張冬生，劉永樂*，李向紅，俞 健，王發(fā)祥，王建輝

(長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南 長沙 410114)

精白保胚發(fā)芽米淀粉的理化性質(zhì)

張冬生，劉永樂*，李向紅，俞 健，王發(fā)祥，王建輝

(長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南 長沙 410114)

研究發(fā)芽對(duì)精白保胚米淀粉理化性質(zhì)的影響。測(cè)定精白保胚發(fā)芽米淀粉的溶解度、膨脹度、透光率、凍融穩(wěn)定性等理化性質(zhì)；采用快速黏度分析儀和流變儀研究精白保胚發(fā)芽米淀粉RVA特征值的變化和流變學(xué)特性；并與糙米、發(fā)芽糙米和精白保胚米淀粉的理化性質(zhì)做比較。結(jié)果表明，精白保胚米發(fā)芽之后直鏈淀粉含量降低，溶解度、膨脹度和透光率增加，凍融穩(wěn)定性得到改善；RVA特征值表現(xiàn)為精白保胚發(fā)芽米的峰值黏度降低，最終黏度升高，崩解值降低，消減值和回升值升高；動(dòng)態(tài)流變學(xué)表現(xiàn)為加熱過程中精白保胚發(fā)芽米的儲(chǔ)能模量(G')降低。

精白保胚發(fā)芽米；理化性質(zhì)；直鏈淀粉；黏度；儲(chǔ)能模量(G')

稻米發(fā)芽實(shí)際上是一個(gè)酶促反應(yīng)的啟動(dòng)過程，發(fā)芽時(shí)稻米內(nèi)源淀粉酶被激活，導(dǎo)致稻米淀粉發(fā)生降解[1-2]，引起直鏈淀粉和支鏈淀粉含量下降[3]。顧振新等[4]研究表明發(fā)芽糙米中淀粉酶活力、還原糖、游離氨基酸、淀粉和水溶性蛋白質(zhì)等含量高于糙米，糙米在發(fā)芽過程中，淀粉酶和纖維素酶得以活化，在淀粉酶的作用下，淀粉逐漸水解為較小的分子，依次產(chǎn)生分子質(zhì)量由小到大的各種糊精，最后形成麥芽糖，麥芽糖在麥芽糖酶的作用下轉(zhuǎn)變成葡萄糖。糙米在發(fā)芽過程中，隨著α-淀粉酶等淀粉水解酶活力的提高，淀粉不斷地被降解，還原糖含量提高，發(fā)芽糙米中淀粉含量下降了43.1%～53.7%，還原糖含量上升40.4～61.9倍，本實(shí)驗(yàn)選擇精白保胚米作為研究對(duì)象，精白保胚米是稻谷由精白保胚米制米機(jī)組礱谷加工而成，口感優(yōu)于糙米，將精白保胚米在一定溫度、濕度下進(jìn)行培養(yǎng)，發(fā)芽到一定程度時(shí)將其干燥，得到的產(chǎn)品就是精白保胚發(fā)芽米，其營養(yǎng)價(jià)值大大增加。本實(shí)驗(yàn)研究精白保胚米發(fā)芽前后精白保胚米淀粉的理化特性(透明度、溶解度、膨潤力等)的變化，采用快速黏度分析儀和流變儀測(cè)定淀粉的熱力學(xué)特性和流變學(xué)特性的變化，旨在為精白保胚發(fā)芽米產(chǎn)品的開發(fā)以及綜合利用提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

東北粳稻(空育131) 東北北大荒種業(yè)；標(biāo)準(zhǔn)馬鈴薯直鏈淀粉、標(biāo)準(zhǔn)馬鈴薯支鏈淀粉 美國Sigma公司。

赤霉素(生化試劑)、正己烷(分析純) 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；次氯酸鈉(分析純) 汕頭市蓮塘化工廠有限公司；氫氧化鈉(分析純) 天津市風(fēng)船化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

