糯米淀粉的晶体性质和糊化特性

韩文芳 熊善柏 李江涛 赵思明 莫紫梅

（华中农业大学食品科学技术学院，武汉 430070）

糯米淀粉的晶体性质和糊化特性

韩文芳 熊善柏 李江涛 赵思明 莫紫梅

（华中农业大学食品科学技术学院，武汉 430070）

以不同产地、品种的糯米为原料，探讨糯米淀粉晶体性质和糊化特性的差异，并进行相关性分析，以期为糯米食品加工的原料选择提供参考。试验结果表明，糯米淀粉的结晶度为16.4%～25.3%，糊化温度为71.1～87.2℃，且结晶度和糊化温度均以珍珠糯最高，禾胜糯1次之，扬丰糯最低。其中，结晶性质主要取决于品种，受产地影响相对较小，而产地、品种的差异极大地影响糯米淀粉的糊化性质。相关性分析表明，糯米淀粉的碘蓝值、结晶度与糊化温度三者之间呈极显著正相关关系。因此，品种和产地对糯米淀粉的结晶性质和糊化特性均有较大影响。

糯米淀粉 籼米淀粉 晶体性质糊化特性

糯稻是稻米的黏性变种［1］，在我国有着悠久的种植和食用历史。糯米不宜作为日常主食是因为支链淀粉含量极高且其分子量可达数亿［2］，这使得蒸煮后的糯米凝胶黏度大、酶水解率极低［3］，难以被消化吸收。但糯米凝胶柔软细腻、香糯黏滑，是制作汤圆、团糕、粽子等特殊风味食品的重要原料。

淀粉是稻米的主要成分，其自身组成、物化性质是影响大米食用品质和加工特性的重要因素［4－5］。由于品种、生长环境和栽培因素等差异［5－7］，导致稻米 淀 粉 的 化 学 组 成［7－9］及 热 特 性［8，10］、颗 粒 特性［4－5］、糊化［5－8］和流变特性［9－10］等物化性质差别很大。因而，不同品种、产地的糯米所制作淀粉质食品的外观、口感、风味等品质均存在着很大区别。

本试验通过分析8种不同来源糯米淀粉的晶体性质和糊化特性的差异，以期为糯米食品加工原料的选择提供理论参考。试验另以3种籼米淀粉作为比较，进一步探讨糯米、籼米淀粉晶体及糊化特性的差异，旨在为糯米质新产品开发提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验材料及仪器

糯米：湖北省豪丰米业有限公司；籼米：湖北省福娃集团。

3D型快速黏度分析仪（RVA）：澳大利亚Newport Scientific公司；Rigaku D/Max－RA型 X－射线衍射仪（XRD）：日本理学公司。

1.2 淀粉的提取及基本指标的测定

大米胶稠度按 GB/T 22294—2008的方法测定［11］。按许永亮等［12］的方法提取大米淀粉，并测定大米及其淀粉的碘蓝值［13］。将原料大米和淀粉经粉碎过100目后待测，蛋白质含量采用 GB/T 5511—1985的凯氏定氮法测定［14］，脂肪含量采用GB/T 5512—1985的索氏抽提法测定［15］，灰分含量采用 GB/T 5505—1985的直接灰化法测定［16］。大米中淀粉含量采用GB/T 5513—2008的酸水解法测定［17］，提取淀粉中淀粉含量的计算为100%减去蛋白质和脂肪含量计。以上均为干基含量。

1.3 淀粉晶体性质的表征

X—射线衍射是研究淀粉结晶特性的最直接和最有效的方法，淀粉的结晶特性在室温下采用步进扫描法测定［18］。测试条件：Cukα辐射，管压40 kV，管流 50 mA，扫描区域 2θ为 5°～50°，扫描速度0.02（°）/s，步宽0.02°，射线波长 λ＝0.154 nm。

垂直于晶面的微晶尺寸（L，单位为nm）的计算：

式中：k为 0.89；β为半高宽/°；θ为衍射角度/°。

1.4 淀粉RVA曲线的测定

参考Chang等［19］的方法。精确称取3 g淀粉加入25 mL蒸馏水，搅拌均匀制得测试样品。测试过程的温度设定如下：50℃下保持1 min；以12℃/min的速率上升到95℃（3.75 min）；95℃下保持2.5 min；以12℃/min下降到50℃（3.75 min）；50℃下保持1.5 min，整个测定过程历时12.5 min。搅拌器在起始10 s内转动速度为960 r/min，之后保持在 160 r/min。

