以不同糯米淀粉副產(chǎn)物為原料制備湯圓的品質(zhì)研究

李珍妮，朱 熹，賈俊強(qiáng)*

(1.江蘇科技大學(xué) 糧食學(xué)院，鎮(zhèn)江 212100)(2.無(wú)錫金農(nóng)生物科技有限公司，無(wú)錫 214174)

糯米淀粉是糯米精深加工領(lǐng)域中的一種重要產(chǎn)品，具有弱凝沉性、抗老化性和良好的凍融穩(wěn)定性[1]，常用于冷凍及凍藏食品的加工中.近年來(lái)，糯米淀粉更多優(yōu)良的應(yīng)用性能逐漸被報(bào)道，如作為脂肪替代品，能賦予食品相同的滑潤(rùn)口感或高檔化妝品的細(xì)膩感，還能吸附更多的風(fēng)味物質(zhì)[2-3]，許多研究者將其用于開(kāi)發(fā)各類(lèi)改性淀粉[4-6]，以滿(mǎn)足醫(yī)藥、化工和紡織等特殊行業(yè)的需要.

傳統(tǒng)制備糯米淀粉的方法為堿液提取法[7]，該方法具有淀粉提取率較高的優(yōu)點(diǎn)，但淀粉在強(qiáng)堿性條件下性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化[8]，堿提過(guò)程可能對(duì)副產(chǎn)物中蛋白成分產(chǎn)生如氨基酸的外消旋作用、消化率降低、必需氨基酸的缺失等改變[9]，同時(shí)對(duì)溶解在堿液中蛋白的回收再利用難度較大，引入大量的酸堿導(dǎo)致蛋白副產(chǎn)物脫鹽困難[10].為了彌補(bǔ)堿液提取法的缺點(diǎn)，工業(yè)上常采用酶法提取工藝，該方法反應(yīng)條件溫和、對(duì)淀粉顆粒性質(zhì)無(wú)影響，淀粉加工后的副產(chǎn)物中蛋白組分的溶解度、消化率和功能性均得到改善，整個(gè)工藝耗費(fèi)的堿液和水量較小.因此，相比于堿液提取法，酶法提取工藝具有更大的工業(yè)化應(yīng)用前景.然而，酶法水解不能將淀粉和蛋白完全分離，該工藝制備糯米淀粉后會(huì)產(chǎn)生約25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的副產(chǎn)物，目前關(guān)于該副產(chǎn)物綜合利用的研究報(bào)道較少，實(shí)際生產(chǎn)上常將其作為飼料處理.隨著國(guó)際市場(chǎng)對(duì)糯米淀粉的需求量不斷增大，生產(chǎn)企業(yè)在擴(kuò)大產(chǎn)能的同時(shí)，對(duì)酶法制備糯米淀粉后副產(chǎn)物的處理將成為生產(chǎn)企業(yè)所面臨的一道難題，該副產(chǎn)物能否被高效增值利用將是影響糯米深加工產(chǎn)品的綜合利用率和企業(yè)生產(chǎn)效益的關(guān)鍵問(wèn)題.

本研究以酶法制備糯米淀粉后的副產(chǎn)物為原料制備湯圓，分析其糯米粉的理化和熱機(jī)械學(xué)性質(zhì)，評(píng)價(jià)制作湯圓后的物性和感官特征，為提高糯米深加工產(chǎn)品的綜合利用率、改善湯圓食用品質(zhì)方面的研究提供理論支持.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糯米淀粉副產(chǎn)物由無(wú)錫金農(nóng)生物科技有限公司提供，制備方法為糯米經(jīng)除雜、浸泡、濕法粉碎，分別與堿性蛋白酶、中性蛋白酶和酸性蛋白酶混合，酶解反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)水力旋流分離的重相為糯米淀粉，回收輕相中的固形物，經(jīng)干燥、粉碎、過(guò)篩后的樣品分別為堿性、中性和酸性蛋白酶法制備糯米淀粉后的副產(chǎn)物；不同副產(chǎn)物的化學(xué)組成為淀粉77.4%～81.3%、蛋白16.0%～18.6%、直鏈淀粉1.4%～1.8%；對(duì)照組糯米粉購(gòu)買(mǎi)于河南黃國(guó)糧業(yè)股份有限公司，化學(xué)組成為淀粉89.7%、蛋白7.9%、直鏈淀粉2.3%；堿性蛋白酶(型號(hào)Alcalase 2.4 L，酶活2.4 AU/g)、中性蛋白酶(型號(hào)Neutrase 0.8 L，酶活0.8 AU/g)、諾維信(上海)公司；酸性蛋白酶(型號(hào)FERMENTM 2.5 X，酶活1.5 AU/g)、杰能科(上海)公司；所有化學(xué)試劑均為分析純.