精白保胚米制米機(jī)組 湖南省湘糧機(jī)械制造有限公司；UV-2600紫外-可見分光光度計(jì) 上海舜宇恒平有限公司；MJ-Ⅱ霉菌培養(yǎng)箱 上海一恒科技有限公司；LD5-10臺(tái)式低速離心機(jī) 北京京立離心機(jī)有限公司；DF-101S集熱式加熱恒溫磁力攪拌器 鞏義市予華儀器有限公司；DHG-9140A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司；RVA-3D快速黏度分析儀 澳大利亞Newport Scientific儀器公司；AR1500ex流變儀 美國TA公司。

1.3 方法

1.3.1 精白保胚發(fā)芽米制備步驟

稻谷→礱谷→除雜→篩選→分級(jí)→優(yōu)質(zhì)精白保胚米→0.5g/100mL的次氯酸鈉溶液浸泡消毒5 min→0.02mg/mL的赤霉素溶液浸泡16h→25℃培養(yǎng)24h→45℃干燥8h→精白保胚發(fā)芽米

1.3.2 淀粉的制備

取過100目篩的米粉，添加0.05mol/L的氫氧化鈉溶液，固液比為1:5(m/V)，浸泡攪拌2h后3500r/min離心10min，離心后用500mL蒸餾水洗滌到燒杯中用鹽酸中和過量的堿，離心去掉黃色上清液，再用去離子水清洗離心，去掉上清液重復(fù)此清洗過程兩次再將各個(gè)樣品分別在烘箱中50℃條件下烘干得到淀粉，將淀粉用正己烷(料液比1:5，m/V)在磁力攪拌器上攪拌脫脂2h，脫脂后的淀粉在室溫下放置24h風(fēng)干。

1.3.3 淀粉基本成分測(cè)定

水分的測(cè)定：105℃恒重法[5]；蛋白質(zhì)的測(cè)定：凱氏定氮法[6]；淀粉的測(cè)定：硫酸-蒽酮法[7-8]；稻米直鏈淀粉含量的測(cè)定：分光光度法[9]。

1.3.4 淀粉理化特性測(cè)定

1.3.4.1 淀粉的溶解度和膨脹度[10-11]

分別在50、60、70、80、90℃的條件下，加熱攪拌20mL 2g/100mL淀粉乳30min后，以6000r/min的速度離心10min，取上層清液，在105℃繼續(xù)烘干至質(zhì)量恒定、稱質(zhì)量，得到被溶解淀粉量，計(jì)算其溶解度(S)；由離心管中膨脹淀粉質(zhì)量計(jì)算其膨脹度(B)。計(jì)算公式如下：

式中：m1為清液烘干至質(zhì)量恒定后的殘留物質(zhì)量/ g；m為樣品干基質(zhì)量/g；m2為沉淀物質(zhì)量/g。

1.3.4.2 淀粉的透光率

取50mL 1g/100mL的淀粉乳液于100mL燒杯中，在沸水浴中加熱，使其充分糊化，冷卻至室溫再用容量瓶定容到50mL，以蒸餾水作空白，在波長650nm處測(cè)定透光率，即為透明度。

1.3.4.3 淀粉的凍融穩(wěn)定性

將各個(gè)樣品加水配成6g/100mL的淀粉乳，取20mL加入到塑料離心管中在集熱式恒溫磁力攪拌器上沸水浴加熱30min糊化冷卻至室溫稱質(zhì)量，然后放于－18℃的冰箱中冷凍放置24h后取出自然解凍，在6000r/min離心10min棄去上清液稱沉淀物質(zhì)量計(jì)算析水率。

1.3.4.4 淀粉-碘復(fù)合物的可見光最大吸收波長的測(cè)定

精確稱取20mg淀粉樣品，用10mL二甲亞砜(DMSO)溶解，定容至100mL，然后吸取1mL淀粉溶液，加入0.5mL碘試劑用水定容至100mL在暗處比色20min后在波長500～800nm范圍內(nèi)進(jìn)行可見光光譜掃描[12]。

