěn)定化，穩(wěn)定化條件為:喂料量為15 kg/h，含水量為16%，雙螺桿擠壓機二區(qū)至六區(qū)溫度依次為70、120、120、70和60℃，然后干燥、粉碎過40目篩，隨后在室溫條件下與正己烷按1∶4(m∶V)料液比混合脫脂，振蕩30 min后抽濾得到濾餅，濾液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收正己烷，如此重復脫脂3次，最后將濾餅置于通風櫥中風干后得脫脂米糠。

1.3.2 RBIDF 的制備

參考李倫等［6］方法制備RBIDF。將脫脂后的米糠按照1∶10(m/V)料液比與去離子水混合，40℃條件下用2 mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH，穩(wěn)定至9.0，攪拌4 h后將懸浮液在4℃條件下8 000 r/min離心20 min，將沉淀以1∶12(m/V)料液比與去離子水混合并攪拌均勻，45℃條件下用2 mol/L NaOH調(diào)pH至10.0，加入堿性蛋白酶(添加量250 U/g)，酶解2 h，將水浴鍋溫度升至90℃進行預糊化，糊化時間20～25 min，然后在60℃條件下用2 mol/L HCl調(diào)pH至6.5，加入高溫α－淀粉酶(添加量200 U/g)，酶解30 min，升溫至95℃保持5 min滅酶，冷卻至室溫后在4℃條件下8 000 r/min離心20 min，水洗沉淀后將沉淀物在45℃條件下鼓風烘干，得到RBIDF。

1.3.3 添加RBIDF米粉的制備

將制備不同儲藏期的RBIDF過100目篩，根據(jù)人們?nèi)粘ι攀忱w維攝入量的需求及米制主食品的食用量，選擇米糠膳食纖維最高添加量為12%［7］。以米粉質(zhì)量為基礎(chǔ)，分別以4%、6%、8%、10%、12%的RBIDF置換等量的米粉，制備混合粉各500 g，混合均勻，置于密封袋中，4℃條件下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.4 米粉糊化性質(zhì)測定

參照美國谷物化學家協(xié)會(AACC61－02)關(guān)于稻米淀粉糊化特性操作規(guī)程進行測定。快速黏度分析儀參數(shù)設(shè)置如下:50℃保持1 min，以12℃/min上升到95℃(3.75 min)，95℃條件下保持2.5 min，然后以12℃/min下降到50℃(3.75 min)，50℃保持1.4 min。攪拌器起始10 s內(nèi)轉(zhuǎn)動速度為960 r/min，以后保持在 160 r/min［8］。

1.3.5 米粉凝膠形成過程中動態(tài)流變學性質(zhì)測定

稱取添加RBIDF的米粉1 g倒入30 mL超純水中，沸水浴攪拌加熱制成米粉糊，然后另取4 g待測混合粉倒入米粉糊中，并補足蒸發(fā)掉的水分，攪拌均勻，靜置30 min，待水分分布均勻后進行測試。模具選用直徑為40 mm的平板，狹縫間隙設(shè)置為1.0 mm，形變?yōu)?%，角頻率為5 rad/s，從20℃升溫到100℃，然后溫度從100℃降到20℃，升、降溫速率均為5℃/min，最后在20℃下進行頻率掃描，掃描范圍0～16 Hz，測定米粉凝膠形成過程中儲能模量和損耗角正切［9］。

1.3.6 米粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性測定

將制備的含RBIDF的米粉與超純水按1∶1.5的比例混合均勻，倒入規(guī)格為7 cm×3.5 cm的圓柱形鋁盒中，蒸5 min后取出，冷卻至室溫，進行測定［10］。采用物性測試儀中TPA模式測定，測前速度、測試速度均為2 mm/s，測后速度為5 mm/s，壓縮率50%，探頭為 P/0.5R［9］。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