RVA特征参数采用TCW（Thermal Cycle forWindows）配套软件进行分析。糊化温度（PT）：黏度开始增长时的温度；峰值黏度（PV）：升温环节中黏度的最大值；保持黏度（HV）：95℃时的最终黏度；最终黏度（FV）：50℃时的最终黏度；降落值（BV）：PV－HV；回升值（SV）：FV－HV。黏度单位为mPa·s。

1.5 数据分析

本试验中各指标均测定3次重复、3次平行，试验数据采用SAS 9.3软件进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 大米及其淀粉的基本理化指标

大米的主要成分、碘蓝值等基本理化指标见表1。大米淀粉的产地信息、主要纯度指标及碘蓝值见表2。

由表1可知，不同来源大米的粗脂肪质量分数为0.7%～1.5%，灰分质量分数大多在0.2%～0.35%，其粗蛋白质量分数除在杂交糯和桂朝13中可达10%以上，在其他糯米和籼米质量分数为6%～7.5%。与籼米相比，糯米的淀粉含量普遍更高，胶稠度更大，属于软胶稠度，其碘蓝值远小于籼米，这与糯米淀粉仅含极少量的直链淀粉有关。从表2可以看出，本试验所提取的淀粉纯度较高，淀粉质量分数均在98%以上。

试验以种植于不同区域的荆糯和禾胜糯2个品种为代表探讨品种和产地对糯米品质的影响。结果表明，产地和品种的差异对糯米的粗蛋白、粗脂肪含量及碘蓝值均有较大影响，而淀粉含量主要由糯米品种所决定，受产地差异的影响较小。其中，荆糯较禾胜糯的淀粉含量低、蛋白质含量稍高，而应城产地的糯米粗脂肪含量明显高于云梦产地的糯米。

表1 大米的基本理化指标（n＝3，±std）

表1 大米的基本理化指标（n＝3，±std）

注：表1中扬两优、丰两优和桂朝13为本试验的对照籼米品种；不同小写字母表示同列数据之间有显著差异（P＜0.05）。

样品名 粗蛋白/% 粗脂肪/% 淀粉/% 碘蓝值/A/g 灰分/% 胶稠度/mm荆糯1 7.22±0.02d 1.12±0.03c 86.65±0.16c 0.751±0.001f 0.33±0.02c 126.8±6.7e荆糯2 6.95±0.06c 0.96±0.01b 87.10±0.76c 0.700±0.002d 0.58±0.03d 126.5±4.0e荆糯3 7.50±0.05f 1.39±0.06d 87.68±0.23c 0.621±0.001a 0.16±0.01a 106.0±4.3c禾胜糯1 6.43±0.03a 1.29±0.03d 92.32±0.17e 0.670±0.003c 0.28±0.03b 113.7±2.3d禾胜糯2 6.68±0.01b 0.78±0.05a 92.76±0.23e 0.645±0.003b 0.13±0.01a 114.2±1.8d珍珠糯 7.34±0.01e 1.41±0.06e 90.22±0.69d 0.643±0.002b 0.31±0.01c 120.0±3.3e杂交糯 11.10±0.01h 1.54±0.02f 82.89±0.48b 0.705±0.001d 0.23±0.00b 116.8±4.0d扬丰糯 6.38±0.04a 1.15±0.11c 87.48±0.31c 0.732±0.001e 0.35±0.02c 118.8±8.7d扬两优（籼） 6.74±0.06b 1.04±0.04b 82.61±0.28b 7.053±0.002g 0.27±0.02b 87.8±2.5b丰两优（籼） 7.22±0.06d 1.23±0.07d 81.34±1.66a 8.249±0.003h 0.29±0.03b 82.5±2.5b桂朝13（籼） 10.00±0.03g 1.27±0.02d 83.90±0.36b 8.041±0.003i 0.29±0.05b 63.4±2.4a

表2 大米淀粉来源信息及其基本理化指标（n＝3，±std）

表2 大米淀粉来源信息及其基本理化指标（n＝3，±std）

注：不同小写字母表示中同列数据之间有显著差异（P＜0.05）。

样品名 产地 粗蛋白/% 粗脂肪/% 淀粉/% 碘蓝值/A/g荆糯1 黄陂 0.85±0.03f 0.04±0.00a 99.11±0.03e 0.649±0.002c荆糯2 云梦 0.87±0.06f 0.08±0.01b 99.05±0.07d 0.665±0.002d荆糯3 应城 0.77±0.06e 0.21±0.01d 99.02±0.07d 0.754±0.002f禾胜糯1 应城 0.64±0.00c 0.38±0.01g 98.98±0.01c 0.787±0.001g禾胜糯2 云梦 0.66±0.03c 0.14±0.01c 99.19±0.05e 0.686±0.001e珍珠糯 应城 0.43±0.03a 0.33±0.02f 99.23±0.06f 0.828±0.003h杂交糯 汉川 1.57±0.03h 0.34±0.03f 98.06±0.07a 0.627±0.001b扬丰糯 京山 0.64±0.05c 0.31±0.02e 99.05±0.07c 0.478±0.006a扬两优（籼） 京山 0.54±0.03b 0.36±0.01f 99.09±0.05e 6.546±0.003i丰两优（籼） 京山 0.72±0.05d 0.29±0.02e 98.98±0.07c 8.145±0.003k桂朝13（籼） 沙市 1.00±0.03g 0.37±0.01g 98.62±0.05b 7.846±0.003j

