L－α－磷脂酰胆碱含量对挤压重组米回生动力学影响

郑广钊 肖志刚 王利民 严棣 郭艳莉

(东北农业大学食品学院，哈尔滨 150030)

L－α－磷脂酰胆碱含量对挤压重组米回生动力学影响

郑广钊 肖志刚 王利民 严棣 郭艳莉

(东北农业大学食品学院，哈尔滨 150030)

利用差示扫描量热仪(DSC)和质构仪对6种挤压重组米淀粉的回生特性和质构特性进行了研究，且分析了L－α－磷脂酰胆碱含量对挤压重组米淀粉回生影响的Avrami方程。试验结果表明:L－α－磷脂酰胆碱对挤压重组米的硬度有较大影响，当添加L－α－磷脂酰胆碱的含量在0.3% ～0.7%之间时，添加量越大，挤压重组米存放相同时间的硬度值越低;L－α－磷脂酰胆碱对挤压重组米的老化有明显作用，降低了重结晶的增长速率，回生受到抑制;当淀粉分支度一定的情况下，随着L－α－磷脂酰胆碱含量的升高，速率常数k值降低，晶体的成核方式也由瞬间成核向自发成核方式转化。

重组米 回生 Avrami方程

挤压法加工营养米是将碎米粉添加营养素，共挤压使谷物粉发生质构重组，二次成型的加工方法，所加工出的营养米是一种“人造米”，称为“重组米”或“工程米”［1］。糊化后的重组米(α－化)在经过一段时间的储存，随着温度下降和水分蒸发，已经展开的淀粉链部分重结晶，形成微晶束结构(β结构)，一般则称为老化［2］。变性淀粉、β－环糊精、L－α－磷脂酰胆碱和食用胶类等较有效的抗老化物质在食品中的单独应用已有文献报道［3－5］。但这些物质加入碎米中，经过挤压出的重组米的晶体熔融焓和质构特性研究则鲜见报道。另外，L－α－磷脂酰胆碱的添加量对于以淀粉为主要成分的挤压重组米的老化性质方面未见报道。对挤压重组米淀粉晶体熔融焓的测定，可以更透彻的研究挤压重组米的回生特性［6－8］。L－α－磷脂酰胆碱的介入不但使得挤压重组米的分子结构改变，能够有效的防止淀粉老化，而且改善重组米的吸水性能，提高挤压重组米的食味品质。

本课题主要借助差示扫描量热法(differential scanning calorimetry，DSC)和质构仪 (texture analyser)研究了添加和未添加L－α－磷脂酰胆碱的挤压重组米的Avrami方程和硬度，探讨了不同挤压重组米的Avrami方程中速率常数k和Avrami指数n的变化，L－α－磷脂酰胆碱含量对挤压重组米硬度的影响，及挤压重组米的硬度与晶体熔融焓值的相关性分析，从而揭示了L－α－磷脂酰胆碱含量对挤压重组米淀粉回生特性的影响，为寻求合适有效的挤压重组米淀粉回生抑制剂提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

挤压重组米:自制;L－α－磷脂酰胆碱:本课题组专利成果，专利号ZL 200310113033.9。

1.2 仪器和试剂

Pyris 1差示扫描量热仪(DSC):美国PE公司;MA40电子分析天平:德国Sartorius公司;TA.XT32质构仪:英国Stable Micro System公司;冷冻干燥机:郑州南北仪器设备有限公司;LD4－2A离心机:北京医用离心机厂;电热恒温水浴锅:余姚市东方电工仪器厂。

1.3 试验方法

1.3.1 挤压重组米技术路线图

1.3.2 挤压重组米淀粉的提取

取挤压重组米粉配成约35%米粉乳液，于55℃、pH 10条件下加入0.5%蛋白酶，温和搅拌18 h，反应过程中要补充0.4%NaOH以维持pH恒定。反应后乳液经200目筛过滤，离心(3 000 g/20 min)，去除上层黑黄色上清液，沉淀层用50 mL水清洗两遍，再离心(3 000 g/15 min)，去除上清液，重复此清洗过程，后将沉淀物分散于50 mL水中，调节至pH 7，再离心(1 000 g/20 min)，刮掉暗色上层，用水将下层沉淀物清洗3遍，冷冻干燥即得成品［9］。