所有實驗平行測定3次。數(shù)據(jù)采用Microsoft excel 2003和Origin 7.5進行處理，結(jié)果用平均值±標準差的形式表示，指標比較采用最小顯著差異法，取95%置信度(P＜0.05)。各參數(shù)間相關(guān)系數(shù)采用SPSS12.0 分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 米糠儲藏不同時間制備RBIDF添加對米粉糊化性質(zhì)的影響

吳偉等［11］研究發(fā)現(xiàn)新鮮米糠儲藏 0、1、3、5、10 d制備的米糠毛油酸值在我國生產(chǎn)的絕大部分米糠毛油酸值范圍(15 ～40 mgKOH/g)內(nèi)［12］，且酸值分布較為均勻，表明本實驗將新鮮米糠儲藏不同時間得到的不同酸敗程度米糠可反映我國米糠的酸敗程度，同時制備的RBIDF也具有較大程度的代表性。

由圖1可知，當米糠儲藏時間相同時，隨著RBIDF添加量的增多，米粉的峰值黏度逐漸下降，這是由于RBIDF會與米粉中的淀粉分子競爭水分子［13］，隨著RBIDF添加量的增多，淀粉顆粒的膨脹程度和聚合物向顆粒外浸出的數(shù)量減?。?4］。此外，由于RBIDF添加量的增加，米粉中淀粉的絕對含量減少，從而導致米粉的峰值黏度隨著RBIDF添加量的增多而降低。當RBIDF添加量相同時，隨著米糠儲藏時間的延長，米粉的峰值黏度呈先上升后略微下降的趨勢，在米糠儲藏第5天時達到最大值。隨著米糠儲藏時間的延長，米糠氧化酸敗產(chǎn)生的脂質(zhì)氧化產(chǎn)物作用于RBIDF，結(jié)合水力逐漸下降，米淀粉能接觸吸收更多的水分［4］，使得米淀粉糊化過程中更多的直鏈淀粉溶出，從而導致米粉的峰值黏度呈現(xiàn)上升趨勢;隨著米糠儲藏時間的進一步延長，RBIDF結(jié)構(gòu)展開，在一定程度上降低了溶出直鏈淀粉溶液的連續(xù)性［4，15］，從而導致米粉的峰值黏度隨著米糠儲藏時間的延長呈略微下降的趨勢。

圖1 米糠不同儲藏時間制備RBIDF添加對米粉RVA圖譜中峰值黏度的影響

由圖2可知，當米糠儲藏時間相同時，隨著RBIDF添加量的增多，米粉的回生值逐漸下降。這是由于，隨著RBIDF含量的增多，添加RBIDF米粉中直鏈淀粉的絕對含量減少，導致米粉的回生值減?。?6］。當RBIDF添加量相同時，隨著米糠儲藏時間的延長，米粉的回生值呈逐漸上升趨勢，與峰值黏度變化趨勢相反。淀粉糊化過程中峰值黏度越大，表明淀粉顆粒溶出的直鏈淀粉分子越多，溶出的直鏈淀粉分子在RVA測試降溫階段依靠氫鍵相互結(jié)合，從而導致淀粉老化，回生值增加，因此RVA圖譜中峰值黏度與回生值變化趨勢相反［17］。

圖2 米糠儲藏不同時間制備RBIDF添加對米粉RVA圖譜中回生值的影響

由圖3可知，當米糠儲藏時間相同時，隨著RBIDF添加量的增多，米粉的峰值時間呈先上升后下降的趨勢，在添加量8%時達到最大。這是由于RBIDF添加量越多，競爭水分子的能力就增強，從而導致米粉RVA圖譜中峰值時間增大;但RBIDF添加量越多，米粉中淀粉的絕對含量越少，糊化所需水分也減少，因而米粉糊化的進程加快，峰值時間減?。?8］。當RBIDF添加量相同時，隨著米糠儲藏時間的延長，米粉的峰值時間呈先大幅度下降后略微上升的趨勢，在米糠儲藏第5天時達到最小值。這是由于隨著米糠儲藏時間的延長，RBIDF結(jié)合水力逐漸下降［4］，米粉能接觸到更多的水分，從而導致米粉的峰值時間減?。?］;隨著米糠儲藏時間的進一步延長，空間結(jié)構(gòu)展開的RBIDF分布在米淀粉顆粒周圍，導致米淀粉顆粒吸水溶脹阻力增加，淀粉糊化速度減小，從而導致米粉的峰值時間有所回升。