2.2 大米淀粉的晶体特性

天然大米淀粉的X—射线衍射图谱见图1，图谱中呈尖峰特征的为淀粉的结晶区，呈弥散特征的为非晶区，最强峰所相应的特征值见表3。

图1 大米淀粉的X—射线衍射图谱

由图1和表3可知，糯米淀粉和籼米淀粉在衍射角 2θ分别为 15°，17°，18°和 23°有明显的吸收峰，在17°和18°附近的衍射峰为相连的双峰，呈谷物淀粉典型的A型晶体［20］。淀粉的晶体结构主要由支链淀粉分支的外链经氢键所形成的双螺旋结构组成［20－21］，结晶度大小主要受直链淀粉含量、支链淀粉链长分布等因素所影响［22－23］。整体来看，大米淀粉的结晶度在16.4%～25.3%之间，以珍珠糯的结晶度为最高，禾胜糯1的次之，扬丰糯和桂朝13的最低，品种差异比产地差异对糯米淀粉的结晶性质有着更大的影响。较禾胜糯淀粉，荆糯淀粉有着较小的微晶尺寸和稍大的半高宽和结晶度。来源于不同产地的荆糯淀粉样品间的结晶度差异较小，而禾胜糯淀粉样品间的结晶度差异较大。

2.3 大米淀粉的RVA曲线

不同来源大米淀粉的RVA糊化曲线见图2，相应的糊化温度、峰值黏度等特征值见表4。

RVA曲线描述的是一定浓度的淀粉水悬浮液在升温加热、高温保持和降温冷却过程中黏滞性的变化。开始加热时，淀粉水体系的温度低于糊化温度，淀粉颗粒仅轻微吸水膨胀，此时黏度较低，黏度曲线平坦。当进一步加热至糊化温度时，高能量的热水破坏了淀粉分子内部彼此之间氢键，淀粉晶体崩解，结晶区域大量吸收水分而发生急剧膨胀，支链淀粉微晶束首先熔融，淀粉分子结构得到伸展，悬浮液变为黏稠糊状，黏度曲线迅速上升，当淀粉颗粒逐渐膨胀至最大时达到峰值黏度。由此，可根据黏度开始增长的时间点能够推断淀粉颗粒结构的致密性，而黏度曲线上升的斜率则与淀粉的晶体结构有关［24－26］。从图 2可看出，桂朝 13、珍珠糯、禾胜糯 1、丰两优等4种大米淀粉黏度开始上升所需的时间较长，其淀粉颗粒结构应该比较紧密，破坏其结构所需要的能量较高，糊化温度可能较高，这与表3中这4种淀粉的的糊化温度均高于80℃相吻合。同时，桂朝13、丰两优、荆糯3、荆糯2等淀粉黏度曲线的上升斜率较小，可能是由于加热到糊化温度时，淀粉分子的微晶束有较大程度的松动，但分子间仍有许多副键未被拆开，糊化后继续加温才能使聚集体分子适当的分开，从而形成更大的胶体质点，黏度增高，说明其晶体结构比较紧密［24－26］。而珍珠糯、荆糯 1、杂交糯、扬丰糯、禾胜糯2的淀粉黏度的上升趋势较快，说明其晶体结构紧密度较低，当达到糊化温度时，微晶束便能得到较完全的分散。

表3 大米淀粉的晶体特性

图2 大米淀粉的RVA图谱

糊化温度能够很好地反映淀粉晶体熔融、颗粒胀大而使黏度突然上升的过程。由表4可知，产地、品种对糯米淀粉的糊化温度有较大的影响，应城产地（荆糯3、禾胜1）的同品种糯米淀粉糊化温度明显高于云梦产地的（荆糯2、禾胜2）。糯米淀粉的峰值黏度以荆糯1为最大，荆糯2为最小，同一品种糯米所存在的显著差异除与产地相关，可能还与淀粉的损伤程度有关，损伤程度较大的淀粉更易与水结合，在升温过程中淀粉颗粒膨胀程度更大［27］。