1.3.3 差示扫描量热仪(DSC)测定糊化和回生方法

用分析天平分别称取不含L－α－磷脂酰胆碱和含 L －α －磷脂酰胆碱(0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%)的挤压重组米各为3.0 mg(精确到0.1 mg)于铝制坩埚中，按样品与蒸馏水质量比1∶2的比例加入去离子水，密封后隔夜放置平衡，用差示扫描量热仪进行糊化测试。扫描温度从30℃到120℃，然后从120℃冷却到30℃，扫描速率为10℃/min，保护气为氮气，流速为20 mL/min。回生测定前将上述密封隔夜放置后的样品开水蒸40 min，保证彻底糊化，冷却后在4℃下(冷藏箱中冷藏)分别存放1、3、5、7和14 d后，重新用差示扫描量热仪进行回生测定，测定条件与糊化测试相同。

1.3.4 挤压重组米米淀粉硬度的测定

利用物性仪测定蒸煮后挤压重组米的质构特性，测定条件如下:测前速度:10 mm/s，测试速度:0.5 mm/s，测后速度:5 mm/s，压缩比例:70%。测定时，每次在蒸煮重组米样品中间层的不同部位随机取3粒米，对称放置在物性仪的载物台上进行测定，每个样品测定6次，去掉硬度最大和最小的两个测定结果，取4次测定结果，计算平均值。

1.4 数据处理

数据采用 SPSS13.0软件，Excel对数据进行处理。

2 结果与讨论

2.1 L－α－磷脂酰胆碱添加量对重组米回生的动力学影响

淀粉被糊化后，在其后的冷却与贮存过程中，直链淀粉分子快速凝聚并结晶。支链淀粉分子则在贮存过程中以较慢速度凝聚并结晶，结晶度随时间的延续而不断增加，最后趋于该结晶条件下的极限结晶度。在结晶体系中，晶体生长往往是多维的，其生长动力学同生长维数及成核方式有关。一般以Avrami模型来描述及预测淀粉的结晶动力学特征。Avrami方程基本模型［10－14］为:

上式中，V为在时间t时，淀粉结晶量所占极限结晶总量的分率。k为结晶速率常数，与晶核密度及晶体一维生长速率有关。n为Avrami指数。当n≤1时，对应在一维、二维及三维结晶生长方式中，成核方式为瞬间成核(或称一次成核，不依热成核);当n≤2时，则对应自发成核(或称不断成核，依热成核)。对于V，不同的回生结晶测定方法有各自的表征方式。在DSC测试中，淀粉的回生结晶量由回生焓ΔH表示，因此V可表示为:

上式中，ΔH0和ΔH∞分别为时间为0(完全糊化后)和t时的回生焓，ΔH∞为回生焓极限值，由淀粉糊贮存一定时间后的回生焓值表示。一般地，ΔH0=0，则式(2)可表示为:

由式(1)、式(2)、式(3)，并做对数处理最终得到:

因此，将不同时间段的淀粉重结晶融化热焓代入式(4)，计算出各 t时刻的 ln﹛ －ln(1－ΔHt/ΔH∞)﹜后，对lnt进行线性回归，即可得到速率常数k与Avrami指数n。

表1至表6分别为L－α－磷脂酰胆碱含量为0%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%，0.7%的挤压重组米粉DSC回生测定值。表7为不同L－α－磷脂酰胆碱含量重组米Avrami回生动力学模型。