1.2 儀器與設(shè)備

T10BS25高速攪拌機(jī)(德國(guó)IKA)；LXJ-IIB型低速臺(tái)式離心機(jī)(中國(guó)上海安亭科學(xué)儀器廠)；CTM10 型智能溫控儀(徐州威科科技有限公司)；DHG-9101·3SA型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司)；HYP-314消化爐(上海纖檢儀器有限公司)；KDN-103F自動(dòng)定氮儀(上海纖檢儀器有限公司)；馬弗爐(上?？德穬x器設(shè)備有限公司)；索氏抽提裝置(上海玻璃儀器公司)；RVA4500 快速粘度儀(瑞典波通公司)；MesoMR23-060V-I低場(chǎng)核磁共振成像分析儀(紐麥科技)；TA.XTPlus物性分析儀(英國(guó)SMS公司).

1.3 方法

1.3.1 湯圓的制作

1)糯米粉的制備

以不同糯米淀粉副產(chǎn)物為原料，分別與一定比例的糯米淀粉混合，得到堿性蛋白酶組、中性蛋白酶組和酸性蛋白酶組的糯米粉樣品，復(fù)配后糯米粉的蛋白含量與對(duì)照組一致.

2)湯圓的制作

湯圓的制作工藝參考文獻(xiàn)[11]方法，具體步驟為：糯米粉與水以45∶55比例混合攪拌直至均勻，而后將糯米粉團(tuán)分割成10 g/個(gè)，揉圓，聚乙烯薄膜包裹后于-18 ℃貯藏7 d.凍藏結(jié)束后的湯圓經(jīng)25 ℃解凍0.5 h，放入沸水中煮6 min后進(jìn)行后續(xù)的測(cè)試，同步收集蒸煮后的湯備用.

1.3.2 溶解度和蒸煮損失

1)溶解度

參照文獻(xiàn)[12]方法，稱(chēng)1.5 g糯米粉樣品于離心管中，加入25 mL去離子水混合均勻，室溫條件下震蕩1 h后于95 ℃、160 r/min水浴震蕩30 min.待樣品冷卻至室溫，于4 000 r/min離心15 min，離心后上清液烘干至恒重，樣品溶解度計(jì)算公式如下：

(1)

2)蒸煮損失

收集煮熟湯圓后的湯水于105 ℃烘干至恒重，記錄實(shí)際干物質(zhì)的質(zhì)量，蒸煮損失為蒸煮后湯水中固形物干重與未蒸煮樣品干基質(zhì)量的比值，計(jì)算參考公式如下：

(2)

1.3.3 熱機(jī)械學(xué)特性

參照文獻(xiàn)[13]方法，稱(chēng)3 g糯米粉樣品(以14%水分含量計(jì))與25 mL蒸餾水混合于快速粘度分析儀(RVA)測(cè)試容器中，選擇RVA中Standard 1程序進(jìn)行，具體參數(shù)為：設(shè)定初始轉(zhuǎn)速960 r/min維持10 s，而后維持轉(zhuǎn)速160 r/min，樣品經(jīng)50 ℃維持0.5 min，50 ℃升溫至95 ℃后維持2.5 min，接著降溫到50 ℃維持2 min.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后通過(guò)設(shè)備自帶軟件分析得到的特征參數(shù)為峰值粘度、低谷粘度、最終粘度、崩解值、回生值、糊化溫度和糊化時(shí)間.

1.3.4 低場(chǎng)核磁共振測(cè)定

水分分布及其移動(dòng)性采用低場(chǎng)核磁共振成像分析儀測(cè)定，設(shè)備配備0.5 T磁鐵，共振頻率21 MHz，首先調(diào)整糯米粉樣品水分含量為65%，而后稱(chēng)取1.0 g放入于直徑為15 mm的柱形玻璃管內(nèi)并一同放入樣品槽中.測(cè)試溫度25 ℃，采用CPMG模式測(cè)定樣品spin-spin弛豫時(shí)間(T2)，數(shù)據(jù)回波數(shù)5 000，每個(gè)樣品經(jīng)6次重復(fù)掃描以提高測(cè)試精度.數(shù)據(jù)采用MultiExp Inv(紐麥，中國(guó))分析軟件處理.

