半干法磨粉過(guò)程中水分變化對(duì)糯米粉品質(zhì)的調(diào)控機(jī)制

藺澤雪，秦婉瑜，耿棟輝，劉 璐，周素梅，黃峻榕，佟立濤*

（1陜西科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院 西安 710021 2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 北京 100193）

糯米在我國(guó)擁有悠久的種植和食用歷史，湯圓、驢打滾等食品均以糯米粉為主要原料[1]。我國(guó)目前的糯米粉生產(chǎn)以傳統(tǒng)的濕法制粉為主，濕磨法糯米粉具有破損淀粉含量低，淀粉顆粒完整度高等優(yōu)勢(shì)，是絕大部分糯米食品獲得優(yōu)異品質(zhì)的關(guān)鍵基礎(chǔ)[2]，然而，其加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量廢水，且存在安全隱患[3-4]。本實(shí)驗(yàn)室研究人員前期研究了糯米半干法磨粉技術(shù)，發(fā)現(xiàn)水分含量調(diào)制為33%的糯米，經(jīng)旋風(fēng)磨制成的糯米粉粉質(zhì)特性與濕法糯米粉無(wú)顯著性差異[5]，并且熱風(fēng)預(yù)處理能夠使米粒產(chǎn)生裂縫，提高半干法磨粉的潤(rùn)米效率[6-7]，顯著降低了糯米中本底微生物的含量[8]。這些研究表明半干法磨粉技術(shù)能制得適于工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)糯米粉產(chǎn)品，然而，在磨粉過(guò)程中米粒特性與粉質(zhì)特性間的關(guān)系以及水分遷移轉(zhuǎn)化并調(diào)控米粒性質(zhì)的作用機(jī)制尚不明確。

本研究觀察不同熱風(fēng)預(yù)處理時(shí)間、著水量條件下糯米米粒的表觀變化，研究熱風(fēng)預(yù)處理時(shí)間、著水量及干燥時(shí)間對(duì)糯米粉粉質(zhì)特性的影響，分析米粒硬度和水分變化對(duì)糯米粉品質(zhì)的影響規(guī)律，揭示半干法磨粉過(guò)程中水分的遷移變化對(duì)糯米粉品質(zhì)的調(diào)控機(jī)制，為完善糯米半干法磨粉技術(shù)，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)糯米粉原料提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料：秈糯米，贛州市九鯉湖食品有限公司，水分含量為12.90%。

試劑：破損淀粉試劑盒，愛(ài)爾蘭Megazyme 公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SMZ800N 體視顯微鏡，日本尼康株式會(huì)社；RVA-Tec Master 快速黏度分析儀，波通瑞華科學(xué)儀器（北京）有限公司；SU8010 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，日立高新技術(shù)（上海）國(guó)際貿(mào)易有限公司；NMI20-030H-I 核磁共振成像與分析系統(tǒng)，上海紐邁電子科技有限公司；GWJ-Ⅱ型谷物硬度計(jì)，浙江托普儀器有限公司；CT410 型旋風(fēng)磨，福斯賽諾分析儀器（蘇州）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 裂縫觀察 參照Wu 等[9]的方法，在體視顯微鏡下觀察45 ℃熱風(fēng)處理0～60 min 米粒的表觀裂縫。

1.3.2 米粒體積測(cè)量 取大小均勻的秈糯米20 g于托盤中，為調(diào)制水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為飽和含水量（33%），加入適量的蒸餾水潤(rùn)米35 min（通過(guò)浸泡6 h 前、后原料的質(zhì)量差及質(zhì)量變化計(jì)算得到[8]），每隔5 min 用游標(biāo)卡尺測(cè)量米粒的長(zhǎng)度、寬度和厚度，平行測(cè)量5 次，取平均值。

1.3.3 糯米粉的制備 參照Tong 等[10]的方法并稍作修改，準(zhǔn)確稱取秈糯米200 g，于45 ℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中熱風(fēng)處理60 min，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)33%為目標(biāo)調(diào)制水分，加入適量的蒸餾水潤(rùn)米35 min，旋風(fēng)磨磨粉后過(guò)100 目篩，于45 ℃干燥30 min。控制單一變量重復(fù)制備熱風(fēng)處理0，15 min，潤(rùn)米0，5，10，20 min 和干燥0，15 min 的糯米粉。樣品裝于密封袋，在干燥器或-20 ℃中保存待用。

1.3.4 糯米粉粉質(zhì)特性的測(cè)定

1.3.4.1 破損淀粉含量的測(cè)定 采用酶比色法，使用Megazyme 破損淀粉試劑盒測(cè)定。

1.3.4.2 微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定 將冷凍干燥后的樣品均勻的分散在雙面導(dǎo)電膠上，固定于鋁平板，真空噴金后裝樣，在10 kV 的加速電壓下放大3 000 倍觀察。