表1 无L－α－磷脂酰胆碱量重组米DSC回生测定值

表2 0.3%含L－α－磷脂酰胆碱量重组米DSC回生测定值

表3 含L－α－磷脂酰胆碱量重组米DSC回生测定值

表4 0.5%含L－α－磷脂酰胆碱量重组米DSC回生测定值

表5 0.6%含L－α－磷脂酰胆碱量重组米DSC回生测定值

表6 0.7%含L－α－磷脂酰胆碱量重组米DSC回生测定值

表7 不同L－α－磷脂酰胆碱含量重组米Avrami回生动力学模型

从表1至表6可以看出随着L－α－磷脂酰胆碱的加入，挤压重组米的最高温度呈现上升趋势，L－α－磷脂酰胆碱提高了挤压重组米的糊化温度，使糊化的过程被延迟了，可能是它们与淀粉颗粒形成了某种复合物而引起糊化特性的变化，延缓了淀粉颗粒的崩解，淀粉颗粒溶胀程度减小，直链淀粉和支链淀粉溶出变少，在贮存过程中更难回生［15］。

从表7计算结果看，无L－α－磷脂酰胆碱和含L－α－磷脂酰胆碱0.3%，0.4%样品的 Avrami参数n值都小于1，表明重结晶的成核方式为一次成核。而含 L－α －磷脂酰胆碱0.5%，0.6%，0.7%样品的Avrami参数n值都大于1，小于2，表明重结晶的成核方式为表明偶然成核和瞬间成核的共同作用。对于n＞1的现象，研究人员认为在晶体结晶所采用的两相理论中，假定了固(晶体)液两相的浓度是不变的，但在实际的淀粉老化过程中，液相中的淀粉浓度通常是下降的，从而导致了 n ＞1［10－11］。

从结晶速率常数k来看，无L－α－磷脂酰胆碱含量样品的晶体生长速率最高，0.6%L－α－磷脂酰胆碱含量样品的晶体生长速率最低。说明回生受到抑制，L－α－磷脂酰胆碱起到一定的作用。并且，样品晶体的生长速率整体趋势随着样品中L－α－磷脂酰胆碱含量的增加而降低。在L－α－磷脂酰胆碱达到0.7%时候，又有所升高，这是由于L－α－磷脂酰胆碱被吸附在淀粉粒的表面，这样既抑制了淀粉粒的膨胀又阻止了淀粉粒之间相互连接。因在碎米与L－α－磷脂酰胆碱结合经过挤压过程，由于L－α－磷脂酰胆碱的量少，L－α－磷脂酰胆碱进入淀粉粒内部不能充分与直链淀粉充分互相作用，当L－α－磷脂酰胆碱含量逐渐增大时候，L－α－磷脂酰胆碱与淀粉充分结合，当达到淀粉糊化膨胀温度，L－α－磷脂酰胆碱由b结晶状态转变成a结晶状态，a结晶状态是L－α－磷脂酰胆碱最有效的活性状态［16］。L－α－磷脂酰胆碱这时与溶出淀粉粒的直链淀粉和留在淀粉粒内的直链淀粉相互作用。互相紧紧地复合在一起.由于L－α－磷脂酰胆碱与直链淀粉互相作用，形成的复合物在水中是不可溶的，这就阻止了直链淀粉溶出淀粉粒，大大减少了游离直链淀粉的量，这就防止了挤压重组米的老化。

2.2 L－α－磷脂酰胆碱添加量对重组米硬度的影响

添加不同浓度L－α－磷脂酰胆碱的挤压重组米在4 ℃放置 1、3、5、7、14 d 的硬度测定结果见表 8。由表8可知，L－α－磷脂酰胆碱对挤压重组米的回生硬度有显著影响。从整体趋势来看，添加L－α－磷脂酰胆碱的量越大，对挤压重组米回生的影响越显著。当添加L－α－磷脂酰胆碱的浓度在0.30%～0.7%之间时，添加量越大，挤压重组米存放相同时间的硬度值越低;因为，L－α－磷脂酰胆碱是一种两性物质，当在挤压重组米中加入L－α－磷脂酰胆碱后，经搅拌而与淀粉分子结合。达到适宜温度时候，它会与直链淀粉作用形成螺旋状复合体。这种复合体将会提高淀粉的糊化温度，并防止已经糊化(α化)的淀粉分子又自动排列成序，结晶成不溶性的淀粉分子微束，并从淀粉颗粒内部阻止支链淀粉凝聚，防止淀粉的老化、回生，还可减少淀粉的结合水分流失，从而使挤压重组米硬度降低。

