扈戰(zhàn)強 代飛云 陳 琴 劉茂雪 郭 襄 湯曉智

（南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院，南京 210046）

稻谷是我國主要的糧食作物之一，稻谷在精加工過程中去除了稻殼、種皮、糊粉層和米胚等得到精白米即人們食用的大米，然而稻谷的大部分功能性營養(yǎng)成分卻包含在胚芽和種皮中，這就造成了可食用糧食資源的極大浪費。糙米則是保留了胚芽和種皮，只是去除了稻殼，所以糙米的營養(yǎng)價值遠遠高于精白米。糙米含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維、維生素及礦物質(zhì)，能提供較精白米更全面的營養(yǎng)，此外，還有多種保健功能因子，如谷胱甘肽、γ－氨基丁酸、γ－谷維醇、米糠脂多糖、肌醇六磷酸等［1－2］。但是，由于糠皮部分的存在，糙米有一種糠的不愉快氣味，并且，糙米糠層中高含量的纖維素及其復合物使糙米適口性、加工性、消化性均很差，從而使糙米的廣泛食用受到了一定的局限［3］。因此，有必要對糙米進行改性處理，既要保證糙米經(jīng)處理后營養(yǎng)物質(zhì)不能大量流失，同時糙米的食用品質(zhì)得到改善。目前研究較多的是發(fā)芽糙米，發(fā)芽可以激活內(nèi)源酶，分解高分子聚合物，如纖維素、果膠、淀粉，富集γ－氨基丁酸等，但對糙米的食用品質(zhì)提升有限［4－6］。比較有效的方法是外源酶處理，Mithu等［7－8］利用木聚糖酶和纖維素酶酶解糙米的纖維素皮層，使糙米的食用品質(zhì)得到明顯的改善。劉志偉等［9］利用纖維素酶、果膠酶和植酸酶處理糙米，發(fā)現(xiàn)多種酶的復合處理更有利于糙米纖維素皮層的分解。然而，在利用酶法改良糙米食用品質(zhì)的過程中，酶反應效率和反應時間顯然是影響其推廣的最關(guān)鍵因素。

超聲波具有空化、傳質(zhì)作用，在功能性成分的提取過程中被廣泛的應用［10－11］。同時研究也發(fā)現(xiàn)低頻率的超聲波對纖維素酶活性具有促進作用［12］，因此將超聲波應用于輔助糙米的酶處理過程，可能對于酶反應效率的提高以及反應時間的縮短具有積極的作用。

本試驗利用超聲波輔助酶對糙米進行處理，研究超聲波輔助酶處理對糙米纖維皮層的分解程度，處理后糙米粉的糊化特性，糙米的吸水率，以及對蒸煮品質(zhì)的影響，旨為糙米深加工食品的研制和生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 材料

稻谷：江蘇農(nóng)墾提供；纖維素酶（酶活力15U／mg）、果膠酶（酶活力50U／g）、其他分析純化學試劑：國藥集團化學試劑有限公司提供。

1．2 儀器

JLGJ4．5型檢驗礱谷機：臺州市糧儀廠；722N－可見光分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；JXFM110錘式旋風磨：上海嘉定糧油儀器有限公司；質(zhì)構(gòu)分析儀：英國 Stable Micro System公司；快速黏度儀RVA：澳大利亞Newport Scientific儀器公司；pHS－3C精密數(shù)顯pH計：上海精密科學儀器廠；101－3AS電熱鼓風干燥箱：上海蘇進儀器設備廠；HH－2數(shù)顯電子恒溫水浴鍋：常州國華電器有限公司；AS10200A超聲波清洗器：天津奧特賽恩斯儀器有限公司；TP－214電子分析天平：丹佛儀器（北京）有限公司；SD－11蒸煮器：上海纖檢儀器有限公司。