1.3.5 淀粉的糊化特性曲線

用RVA(rapid viscosity analyzer，Mod3D)快速測(cè)定，并用TCW(Thermal Cycle for Window)配套軟件分析，淀粉黏滯性測(cè)定按AACC規(guī)程(1995 61-02)[13]要求，即取一定量的干基樣品，配制10g/100mL的淀粉液進(jìn)行測(cè)定[14]。

1.3.6 大米淀粉的動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性

將質(zhì)量濃度為20g/100mL的大米淀粉懸浮液放入動(dòng)態(tài)流變儀測(cè)定平臺(tái)，選擇直徑為40mm的平板，夾縫距離lmm，應(yīng)變0.5%，頻率1Hz。實(shí)驗(yàn)步驟如下：從45℃到95℃程序升溫使大米淀粉懸浮體系糊化，考察淀粉糊在升溫過程中儲(chǔ)能模量(G')的變化，升溫速率為5℃/min[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 淀粉成分分析

表1 各種大米主要成分Table 1 Proximate composition of different rice samples %

對(duì)幾種樣品淀粉基本成分的測(cè)定結(jié)果如表1所示，堿浸法提取的淀粉純度達(dá)到95%(干基)左右，同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽之后糙米及精白保胚米直鏈淀粉含量明顯降低，這是由于發(fā)芽過程中，α-淀粉酶等淀粉水解酶活力的提高，淀粉被降解成還原糖。

2.2 淀粉的溶解度和膨脹度

圖1 4種淀粉在不同溫度下的溶解度Fig.1 Solubility verse temperature curves of starches from different rice samples

從圖1可以看出，4種淀粉樣品的溶解度隨著溫度的升高而增加，這是因?yàn)榈矸垲w粒在過量水存在情況下連續(xù)加熱引起顆粒進(jìn)一步吸水膨脹，可溶性組分(主要是直鏈淀粉)溶出，在加剪切力后，顆粒完全破裂，生成了淀粉糊[16]，直鏈、支鏈淀粉游離出來，溶解度就隨之增加，由圖1比較可知，在溫度達(dá)到90℃時(shí)溶解度表現(xiàn)為精白保胚發(fā)芽米＞發(fā)芽糙米＞精白保胚米＞糙米。

圖2 4種淀粉在不同溫度下的膨脹度Fig.2 Swelling power verse temperature curves of starches from different rice samples

圖2 是4種淀粉在不同溫度下的膨脹度，未溶解的淀粉顆粒由于充分吸水而膨脹，隨著溫度的升高淀粉膨脹度也呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，在80℃之后膨脹度表現(xiàn)為精白保胚發(fā)芽米＞發(fā)芽糙米＞精白保胚米＞糙米，表明淀粉的持水性增加，精白保胚發(fā)芽米更容易蒸煮。

2.3 淀粉的透光率

圖3 4種淀粉的透光率Fig.3 Transmittance of starches from different rice samples

淀粉顆粒較易吸水膨脹，糊化后所形成的糊液比較透明，淀粉糊的透明度與支鏈淀粉含量、直鏈淀粉含量、顆粒大小等因素有關(guān)。支鏈淀粉含量越高，透明度越大，直鏈淀粉分子質(zhì)量小，容易相互凝聚締合使淀粉糊回生，光線發(fā)生反射，減弱了光的穿透百分率，造成糊的透明度下降。由圖3可見，相同濃度的淀粉糊透光率依次為精白保胚發(fā)芽米＞發(fā)芽糙米＞精白保胚米＞糙米。

2.4 淀粉的凍融穩(wěn)定性和淀粉-碘復(fù)合物的可見光最大吸收波長

圖4 4種淀粉的凍融穩(wěn)定性Fig.4 Freezing-thawing stability of starches from different rice samples

