張 敏，劉 明，譚 斌，*，劉艷香

（1.國家糧食局科學(xué)研究院，北京100037；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

糙米提取物的制備工藝及其特性研究

張 敏1，2，劉 明1，譚 斌1，*，劉艷香1

（1.國家糧食局科學(xué)研究院，北京100037；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

以早秈稻糙米為對象，通過雙螺桿擠壓技術(shù)、生物酶水解技術(shù)等加工處理，研究其提取物的組成變化。研究結(jié)果表明，液化工藝料液比1∶9，酶解時間40min，α-淀粉酶添加量1.5%，可獲得較高的產(chǎn)品提取率、還原糖含量與可溶性固形物含量。不同糖化酶處理，對于糙米提取產(chǎn)物的組成和殘?jiān)慕Y(jié)構(gòu)存在較大差別。β-淀粉酶提取液產(chǎn)量較高，糖苷酶和木聚糖酶的可溶性固形物含量較高；而糖苷酶提取物具有較好的透明度，提取物中葡萄糖含量較高，達(dá)到39.09mg/mL，產(chǎn)物DE值高達(dá)58.6%。

糙米，提取物，擠壓，酶解，糖分組成

我國是“稻米王國”，稻米產(chǎn)量居世界第一。長期以來我國稻谷資源的有效利用率不高[1]。糙米適口性差、含有抗?fàn)I養(yǎng)因子等缺點(diǎn)，長期以來制約了糙米食品的研究開發(fā)。近年來，糙米的營養(yǎng)價值已逐漸被越來越多的人們重新認(rèn)識。糙米屬于全谷物，富含維生素、微量元素和膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)。20世紀(jì)80年代以來，發(fā)達(dá)國家對全谷物的營養(yǎng)與健康進(jìn)行了大量的研究表明，全谷中除了膳食纖維的保健作用外，還包括抗氧化成分等生理活性物質(zhì)，這些生理活性物質(zhì)可能通過單個組分或相互結(jié)合或協(xié)同增效的作用來產(chǎn)生各種保健作用。大多數(shù)營養(yǎng)組分構(gòu)成的“全谷物營養(yǎng)包”的協(xié)同增效作用比單個營養(yǎng)素更有利于人體健康。根據(jù)美國全谷物委員會的資料，通過美國與北歐的大的流行病學(xué)與群組研究表明增加全谷物的攝入可使中風(fēng)危險降低30%～36%，II型糖尿病危險降低21%～30%，心臟疾病危險降低25%～28%，同時還有利于體重控制[2-6]。本研究以（早秈稻）糙米為對象，通過雙螺桿擠壓技術(shù)、生物酶水解技術(shù)等加工手段對糙米原料進(jìn)行處理，研究其提取物的組成變化，為糙米提取物等新興糙米食品配料的研究開發(fā)奠定基礎(chǔ)，為我國低值早秈稻的增值利用及健康全谷物食品開發(fā)開辟一條新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

糙米原料 早秈稻常規(guī)品種，江西余干縣產(chǎn)，出糙率76%，水分含量15.37%；α-淀粉酶（中溫淀粉酶，3000～5000U/g，取自芽胞桿菌） 北京雙旋微生物培養(yǎng)基制品廠；葡萄糖淀粉酶（糖苷酶，≥100000U/g）上海kayon公司；β-淀粉酶（≥50000U/g） 北京鴻潤寶順科技有限公司；木聚糖酶（≥10000U/g） 北京鴻潤寶順科技有限公司；乙腈、乙醇等色譜試劑 均為色譜純，其余試劑均為分析純。

電子分析天平 梅特勒托利多公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；SX-4-10型高溫馬福爐 天津市泰斯特儀器有限公司；樣品磨 天津泰斯特公司；SLG30-IV雙螺桿擠壓實(shí)驗(yàn)機(jī) 濟(jì)南賽百諾科技開發(fā)有限公司；阿貝折光儀 上海易測儀器設(shè)備有限公司；CR400型色差計 日本美能達(dá)；Agilent1100高效液相色譜 美國Agilent公司；S-3000N掃描電子顯微鏡 日本日立公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料化學(xué)組分 水分、淀粉、粗蛋白、粗脂肪、灰分、直鏈淀粉含量按AACC（2000，10th ed.）44-19，76-13，32-10，46-11A，30-25，08-02，61-03測定[7]。

