可得然胶对米粉加工及食用品质的影响

李才明，陈 荻，陆瑞琪，顾正彪，班宵逢，洪 雁，程 力，李兆丰,*

（1.合成与生物胶体教育部重点实验室，江苏 无锡 214122；2. 江南大学食品学院，江苏 无锡 214122；3.江南大学 江苏省食品安全与质量控制协同创新中心，江苏 无锡 214122；4.四川省宜宾五粮液股份有限公司技术研究中心，四川 宜宾 644000；5.江苏一鸣生物股份有限公司，江苏 泰兴 225433）

米粉为大米加工产品，是中国著名传统美食，有超过2 000 a的历史。米粉因滑弹韧的口感受到我国乃至东南亚各国消费者的喜爱，尤其在我国广西、江西、湖南、云南等地区，米粉的消耗量巨大[1]。随着现代生活水平的提高，以及人们对多元化饮食需求的提升，米粉的受众增多，消费前景广阔。米粉采用籼米制作而成，在缺少面筋蛋白的情况下，米粉的成型依赖于淀粉的回生，即淀粉的老化、凝胶化，其中短期回生有助于米粉在生产中快速成型，米粉贮藏阶段的长期回生会降低米粉品质，使米粉变硬、易断[2-3]。此外，复水时间长、糊汤等也是纯米米粉比较突出的问题，因此，米粉的品质改良、配方优化一直都是研究的热点[4-5]。比如，蔡永艳[6]发现，在米粉中添加食用胶可以增加米粉的最大拉伸力、拉伸距离、硬度和咀嚼性，并且可以显著降低米粉蒸煮损失率，但食用胶的消耗量超过0.4%（质量分数，下同）时，米粉烹饪的损失率会增加。Yalcin等[7]发现槐树豆胶和黄原胶都可以降低米粉的蒸煮损失，增加其硬度，从而提高米粉品质。彭珊珊等[8]通过在即食米粉中添加多种食品添加剂以提高米粉的α度，阻碍米粉的回生，提高即食米粉的口感和质量，并且经过大量实验确定了最佳方案：添加0.6%（质量分数，下同）单硬脂酸甘油酯、0.2%焦磷酸钠和0.01%β-环糊精可以保证生产的米粉在10 d内不会发生明显的回生现象，显著延长米粉的储存期。

可得然胶是继黄原胶和结冷胶之后第3个经FDA批准用于食品的发酵型多糖[9]，我国卫生部也于2006年批准了可得然胶在食品中的应用[10]。作为新兴的品质改良剂，可得然胶因其优越的抗冻融性、抗脱水性、热稳定性、包油性、特殊的凝胶特性（加热到80 ℃以上时形成高强度凝胶）[11-12]以及免疫刺激特性[13]，在食品及医药领域受到越来越多的关注。刘咏梅等[10]报道了可得然胶在食品中的应用，其应用范围包括肉制品、面制品、水产品、预制食品。在面制品应用中，可得然胶多用于提高面团的黏弹性和持水性，从而优化产品口感，减少蒸煮溶出，使面条有嚼劲、不黏连、不糊汤[14]，添加范围在0.2%～1.0%[11]，添加方式为将可得然胶以干粉态、预分散态或溶解态直接加入。可得然胶在面制品中得到良好应用，但在米制品中的研究仍较为缺乏，两种体系有相似之处，却也存在区别，因此，很有必要探究可得然胶在米制品中的应用效果。

本研究从改善米粉的加工及食用品质出发，通过系统表征，探究可得然胶对米粉质构、蒸煮品质、老化特性及凝胶结构的影响，从而评估可得然胶在米粉品质改良中的实际运用价值，以期为相关产业的产品优化提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

籼米 桂州万龙粮油食品有限公司；CG-01型可得然胶（精制提纯胶）、CG-E型可得然胶、CG-02型可得然胶 江苏一鸣生物股份有限公司；葡萄糖、硫酸、氢氧化钠、苯酚 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