1.3.4.3 水合特性的測(cè)定 參照Heo 等[11]的方法并稍作修改，0.1 g 糯米粉樣品與20 mL 蒸餾水混勻，分別在25 ℃和100 ℃下加熱振動(dòng)30 min 后，于8 500×g 離心30 min。分離上清液于鋁盒，在105 ℃下烘干至恒重，對(duì)濕沉淀物進(jìn)行稱重。吸水指數(shù)（WAI）、水溶性（WS）、溶脹性（SP）計(jì)算公式如下：

1.3.4.4 糊化特性的測(cè)定 參照Cham 等[12]的方法并稍作修改，使用Perten RVA-Tec Master 快速黏度分析儀，取3.5 g 樣品溶于25 mL 蒸餾水中，按照14%的校準(zhǔn)水分計(jì)算粉量和水量。升溫程序如下：以9 ℃/min 的速率從50 ℃升溫至95 ℃，保溫3 min，再以15 ℃/min 的速率冷卻至50 ℃，保溫2 min，測(cè)量時(shí)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速160 r/min。

1.3.5 米粒硬度的測(cè)定 參照何順武[13]的方法并稍作修改，使用谷物硬度計(jì)測(cè)量熱風(fēng)預(yù)處理每10 min、潤(rùn)米每5 min 的米粒硬度，測(cè)定結(jié)果以米粒裂開(kāi)時(shí)的最大壓力（kgf）為標(biāo)準(zhǔn)，平行測(cè)量40 次，取平均值。

1.3.6 核磁共振指數(shù)的測(cè)定 在半干法磨粉過(guò)程中，熱風(fēng)預(yù)處理每10 min 取樣，潤(rùn)米和干燥過(guò)程每5 min 取樣。準(zhǔn)確稱取1.0 g 的樣品于18 mm 樣品管中，采用CPMG 脈沖序列測(cè)量樣品的自旋-自旋弛豫時(shí)間（T2）。CPMG 脈沖序列參數(shù)設(shè)置為：主頻SF=21 MHz，90°脈沖射頻脈寬P1=15 μs，180°脈沖射頻脈寬P2=25.04 μs，接收機(jī)帶寬SW=200 kHz，回波時(shí)間TE=0.2 ms，回波個(gè)數(shù)NECH=8 000。重復(fù)采集3 次，反演結(jié)果取平均值作為樣品的弛豫時(shí)間和信號(hào)幅值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用軟件SPSS 20.0 進(jìn)行方差分析，Tukey-Kramer 多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱風(fēng)預(yù)處理對(duì)糯米籽粒表觀裂縫的影響

前期研究發(fā)現(xiàn)半干法磨粉前的熱風(fēng)預(yù)處理加速了米粒中水分向外遷移的速度，形成眾多水分通道從而產(chǎn)生裂縫[7]，然而裂縫在熱風(fēng)預(yù)處理過(guò)程中的形成規(guī)律尚不明確?；诖吮狙芯坎捎?5 ℃熱風(fēng)處理糯米，結(jié)果如圖1所示。結(jié)果顯示未經(jīng)處理的米粒表面完整光滑無(wú)裂縫，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，糯米籽粒表觀裂縫逐漸增多，根據(jù)Courtois等[14]的判定方法可認(rèn)定預(yù)處理30 min 后的米粒為重度裂縫，表明熱風(fēng)預(yù)處理糯米30 min 可獲得促進(jìn)米粒吸水的重度裂縫。

圖1 不同熱風(fēng)預(yù)處理時(shí)間對(duì)糯米籽粒的表觀裂紋的影響Fig.1 Effects of different hot air treatment time on surface fissures of glutinous rice grain

2.2 著水量對(duì)糯米籽粒體積的影響

試驗(yàn)考察了糯米著水過(guò)程中米粒體積的變化，結(jié)果如圖2所示，糯米籽粒的長(zhǎng)、寬、高均隨潤(rùn)米時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增大，長(zhǎng)度在潤(rùn)米5～10 min 時(shí)增加迅速，而寬度和厚度增加較緩。籽粒體積的增加可能是由于糯米中含有8%左右的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)相比淀粉吸水膨脹率高[15]，潤(rùn)米時(shí)吸水膨潤(rùn)的蛋白質(zhì)體積顯著增大，與淀粉發(fā)生相對(duì)位移從而使籽粒體積增大。

圖2 不同著水量對(duì)糯米籽粒體積的影響Fig.2 Effects of different water content on volume of glutinous rice grain

