劉莉，趙建偉，焦愛權，田耀旗，周星，徐學明，金征宇

1(江南大學食品學院，江蘇 無錫，214122)

2(江南大學食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫，214122)

大米是我國的主食，因其營養(yǎng)價值，獨特的芳香風味和易于消化的特點，使得方便米飯受到人們的青睞。方便米飯行業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)新的勢頭，不斷有新的企業(yè)加入該行列中，方便米飯的消費將進入快速增長階段，市場前景十分廣闊［1］。

日本成功地推出了采用超高壓技術加工的方便米飯，只需要在微波爐加熱2～3 min即可食用，超高壓浸泡處理破壞米的硬壁纖維，煮制時其硬度下降，黏度上升，彈性較好，飯粒不僅晶瑩剔透、香氣濃郁、口感好，而且充分保留了米粒原有的營養(yǎng)成分。

米飯在儲藏過程中往往會出現(xiàn)硬度增加、黏度降低、抗酸解、脫水等回生現(xiàn)象導致方便米飯的品質變劣、貨架期縮短。因此淀粉回生是制約米飯作為方便米飯的一個瓶頸［2］。針對回生問題，研究人員大多采用添加抗淀粉回生的食品添加劑。

食品中主要采用的抗回生劑有乳化劑、親水性膠體和低聚糖類物質等。典型的乳化劑有單甘酯和卵磷酯等，大都水溶性不好，與淀粉溶液混合其親水性端插入直鏈淀粉分子形成螺旋配合體，影響淀粉分子重排微環(huán)境，從而延緩淀粉重結晶［3-4］。已報道的黃原膠、卡拉膠和瓜爾膠等親水性膠體具有良好的持水性，用于面制品以增強面團的吸水性，改善面團特性及品質，延長回生時間，但往往受到鹽、pH值的影響。

低聚糖分子尺寸小，易溶于水，在淀粉糊化過程中，可隨著水分滲透進入淀粉顆粒的內部，與淀粉分子相互作用，對淀粉的回生影響曾受到廣泛研究。近年來，研究者發(fā)現(xiàn)β-環(huán)糊精(β-CD)能明顯地抑制大米淀粉回生，同時對儲藏期的面包硬度彈性等有明顯改善作用［5-6］。β-CD由7個葡萄糖單元通過 α-1，4糖苷鍵而形成截錐體環(huán)狀化合物，具有外親水內疏水的特性。田耀旗等人［5］研究發(fā)現(xiàn)，β-CD外壁親水性羥基與直鏈淀粉外層羥基以氫鍵作用力結合形成絡合物，抑制直鏈淀粉向支鏈淀粉結晶區(qū)滲透，起到回生延緩作用。羥丙基-β-環(huán)糊精(HP-β-CD)是 β-CD葡萄糖殘基的羥基中氫原子被羥丙基取代生成，水溶性極好。研究發(fā)現(xiàn)HP-β-CD與β-CD都具有顯著抑制淀粉的效果［7］。

在通常蒸煮條件下，抑制回生的添加劑難以滲透到大米顆粒內部，抗回生效果不理想。因此，本文選擇添加小分子水溶性好的β-CD作為抑制回生的添加劑，其滲透效果好于乳化劑和親水性膠體。在大米浸泡時進行超高壓處理，以促進β-CD向溫水浸泡后的米粒內部滲透，提高米飯的抗回生效果。

1 材料與方法

1.1 原料、試劑與儀器

原料:粳米(福臨門響水香米)，市購，水分含量為15.35%(w.b.)，購回后儲藏在4℃的冰箱中。

試劑:β-CD，上海西寶生物科技有限公司;HP-β-CD，江蘇豐園生物技術有限公司;無水乙醇，國藥集團化學試劑有限公司;所有試劑均為分析純。

主要儀器:蒸汽蒸煮器，由小型滅菌鍋改造;立式蒸煮袋，市購;差示掃描量熱儀DSC，Pyris 1型，美國PE公司;熱重分析儀(TGA)，TGA/TA851E型，瑞士Metter-Toledo公司;超高壓設備，HP800MPa/3L，包頭科發(fā)高壓科技有限公司;高速粉碎機，6202型，北京燕山正德機械設備有限公司;X-射線衍射儀，XRD(Bruker D8)，德國Bruker公司。

1.2 方法

1.2.1 米飯樣品的制備

制備4組不同制備工藝的米飯，分別為常壓對照組、超高壓對照組、常壓添加組(添加2%β-CD和添加2%的HP-β-CD)、超高壓添加組(超高壓+添加2%β-CD和超高壓 +2%HP-β-CD)，共4組6個樣品。