1.2.2 其他檢測指標(biāo) 可溶性固形物：采用阿貝折光儀測定；還原糖：采用DNS法測定；DE值：還原糖/干物質(zhì)；色澤：采用L*a*b*值；殘?jiān)娘@微結(jié)構(gòu)：采用掃描電子顯微鏡觀察。透明度的測定：將樣品稀釋20倍，在400nm處測定透光度。

1.2.3 低聚糖測定液相色譜條件 檢測器：Agilent1100 series示差檢測器；色譜柱：Carbohydrate High Performance 4μm，4.6μm×250mm，Cartridge WAT044355；柱溫：30℃，檢測器溫度：30℃；流動相為乙腈∶水（體積比85∶15）；流速為0.5mL/min，進(jìn)樣量10μL。

1.2.4 原料處理

1.2.4.1 糙米擠出物 將原料糙米粉碎，過80目篩，調(diào)節(jié)物料水分含量為15.37%。在雙螺桿擠壓機(jī)上擠壓改性，操作條件可選擇為：物料含水量17%，四段擠壓溫度分別為60、80、110、150℃，螺桿轉(zhuǎn)速280r/min。擠壓樣品粉碎后過80目篩。

1.2.4.2 糙米提取物的制備 取糙米擠出物50g，與一定比例水混合后，調(diào)節(jié)料液pH為6.2～6.4。加入α-淀粉酶，在60℃條件下液化一定時間后，添加1.5%的糖化酶，在60℃下糖化處理2h。糖化結(jié)束后，糖化液置于4500r/min離心機(jī)離心15min，獲得糙米提取液（糖化液）和殘?jiān)?/p>

2 結(jié)果與分析

2.1 糙米原料與擠出物的化學(xué)組成和顯微結(jié)構(gòu)變化

測定糙米原料和擠出物的基本化學(xué)組成結(jié)果見表1，由表1可見，經(jīng)擠壓處理后，糙米中的淀粉發(fā)生糊化。擠出物的淀粉糊化度達(dá)98%以上，從而有利于被α-淀粉酶分解，使淀粉鏈發(fā)生斷裂形成低聚糖、極限糊精和麥芽糖等產(chǎn)物。擠壓處理減少了蒸煮糊化工序，降低了生產(chǎn)能耗，提高了原料利用率[6]。糙米擠壓處理后，水分大量散失，可溶性蛋白含量也顯著降低，樣品的淀粉含量（干基）減少，與其在擠壓過程中淀粉的降解有關(guān)。

表1 原料和擠出物的化學(xué)組成（%）Table 1 Composition of raw materials and product（%）

淀粉在糙米中以顆粒的形式存在。在所有已知谷物中，大米淀粉顆粒最小，粒徑約為3～8μm。圖1是糙米、糙米粉和糙米擠出物的顯微結(jié)構(gòu)圖。由圖1可見，淀粉粒的形狀呈不規(guī)則的多角形，且棱角顯著，其間隙充填著蛋白質(zhì)類的“框質(zhì)”。完整的糙米經(jīng)過粉碎后（過80目篩），部分淀粉顆粒被打散游離出來，形成空洞結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)有利于酶的作用位點(diǎn)的暴露，為酶解創(chuàng)造條件[6]。經(jīng)過擠壓處理后，物料形成明顯的束狀結(jié)構(gòu)，淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)消失。有關(guān)糙米粉與擠出物在酶解過程中的差異，有待進(jìn)一步的研究。

圖1 物料的顯微結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The microstructure of materials

2.2 液化工藝的確定

2.2.1 料液比對提取效果的影響 圖2為采用中溫淀粉酶（最適溫度50～75℃，pH為5.5～7.5），擠出物與水以一定比例混合后，固定淀粉酶的添加量1.5%，液化時間30min，獲得的液化液加入1.5%的糖苷酶糖化處理2h，考察不同料液比對提取效果的影響。由圖2可知，隨著水分的增加，提取過程中產(chǎn)品的出品率也有所增加，但相應(yīng)糖化液的可溶性固形物、還原糖明顯降低。比較還原糖含量和產(chǎn)品得率的變化，在料液比為1∶9時，可獲得較好效果。相關(guān)研究表明，不是液化液的還原糖含量越高糖化效果越好，液化DE值處于15～20時，糖化效果最佳[7]。還原糖含量和可溶性固形物含量的變化存在一定偏差，說明酶解產(chǎn)物中，還原糖在固形物中所占的比例有所變化。測定的液化液和糖化液的顏色和透明度變化顯示，隨著料液比的增加，提取液的亮度變暗，綠色和黃色減弱，透明度增加。