1．3 方法

1．3．1 糙米預處理

稻谷經(jīng)礱谷機礱出糙米，除雜，去除霉變糙米粒、未成熟粒和碎糙米粒，用自封袋封裝保存在4℃冰箱中備用。

1．3．2 超聲波輔助酶處理糙米

稱量糙米15 g，放入具塞錐形瓶中，按質(zhì)量體積比1∶4添加 pH 5．0，濃度為1 mg／mL的酶溶液，所選酶溶液分別為纖維素酶、果膠酶以及纖維素酶與果膠酶的復合酶（纖維素酶與果膠酶按質(zhì)量比1∶1混合），然后將具塞錐形瓶放入超聲波清洗器中，用熱水和冰塊調(diào)節(jié)溫度，使溫度控制在（50±1℃）范圍內(nèi)［9］，超聲波的超聲頻率為 40 kHz，功率30 W；處理時間分別為 0．5、1．0、1．5、2．0、2．5 h；處理完之后，將處理液倒入錐形瓶中備用，處理的糙米用蒸餾水沖洗3次，放入恒溫干燥箱中，35℃干燥24 h，用自封袋封裝保存在4℃冰箱中備用。對照組為無超聲波輔助。

1．3．3 總糖的檢測

蒽酮比色法［13］。

1．3．4 糙米粉糊化黏度的測定

將酶處理糙米用錘式旋風磨打成粉，依據(jù)GB／T 2485—2010［14］的檢測方法，利用快速黏度儀（RVA）測定，并用TCW（Thermal cline for windows）的配套軟件對數(shù)據(jù)進行記錄與分析。RVA所用條件為50℃下保持1 min；以12℃／min的速度上升到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 min。攪拌器的轉(zhuǎn)速保持在 160 r／min［15］。

1．3．5 糙米吸水率的測定

首先測定酶處理后糙米的含水量，然后稱取糙米5 g，放于盛有蒸餾水的燒杯中然后置于恒溫水浴鍋中，溫度保持在30℃，每小時稱量糙米的質(zhì)量，每個樣品做3個平行。按照公式計算糙米的吸水率：

1．3．6 糙米蒸煮后質(zhì)構(gòu)特性的測定

稱取酶處理后的糙米40 g，放于燒杯中，加入1．5倍的蒸餾水，放入蒸煮器中蒸煮，蒸煮30 min后，室溫冷卻至28℃，用質(zhì)構(gòu)儀檢測糙米蒸煮后的質(zhì)構(gòu)特性，測試所選平臺為圓形平臺，P25（25．4 mm直徑）探頭，壓縮比為60%，測前速度10．0 mm／s，測試速度0．5 mm／s，測后速度 5．0 mm／s，兩次壓縮之間停留 5．0 s。