2.3 糯米粉的破損淀粉含量

破損淀粉含量是評(píng)價(jià)糯米粉品質(zhì)的核心關(guān)鍵指標(biāo)。不同潤(rùn)米水分對(duì)破損淀粉含量的影響已在前期研究中證實(shí)[5]，然而預(yù)處理及干燥過(guò)程對(duì)其影響有待分析。本研究考察了半干法過(guò)程對(duì)糯米粉破損淀粉含量的影響，結(jié)果如圖3所示。隨著預(yù)處理時(shí)間的延長(zhǎng)，所得糯米粉的破損淀粉含量顯著降低（P<0.05），表明熱風(fēng)預(yù)處理后進(jìn)行半干法磨粉不僅可以加快潤(rùn)米速率，還可以進(jìn)一步降低糯米粉破損淀粉含量。然而干燥15 min后糯米粉破損淀粉含量略有增加（P<0.05），這可能是由干燥處理的熱損傷導(dǎo)致[16-17]。進(jìn)一步干燥至30 min，破損淀粉含量未進(jìn)一步增加，仍保持在2%以下，表明干燥處理的影響在可接受范圍之內(nèi)。

圖3 半干法磨粉過(guò)程對(duì)糯米粉破損淀粉含量的影響Fig.3 Effect of semidry-milled process on damaged starch content of glutinous rice flour

2.4 糯米粉微觀結(jié)構(gòu)

通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察半干法磨粉不同階段糯米粉中淀粉顆粒的完整性，結(jié)果顯示隨著熱風(fēng)預(yù)處理和潤(rùn)米時(shí)間的延長(zhǎng)，糯米粉中的淀粉顆粒由相互粘連、缺損，逐漸變得獨(dú)立、完整，這與破損淀粉含量的變化趨勢(shì)相一致（圖4、圖5）。在不同干燥時(shí)間下，淀粉顆粒完整性無(wú)明顯變化（圖6），表明干燥處理對(duì)淀粉顆粒完整性影響較小。

圖4 不同熱風(fēng)預(yù)處理時(shí)間糯米粉的微觀結(jié)構(gòu)Fig.4 Microscopic structure of glutinous rice grains with different hot air treatment time

圖5 不同著水量糯米粉的微觀結(jié)構(gòu)Fig.5 Microscopic structure of glutinous rice grains with different moisture contents

圖6 不同干燥時(shí)間糯米粉的微觀結(jié)構(gòu)Fig.6 Microscopic structure of glutinous rice grains in different drying time

2.5 糯米粉水合特性

為進(jìn)一步評(píng)價(jià)糯米粉的粉質(zhì)特性，本研究考察了半干法磨粉過(guò)程對(duì)糯米粉水合特性的影響，結(jié)果如表1所示。25 ℃時(shí)，熱風(fēng)預(yù)處理對(duì)糯米粉的吸水指數(shù)和溶脹性無(wú)顯著影響，當(dāng)糯米粉被加熱到100 ℃時(shí)，吸水指數(shù)和溶脹性隨預(yù)處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，這是因?yàn)轭A(yù)處理時(shí)間長(zhǎng)的糯米粉破損淀粉含量低，完整的淀粉顆粒在糊化溫度下更易吸水膨脹[18]。在潤(rùn)米階段，25 ℃下糯米粉的水溶性隨潤(rùn)米時(shí)間的延長(zhǎng)而減小，這是由于潤(rùn)米時(shí)間長(zhǎng)的糯米粉破損淀粉含量低，室溫下完整淀粉顆粒比破損淀粉更難溶于水[19]。在干燥階段，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，糯米粉的吸水指數(shù)和溶脹性均顯著增加（P<0.05），這是由干燥處理后水分散失所引起。

表1 不同半干法處理?xiàng)l件下糯米粉的水合特性指標(biāo)Table 1 Hydration properties of glutinous rice floor with different semidry-milled condition

2.6 糯米粉糊化特性

糯米粉的糊化特性直接影響糯米制品的食用品質(zhì)，本研究測(cè)定了不同半干法處理?xiàng)l件下糯米粉的糊化特性，結(jié)果如表2所示。隨著熱風(fēng)預(yù)處理時(shí)間的延長(zhǎng)，糯米粉的峰值黏度呈上升趨勢(shì)，這與破損淀粉的含量有關(guān)，糯米粉破損淀粉含量低，糊化時(shí)更易膨脹，從而有更高的峰值黏度。在熱風(fēng)預(yù)處理、潤(rùn)米和干燥階段，糯米粉的回生值均隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而減小，表明熱風(fēng)預(yù)處理、潤(rùn)米和干燥對(duì)于提高糯米粉穩(wěn)定性和抗老化性有幫助。