1.3.5 物性特征測(cè)定

湯圓的物性特征測(cè)定包含應(yīng)力松弛和全質(zhì)構(gòu)兩部分，測(cè)試探頭型號(hào)為P/36R，測(cè)試矯正力為1 kg，選取壓縮模式，測(cè)試的湯圓放置于測(cè)試探頭正下方，探頭距離測(cè)試平臺(tái)高度設(shè)定為30 mm.

1)應(yīng)力松弛

應(yīng)力松弛性質(zhì)測(cè)定方法參考文獻(xiàn)[14]并略有改動(dòng).具體參數(shù)設(shè)定為：觸發(fā)力10 g，測(cè)試速度1 mm/s，在穩(wěn)定形變量為樣品高度的60%時(shí)持續(xù)60 s，測(cè)試在此過(guò)程中樣品松弛模量隨時(shí)間變化的曲線.隨后將應(yīng)力松弛曲線擬合Maxwell模型，并計(jì)算得到擬合后的松弛模量和松弛時(shí)間.

2)全質(zhì)構(gòu)(TPA)

全質(zhì)構(gòu)測(cè)定方法參考文獻(xiàn)[15]并略有改動(dòng)，具體參數(shù)設(shè)定為：觸發(fā)力5 g，測(cè)試速度1 mm/s，壓縮至樣品高度的60%.儀器自帶軟件Stable Micro System Ltd.分析得到湯圓樣品的硬度、粘附性、內(nèi)聚性和回復(fù)性的特征參數(shù)值.

1.3.6 口腔殘?jiān)?/p>

感官評(píng)定員每咀嚼完一個(gè)湯圓樣品后，用20 mL水漱口30 s，吐出并用同樣的水量重復(fù)漱口操作，收集兩次的漱口水測(cè)定其中的固形物含量，口腔殘?jiān)视?jì)算公式如下.為避免冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)湯圓口感的影響，整個(gè)過(guò)程在湯圓煮熟后的30 min內(nèi)完成.

(3)

1.3.7 食團(tuán)的團(tuán)聚形態(tài)和顆粒分布

隨機(jī)選取感官評(píng)定員咀嚼每組湯圓達(dá)到可吞咽狀態(tài)的食團(tuán)，對(duì)食團(tuán)拍照記錄后用Image J軟件(http:∥rsb.info.nih.gov/ij/)分析食團(tuán)的像素比例[16]，根據(jù)食團(tuán)像素比例情況間接判斷該食團(tuán)在口腔咀嚼過(guò)程中的細(xì)膩程度以及達(dá)到可吞咽狀態(tài)下的顆粒大小.

1.3.8 數(shù)據(jù)分析

每個(gè)實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)3次，結(jié)果表示為均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差，采用SPSS(IBM，Armonk，NY，USA)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA分析，并用Duncan多范圍測(cè)試分析兩兩數(shù)值間的顯著性差異(P<0.05).

2 結(jié)果與分析

2.1 理化性質(zhì)

2.1.1 溶解度與蒸煮損失

蒸煮特性是評(píng)價(jià)湯圓品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，蒸煮損失少的湯圓通常被認(rèn)為是品質(zhì)好的體現(xiàn)[17].如圖1，堿性蛋白酶組的糯米粉溶解度數(shù)值高于其余樣品，該糯米粉制作湯圓的蒸煮損失達(dá)4.2%，顯著高于其他處理(P<0.05)；酸性蛋白酶組的糯米粉溶解度及其制作湯圓的蒸煮損失均為最低，分別比對(duì)照組降低了9%和18%.

同一參數(shù)值不同小寫(xiě)字母表示差異顯著，P<0.05.下同.

2.1.2 水分結(jié)合力及移動(dòng)性分布

從圖2水分分布曲線看到，測(cè)試樣品主要包含三類(lèi)弛豫組分，由軟件擬合得到這三類(lèi)弛豫時(shí)間(表1)，T2b和T21(0～10 ms)代表分子內(nèi)氫質(zhì)子和與大分子緊密結(jié)合的氫質(zhì)子；T22(>100 ms)代表結(jié)合較為松散的氫質(zhì)子[18].對(duì)比不同樣品，以不同副產(chǎn)物為原料制備的糯米粉中三類(lèi)組分的弛豫時(shí)間均比對(duì)照組縮短，意味著該副產(chǎn)物增強(qiáng)了糯米粉中化學(xué)組分與氫質(zhì)子間的結(jié)合能力.