1．3．7 數(shù)據(jù)分析

利用SAS9．2數(shù)據(jù)分析工具對數(shù)據(jù)進行差異性檢測與相關(guān)性分析（顯著性差異P＜0．05）。

2 結(jié)果與分析

2．1 超聲波輔助酶處理糙米處理液中總糖的變化

處理液中總糖的含量可以間接的反應出酶對糙米纖維素皮層的分解程度，圖1、圖2分別為無超聲波和超聲波輔助酶處理糙米后處理液中總糖的變化曲線。

圖1 無超聲波輔助酶處理糙米處理液中總糖的變化

圖2 超聲波輔助下酶處理糙米處理液中總糖的變化

從圖1、圖2可以看出，隨著處理時間的延長，這3種酶液分解得到的總糖量都不斷增加。比較超聲波對酶處理糙米的影響，可以看出，在無超聲波輔助下，2．5 h時纖維素酶分解纖維素皮層得到的總糖量為 52．86 mg，果膠酶 73．36 mg，復合酶 65．46 mg；而有超聲波輔助時，2．5 h時纖維素酶分解纖維素皮層得到的總糖量為 61．41 mg，果膠酶 77．58 mg，復合酶95．31 mg，分解得到的總糖量分別增長16%，6%和47%，說明了超聲波對3種酶液分解纖維素皮層均有顯著的促進作用，同一時間點分解得到的總糖量大于無超聲波輔助下酶分解得到的總糖量，這可能是由于低頻率超聲波的振動、空化作用，使得纖維素層變得松散，酶分子容易與底物結(jié)合，提高分解反應速度，縮短分解反應時間。值得一提的是3種酶液自身對纖維素皮層的分解速度也不相同，從圖1中可以看出，無超聲波輔助下，果膠酶在1．5 h時分解的總糖量超過了復合酶，2 h時分解的總糖量趨于恒定，而纖維素酶和復合酶對纖維素皮層的分解速度依然呈上升趨勢，這可能是由于植物細胞的細胞壁外層即胞間層中含有一定量的果膠，果膠的存在一定程度上阻礙了纖維素酶與底物的結(jié)合，降低了纖維素酶對纖維素的分解速度。相比較，從圖2中可以看出，超聲波對于3種酶液分解纖維素皮層的影響，主要區(qū)別在于1 h后復合酶對于纖維素皮層分解速度顯著加快，超過了果膠酶，說明了復合酶液中果膠酶的優(yōu)先作用也加快了纖維素酶對糙米纖維素皮層的分解。因此，所選用的3種酶液中，果膠酶和纖維素酶按質(zhì)量比1∶1混合的復合酶液在超聲波輔助下對糙米纖維素皮層的分解效果最好。

2．2 超聲波輔助酶處理對糙米粉糊化黏度的影響

圖3為超聲波輔助3種酶液處理糙米2．5 h后糙米粉的糊化黏度曲線，可以看出，經(jīng)超聲波輔助酶處理后的糙米粉的糊化黏度有顯著提高。淀粉的糊化黏度特性影響到食品的加工性能、貯存和口感，淀粉的含量是影響糊化黏度的最直觀因素［16］。糙米因保留了纖維素皮層，而導致淀粉的糊化黏度下降［17］。當使用外源酶分解纖維素后，降低了糙米粉中纖維素的含量，在一定程度上相當于增加了淀粉的含量，導致糊化黏度的提高。對比不同酶的影響，纖維素酶處理糙米后對于糙米粉糊化黏度的提高優(yōu)于果膠酶。圖4為兩種處理方式下復合酶處理糙米2．5 h后糙米粉的糊化黏度曲線，由圖4可見，在超聲波輔助下復合酶處理糙米后糙米粉的峰值黏度、谷值黏度和最終黏度分別為 370．5，163．83和285．25 RVU；而無超聲波輔助下糙米粉峰值黏度、谷值黏度和最終黏度分別為 314．83，137．92和250．33 RVU。超聲波的介入促進了酶的反應效率，加快了纖維素的分解。此外，超聲波處理還可能改變糙米細胞壁的結(jié)構(gòu)，使其變得松散，從而使淀粉易于從細胞中釋放，提高了糙米粉的黏度［18］。

圖3 超聲波輔助下酶處理糙米對糙米粉糊化黏度的影響

圖4 兩種處理方式下復合酶對糙米粉糊化黏度的影響

2．3 超聲波輔助酶處理糙米對其吸水率的影響

糙米吸水率的變化反映糙米在浸泡過程中對水分的吸收能力，糙米吸水率的提高有助于降低糙米的蒸煮時間，減少部分營養(yǎng)物質(zhì)在長時間蒸煮過程中的損失。圖5為超聲波輔助3種酶液處理糙米2．5 h后糙米的吸水率變化圖，可以看出經(jīng)超聲波輔助酶處理后的糙米吸水速率明顯加快，最終平衡的含水率也有所提高，其中復合酶影響最大，處理后的糙米在浸泡1 h時的含水率為28．4%，最終平衡的含水率為33．2%，纖維素酶處理后的糙米1 h時含水率為28．0%，最終平衡的含水率為32．3%，果膠酶處理后的糙米1 h時的含水率為27．2%，最終平衡的含水率為32．1%，而未經(jīng)酶處理的糙米1 h時的含水率只有24．1%，最終平衡的含水率為31．6，這主要是由于3種酶液對纖維素皮層的分解，會降低水分進入糙米內(nèi)部的阻力，縮短糙米吸水達到最大值的時間。對比3種酶液對于纖維素皮層的分解程度（圖2），可以推斷糙米皮層中纖維素對水分子進入糙米內(nèi)部的影響較大，果膠影響較小，這可能是由于纖維素和果膠在水中的溶解性不同而造成的。圖6對比了兩種處理方式下纖維素酶處理糙米2．5 h后對糙米吸水率的影響，可以看出超聲波輔助使糙米的吸水率顯著加快，其原因在于超聲波促進了酶對纖維素和果膠的分解，還可能使得纖維素結(jié)構(gòu)變得更為松散，有利于水分子的進入。崔璐等［19］利用超聲波處理糙米，得出超聲波處理增加了糙米的水分吸收通道，從而提高糙米的吸水率。

