不同处理方式对糙米淀粉回生特性的影响

宋玉，曹磊，夏青，陶澍，刘超

（安徽省农业科学院农产品加工研究所，安徽合肥230031）

糙米是稻谷脱去外保护皮层稻壳后的颖果，内保护皮层（果皮、种皮、珠心层）完好的稻米籽粒，由于内保护皮层粗纤维、糠蜡等较多口感较粗，质地紧密，煮起来也比较费时，但其瘦身效果显著。与普通白米相比，糙米富含维他命、矿物质与膳食纤维，被视为是一种绿色的健康食品。由于米淀粉在低温下易回生，导致米制品品质急剧下降，导致产品变干、变硬、掉渣等，影响口感，严重限制了米制品的大规模生产。米淀粉的回生过程可分为短期回生和长期回生[1]。淀粉糊化后的初始阶段（几个小时内），渗漏的直链淀粉分子首先发生定向迁移，形成三维凝胶网络结构，此过程称之为短期回生[2]。长期回生则一般会超过几周时间，主要是由于支链淀粉具有高分支结构，在聚合时受到较强的抑制，回生作用较慢。长期回生在整个淀粉回生过程中占主要作用，是导致淀粉体系质量变化的主要原因[3]。淀粉回生作用与淀粉的来源、直链淀粉与支链淀粉含量之比、支链淀粉侧链的链长、糊化淀粉冷却储藏温度、溶液的pH值和无机盐含量等因素有关[4-8]。为了有效抑制淀粉的回生，提高产品的品质，常采用生物酶法抑制淀粉的回生，淀粉酶是一类能催化α-D-吡喃葡萄糖基之间（1→4）糖苷键水解的酶类，根据酶作用后产物的构型不同，淀粉酶有α-淀粉酶（产物具α-D构型）和β-淀粉酶（产物具β-D构型）之分[9]。糙米经过浸泡和发芽促使许多处于休眠状态的酶被激活，由结合态转变成游离态，从而促使了酶解作用的发生[10]，淀粉在内源酶的作用下分解为小分子糖，使总淀粉和直链淀粉的含量下降，从而引起淀粉功能性质的改变[11]。因此分析不同来源淀粉酶对糙米淀粉回生特性的影响程度，为控制糙米淀粉回生提供一定的理论依据，进而对发芽糙米类加工产品的品质控制有一定的实际指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

糙米（徽两优6号）：安徽华安种业有限公司；α-淀粉酶（酶活力300 AUG/g，最适温度50℃～85℃，最适 pH5.0～7.0）、β-淀粉酶（酶活力 120 KNU/g，最适温度70℃，最适pH5.0～7.0）：酶活力单位为自定义，丹麦诺维信酶制剂公司。

RVA-4型快速黏度仪（RVA）：澳大利亚Newport Scientific仪器公司；Q200差示扫描量热仪：美国TA公司；TA.XTPLUS型质构分析仪：英国Stable Micto System（SMS）公司。

1.2 方法

样品处理分为4个处理组：对照组即纯糙米淀粉、内源酶处理组、α-淀粉酶处理组、β-淀粉酶处理组。其中，对照组为纯水浸泡6 h未经发芽的糙米；内源酶处理组即糙米浸泡6 h后在一定条件下发芽60 h；外源淀粉酶处理组分别采用α-淀粉酶，β-淀粉酶两种酶处理，配制一定浓度的淀粉酶液，将糙米粉浸泡在酶液中，浸泡时间参照发芽组，为6 h。

糙米发芽工艺：参考姚森[12]、曹磊等[13]发芽方法并稍作改进，取同样砻谷条件下大小基本一致的糙米，用水洗净后用自来水于（25±1）℃条件下浸泡6 h，之后用10 g/L次氯酸钠溶液浸泡消毒15 min，去离子水洗净，沥干并转入培养皿中，加去离子水，在28℃避光条件下发芽，每12小时换水1次。以浸泡6 h后未经发芽的糙米为对照（记为0 h），每隔12小时取样，获得发芽糙米，冷冻干燥并粉碎过100目筛。