圖2 不同料液比對提取效果的影響Fig.2 Effect of different material liquid ratio on the extraction

2.2.2 液化酶添加量對提取效果的影響 圖3為固定料液比為1∶9，淀粉酶的液化時間30min的條件下，考察不同液化酶添加量對提取效果的影響。由圖3，隨著淀粉酶的添加量增加，糙米提取物的提取率有所增加，產(chǎn)物中還原糖和可溶性固形物含量也有所變化。1.0%的添加量具有較高的還原糖含量和可溶性固形物及密度，而在提取率方面，1.5%和2.0%的添加量效果最好。綜合考慮，選擇淀粉酶的添加量為1.5%。

圖3 不同液化酶添加量對提取效果的影響Fig.3 Effect of different liquefaction enzyme amount on the extraction

2.2.3 液化時間對提取效果的影響 圖4為固定料液比為1∶9，淀粉酶的添加量1.5%的條件下，考察不同液化時間對提取效果的影響。由圖4可知，隨著液化時間的增加，樣品的還原糖和可溶性固形物有所增加，而在液化40min時，提取液的提取率最高。因此工藝中選擇液化時間為40min。

圖4 不同液化時間對提取效果的影響Fig.4 Effect of different liquefaction time on the extraction

2.3 糖化工藝的研究

表2為使用糖苷酶、β-淀粉酶和木聚糖酶對糙米液化液進(jìn)行糖化處理，相應(yīng)酶解產(chǎn)物的特性和組成分析。不同糖化酶處理，對于糙米提取產(chǎn)物的組成和殘?jiān)慕Y(jié)構(gòu)存在較大差別。β-淀粉酶提取液產(chǎn)量較高達(dá)到440mL，糖苷酶和木聚糖酶的可溶性固形物含量較高，均為9.76%；而糖苷酶處理的提取物具有較高的透明度（0.813）。感官分析表明，糖苷酶提取液呈黃色透明狀，放置一段時間后，有粒狀絮凝物懸浮，混勻后，絮凝物消失，可能與含有的可溶性含氮物有關(guān)；β-淀粉酶提取液呈黃白色，放置后均勻性較好；木聚糖酶提取液呈淡黃色，放置后底部有一層膠狀物存在，經(jīng)分析是一些低聚糊精類物質(zhì)。

表2 不同糖化酶解提取物的特性Table 2 Extract characteristic of different glucoamylase enzymatic hydrolysis

稻米糖分中的單糖主要是葡萄糖和果糖，二糖、三糖為蔗糖、棉籽糖和麥芽糖。糙米中的總糖含量為0.83%～1.86%，其中0.9%～1.3%為還原糖[1]。圖5為糖分混合標(biāo)準(zhǔn)品HPLC圖譜。標(biāo)樣中以出峰時間先后分別為：鼠李糖、木糖、阿拉伯糖、果糖、甘露糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖和麥芽三糖。

圖5 糖分混合標(biāo)準(zhǔn)品HPLC圖譜Fig.5 Sugar mixed standard HPLC chart

2.4 糙米提取物中糖分組成

表3為樣品中糖分組成。由表3，糙米擠出物經(jīng)過α-淀粉酶處理，隨機(jī)切斷α-1，4葡苷鍵和少量α-1，6糖苷鍵，使液化液中麥芽糖和麥芽三糖提高了近10倍；糖苷酶是以切斷α-1，4葡苷鍵獲得單葡萄糖為主，因此糖苷酶解提取物中葡萄糖含量較高，達(dá)到39.09mg/mL，而麥芽三糖、麥芽糖、蔗糖和其他單糖的含量都很低，產(chǎn)物DE值為58.6%；β-淀粉酶是從非還原末端水解1，4糖苷鍵生成麥芽糖，因此β-淀粉酶解提取物以麥芽糖為主，麥芽糖含量達(dá)到54.90mg/mL，另外產(chǎn)物中含有的麥芽三糖和蔗糖的含量分別為4.46mg/mL和1.07mg/mL，產(chǎn)品的DE值僅為30.3%；木聚糖酶以內(nèi)切β-1，4木糖苷鍵和少量β-1，3糖苷鍵為主，最終的分解產(chǎn)物是低聚木糖和少量木糖，本研究沒有檢測低聚木糖，但檢測的木糖含量無顯著提高，木聚糖酶解提取物中，麥芽糖和麥芽三糖含量較高，分別為39.36mg/mL和12.24mg/mL，而蔗糖和葡萄糖及其他單糖含量均低于1mg/mL，產(chǎn)品的DE值為33.50%。