在保温过程中，组成淀粉颗粒骨架的支链淀粉充分伸展，强度减弱，在高温和机械剪切力的作用下颗粒破碎、崩解，使黏度下降，此时的黏度为保持黏度。降落值是峰值黏度与保持黏度的差值，可以用来描述淀粉颗粒的崩解程度，反映淀粉的热糊稳定性。黏度曲线较为平坦、降落值较小的淀粉通常具有较好的黏度热稳定性。由图2和表4可知，荆糯1、杂交糯的降落值最高，表明其溶胀后的淀粉颗粒强度弱，易破裂，对热和剪切力的抵抗作用较弱，热糊稳定性较差，而荆糯2淀粉的降落值最小，其热糊稳定性最优。

到达保持黏度后，由于淀粉糊温度下降，淀粉分子运动减慢并产生聚集，分子间作用力增强，淀粉糊的流动阻力增大，导致黏度又呈现上升趋势，含直链淀粉较多的淀粉生成凝胶的过程通常极为迅速，因为直链淀粉分子的缔合比支链淀粉分子容易得多。这一过程用回升值表示，反映了淀粉糊低温下的老化趋势或冷糊的稳定性。由图2和表4可知，淀粉的回升值以荆糯1为最大，杂交糯和扬两优的次之，荆糯2的回升值最小。回升值越小，表明淀粉糊抗老化性能较好。

表4 大米淀粉的糊化参数

2.4 糯米淀粉物化性质之间的相关性分析

糯米淀粉碘蓝值、结晶度与糊化参数之间的相关性分析见表5。由表5可知，糯米淀粉的碘蓝值、结晶度与糊化温度呈极显著正相关（P＜0.01），由此可推测表4中珍珠糯和禾胜糯1淀粉较高的糊化温度在于其相对较高的结晶度，扬丰糯的糊化温度较低也与其较低的结晶度有关。而丰两优、桂朝13的糊化温度较高则与这2种籼米淀粉有着较高的直链淀粉含量有关［25－26］。

表5 糯米淀粉物化性质之间的相关性分析（r/α）

3 结论

与籼米相比，糯米含有更高的淀粉含量，糯米及其淀粉的碘蓝值远小于籼米。产地对糯米粗蛋白、粗脂肪、灰分含量及碘蓝值等指标有较大的影响，对其淀粉含量和胶稠度的影响较小，而不同品种的糯米各项基本成分含量及碘蓝值、胶稠度等指标均存在明显差异。糯米淀粉为A型晶体，结晶度和糊化温度以珍珠糯最高，禾胜糯1次之，扬丰糯最低。受淀粉颗粒与晶体结构的紧密程度、淀粉结晶度以及淀粉损伤程度等因素的影响，不同品种、产地糯米淀粉的各项糊化特性指标之间的差异较为显著，从而使得不同来源淀粉糊的热、冷稳定性具有较大的差异，以荆糯1淀粉的峰值黏度最大，其热糊稳定性和抗老化能力最差。由此可见，在今后糯米质食品的开发过程中可根据不同产品的品质要求立足于糯米淀粉及淀粉糊的这些物化性质的差异来选取合适的糯米加工原料。

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Crystallinity and Pasting Properties of Glutinous Rice Starches

Han Wenfang Xiong Shanbai Li Jiangtao Zhao Siming Mo Zimei
（College of Food Science and Technology，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070）

The differences in crystallinity and gelatinization properties of glutinous rice starch from different varieties and areas were studied，and the correlation analysis was performed in order to provide a theoretical basis and guidance to the raw material selection for glutinous rice food processing.The results indicated that the crystallinity of glutinous rice starches was from 16.4%to 25.3%，and the gelatinization temperature ranges from 71.1℃ to 87.2℃.The glutinous rice named Zhenzhu had the highest degree of crystallinity and the highest gelatinization temperature，with Hesheng1 occupying the second place，while the Yangfeng had theminimum degree of crystallinity and the lowest gelatinization temperature.The crystallinity characteristics of glutinous rice starch were determined mainly by the glutinous rice varieties，less affected by differences in production areawhile the origin and species both represent greater influence on the gelatinization properties.Correlation analysis showed that significant positive correlation was observed between the glutinous rice starch iodine blue value，degree of crystallinity and gelatinization temperature.As a result，both varieties and production area have a great influence on the crystallinity characteristics and pasting properties of glutinous rice starches.

glutinous rice starches，indica rice starch，crystallinity characteristics，pasting properties

TS231

A

1003－0174（2015）08－0048－06

湖北省重大专项（ZDN009）

2014－03－09

韩文芳，女，1987年出生，博士，食品科学

赵思明，女，1963年出生，教授，食品大分子结构与功能特性