凍融穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，結(jié)果顯示，糙米凍融穩(wěn)定性最差，精白保胚發(fā)芽米的凍融穩(wěn)定性最好，這可能與它們的直鏈淀粉含量有關(guān)，直鏈淀粉含量越大，凍融穩(wěn)定性越差，因?yàn)橹辨湹矸垡桌匣?，在冷卻過程中容易重新排列和締合而發(fā)生凝沉現(xiàn)象[17]。有資料表明馬鈴薯淀粉[18]和玉米淀粉[19]經(jīng)過化學(xué)改性或輻照后凍融穩(wěn)定性均提高，并且溫度在變性處理中發(fā)揮重要的作用。在一定溫度下發(fā)芽可以看作是對(duì)精白保胚米淀粉的一種濕熱改性，通過這種改性方式，可以增強(qiáng)精白保胚米淀粉糊的凍融穩(wěn)定性。

圖5 碘-淀粉復(fù)合物的吸光度Fig.5 Visible absorption spectra of iodine complexes with starches from different rice samples

圖5 為4種淀粉在波長500～700nm范圍內(nèi)的淀粉-I2復(fù)合物的紫外-可見光吸收光譜，4種淀粉-I2復(fù)合物的最大吸收光譜比較接近，約為590～595nm，最大吸收波長處的吸光度依次為糙米＞精白保胚米＞發(fā)芽糙米＞精白保胚發(fā)芽米，根據(jù)淀粉與碘形成復(fù)合物的紫外最大吸光度可以說明發(fā)芽引起淀粉組分含量發(fā)生變化，由于直鏈淀粉與碘形成螺旋絡(luò)合結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)深藍(lán)色；支鏈淀粉每個(gè)分支平均長度較短，相應(yīng)的絡(luò)合碘分子的數(shù)目較少，顏色較淺，精白保胚米在發(fā)芽過程中淀粉被降解，直鏈與支鏈淀粉比例發(fā)生了變化，直鏈淀粉含量降低，導(dǎo)致其吸光度降低。

2.5 淀粉的熱力學(xué)特性

2.5.1 淀粉的糊化特性

表2 4種淀粉RVA特征值的比較Table 2 Comparisons of RVA profile characteristic values of starches from different rice samples mPa·s

利用快速黏度測(cè)定儀(RVA)測(cè)得4種大米淀粉的糊化特性，其黏度特征值見表2，與蒸煮食味品質(zhì)相關(guān)的是崩解值及消減值，精白保胚發(fā)芽米的崩解值降低，消減值升高。崩解值越小，淀粉糊的熱穩(wěn)定性越好，消減值與米飯冷后的質(zhì)地相關(guān)，一般消減值為負(fù)值且絕對(duì)值大，米飯軟：消減值為負(fù)值且絕對(duì)值小的，米飯軟而不黏；消減值為正值且過大時(shí)，米飯硬而糙；消減值為正值且小時(shí)，米飯也軟而不黏[20]，相對(duì)于精白保胚米，精白保胚發(fā)芽米的消減值的絕對(duì)值較小可以說明精白保胚發(fā)芽米的經(jīng)蒸煮后食用品質(zhì)要好，精白保胚米和精白保胚發(fā)芽米的絕對(duì)值略大于糙米及發(fā)芽糙米，不過差異不顯著。

2.5.2 淀粉的流變性質(zhì)

圖6 加熱對(duì)4種淀粉儲(chǔ)能模量G′的影響Fig.6 Storage modulus versus temperature curves of starches from different rice samples