圖2 糯米粉水分分布情況

表1 糯米粉的弛豫時(shí)間T2分布

其中，堿性蛋白酶組的糯米粉T2b和T21最短，分別為0.5 ms和9.3 ms，表明該糯米粉中的水分分布更趨向于淀粉與蛋白分子內(nèi)部或分子間結(jié)合水；而酸性蛋白酶組的糯米粉中水分移動(dòng)性受到限制，更加趨向于淀粉結(jié)晶區(qū)間的結(jié)合水，數(shù)值上該糯米粉的T22最小，為75.6 ms.

2.2 熱機(jī)械學(xué)特性

RVA測(cè)定的熱機(jī)械學(xué)特性不僅能為食品加工過(guò)程及應(yīng)用性能提供指導(dǎo)，而且對(duì)了解產(chǎn)品在各種處理?xiàng)l件下結(jié)構(gòu)的變化至關(guān)重要[19].RVA特征曲線如圖3，以不同副產(chǎn)物為原料制備的糯米粉比對(duì)照組更易糊化，表2中特征參數(shù)呈現(xiàn)糊化時(shí)間顯著低于對(duì)照組(P<0.05)，降幅為14%；回生值也顯著降低，變化幅度為50%～64%，這可能是由于不同副產(chǎn)物中的蛋白水解物影響了降溫過(guò)程糯米粉中淀粉微晶束間氫鍵的形成[20-21].堿性蛋白酶組糯米粉的峰值粘度、低谷粘度和終止粘度均為最低，數(shù)值分別為3 069 cP、1 669 cP和1 894 cP，崩解值則最大，為1 400 cP，比對(duì)照組糯米粉增大了17%，這表明該樣品中的淀粉與蛋白形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，對(duì)食品加工操作較為敏感，而其它糯米粉樣品則相對(duì)穩(wěn)定.

圖3 糯米粉RVA特征曲線

表2 糯米粉RVA特征參數(shù)值

2.3 湯圓的物性特征

2.3.1 應(yīng)力松弛

應(yīng)力松弛曲線可以很好地反映樣品的粘彈特性，從圖4應(yīng)力松弛曲線看出，不同糯米淀粉副產(chǎn)物增大了湯圓的松弛模量值，這表明該副產(chǎn)物在糯米粉中扮演著塑化劑的作用.采用二元件Maxwell模型評(píng)價(jià)應(yīng)力松弛曲線得到的特征參數(shù)見(jiàn)表3.據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，G0數(shù)值越大，樣品趨于固體狀態(tài)，所需的加工強(qiáng)度增大；G1和τ1為Maxwell模型的第一組元素，它代表著食品體系的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，第二組元素G2和τ2為其它結(jié)構(gòu)性質(zhì)，比如結(jié)合在多糖結(jié)構(gòu)上水分子的移動(dòng)性和分子間三級(jí)四級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力[14].

圖4 湯圓的應(yīng)力松弛曲線

表3 湯圓應(yīng)力松弛曲線的特征參數(shù)

對(duì)比表3中的特征參數(shù)值，堿性蛋白酶組的湯圓松弛模量數(shù)值均為最小，G0、G1和G2分別為0.59、0.38和0.27 MPa，此時(shí)的應(yīng)力松弛時(shí)間τ1和τ2數(shù)值較大，為22.0和2.4 s，這意味著該樣品在加工過(guò)程表現(xiàn)出相對(duì)較低的抵抗力，且需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)平衡所產(chǎn)生的應(yīng)力，這可能是由于堿性蛋白酶具有較高的催化效率，酶解后蛋白分子量較低[22]，與淀粉所形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；而中性蛋白酶組的湯圓具有更強(qiáng)的抵抗形變能力，松弛模量比對(duì)照組樣品的增幅為11%～44%；當(dāng)酸性蛋白酶組的湯圓受到外界應(yīng)力作用后，松弛模量G0較高，整體呈現(xiàn)固體特性，這間接導(dǎo)致了應(yīng)力松弛時(shí)間τ1的延長(zhǎng).

2.3.2 TPA

TPA是評(píng)價(jià)食品質(zhì)構(gòu)的一個(gè)重要手段，蒸煮后湯圓的全質(zhì)構(gòu)特征參數(shù)見(jiàn)圖5.