表8 添加不同浓度L－α－磷脂酰胆碱的挤压重组米饭硬度测定值

挤压重组米放置的3 d内回生的速率最快，3 d后挤压重组米你的回升速率明显减慢，不同L－α－磷脂酰胆碱含量的体系回生速率基本一致。L－α－磷脂酰胆碱含量为0.5%和0.6%挤压重组米随着存放时间的延长其回升速率与回生程度比较相近。当存放时间为7～14 d时，各L－α－磷脂酰胆碱含量的挤压重组米基本达到自身的最大回生度。无L－α－磷脂酰胆碱体系达到的最大回生度值最大，0.7%体系达到的最大回生度值最小，由此可见，L－α－磷脂酰胆碱含量在0.3% ～0.7%范围内，高L－α－磷脂酰胆碱含量的挤压重组米最大回生度较低。

2.3 挤压重组米的硬度与晶体熔融焓值的相关性分析

从上述试验结论可以看出与用质构仪测出的重组米的硬度与DSC测定出的晶体熔融焓值的变化趋势一致。具体二者的相关性利用SPSS软件中pearson检验进行处理。其结果见表9。

表9 挤压重组米的硬度与热焓值的相关性分析

从表9可以看出，相关系数γ值都在0.05水平上显著。由此可以看出，晶体熔融焓与硬度值者具有很高的相关系数，说明试验测得数据具有较强的准确性，考察重组米的回生特性，可以采用质构仪测硬度的方法，通过硬度来反映重组米的回生程度，也可以采用DSC差热分析的方法，通过Avrami方程中的速率常数k和Avrami指数n值分别可以看出重组米的回生速率和成核方式，在研究回生速率的的方面，DSC方法具有不可替代的优势和准确性。

3 结论

L－α－磷脂酰胆碱对挤压重组米的硬度有较大影响，从整体趋势来看，添加L－α－磷脂酰胆碱的量越大，挤压重组米存放相同时间的硬度值越低;随着L－α－磷脂酰胆碱的加入，挤压重组米的最高温度(DSC测定焓值中的最高温度)呈现上升趋势，L－α－磷脂酰胆碱提高了挤压重组米的糊化温度，使糊化的过程被延迟了，延缓了淀粉颗粒的崩解，淀粉颗粒溶胀程度减小，直链淀粉和支链淀粉溶出变少，在贮存过程中更难回生;L－α－磷脂酰胆碱对挤压重组米淀粉回生的Avrami方程中的速率常数k和Avrami指数n影响明显，当淀粉分支度一定的情况下，随着L－α－磷脂酰胆碱含量的升高，k值降低，晶体的成核方式也由瞬间成核向自发成核方式转化;若只考察重组米的回生特性，则既可以采用质构仪测硬度的方法，也可以采用DSC差热分析的方法，但在研究回生速率的的方面，DSC方法具有不可替代的优势和准确性。

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The Effect of L－α－PC Addition on Retrogradation Kinetics of Restructuring Rice

Zheng Guangzhao Xiao Zhigang Wang Limin Yan Di Guo Yanli
(College of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030)

The retrogradation and texture characteristics of six kinds of Restructuring rice starch were studied by DSC and texture analyser，and the Avrami equation of L－α －PC on retrogradation of Restructuring rice addition was analyzed.The results indicated that L－α － PC have a greater impact on Restructuring rice hardness.When the L－α －PC addition is between 0.3%to 0.7%，the greater the L－α －PC addition，the lower Restructuring rice hardness in the same time;L－α －PC plays a significant role in Restructuring rice retrogradation，reduces the growth rate of recrystallization and Retrogradation was inhibited;when the degree of branching of starch in certain circumstances，with the L－α －PC addition increased，k values is descended，and crystal nucleation is also convert from moment of nucleation mode to the spontaneous nucleation.

Restructuring rice，retrogradation，Avrami equation

S377

A

1003－0174(2012)03－0006－05

黑龙江省教育厅科学技术重点项目(12511z006)

2011－05－16

郑广钊，男，1984年出生，硕士，农产品加工及贮藏工程

肖志刚，男，1960年出生，教授，博士生导师，农产品加工及贮藏工程