圖3 米糠儲藏不同時間制備RBIDF添加對米粉RVA圖譜中峰值時間的影響

由圖4可知，當米糠儲藏時間相同時，隨著RBIDF添加量的增多，米粉的糊化溫度呈逐漸上升的趨勢。Aravind等［19］研究發(fā)現(xiàn)將不溶性膳食纖維添加到在小麥面條中能提高面條淀粉的糊化溫度，這是由于隨著RBIDF添加量的增多，淀粉溶脹受到的抑制，從而導致米粉的糊化溫度升高［20］。當RBIDF添加量相同時，隨著米糠儲藏時間的延長，米粉的糊化溫度呈先大幅度下降后略微上升的趨勢，在米糠儲藏第3天達到最小值，與峰值時間變化趨勢非常類似，兩者原因也是一樣的。

圖4 米糠儲藏不同時間制備RBIDF添加對米粉RVA圖譜中糊化溫度的影響

2.2 米糠儲藏不同時間制備RBIDF添加對米粉凝膠形成過程中流變性質(zhì)的影響

如圖5所示，RBIDF添加量相同時，隨著米糠儲藏時間的延長，米粉在升、降溫過程中儲能模量G'值的變化趨勢一致:在升溫糊化過程中，米粉的G'值隨米糠儲藏時間的延長先增大后減小，在米糠儲藏第3 d時達到最大值。這是由于隨著米糠儲藏時間的延長，RBIDF結(jié)合水力逐漸下降［4］，米粉與水分子接觸增多，從而導致升溫過程中添加RBIDF米粉的G'值增大;隨著米糠儲藏時間的持續(xù)增加，RBIDF結(jié)構(gòu)展開程度增加，在一定程度上破壞了淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)的均一性和完整性［21］，從而導致升溫過程中添加RBIDF米糠的G'值減小。在降溫凝膠形成過程中，米粉的G'值隨米糠儲藏時間的延長而逐漸增大，這與前面RVA測試中回生值變化趨勢一致。

如圖6所示，當RBIDF添加量相同時，隨著米糠儲藏時間的延長，米粉凝膠的G'呈逐漸上升的趨勢，這是由于隨著米糠儲藏時間的延長，RBIDF結(jié)合水力逐漸下降，米淀粉易于吸水糊化形成凝膠網(wǎng)絡(luò)，從而增強了米粉的凝膠強度［4，9］;米粉凝膠的損耗角正切先下降后上升，在米糠儲藏第5天時達到最小值，這是由于隨著米糠儲藏時間的延長，RBIDF結(jié)構(gòu)逐漸展開，有更多的水分子透過，米粉與水分子的接觸更充分，直鏈淀粉滲析出來形成的凝膠基質(zhì)增多;但是隨著米糠儲藏時間的進一步延長，進一步展開結(jié)構(gòu)的RBIDF可破壞米粉凝膠網(wǎng)絡(luò)的均一性［21］，導致米粉凝膠的損耗角正切先下降后上升。

圖5 米粉添加米糠儲藏不同時間制備的RBIDF凝膠形成過程中儲能模量隨時間的變化曲線

2.3 米糠儲藏不同時間制備RBIDF添加對米粉凝膠質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的影響