將1 g β-CD/HP-β-CD 溶于75 mL水中，加入50 g大米于立式鋁箔袋蒸煮真空封裝。4組米飯樣品均在常壓60℃的浸泡30 min。超高壓對照樣品和超高壓添加組樣品在500 MPa，40℃的條件下浸泡20 min。待蒸汽蒸煮器中的水完全沸騰后，放入4組樣品，蓋上蓋子在常溫常壓下蒸煮18 min，燜飯15 min。待米飯冷卻至室溫，放入4℃冰箱儲藏。

1.2.2 差示掃描熱(DSC)測定回生焓方法

首先用標準銦對DSC儀器進行校正。將不同處理的米飯樣品真空包裝在 4℃貯存，在第 0，1，3，5，7，14，21，28和35 d測定DSC回生焓值。取每粒米飯的中間部分約10 mg到PE坩堝中條件下以10℃/min的速度從30℃加熱到90℃，以空坩堝作參比，載氣為氮氣，流速20 mL/min。記錄淀粉晶體熔化熱流變化，并根據峰面積計算回生焓值(△Hr)，平行樣個數(shù)至少4個。測定后的樣品迅速進行真空包裝，隨即放入4℃冰箱中儲藏便于下一次回生測定。

1.2.3 熱重測定回生米飯的結合水方法

采用熱重分析技術(TGA)測定回生米飯樣品的結合水含量，具體操作步驟為:將米飯樣品在恒溫鼓風干燥箱32℃平衡12 h，粉碎過100目篩(150 μm孔徑)。然后稱取6.0 mg左右的樣品于熱重樣品池中，以20℃/min速率從30℃升溫至190℃，記錄樣品的失重曲線。最終采用回生淀粉樣品第一階段的失重率計算結合水含量。

1.2.4 X-射線衍射(XRD)測定結晶度方法

將4℃儲藏14 d真空包裝的米飯在電熱恒溫鼓風干燥箱25℃下干燥12 h，然后粉碎過100目篩后用于XRD分析。XRD分析采用的是銅靶Cu Kα(λ=0.154 06 nm)，功率為1 600W(40 kV ×40 InA)，NaI晶體閃爍計數(shù)器(scintillation counter)測量X-射線的強度，掃描范圍為4～35°(2θ)，掃描速度為4°/min。發(fā)散狹縫DS、防散射狹縫SS、接受狹縫RS的設置分別為1、1、0.1 mm。測量結果用MDI Jade 5.0軟件進行分析。

1.2.5 數(shù)據統(tǒng)計分析方法

統(tǒng)計分析采用的軟件是Origin 8.5，對樣品數(shù)據進行t檢驗，P＜0.05具有顯著性差異。

2 結果與討論

2.1 差示掃描熱(DSC)回生焓分析

圖1顯示為不同處理樣品的米飯蒸煮糊化后在4℃下貯存第7 d的DSC圖譜，圖2為貯存不同時間的回生焓值(△Hr)的變化。

圖1 不同處理方法的米飯樣品在4℃貯藏下7d的DSC圖Fig.1 The DSC diagrams of different processing rice samples after 7 days at 4℃

從實驗結果可看出，不同處理條件樣品的回生程度順序為:超高壓添加組＞常壓添加組＞超高壓對照組＞常壓對照組。從圖1中可以看出，米飯DSC圖譜的回生峰基本上是在50～64℃，回生Tp均在56℃左右，添加有β-CD和HP-β-CD的米飯樣品Tp稍微要高于空白組的，△Hr有較明顯地降低。特別是超高壓添加組的樣品e和f，峰形趨勢最為平穩(wěn)，△Hr降低越多表明β-CD的延緩作用更明顯，部分因為直鏈淀粉-脂質-β-CD復合物的形成能改善糊化淀粉周圍的性質降低了淀粉的重結晶率［8］。同時可以看到，貯存14 d后米飯樣品的△Hr基本上與35 d的△Hr相差不是很大，這說明米飯在14 d回生已基本完成。這與Yu等［9］人研究不同直鏈淀粉的含量對米飯回生的報道中的結果是一致的。

以14 d的常壓對照組作參照標準，超高壓對照組和添加對照組的米飯△Hr分別降低了0.35 J/g和0.75 J/g，而超高壓添加組降低了2.8 J/g。這表明超高壓處理和添加β-CD的結合對米飯的回生具有協(xié)同作用。同時也從圖2看到超高壓處理能略微減緩米飯回生進程。Miho等［10］人研究經過超高壓浸泡處理，米飯的最小粘度值和最終粘度值有所降低，表明出超高壓在一定程度上提高改善了米飯的回生。