外源酶处理糙米粉的制备：取同样砻谷条件下大小基本一致的糙米，粉碎后过60目筛，于（70±1）℃条件下酶解 6 h，料液比 1∶2（g/mL），浸泡液采用不同浓度的α-淀粉酶液、β-淀粉酶液，其中α-淀粉酶添加量为 1.2、2.4、4.8 AUG/g 糙米粉，分别记为 α1、α2、α3；β-淀粉酶添加量为0.48、0.96、1.92 KNU/g糙米粉，分别记为 β1、β2、β3。酶解结束后在 90℃下灭酶 20 min，冷冻干燥并粉碎过100目筛。

1.3 测定指标与方法

糙米淀粉黏度特性采用文献[14]的方法测定，回生焓值采用文献[15]，淀粉凝胶质构特性采用文献[16]的方法测定。

1.4 数据处理

所有试验重复测定至少3次，取其平均值。采用SPSS19.0分析软件进行数据统计分析，运用方差分析法进行显著性分析；p<0.05表示有显著性差异。

2 结果与讨论

2.1 不同处理方式对糙米淀粉回生焓值的影响

糊化后的淀粉在储藏过程中，支链淀粉的重结晶发生明显变化，随着储藏时间的延长，淀粉体系内晶体含量逐步增加，融化热焓值△H逐渐增大，即长期回生程度不断增加[16]。不同处理方式对糙米淀粉在4℃下储存14 d内的回生焓值如表1所示。在14 d的储藏期内，各个处理组的糙米淀粉的回生焓值都是呈显著增大趋势，内外源淀粉酶处理对于抑制糙米淀粉的回生焓值的增大均有效果，发芽糙米淀粉在储存过程中回生焓值的显著低于对照组（p<0.05），并且随着发芽时间的延长，其抗回生效果显著增强（p<0.05），发芽48 h以后，其储存14 d的回生焓值相比对照组降低了53.50%；外源淀粉酶处理组糙米淀粉抗回生的效果更显著，并且随着酶浓度的增加，其抗回生效果也随之显著增加，α3处理组的糙米淀粉在储存14 d后其回生焓值相比较对照组降低了74.74%，比α1处理组降低了10.96%，但是与α2相比差异不显著；β-淀粉酶处理组相对于对照组抗回生效果显著增大，主要原因是支链淀粉的外侧短链被部分降解，聚合度降低，姚远[17]通过高效排阻色谱证实β-淀粉酶的处理可以使部分支链淀粉外侧短链聚合度降低2～3个葡萄糖单位。部分支链淀粉外侧短链聚合度降低，淀粉分子的成核和结晶速度降低，回生受到抑制。其中β2在第14天的回生焓值比对照组降低了68.65%，比β1降低了30.06%，但是与β3相比差异不显著，说明β-淀粉酶浓度增加到一定程度后其抗回生效果增加不显著。

表1 不同处理方式糙米淀粉的回生焓值Table 1 The enthalpy value of brown rice starch in different treatment methods

2.2 不同处理方式对糙米淀粉黏度特性的影响

淀粉糊化过程都要经过上升、下降和回生3个过程，随着质量分数的增加，最低黏度与最终黏度相差越大则淀粉糊的稳定性越差，凝胶性提高，这是因为浓度越大，在停止加热时，淀粉分子之间的作用力要大于氢键与分子之间的作用力，所以浓度越大老化回生趋势越强[18]。不同处理方式糙米淀粉的黏度特性见表2。

表2 不同处理方式糙米淀粉的黏度特性Table 2 The viscosity properties of brown rice starch in different treatment methods

由表2可知，随着发芽时间的延长，体系中淀粉酶的活力逐渐增强，淀粉不断被降解，即糊化体系中淀粉含量越来越少，所以其峰值黏度、低谷黏度、最终黏度值不断降低，回生值显著降低（p<0.05），与对照组相比，发芽60 h的糙米粉回生值降低了86.00%；两种外源淀粉酶处理的样品与对照组相比，其峰值黏度、低谷黏度、最终黏度值降低的效果更为显著，α1处理组相对于对照组的峰值黏度降低了95.86%，相对于发芽60 h组降低了78.17%，β1处理组相对于对照组的峰值黏度降低了88.20%，相对于发芽60 h组降低了37.83%。与对照组相比，酶处理组的糊化温度也有显著性升高（p<0.05），温度升高的原因可能是α-淀粉酶作用水解了直链淀粉和支链淀粉的α-1，4-糖苷键使得直链淀粉含量降低。有研究证明，直链淀粉含量是影响稻米糊化温度的因素之一，且两者一般呈反比[19]，且酶添加量对数值的变化有着显著的影响，α3处理组因为酶解程度过高，导致淀粉糊黏度过低不能形成糊化曲线，而β-淀粉酶可有效降低支链分子外支链的长度，使其聚合度低于10，而无法形成双螺旋结构，所以导致糊化温度升高。