T-6V型可见分光光度计 南京菲勒仪器有限公司；GZX-9140MBE型电热鼓风干燥箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂；SES-01型粉碎机 无锡赫普轻工科技有限公司；RVA-4型快速黏度仪（rapid viscosity analyzer，RVA） 澳大利亚Newport公司；FMHE36-24型双螺杆挤压机 湖南富马科食品工程技术有限公司；TA-XT Plus型质构仪配套P/50型探头 英国Stable Micro Systems公司；D2 PHASER型X射线衍射仪 德国布鲁克AXS有限公司；SU1510型扫描电子显微镜 日本日立株式会社。

1.3 方法

1.3.1 米粉的制作

称取1 000 g籼米粉末（过100 目筛），分别添加0%、0.2%、0.4%、0.6%的可得然胶，混合均匀，使用4 mm磨头。设定双螺杆挤压机运行程序为：固体喂料量10 kg/h，液体喂料量12 kg/h，螺杆转速100 r/min，一区、二区、三区、四区、五区的温度分别为60、65、80、95、80 ℃，经过双螺旋挤压机挤压后再老化4 h，放置在电热鼓风干燥箱中60 ℃干燥40 min，即为干制米粉。

1.3.2 可得然胶有效含量及凝胶强度的测定

可得然胶有效含量按照GB 28304—2012《食品添加剂可得然胶》[15]的方法测定；凝胶强度参照赵冰等[16]的方法测定。

1.3.3 大米粉糊化特性的测定

按照GB/T 24852—2010《大米及米粉糊化特性测定 快速粘度仪法》[17]规定。称取3 g籼米粉（水分含量13.6%），再分别添加0%、0.2%、0.4%、0.6%（以下均以干基质量计）的可得然胶和25 g水充分混匀后加入到RVA的专用测量铅杯中，用RVA测定米粉的黏度，利用RVA的配套软件从实验结果中分析得到样品糊化特征参数。实验重复3 次，以不加可得然胶的米粉为空白对照组。

1.3.4 米粉质构特性的测定

按照1.3.1节的流程制备米粉，沸水中蒸煮3 min后，过凉水10 s，然后将米粉平铺在TA-XT plus型质构仪的测试台上，使用质地剖面分析模式测定米粉的质构特性，即通过对样品2 次压缩模拟口腔的“咬合”作用[18]，得到样品的硬度、黏性、弹性、咀嚼性、黏附性等参数。选用P/50型探头，在测试前将测试条件设置为测试前速率、返回速率和测试速率均为1 mm/s，感应力5 g，压缩比75%，2 次压缩间隔时间5 s[19]。

1.3.5 米粉蒸煮品质的测定

参照鲁战会[20]的方法进行。

1.3.5.1 蒸煮时间

取长20 mm、粗细均匀的米粉50 根，放入500 mL沸腾的蒸馏水内，每隔30 s取1 根米粉，用小刀沿中间切开，观察中间白芯出现的情况，米粉中央没有白芯表示蒸煮完成，蒸煮时间即为白芯消失的时间，记录测试时间。每个结果测量3 次。

1.3.5.2 断条率

从样品中任取50 根长度为10 cm的米粉于500 mL沸水中煮12 min，将其中短于10 cm的米粉挑出，记录米粉断条数，断条数占米粉总根数的百分比即为米粉断条率。

1.3.5.3 蒸煮质量比

按照1.3.1节的流程制备米粉，称量蒸煮之前的米粉质量，将煮熟后的米粉捞出用蒸馏水洗涤，用纸巾吸去多余的水分后称质量，蒸煮后与蒸煮前的样品质量之比为蒸煮质量比。

1.3.5.4 蒸煮损失

将加热后的剩余蒸煮液放在干燥箱中，在105 ℃干燥直至物料质量恒定。干燥后物料质量和干燥前样品质量的百分比是蒸煮损失。重复测定3 次。

1.3.6 米粉老化的测定

米粉长期回生运用X-射线衍射测定。将常温保存7 d的米粉粉碎后过200 目筛，用载玻片将米粉样品压紧后，置于样品架中，放入X-射线衍射仪样品台中进行测试。测试条件：陶瓷型X光管，Cu靶，光管功率2.2 kW，发射狭缝0.2 mm，防散射狭缝0.5 mm，接受狭缝3 mm，扫描范围3°～40°，扫描速度0.05°/s，用MDI Jade 6.0软件分析衍射图谱。