在淀粉凝膠形成的過程中，淀粉顆粒膨脹到它原來的很多倍，同時(shí)直鏈淀粉溶解出來形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[21-22]。圖6表明，在淀粉在加熱過程中，儲(chǔ)能模量G'先是逐漸增加到最大，而后下降，在加熱的早期，G'增長相對(duì)比較小，淀粉慢慢的糊化，直鏈淀粉分子開始從膨脹的淀粉中溶解出來，懸浮液轉(zhuǎn)變成了溶膠。隨著溫度的進(jìn)一步升高，G'增長達(dá)最大，溶膠轉(zhuǎn)變成凝膠，凝膠中膨脹的淀粉顆粒形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，凝膠的彈性變大。G'達(dá)最大后，繼續(xù)加熱，G'開始下降，這說明淀粉的凝膠結(jié)構(gòu)破裂，這種破裂的原因可能是在膨脹淀粉顆粒內(nèi)部晶體區(qū)溶解[23]。直鏈淀粉是影響其流變性的一個(gè)重要因素，高直鏈淀粉含量的馬鈴薯淀粉有高的G'；在溫度掃描過程中，玉米直鏈淀粉含量增加，淀粉的G'也增加；低直鏈淀粉含量的馬鈴薯淀粉糊顯示了低的黏性，經(jīng)過純化后的蠟質(zhì)馬鈴薯淀粉同樣顯示高的G'[24]。非蠟質(zhì)稻米淀粉和玉米淀粉比蠟質(zhì)淀粉有高的G'[25]。也有研究指出隨著向蠟質(zhì)玉米淀粉中添加直鏈淀粉，玉米淀粉的G'增加。蠟質(zhì)淀粉和非蠟質(zhì)淀粉這種凝膠現(xiàn)象的不同，可能是蠟質(zhì)淀粉凝膠形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中只有膨脹顆粒而已[26]，精白保胚米發(fā)芽后直鏈淀粉含量降低是影響峰值G'的主要因素。此外，淀粉顆粒形態(tài)也會(huì)影響到加熱過程中的模量值，關(guān)于4種淀粉顆粒形態(tài)的差別有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié) 論

精白保胚米發(fā)芽之后直連淀粉含量降低，溶解度、膨脹度和透光率增加，凍融穩(wěn)定性得到改善；RVA特征值表現(xiàn)為發(fā)芽后精白保胚米的峰值黏度降低、最終黏度升高、崩解值降低、消減值和回升值升高，對(duì)其食用品質(zhì)的改善有益；動(dòng)態(tài)流變學(xué)表現(xiàn)為加熱過程中發(fā)芽后精白保胚米的儲(chǔ)能模量(G')降低，與其低直鏈淀粉含量相關(guān)。

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Physical and Chemical Characteristics of Starch from Polished Germinated Rice with the Germ Left Intact

ZHANG Dong-sheng，LIU Yong-le*，LI Xiang-hong，YU Jian，WANG Fa-xiang，WANG Jian-hui
(School of Chemistry and Biology Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China)

The physical and chemical characteristics of starches from polished germinated rice with the germ left intact, polished fresh rice with the germ left intact and fresh and germinated brown rice were measured and compared in order to investigate the effect of germination on the physical and chemical characteristics of polished germinated rice with the germ left intact. The results showed that the amylose content of polished germinated rice with the germ left intact was lower than that of polished fresh rice with the germ left intact. However, higher swelling power, solubility and transmittance were observed for polished germinated rice with the germ left intact, and its freezing-thawing stability was also better. In addition, polished germinated rice with the germ left intact exhibited lower peak viscosity and breakdown but higher final viscosity, setback viscosity and consistency viscosity. Furthermore, the storage modulus of polished germinated rice with the germ left intact was always the lowest during heating among the four starches tested mainly due to its lowest amylose content.

polished germinated rice with the germ left intact；physical and chemical properties；amylose；viscosity；storage modulus

TS231

A

1002-6630(2010)17-0177-05

2010-05-12

國家“863”計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2008AA100801)；湖南省科技廳農(nóng)村處科技計(jì)劃項(xiàng)目(2009NK3091)；湖南省教育廳項(xiàng)目(09C055)

張冬生(1983—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楣任锷罴庸?。E-mail：zhangdongsheng03@126.com

*通信作者：劉永樂(1962—)，男，教授，博士，研究方向?yàn)榧Z食深加工及食品生物技術(shù)。E-mail：lyle19@163.com