2.3 不同处理方式对糙米淀粉凝胶质构的影响

淀粉凝胶体系的硬度、黏着性和内聚性可以用来表征回生的程度。在淀粉回生过程中会导致凝胶的硬度上升，内聚性升高以及黏着性下降[20-21]，表3～表5为不同处理组糙米淀粉储存14 d内凝胶质构变化情况。

表3 不同处理方式糙米淀粉储藏过程中凝胶硬度Table 3 The gel hardness of brown rice starch stored in different treatment methods

表4 不同处理方式糙米淀粉储藏过程中凝胶黏着性Table 4 The gel adhesiveness of brown rice starch stored in different treatment methods

表5 不同处理方式糙米淀粉储藏过程中凝胶内聚性Table 5 The gel cohesiveness of brown rice starch stored in different treatment methods

由表3～表5可知，糙米淀粉在储藏过程中，凝胶硬度增加，黏着性下降，内聚性升高，跟其他文献基本一致[22-23]，这主要是由于淀粉回生引起的，体系在回生过程中水分流动性降低，直链淀粉和支链淀粉分子定向迁移，导致凝胶硬度升高，而酶解作用可以在一定程度上减少淀粉凝胶的老化变硬，可能是由于酶解降低了直链淀粉的含量从而提高了凝胶特性。有研究证明，直链含量越高的淀粉，凝胶形成越迅速，冷却时强度也越大[24]。

不同处理组对糙米淀粉凝胶硬度的影响由表3可以看出，相对于对照组，发芽糙米的凝胶硬度显然更低，并且随着发芽时间的延长，其凝胶硬度呈显著减小趋势（p<0.05），发芽48 h的糙米淀粉凝胶储存14 d的凝胶硬度比对照组减少了56.74%；外源淀粉酶处理组对凝胶硬度的影响更为显著（p<0.05），存储14 d时，α1处理组的凝胶硬度相对于对照组减少了83.87%，而β1处理组的凝胶硬度相对于对照组减少了78.02%，并且随着酶浓度的增大，其凝胶硬度也显著降低（p<0.05）。糙米淀粉的凝胶黏着性在回升过程中显著降低，由表4可见，对照组储存14 d的凝胶黏度比储存1 d的降低了51.83%，发芽处理组凝胶的黏度相对于对照组显著增大（p<0.05），在储存14 d的黏度值比对照组升高了32.88%；外源酶处理组的淀粉凝胶黏度呈相反趋势，其黏度显著低于对照组和发芽组，可能是由于外源酶处理组的酶解程度过大，导致淀粉凝胶体系黏度急剧降低。淀粉凝胶的内聚性随着储存时间的延长呈显著上升趋势（p<0.05）。由表5可知，对照组储存14 d的内聚性比储存1 d的上升了40.54%；相对于对照组，发芽组和外源酶处理组的内聚性数值上升趋势略微平缓，其中发芽60 h的糙米淀粉凝胶在储存3 d以后的内聚性变化不显著，而α3和β-淀粉酶处理组的内聚性上升趋势也在储存3天后差异不显著。

3 结论

发芽过程中被激活的内源性淀粉酶系和外源添加的两种淀粉酶，对糙米淀粉的回生均具有抑制作用，其抑制效果随着酶解程度的增加有不同程度的增加。相对于对照组，发芽至48 h的糙米其在储藏14 d的凝胶硬度最小，比对照组减少了56.74%。两种外源淀粉酶能够有效的降解淀粉，其处理组储存14 d后的凝胶硬度显著低于对照组和发芽组（p<0.05），且硬度与酶处理量成反比；α-淀粉酶降低淀粉黏度的效果更显著，α1处理组相对于对照组的峰值黏度降低了95.86%，然而过量酶处理可能导致淀粉黏度急剧下降，糊化温度升高。所以选择适宜的发芽时间，采用适量的外源酶处理均可以有效抑制糙米淀粉的回生。