1.3.7 米粉微观结构的观察

用粉碎机将干燥后的米粉粉碎，过100 目筛。将粉碎好的样品均匀固定在导电的双面胶上，放置在铝平板上，真空喷金后用SU1510型扫描电子显微镜在5 kV的加速电压放大3 000 倍观察并拍照。

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 可得然胶的基本理化性质分析

为明确可得然胶样品间的差异，实验首先测定3 款可得然胶的基本理化性质，可能由于产品生产工艺及复配成分的不同，3 款产品的水分和灰分都存在显著差异。同时，也测定样品的干基有效含量和干基凝胶强度，如图1所示，样品的有效含量均大于72.5%，说明可得然胶是产品中的主要成分，其中，三者有效含量关系为：CG-01＞CG-E＞CG-02（P＜0.05）。根据产品信息，GC-01型可得然胶为提纯胶，其有效含量虽然高于GC-E，但差距不大，这种情况可能来源于GC-E中其他多糖成分的干扰。与此同时，样品的凝胶强度差异明显，CG-01的凝胶强度达到3 086 g/cm2，比CG-E、CG-02分别高出69.0%和86.6%，造成这种差距的原因包括聚合度[12]及产品中复配成分的不同。

图1 可得然胶有效含量（A）及凝胶强度（B）Fig. 1 Effective content (A) and gel strength (B) of curdlan samples

2.2 可得然胶对大米粉糊化特性的影响

米粉的加工包括淀粉糊化和冷却老化的过程。淀粉糊化是指在加热状态淀粉溶液中的淀粉颗粒开始吸水膨胀，结晶区的氢键被破坏，部分淀粉分子溶出，溶液黏度增加，双折射现象消失的过程[21]。为表征可得然胶对淀粉加工性质的影响，实验采用RVA测定添加一定比例（0%～1.0%）[11]可得然胶的大米粉糊化特性，同时根据米粉的产品特性，选择终值黏度、回生值和糊化温度这3 个指标分析样品的变化。

原料终值黏度过高，会导致米粉成型后表面黏度高，产生并条现象[22]，因此，原料的终值黏度是加工中需要重点关注的指标。如表1所示，除了添加0.2%、0.4%和0.6% CG-02的样品终值黏度有显著降低以外，其他样品的终值黏度并未有显著改变。另一方面，回生值反映样品的短期回生趋势[23]，对于米粉的淀粉凝胶形成尤为关键，会显著影响米粉的成型。样品的回生值随着可得然胶添加量的升高而降低，但是，只有当添加量高于0.6%时，样品的回生值才与空白对照组差异显著，说明在不影响米粉成型的基础上，可得然胶的添加量不应高于0.6%。不仅是可得然胶，多种食品添加剂，如聚葡萄糖、纤维素、小分子糖等都被证实会降低淀粉的回生值，因为当添加剂均匀分布于淀粉凝胶中时，会阻碍淀粉分子的重排，从而抑制重结晶的发生[24-26]。可得然胶的添加还会升高米粉的糊化温度，尤其当可得然胶的添加量高于0.2%时，样品的糊化温度显著升高，该趋势与可得然胶在小麦面中的应用情况一致[22]。在食品胶中，瓜尔豆胶也同样表现出升高淀粉糊化温度的特性[27]，分析原因可能是：可得然胶与瓜尔豆胶都具有长直链分子，分子的延展性随温度升高而降低，导致升温过程中直链分子与淀粉分子缠绕加剧，同时，可得然胶具有强吸水性，在糊化过程中会夺取水分[26]，以上2 个原因可能使得淀粉吸水膨胀受阻。

表1 样品糊化特性Table 1 Gelatinization properties of rice flour paste with added curdlan

整体而言，可得然胶能够起到降低原料终值黏度及回生值、升高原料糊化温度的作用。降低终值黏度有利于减轻米粉成型后的并条，降低回生值不利于米粉的成型，2 种作用虽然存在矛盾，但可控制添加量（≤0.6%）以规避缺点、利用优点。

