濕熱處理降低糯米粉GI 值的研究進(jìn)展

郭 宇 仇雨瑄 丁 震 史倩雯 朱鎖粉 郭元新

（1. 江蘇科技大學(xué)糧食學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212100）

（2. 常州金壇江南制粉有限公司，江蘇常州 213000）

糯稻在我國種植歷史悠久，品種繁多，具有廣闊的消費市場。糯米含有淀粉、蛋白質(zhì)、鈣、磷、鐵、B 族維生素及琥珀酸、檸檬酸等多種物質(zhì)[1，2]，可作為食療藥補(bǔ)的輔料，具有暖胃止寒、補(bǔ)氣養(yǎng)血等功效，深受廣大消費者喜愛。糯米淀粉中支鏈淀粉含量達(dá)95%以上，所以糯米有獨特的口感和黏性，常被磨成糯米粉制作各種食品，如麻球、糍粑、湯圓、年糕等。然而糯米制品消化速度太快，血糖反應(yīng)過高[3，4]，是高血糖生成指數(shù)（GI 值）食品。高血糖患者、幼童及老人等特殊人群不適宜過多食用糯米制品，這嚴(yán)重限制了糯米的應(yīng)用范圍。

研究者希望在保證糯米營養(yǎng)不流失的情況下，采用物理或化學(xué)方法，改變糯米淀粉結(jié)構(gòu)，提高直鏈淀粉含量，來降低糯米粉的GI 值。目前，有物理改性和化學(xué)改性兩種方法，其中物理改性方法優(yōu)點較多，如濕熱處理方法。濕熱處理僅通過調(diào)控淀粉的水分含量及處理過程中的溫度和時間，就能改變糯米淀粉顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其發(fā)生重組，從而改變淀粉的消化性能，提高糯米粉的附加值，因此它是一種綠色加工技術(shù)，具有很大的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。文中綜述了近年來國內(nèi)外濕熱處理糯米粉方面的研究成果，以期能為開發(fā)低GI 值糯米粉產(chǎn)品提供參考。

1 糯米粉結(jié)構(gòu)特性及消化特性

1.1 糯米粉的結(jié)構(gòu)特性

糯米粉的功能特性主要取決于其淀粉和蛋白質(zhì)含量。糯米淀粉顆粒粒徑較大，光滑而不透明，含量一般為75%～80%，其中直鏈淀粉極少。支鏈淀粉的分支狀結(jié)構(gòu)極大地阻礙了微晶束氫鍵的相互締合，形成糯米粉凍融穩(wěn)定性較好、不易老化凝沉的特點[5]，因此糯米粉可被廣泛用于制作冷凍食品及脂肪替代物。蒸煮后的糯米粉水分蒸發(fā)較少，有助于微生物生長繁殖，促進(jìn)糖化發(fā)酵，所以糯米適用于釀酒產(chǎn)業(yè)[6，7]。由于糯米的淀粉具備良好的多孔結(jié)構(gòu)，其粘稠性相較于其他淀粉偏高、更加柔軟韌滑，在烹飪和加工過程中可以形成凝膠，作為輔料加入到其他食品可防止食品因受熱而脫水收縮，所以糯米粉也常被用作冰激凌、湯汁的增稠穩(wěn)定劑[8]。糯米的蛋白質(zhì)中必需氨基酸含量非常高，最接近FAO/WHO 推薦模式，更能滿足人體對營養(yǎng)素的需求，而且這種蛋白質(zhì)具有低過敏性，有利于嬰幼兒食品的研究和開發(fā)[9，10]。糯米的脂肪含量很低，可做脂肪替代品，具有廣闊的市場前景[1，11，12]。

1.2 糯米粉的消化特性

淀粉消化涉及機(jī)械破壞、化學(xué)反應(yīng)以及生物吸收等過程。淀粉經(jīng)口腔咀嚼攪拌粉碎后，唾液淀粉酶將其分解成糊精和麥芽糖，在進(jìn)入胃和小腸后，在胃酸、胰淀粉酶和雙糖酶的作用下，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成葡萄糖后被消化吸收形成血糖；而抗性淀粉、膳食纖維等未能被消化吸收的物質(zhì)被結(jié)腸內(nèi)菌群發(fā)酵，生成對人體有益的短鏈脂肪酸[13]。Englyst 等[14]和徐菁等[15]根據(jù)淀粉在小腸內(nèi)消化速度不同，將淀粉分為快消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、慢消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）和抗性淀粉（resistant starch，RS）。研究顯示，含較少RDS 的食品能持續(xù)緩慢地釋放能量。食入含量較多的SDS、RS 和膳食纖維可明顯降低食物的消化速度，增加飽腹感，從而降低餐后血糖[15]。由于糯米淀粉具有較多的RDS，并且支鏈淀粉結(jié)晶區(qū)的微晶束會對酶的消化能力產(chǎn)生抵抗作用，從而會抑制胰蛋白酶破壞支鏈淀粉中的a-1，4 糖苷鍵，所以攝入糯米粉制品容易導(dǎo)致腸胃不適，消化不良。糯米沒有成為餐桌上的主食，也直接影響了其的市場需求。