[1]H Fredriksson,J Silverio,R Andersson,et al.The influence of amylose and amylopectin characteristics on gelatinization and retrogradation properties of different starches[J].Carbohydrate Polymers,1998,35（3/4）:119-134

[2]Mervyn J Miles,Victor J Morris,Stephen G Ring.Gelation of amylose[J].Carbohydrate Research,1985,135(2):257-269

[3]Stephen G Ring,Paul Colonna,Kenneth J I'Anson,et al.The gelation and crystallisation of amylopectin[J].Carbohydrate Research,1987,162(2):277-293

[4]H Eustina Oh,Yacine Hemar,Skelte G Anema,et al.Effect of highpressure treatment on normal rice and waxy rice starch-in-water suspensions[J].Carbohydrate Polymers,2008,73(2):332-343

[5]M Stolt,S Oinonen,K Autio.Effect of high pressure on the physical properties of barley starch[J].Innovative Food Science and Emerging Technologies,2000,1(3):167-175

[6]Katleen J R Vallons,Elke K Arendt.Effects of high pressure and temperature on buckwheat starch characteristics[J].European Food Research and Technology,2009,230(2):343-351

[7]Katleen J R Vallons,Elke K Arendt.Effects of high pressure and temperature on the structural and rheological properties of sorghum starch[J].Innovative Food Science and Emerging Technologies,2009b,10(4):449-456

[8]Elena Vittadini,Eleonora Carini,Emma Chiavaro,et al.High pressure-induced tapioca starch gels:physico-chemical characterization and stability[J].European Food Research and Technology,2008,226(4):889-896

[9]张奇志,邓欢英.生物酶在食品工业中的应用[J].粮油加工与食品机械,2002(9):30-33

[10]J K Chavan,S S Kadam,Larry R Bcuchat.Nutritional improvement of cereals by sprouting[J].Critical Reviews in Food Sciences and Nutrition,1989,28(5):401-437

[11]赵黎平,韩永斌,胡秋辉,等.糙米发芽过程中淀粉功能特性的变化[J].食品科学,2015,36(5):45-49

[12]姚森,郑理,赵思明,等.发芽条件对发芽糙米中γ-氨基丁酸含量的影响[J].农业工程学报,2006,22(12):211-215

[13]曹磊,李珂昕,汪晓鸣,等.发芽糙米中γ-氨基丁酸提取条件对快速检测法测定结果的影响[J].江苏农业科学,2012,40(4):294-295

[14]董颖超,秦玉昌,李军国,等.小米粉RVA糊化特性的研究[J].食品研究与开发,2007,28(7):51-54

[15]李雯雯.玉米淀粉的高支化改性及其对回生性质的影响[D].无锡:江南大学,2016

[16]唐敏敏,洪雁,顾正彪,等.黄原胶对大米淀粉长期回生的影响[J].食品与生物技术学报,2013,32(7):692-697

[17]姚远.米制品回生研究[D].无锡:无锡轻工大学,2000

[18]李娜,张英华.用RVA仪分析玉米淀粉的糊化特性[J].中国粮油学报,2011,26(6):20-24

[19]夏红.直链淀粉含量与稻米的糊化温度及胶凝度的关系[J].食品科学,1998,19(9):12-13

[20]Hye-Mi Choi,Byoungseung Yoo.Rheology of mixed systems of sweet potato starch and galactomannans[J].Starch-Stärke,2008,60(5):263-269

[21]K Morikawa,K Nishinari.Effects of concentration dependence of retrogradation behaviour of dispersions for native and chemically modified potato starch[J].Food Hydrocolloids,2000,14(4):395-401

[22]黄倩,高金梅,郭洪梅,等.3种杂豆淀粉回生过程的理化特性研究食品研究与开发[J].食品研究与开发,2017,38(10):22-27

[23]南冲,熊柳,孙庆杰.一种新型淀粉酶抑制米制品回生的研究[J].中国粮油学报,2012,27(2):19-22

[24]丁文平,丁霄霖.大米品种对其淀粉凝胶特性的影响[J].中国粮油学报,2003,18(3):17-20