圖5 超聲波輔助下酶處理糙米對糙米吸水率的影響

圖6 兩種處理方式下纖維素酶對糙米吸水率的影響

2．4 超聲波輔助酶處理對糙米的蒸煮質(zhì)構(gòu)的影響

糙米皮層在酶的作用下，適當?shù)姆纸獾粢徊糠掷w維素和果膠，造成糙米蒸煮后適口性的改變［9］，而質(zhì)構(gòu)儀可以近似的模仿人們的口腔咀嚼［20］，得到相關(guān)的分析參數(shù)。表1中列出了不同酶在兩種處理方式下處理糙米2．5 h后的分解得到的總糖量，以及對應的糙米在蒸煮后用質(zhì)構(gòu)儀檢測得到的相關(guān)指標的數(shù)據(jù)；表2列出的是質(zhì)構(gòu)儀測定的指標參數(shù)與分解得到的總糖量的相關(guān)性系數(shù)、方差F值、顯著性分析P值；從表1中可以看出，3種酶液的使用可以分解糙米的纖維素皮層，從而降低蒸煮后糙米飯的硬度，使得糙米的適口性增加。而超聲波的使用促進了這一過程，使得蒸煮后糙米飯的硬度進一步降低。從表2中可以看出，糙米蒸煮后的硬度與酶液分解纖維素皮層得到的總糖存在著顯著的相關(guān)性（P＜0．05），相關(guān)系數(shù)為 －0．828，說明分解得到的總糖越多硬度就越低。與之類似的是糙米蒸煮后的黏著性、咀嚼性和回復性與分解得到的總糖量也存在顯著的相關(guān)性（P＜0．05），相關(guān)系數(shù)分別為 －0．837、－0．853、－0．827。而彈性、內(nèi)聚性、膠粘性與分解得到的總糖量無統(tǒng)計學上的相關(guān)性（P＞0．05）。綜上，纖維素皮層的分解造成了糙米飯硬度的降低、黏著性降低、咀嚼性降低、回復性減小，糙米飯的食用品質(zhì)得到顯著的改善。

表1 酶處理對糙米的蒸煮質(zhì)構(gòu)的影響

表2 質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)與總糖量之間的相關(guān)性分析和顯著性分析

3 結(jié)論

超聲波具有空化、傳質(zhì)作用，應用于輔助糙米的酶處理過程，有效地提高了酶反應的效率和縮短了反應時間。在2．5 h時纖維素酶、果膠酶、復合酶分解纖維素皮層得到的總糖量分別為61．41、77．58、95．31 mg，分別是無超聲波輔助下的 1．16倍、1．06倍和1．47倍。此外，超聲波對于三種酶液分解纖維素皮層的影響，主要區(qū)別在于1 h后復合酶對于纖維素皮層分解速度顯著加快，超過了果膠酶，說明了復合酶液中果膠酶的優(yōu)先作用也加快了纖維素酶對糙米纖維素皮層的分解。隨著纖維素皮層的分解，糙米粉中纖維素含量降低，在一定程度上增加了淀粉的含量，因而超聲波輔助酶處理后糙米粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度均得到提高，其中超聲波輔助復合酶處理糙米2．5 h后糙米粉的峰值黏度、谷值黏度和最終黏度分別為 370．5，163．83和 285．25 RVU。超聲波輔助酶處理后的糙米吸水率有明顯的加快，最終平衡后的含水率有所提高。從糙米蒸煮后的質(zhì)構(gòu)參數(shù)的變化中可以看出，糙米飯硬度、黏著性、咀嚼性、回復性因為纖維素皮層的分解而降低，并與分解得到的總糖量存在著顯著的負相關(guān)性（P＜0．05），相關(guān)系數(shù)分別為 －0．828、－0．837、－0．853、－0．827。由此可見，酶對糙米纖維素皮層的適當分解可以一定程度上改善糙米的食用品質(zhì)及可加工性，超聲波的介入可以有效的加快酶的分解反應速率，縮短反應時間。酶與超聲波技術(shù)的結(jié)合將使酶法改良糙米的食用品質(zhì)有更好的推廣前景。