2 糯米粉的血糖生成指數(shù)

2.1 淀粉的血糖生成指數(shù)

血糖生成指數(shù)[16]（glycemic index，GI）是反映食物引起人體血糖升高程度的指標(biāo)。WHO 專家委員會對GI 的定義為：含50 g 碳水化合物的標(biāo)準(zhǔn)食物血糖應(yīng)答曲線下面積之比。研究表明，加工工藝、直鏈淀粉含量以及淀粉組分均會顯著影響食物的GI 值[15]，趙凱等[16]通過促進(jìn)淀粉老化和抑制淀粉顆粒糊化發(fā)現(xiàn)可降低淀粉消化速率，表明淀粉黏度及顆粒大小同樣影響 GI 值。根據(jù)GI 值的大小可以將食物分為低 GI（GI＜55）、中 GI（55＜GI＜70）以及高 GI（GI＞70）三類[17，18]。當(dāng)人體攝入低 GI 值食品后，血糖提升的濃度較低，胰島B 細(xì)胞分泌較少的胰島素，可降低胰腺的工作強(qiáng)度；低GI 值食物在人體中不易被消化吸收，而且在一段時間內(nèi)會產(chǎn)生飽腹感，這在一定程度上控制了血糖。若血糖長時間處于高水平且不穩(wěn)定的狀態(tài)，會引發(fā)高血脂、心血管疾病、視物障礙等并發(fā)癥。研究表明，人體內(nèi)SDS 的含量與穩(wěn)定血糖水平有關(guān)，淀粉中SDS 含量越多，在消化吸收后人體中的血糖增長量越低。而RS 能夠在大腸內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，能夠使體內(nèi)的脂質(zhì)快速代謝，降低血液中的膽固醇含量，預(yù)防結(jié)腸疾病和癌癥的發(fā) 生[16，19]。

2.2 糯米粉的血糖生成指數(shù)

糯米的血糖生成指數(shù)高達(dá)98，糯米食物進(jìn)入人體會很快被消化吸收，使體內(nèi)的血糖快速上升。潘海坤等[4]研究表明不同糯米品種、粒度以及是否添加脂肪都會影響糯性制品的餐后血糖反應(yīng)。對于同一品種，攝入整粒糯米較米粉血糖增加量偏低；粳糯比秈糯升糖反應(yīng)更顯著；糯米粉添加豬油在60 min 之內(nèi)可延緩血糖上升，隨后血糖濃度將長期保持在高水平，不利于需要控制血糖者食用。所以高血糖患者在食用糯米制品時要盡量選擇更低GI 值的秈糯米，同時減少淀粉- 脂質(zhì)復(fù)合物的攝入。

3 濕熱處理對糯米粉血糖生成指數(shù)的影響

3.1 濕熱處理及其應(yīng)用

周顯青等[20]分析了不同制粉工藝對糯米粉理化性質(zhì)、熱力學(xué)特性及質(zhì)構(gòu)的差異，發(fā)現(xiàn)濕法處理的糯米粉品質(zhì)最好。濕熱處理（heat-moisture treatment，HMT）是指在低水分含量（通常MC＜35 %），高溫（通常90～120 ℃）及一定處理時間（15 min～16 h）對淀粉進(jìn)行處理的一種改性方式。水分含量、加熱溫度、加熱時間的差異都會使淀粉分子結(jié)構(gòu)的變化、直鏈淀粉脂質(zhì)復(fù)合物的形成以及結(jié)晶度的改變程度明顯不同[21，22]。

日本研究人員對濕熱處理技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，形成減壓濕熱工藝，其基本原理是采用較低壓力（4～8 kPa）且保持壓力恒定，利用新鮮蒸汽加熱，反應(yīng)結(jié)束后將真空度提升，隨后冷卻至室溫，這樣得到的變性淀粉的糊化率降低至2.6%[23]。研究表明，HMT 會明顯降低直鏈淀粉浸出值及淀粉顆粒膨脹度，淀粉顆粒將更耐高溫，剪切力更加穩(wěn)定，因此被廣泛應(yīng)用于面條加工業(yè)[24]。經(jīng)過HMT 的馬鈴薯淀粉，微生物繁殖受限，有較長的貨架期，可替代玉米淀粉應(yīng)用于方便食品中。玉米淀粉經(jīng)HMT 可以應(yīng)用于罐頭及湯汁餡料等。MIYAZAKI 等[25]利用經(jīng)HMT 的玉米淀粉代替小麥粉制作面包，改變了面包的結(jié)構(gòu)特性及消化特性。