表2 不同半干法處理?xiàng)l件下糯米粉的糊化特性指標(biāo)Table 2 Pasting properties of glutinous rice floor in different semidry-milled condition

2.7 糯米籽粒的硬度變化

有研究證實(shí)大米在浸泡過(guò)程中蛋白質(zhì)和淀粉吸水，會(huì)引起米粒硬度的降低[20]，而半干法磨粉過(guò)程中糯米籽粒硬度的變化規(guī)律還有待考察。熱風(fēng)預(yù)處理和潤(rùn)米過(guò)程中糯米籽粒的硬度變化如圖7所示，熱風(fēng)預(yù)處理過(guò)程中，隨著米粒裂縫的逐漸增多，米粒硬度下降。潤(rùn)米過(guò)程中米粒硬度在前15 min 下降迅速，后趨于穩(wěn)定。糯米吸水導(dǎo)致的硬度降低有利于減小磨粉時(shí)的機(jī)械輸入從而降低糯米粉的破損淀粉含量。

圖7 熱風(fēng)預(yù)處理和潤(rùn)米過(guò)程中糯米籽粒的硬度變化Fig.7 Hardness changes of glutinous rice during hot air treatment and soaking

2.8 核磁共振指數(shù)

上述結(jié)果表明半干法磨粉過(guò)程中水分的進(jìn)出是調(diào)控糯米粉品質(zhì)的關(guān)鍵，然而這一過(guò)程中水分的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律仍不清楚。核磁共振分析中的橫向弛豫時(shí)間（T2）大小可反映水分與糯米中蛋白質(zhì)等物質(zhì)的結(jié)合程度，T2越小，結(jié)合程度越大，水分流動(dòng)性越小[21]。本研究考察了半干法磨粉過(guò)程中的水分變化，結(jié)果如圖8所示。根據(jù)T2的分布，將水分劃分為結(jié)合水T21（0.01～10 ms），毛細(xì)管水T22（10～1 000 ms）和自由水T23（>1 000 ms）。本研究中隨著熱風(fēng)預(yù)處理的進(jìn)行，毛細(xì)管水和自由水的占比增加（圖8a，8d），表明部分結(jié)合水在處理過(guò)程中轉(zhuǎn)化為了毛細(xì)管水和自由水，這有利于水分向外蒸發(fā)遷移，促進(jìn)米粒裂縫的形成。由圖8a，8b，8e可知，潤(rùn)米后T21增大且潤(rùn)米過(guò)程中無(wú)明顯變化，說(shuō)明結(jié)合水的流動(dòng)性增強(qiáng)并在潤(rùn)米階段保持穩(wěn)定。潤(rùn)米過(guò)程中自由水和毛細(xì)管水的占比降低，這是因?yàn)闈?rùn)米時(shí)糯米吸收的自由水與米粒中的蛋白質(zhì)、糖類等物質(zhì)結(jié)合，轉(zhuǎn)化為毛細(xì)管水甚至是結(jié)合水，這與宋平等[22]、余瑞鑫等[23]的研究結(jié)果一致。干燥過(guò)程中結(jié)合水、毛細(xì)管水和自由水的流動(dòng)性不斷降低（圖8c），水分流動(dòng)性的降低可使糯米粉達(dá)到安全水分，有利于保持糯米粉的良好品質(zhì)。

圖8 半干法磨粉過(guò)程中糯米/糯米粉核磁共振指數(shù)的變化Fig.8 NMR index changes of glutinous rice/rice floor during semidry-milled process

3 結(jié)論

熱風(fēng)預(yù)處理過(guò)程中結(jié)合水轉(zhuǎn)化為毛細(xì)管水和自由水后向外遷移形成的水分通道使糯米籽粒產(chǎn)生裂縫，提高了潤(rùn)米效率；潤(rùn)米過(guò)程中米粒吸收的自由水與蛋白質(zhì)等物質(zhì)結(jié)合轉(zhuǎn)化為毛細(xì)管水和結(jié)合水，蛋白質(zhì)吸水膨脹，米粒體積增大，硬度降低，減小了磨粉時(shí)機(jī)械能的輸入，破損淀粉含量低；干燥過(guò)程降低了糯米粉的含水量，水分流動(dòng)性降低，使糯米粉達(dá)到安全水分。因此，水分在米粒中的“出-進(jìn)-出”以及這一過(guò)程中不同種類水分的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化是降低米粒硬度從而保護(hù)淀粉顆粒完整性，獲得品質(zhì)優(yōu)異糯米粉的內(nèi)在機(jī)制。