表3 樣品中糖分組成（mg/mL）Table 3 Sugar composition in samples（mg/mL）

圖6 糙米酶解殘?jiān)娘@微結(jié)構(gòu)圖（×2500）Fig.6 Microscopic structure diagram of brown rice enzyme hydrolysis residue（×2500）

圖6是糙米糖化酶解后經(jīng)離心獲得的殘?jiān)@微結(jié)構(gòu)圖。由圖6可見，不同的糖化酶處理，物料殘?jiān)娘@微結(jié)構(gòu)明顯不同。經(jīng)糖苷酶處理的樣品，物料呈現(xiàn)不連續(xù)的碎片；由β-淀粉酶處理的樣品以鏤空的骨架結(jié)構(gòu)為主；而由木聚糖酶酶解的樣品，則呈現(xiàn)較致密的結(jié)構(gòu)，表面形成一些小團(tuán)塊。

3 結(jié)論與討論

通過以上各實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合不同指標(biāo)的變化規(guī)律，在以糙米擠出物為原料的酶解提取工藝的研究中，得到以下結(jié)論。

糙米提取物制備的液化工藝條件為：料液比1∶9，酶解時間40min，α-淀粉酶的添加量為1.5%，在此條件下可以得到較高的糙米提取物產(chǎn)品提取率、還原糖含量和可溶性固形物的含量。

不同糖化酶處理，對于糙米提取產(chǎn)物的組成和殘?jiān)慕Y(jié)構(gòu)存在較大差別。β-淀粉酶提取液產(chǎn)量較高，達(dá)到440mL，糖苷酶和木聚糖酶的可溶性固形物含量較高，均為9.76%；而糖苷酶處理的提取物透明度為0.813。

糙米擠出物經(jīng)過α-淀粉酶處理，液化液中麥芽糖和麥芽三糖提高了近10倍；糖苷酶酶解提取物中葡萄糖含量較高，達(dá)到39.09mg/mL，產(chǎn)物DE值為58.6%；β-淀粉酶酶解提取物以麥芽糖為主，麥芽糖含量達(dá)到54.90mg/mL，產(chǎn)品的DE值僅為30.3%；木聚糖酶酶解產(chǎn)物中木糖含量無顯著提高，麥芽糖和麥芽三糖含量較高，分別為39.36mg/mL和12.24mg/mL，產(chǎn)品的DE值為33.50%。

根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，如使用復(fù)合糖化酶，并結(jié)合蛋白酶和纖維素酶等共同處理，將極大的提高提取液的可溶性固形物含量和原料的利用率。這部分研究有待進(jìn)一步開展。對于糙米提取物，根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，采用不同的糖化酶進(jìn)行處理，從而獲得具有不同糖分組成和可溶性固形物的多種產(chǎn)品，使其作為飲料、乳制品的主料以及主食品和副食品的配料等，從而擴(kuò)大糙米的應(yīng)用領(lǐng)域，增加糙米食品的種類[8]。

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Study on the preparation and characteristics of brown rice extracts

ZHANG Min1，2，LIU Ming1，TAN Bin1，*，LIU Yan-xiang1
（1.Academy of State Administration of Grain，Beijing 100037，China；2.College of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China）

The composition changes of extracted hydrolysates of early long-grain nonglutinous brown rice treated by twin-screw extrusion and bio-enzymatic hydrolysis were systematically investigated.The results indicated that the extraction rate，reducing sugar and soluble solid content were enhanced at the optimal conditions which the material to liquid ratio 1∶9 during liquefaction，40min hydrolysis time，1.5% α-amylase. Brown rice extract compositions and structure of residue varied greatly with different glucoamylase treatment. Yield of extract was high after the treatment with β-amylase.Hydrolysis with glucosidase and xylanase led to high content of soluble solids in the extracts.Extracts hydrolyzed by Glucosidase had the transparency of 39.09mg/mL，and DE value of 58.6%.

brown rice；extracts；extrusion；enzymatic hydrolysis；carbohydrate composition

TS210.1

B

1002-0306（2012）01-0302-04

2010－06－09 *通訊聯(lián)系人

張敏（1972-），女，博士，教授，研究方向：糧油深加工。

國家公益性院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)課題（ZX0901）。