圖5 湯圓的TPA特征參數(shù)值

從圖中看出，以不同糯米淀粉副產(chǎn)物為原料制備的湯圓比對(duì)照組的硬度和粘附性顯著降低、內(nèi)聚性和回復(fù)性顯著增加(P<0.05)，這表明該副產(chǎn)物增強(qiáng)了糯米粉的粘彈特性，降低了湯圓的粘附性特征.其中，堿性蛋白酶組的湯圓硬度值最低，為783 g，與對(duì)照組相比降幅為29%，而內(nèi)聚性和回復(fù)性則分別僅增加5%和11%；酸性蛋白酶組的湯圓粘附性絕對(duì)值最小，為126 g·s，與對(duì)照組相比降幅為37%；中性蛋白酶組的湯圓在經(jīng)過(guò)一次形變后能較快的恢復(fù)到原始形態(tài)，內(nèi)聚性和回復(fù)性數(shù)值比對(duì)照組分別增加了14%和38%.

2.4 口腔殘?jiān)屎褪硤F(tuán)的團(tuán)聚形態(tài)

感官評(píng)價(jià)對(duì)于食品的消費(fèi)需求或應(yīng)用特性至關(guān)重要，而湯圓制品咀嚼時(shí)的粘牙特性以及咀嚼后食團(tuán)的吞咽難易不僅影響消費(fèi)者感官評(píng)價(jià)，更是造成吞咽嗆食甚至阻塞窒息風(fēng)險(xiǎn)的主要原因[23-24].因此，了解湯圓產(chǎn)品咀嚼后的粘牙情況、咀嚼難易度以及食團(tuán)在口腔中的堆積和吞咽時(shí)的狀態(tài)，對(duì)提高吞咽安全性具有一定的指導(dǎo)意義[25].

圖6為不同湯圓樣品咀嚼后口腔殘?jiān)?，?duì)照組湯圓的口腔殘?jiān)蕿?.6%，而以不同糯米淀粉副產(chǎn)物為原料制備的湯圓口腔殘?jiān)时葘?duì)照組顯著降低，降幅為52%.

圖6 湯圓的口腔殘?jiān)?/p>

圖7為不同湯圓樣品咀嚼相同次數(shù)預(yù)吞咽時(shí)食團(tuán)團(tuán)聚形態(tài)，用Image J軟件分析圖片中顏色元素個(gè)數(shù)，當(dāng)食團(tuán)越均勻時(shí)顏色元素個(gè)數(shù)越少.對(duì)照組湯圓咀嚼后仍含有大顆粒，食團(tuán)形態(tài)并不均一，顏色元素個(gè)數(shù)為2.6×105個(gè)/cm2，不同糯米淀粉副產(chǎn)物促進(jìn)了湯圓食團(tuán)顆粒的細(xì)膩感和均勻度，食團(tuán)顏色元素個(gè)數(shù)為2.2×105～2.3×105個(gè)/cm2，比對(duì)照組降低了12%～15%，這表明以不同糯米淀粉副產(chǎn)物為原料制備的湯圓更利于吞咽.

圖7 湯圓的食團(tuán)團(tuán)聚形態(tài)和顆粒分布

3 結(jié)論

堿性蛋白酶組的糯米粉中水分分布更趨向于淀粉與蛋白分子內(nèi)部或分子間結(jié)合水，對(duì)食品加工操作較為敏感，由該糯米粉制作的湯圓抵抗形變的能力較差，硬度值比對(duì)照組降幅為29%，而內(nèi)聚性和回復(fù)性則分別僅增加5%和11%；而酸性或中性蛋白酶組的糯米粉與氫質(zhì)子間的結(jié)合能力增強(qiáng)，由該糯米粉制作的湯圓具有較好的粘彈性質(zhì)和更強(qiáng)的抵抗形變能力，蒸煮損失比對(duì)照組降低11%～18%.由此可知，不同蛋白酶種類(lèi)對(duì)于酶法制備糯米淀粉后副產(chǎn)物的性質(zhì)及其應(yīng)用性能影響趨勢(shì)存在差異，但均能改善湯圓咀嚼時(shí)的粘牙特性和食團(tuán)團(tuán)聚形態(tài)，對(duì)提高湯圓制品的吞咽安全性具有一定的指導(dǎo)意義.