2.3 可得然胶对米粉质构特性的影响

米粉的质构特性也是评价米粉质量的重要指标，周显青等[19]发现，质构仪的测定结果与感官指标存在良好的相关性，具有分析价值。其中，硬度、弹性和咀嚼性是评价米粉口感的重要指标，消费者往往期待硬度适中、弹性更高、咀嚼性更高的米粉。市售米粉多通过添加变性淀粉、玉米淀粉、小麦粉或食品胶以提升米粉的品质，尤其在口感方面，纯籼米米粉（即空白对照组）相对于市售米粉在硬度、弹性和咀嚼性方面都有待提升。根据2.2节的结果，本节选择质构仪测定可得然胶添加量在0%～0.6%之间的样品的质构特性，结果如表2所示。当可得然胶的添加量为0.2%时，米粉的硬度降低（CG-E和CG-02与空白对照组差异显著），但随着添加量的升高，米粉的硬度逐渐增大，并显著超过空白对照组。同时，当添加量超过0.2%时，可得然胶能显著提升米粉的弹性；当添加量达到0.6%时，可得然胶能显著提升米粉的咀嚼性。

表2 样品质构特性Table 2 Texture properties of rice noodles with added curdlan

综上，可得然胶整体呈现米粉硬度、弹性和咀嚼性增强的特点，其原因可能是可得然胶在加热到80 ℃后能形成高强度凝胶，混入大米淀粉中后有助于形成复合的凝胶骨架，使结构更为致密[28]。值得注意的是，当其添加量为0.2%时，样品反而呈现出硬度、弹性和咀嚼性均降低的现象，推测在该添加量下，可得然胶加强米粉在蒸煮过程中的吸水作用，使米粉更充分膨润，但由于添加量较少，其加固凝胶网络的作用不明显，使米粉最终呈现出硬度、弹性和咀嚼性降低的情况。

2.4 可得然胶对米粉蒸煮特性的影响

蒸煮特性也是米面制品需要重点关注的品质，米粉因缺少面筋蛋白，且存在淀粉长期老化等问题，容易出现复水时间长、易断、易糊汤等问题，本节测定样品的蒸煮时间、断条率、蒸煮质量比及蒸煮损失以分析可得然胶对米粉蒸煮特性的影响，结果如表3所示。可得然胶能有效降低米粉的蒸煮时间、断条率和蒸煮损失，从而优化产品的蒸煮品质。正如2.3节所述，可得然胶能够加固凝胶网络，因此能够降低蒸煮损失。米粉蒸煮时间长、断条率高的主要原因为米粉长期老化，因此，可得然胶对蒸煮时间、断条率的改善可能源于其对米粉长期老化的抑制。对比各组数据可以发现，CG-01对米粉蒸煮品质的优化效果是3 款可得然胶中最好的，并且最低的蒸煮时间（1 310 s）、断条率（5.33%）、蒸煮损失（2.19%）均出现在添加0.6% CG-01组。同时，结合2.1节结果，可以推测可得然胶的凝胶强度越高，其改善米粉食用品质的效果越好。此外，可得然胶具有优越的吸水性和持水性，能够增加米粉的蒸煮质量比，对于鲜湿米粉而言，可得然胶可以在改善米粉品质的同时，增加产品质量、降低成本，是理想的品质改良剂。在Srikaeo等[29]的研究中，胶类的添加统一表现出提高蒸煮质量比、降低蒸煮损失的特点，尤其是羧甲基纤维素，在最优添加量下，羧甲基纤维素可以将米粉的蒸煮质量比提高32.05%，将蒸煮损失降低23.58%；CG-01型可得然胶在添加0.6%时，能将蒸煮质量比提高59.21%，将蒸煮损失降低48.10%，虽然两者添加量和研究载体存在差异，但可得然胶在提升米粉蒸煮品质方面具有竞争力。

表3 样品蒸煮特性Table 3 Properties of rice noodles with added curdlan

2.5 可得然胶对米粉老化性质的影响

淀粉的老化即淀粉在糊化后，淀粉分子由无序状态变为有序状态的过程，可分为短期老化和长期老化。短期老化主要由直链淀粉分子重排引起，其发生在糊化后较短时间内，长期老化则是由支链淀粉外侧短链的重结晶导致，多发生在米粉贮藏过程中。短期老化有助于米粉生产过程中米凝胶的形成，而长期老化则是引起米粉变脆、变硬的根本原因[23]。