［1］金增輝．食用糙米的活性及其質(zhì)量特性［J］．糧食加工，2006，31（4）：35－39

［2］張守文．糙米的營養(yǎng)保健功能［J］．糧食與飼料工業(yè)，2003（12）：38－41

［3］Wayne E．Effact of degree of milling of brown rice and particle and particle size of milling rice on starch gelatinization［J］．Cereal Chemistry，1992，69（6）：632－663

［4］Saikusa T，Horino T，Mori Y．Distribution of free amino acids in the rice kerneland kernel fractions and the effect ofwater soaking on the distribution［J］．Journal of Agricultural and Food Chemistry，1994，42（5）：1122－1125

［5］Watanabe M，Maeda T，Tsukahara K，et al．Application of pregerminated brown rice for bread－making［J］．Cereal Chemistry，2004，81（4）：450－455

［6］Ohtsubo K，Suzuki K，Yasui Y，et al．Bio－functional components in the processed pregermina－ted brown rice by a twin－screw extruder［J］．Journal of Food Composition and Analysl－s，2005，18（4）：303－316

［7］Das M，Banerjee R，Bal S．Evaluation of physicochemical properties of enzyme treated brown rice（Part B）［J］．LWTFood Science and Technology，2008，41（10）：2092－2096

［8］Das M，Gupta S，Kapoor V，et al．Enzymatic polishing of rice－A new processing technology［J］．LWT－Food Science and Technology，2008，41（10）：2079－2084

［9］劉志偉，林蓓蓓，藍小花，等．外源酶改善糙米食味品質(zhì)的研究［J］．食品科技，2011，36（5）：156－159

［10］Vilkhu K，Mawson R，Simons L，et al．Applications and opportunities for ultrasound assisted extraction in the food industry－A review［J］．Innovative Food Science＆Emerging Technolo－gies，2008，9（2）：161－169

［11］Tabaraki R，Nateghi A．Optimization of ultrasonic－assisted extraction of natural antioxidants from rice bran using response surface methodology［J］．Ultrasonics Sonochemistry，2011，18（6）：1279－12 86

［12］高大維，于淑娟，閔亞光．超聲波對纖維素酶活力的影響［J］．華南理工大學學報，1997，25（11）：22－25

［13］汪東風．食品科學實驗技術(shù)［M］．北京：中國輕工業(yè)出版社，2006：19－20

［14］GB／T 5009．3—2010食品中水分的測定［S］

［15］楊慧萍，李常鈺，王超超，等．發(fā)芽糙米淀粉理化特性研究［J］．中國糧油學報，2012，27（4）：38－42

［16］甘淑珍，付一帆，趙思明．小麥淀粉糊化的影響因素及黏度穩(wěn)定性研究［J］．中國糧油學報，2009，24（2）：36－39

［17］陳建省，田紀春，謝全剛，等．麥麩添加量和粒度對小麥淀粉糊化特性的影響［J］．中國糧油學報，2010，25（11）：18－24

［18］Zhang Z，F(xiàn)eng H，Niu Y．Starch recovery from degermed corn flour and hominy feed using power ultrasound［J］．Cereal Chemistry，2005，82（4）：447－449

［19］崔璐，岳田利，潘忠禮，等．超聲波處理對糙米吸水特性的影響［J］．農(nóng)業(yè)機械學報，2010，41（12）：148－152

［20］Arini E，Kocova S，Clas S．Evaluation of disintegration testing of different fast dissolving tab－lets using the texture analyzer［J］．Pharmaceutical Development and Technology，2002，7（3）：361－371．