3.2 濕熱處理對淀粉結(jié)構(gòu)的影響

在HMT 下，分子間的氫鍵及分子鍵都會受到影響，這就會使淀粉內(nèi)部產(chǎn)生不同層次的變化。來源不同的淀粉及采用不同的HMT 參數(shù)條件（如水分含量、溫度、時間）都會導(dǎo)致淀粉內(nèi)部結(jié)構(gòu)的區(qū)別。相關(guān)研究表明，對淀粉含量比較高的山藥、大米進(jìn)行HMT 時，其顆粒外形變化不顯著[26]，而對玉米和甘薯進(jìn)行HMT 處理時，其淀粉結(jié)晶度會有所增加[27]，說明不同類型的淀粉進(jìn)行HMT，其結(jié)構(gòu)變化會不同。在對淀粉進(jìn)行HMT 時，水分子可以破壞淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)，使其分子鏈發(fā)生移動，而無定形區(qū)的淀粉分子更易重排產(chǎn)生更多的結(jié)晶[28]。研究發(fā)現(xiàn)，HMT 不會導(dǎo)致淀粉鏈長和分布的變化，但升高溫度會使支鏈淀粉降解，直鏈淀粉相應(yīng)的增加[29，30]。

在HMT 過程中，隨著處理時間的延長，淀粉顆粒內(nèi)部淀粉分子間雙螺旋結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變程度有所差異，張二娟[31]采用HMT 以蠟質(zhì)玉米淀粉為原料制備SDS，發(fā)現(xiàn)淀粉糊化溫度升高，黏度降低，SDS 含量隨時間變化先降低后增加。HMT 可以使RS 含量較處理前有所提升，如對稻米淀粉HMT 的研究結(jié)果表明，HMT（水分18%，60 min）促進(jìn)了抗性淀粉含量的增加，HMT（16% MC，60 min） 使米粉中 SDS 增加[32]。研究人員在對面包果（面包樹的果實）淀粉進(jìn)行HMT 時發(fā)現(xiàn)SDS 和RS 含量增加，在水分含量為35%時，SDS 的含量為13.24 %，比天然淀粉高10.25%，說明將HMT 應(yīng)用于面包果改性可以降低其淀粉消化性[33]。

3.3 濕熱處理降低糯米粉血糖指數(shù)的研究

相比直鏈淀粉，支鏈淀粉更容易被淀粉酶水解、被人體消化，GI 值相對較高。由于糯米的特殊結(jié)構(gòu)，其RDS 含量很高，相較于普通大米，被人體消化吸收的速度更快。研究表明，糯米淀粉水分含量分別為20%和30%、熱處理4 h 時的焓變（?H）與原糯米焓變存在較大差異，而HMT 帶來的熱能會導(dǎo)致淀粉分子的 a-1，4 和a-1，6 糖苷鍵遭到破壞，無定形區(qū)和結(jié)晶區(qū)的雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。在水分含量高的情況下，HMT 會破壞顆粒的完整性、半晶片層和分子鏈，使淀粉分子發(fā)生重排形成有序結(jié)構(gòu)，從而提高了熱穩(wěn)定性，抑制淀粉分子與酶的作用。由此淀粉分子將更加穩(wěn)定，分子之間相互作用增強(qiáng)，可溶性直鏈淀粉和不溶性直鏈淀粉也發(fā)生相應(yīng)變化。

郝赫男[22]進(jìn)行的淀粉體外消化模擬實驗結(jié)果顯示，與原淀粉相比，經(jīng)過HMT 的糯米淀粉具有較少的 RDS 和 RS，而 SDS 顯著增加，這表明HMT 糯米淀粉通過將RDS 和RS 轉(zhuǎn)化為SDS 的方式，減緩了糯米淀粉的消化。水分含量越高，SDS 的增加越明顯。這與王宏偉等[34]人HMT 紅小豆淀粉的研究結(jié)果一致。在HMT 期間，糯米淀粉比普通大米淀粉的水解率要高，在20 %含水量下濕熱處理時，糯米淀粉的水解指數(shù)與血糖指數(shù)均有下降，30%含水量下濕熱處理時，糯米淀粉消化參數(shù)均有上升。

4 結(jié)語與展望

濕熱處理可以改變糯米淀粉的結(jié)構(gòu)及消化特性，對降低糯米粉的GI 值有顯著作用。目前，濕熱處理影響糯米粉研究仍處于起步階段，對其影響糯米粉GI 值的作用機(jī)理尚不完全清楚，對其進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用還需要生產(chǎn)實踐的檢驗。由于濕熱處理方法過于單一，因此可考慮用“濕熱處理+…”的復(fù)合改性方法處理糯米粉，從而能更大程度降低糯米粉GI值，這個研究更具研究價值。