X射线衍射能够测定淀粉结晶区的长程有序结构，从而反映样品的老化程度。根据前期实验结果，CG-01的可得然胶有效含量最高，且其改善米粉加工及食用品质的效果最佳，最具有分析价值，因此后续实验只针对CG-01组的样品进行老化性质的表征。X衍射图谱中的不同峰型代表不同的结晶类型；图谱中，衍射强度越高，峰宽越窄，表明结晶度越高，回生程度越强[30]；此外，晶型的判断依赖于衍射峰的分布，A-型晶体在15°、17°、18°和23°处有衍射峰，B-型晶体在5.6°、17°、22°和24°处有衍射峰，V-型晶体在7.4°、13°和20°处有衍射峰[31-33]。如图2所示，根据衍射峰的分布，可知样品为多种晶体的混合体，但随着可得然胶CG-01添加量的升高，衍射峰的强度逐渐减小，添加0.6% CG-01组更是与其他组差距明显。17°左右的衍射峰主要由支链淀粉的长期回生引起[34]，该衍射峰强度随可得然胶添加量增大而减小，在添加量达到0.4%时有显著减小，当添加量达到0.6%时，已变得十分微弱。可见，可得然胶对淀粉老化过程中各种晶体的形成具有抑制作用，对淀粉长期老化有明显抑制效果，且当添加量小于0.6%时，添加量越高，抑制作用越强。同时，推测可得然胶抑制米粉长期老化的原理与2.2节中提到的抑制短期老化的原理相同，即可得然胶的空间位阻阻碍淀粉分子的重排结晶。

图2 样品X射线衍射图谱Fig. 2 X-ray diffraction patterns of rice starch with added curdlan

2.6 可得然胶对米粉凝胶网络的影响

不同添加量CG-01样品的扫描电镜图如图3所示，空白米粉（图3A）中存在明显的孔洞。汪兰等[35]也指出，大米淀粉凝胶呈多孔状。当CG-01添加量为0.2%时（图3B），米粉截面出现更多更大的孔洞，推测在该添加量下，可得然胶增强吸水力的作用大于形成凝胶网络的作用，致使淀粉凝胶中滞留过多的水分，水分在淀粉重结晶过程中脱出，在冻干过程中结晶挥发最终形成孔洞。但当添加量增大到0.4%（图3C）时，米粉截面孔洞相较于空白对照明显减少，米粉结构变得致密，推测此时可得然胶更多地起到稳固凝胶结构的作用，可得然胶的持水作用使水分能够与凝胶体系稳定结合，抑制淀粉凝胶的老化脱水。当添加量增加到0.6%时，米粉截面几乎没有孔洞出现，米粉出现层状结构。综上，添加0.4%及以上的CG-01可得然胶能使米粉结构更为致密、空隙减少，而与可得然胶存在共性的细菌纤维素[25]及聚葡萄糖[24]也都表现出相似的作用。

图3 米粉扫描电镜图Fig. 3 Scanning electron microscopic images of rice noodles with added curdlan

3 结 论

本实验将3 款不同的可得然胶用于米粉品质的优化，研究糊化、质构、结晶性质及凝胶网络等性质，以期找到能有效降黏、增弹增韧，同时能长期抑制淀粉回生的产品，并探究可得然胶对米粉凝胶结构的影响。实验结果表明，有效含量最高的GC-01效果最明显。在0.4%～0.6%的添加量范围内，可得然胶能够显著提高米粉的硬度、弹性、咀嚼性及蒸煮质量比，降低米粉的蒸煮时间、断条率及蒸煮损失，同时抑制米粉的长期老化，加固凝胶稳定性，从而优化产品的品质。但值得注意的是，当可得然胶的添加量较低（0.2%）时，可得然胶只会加剧米粉在加工及蒸煮过程中的吸水膨胀，使得米粉凝胶孔洞增大，米粉硬度、弹性和咀嚼性降低；而当可得然胶的添加量过高，即添加量大于等于0.8%时，可得然胶又会显著降低米粉的短期回生，从而影响米粉的加工成型；因此，0.4%～0.6%是可得然胶在米粉中的理想添加范围。