由圖7可知，當米糠儲藏時間相同時，隨著RBIDF添加量的增多，米粉凝膠的硬度、回復性、膠著性、咀嚼度逐漸減小，黏附性逐漸上升，這與王煒華等［13］研究結(jié)果一致。這是由于隨著RBIDF添加量的增多，米粉中淀粉總量下降，且RBIDF的分支結(jié)構(gòu)會使淀粉形成的凝膠結(jié)構(gòu)更為疏松。當RBIDF添加量相同時，隨著米糠儲藏時間的延長，米粉凝膠的硬度、回復性、膠著性、咀嚼度先上升后下降，均在米糠儲藏3 d時達到最大值，米粉凝膠的黏附性則先下降后上升，在米糠儲藏3 d時達到最小值。這是由于隨著米糠儲藏時間的延長，RBIDF結(jié)合水力逐漸下降［4］，米淀粉能接觸到更多的水分，糊化過程中能夠析出更多的直鏈淀粉，冷卻后有更多的直鏈淀粉老化，因而形成的米粉凝膠的硬度、回復性、膠著性、咀嚼度增加，黏附性減小;當米糠儲藏時間進一步的延長，進一步展開結(jié)構(gòu)的RBIDF降低糊化溶出直鏈淀粉的連續(xù)性［4］，因而冷卻后直鏈淀粉重排程度下降，導致米粉凝膠的硬度、回復性、膠著性、咀嚼度減小，黏附性增加［7］。

圖6 米粉添加米糠儲藏不同時間制備的RBIDF形成凝膠后儲能模量(實線)和損耗角正切(虛線)隨頻率的變化曲線

圖7 米糠儲藏不同時間制備RBIDF添加對米粉質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的影響

2.4 米粉糊化和質(zhì)構(gòu)性質(zhì)與米糠儲藏時間和RBIDF添加量的相關(guān)性分析

為了進一步明確米糠酸敗程度、RBIDF添加量和米粉糊化、質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的關(guān)系，進行相關(guān)性分析，結(jié)果見表1。RBIDF添加量與米粉凝膠的硬度、回復性、膠著性、咀嚼度、峰值黏度和回生值呈極顯著(P＜0.01)負相關(guān)，與黏附性呈顯著(P ＜0.05)正相關(guān)，表明添加RBIDF會對米粉的糊化和質(zhì)構(gòu)性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響，這與李安平等［22］研究結(jié)果相似。此外，米糠毛油酸值與添加RBIDF米粉的峰值黏度呈顯著(P＜0.05)正相關(guān)，與峰值時間和糊化溫度呈極顯著(P＜0.01)負相關(guān)，與回生值和米糠儲藏時間呈極顯著(P＜0.01)正相關(guān)，表明米糠酸敗會對含RBIDF米粉的糊化性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響。

3 結(jié)論

本實驗主要研究了不同儲藏時間米糠制備的RBIDF對米粉糊化和凝膠性質(zhì)的影響。當RBIDF添加量相同時，隨著米糠儲藏時間的延長，米粉的峰值黏度呈先上升后略微下降的趨勢，回生值逐漸上升，峰值時間和糊化溫度先大幅度下降后略微上升。米糠毛油酸值與添加RBIDF米粉的峰值黏度呈顯著(P＜0.05)正相關(guān)，與峰值時間和糊化溫度呈極顯著(P＜0.01)負相關(guān)，與回生值和米糠儲藏時間呈極顯著(P＜0.01)正相關(guān);儲能模量在米粉凝膠形成階段和米粉凝膠形成后階段都呈上升趨勢，損耗角正切在米粉凝膠形成后階段先減小后增大，在米糠儲藏5 d達到最小值;硬度、回復性、膠著性、咀嚼度先增大后減小，黏附性先減小后增大。表明一定酸敗程度的米糠制備的RBIDF添加可在一定程度上改善米粉的糊化和凝膠性質(zhì)，但添加過度酸敗米糠制備的RBIDF則會使米粉的糊化和凝膠性質(zhì)劣變。