添加β-CD和HP-β-CD的兩組雖然回生上升趨勢稍有不同，但均低于常壓對照組和超高壓對照組。在500 MPa，40℃，20 min的超高壓浸泡下，β-CD 的滲入量增多，△Hr最低，添加有β-CD和HP-β-CD的米粒蒸煮米第35天的△Hr大大降低到3.62 J/g和3.44 J/g。說明超高壓促進了β-CD和HP-β-CD的滲入，從而更有效地抑制米飯回生。Douzals［11］等人發(fā)現(xiàn)，400MPa以上的超高壓可加強水與大米淀粉之間氫鍵的作用力，從而使得水吸收量有快速增加。Ahrmrit等［12］通過大量數(shù)據統(tǒng)計，探究不同超高壓壓強、溫度和時間條件下浸泡大米的水分滲透情況，結果表明水分滲透量與超高壓條件(壓強，浸泡溫度，時間)成正相關。溫水浸泡和超高壓浸泡處理均有利于米粒中硬質纖維的損壞，小分子水溶性好的抗回生劑更容易隨著水分滲入到米粒內部。實驗結果也表明，超高壓添加HP-β-CD組抑制回生效果略好于超高壓添加β-CD組，可歸因為HP-β-CD水溶性比β-CD較好，隨著水分的遷移滲入到米粒內部的量增多，能夠牽制更多向支鏈淀粉結晶區(qū)滲透的直鏈淀粉，延緩回生進程。

圖2 不同處理方法的米飯樣品在4℃貯藏下不同天數(shù)的回生焓值圖Fig.2 Retrogradation enthalpy of different treatment rice samples after storage different days at 4℃

Avrami理論方程已經用于等溫條件下淀粉老化的結晶動力學研究［13-14］。表1列出以4組米飯樣品的回生焓值按Avrami動力學模型計算得出的參數(shù)數(shù)據。與對照組和添加組樣品相比，超高壓添加組的Avrami指數(shù)n增大而回生速度常數(shù)K減小。結果表明β-CD的滲入量增加能有效地降低重結晶率K，增加Avrami指數(shù)n，這表明 β-CD已改變成核結晶類型，指數(shù)n上升表明淀粉重結晶的成核型從瞬時成核向棒狀結晶生長［15］。所以超高壓協(xié)同β-CD的滲入處理能有效地延緩米飯在貯存期間的回生進程。

表3 不同處理條件下米飯樣品的Avrami參數(shù)Table 3 The Avrami parameters of rice sample at different processing conditions

2.2 不同處理米飯中結合水含量的差異分析

回生淀粉晶體類型與糊化淀粉體系的水分含量直接相關。天然的大米淀粉顆粒顯示的是A-型，一旦大米淀粉顆粒糊化后，在回生過程中就會形成B-型淀粉。在A型淀粉晶體晶胞中，水分子主要參與形成淀粉雙螺旋的結構。在B-型淀粉晶胞中，部分水分子參與形成雙螺旋結構，另一部分定性為結合水，相對獨立地分布于淀粉鏈與鏈所形成的空腔軌道內。淀粉回生是淀粉分子從無序到有序的過程。完全糊化的淀粉，當溫度降到一定程度之后，由于分支熱運動能力的不足，分子鏈借助氫鍵相互吸引與排列，最終形成晶體。支鏈淀粉的重結晶涉及到水分子的遷移，它的重結晶導致結合水進入結晶層。原先被無定形區(qū)均勻包裹的自由水分子部分擴散進入淀粉鏈之間，形成結晶層，從而使結合水有所增加［7，16］。淀粉回生程度與回生淀粉中結合水含量成一定正相關性，表明回生米飯中的結合水含量反映米飯回生程度。

回生米飯淀粉第一階段(30～190℃)熱降解的失重率反應樣品中游離水和結合水含量。其中的結合水包括非晶體部分結合水和晶體部分結合水［17］。此外，發(fā)現(xiàn)30～190℃加熱階段TGA方法不僅考慮了支鏈淀粉晶體轉化峰，而且反應了直鏈淀粉形成的重結晶晶體部分，即TGA方法測定了淀粉回生中的兩個方面，而DSC方法主要測定在50～60℃支鏈淀粉晶體轉化峰。運用TGA法測定樣品中結合水含量更趨合理［15］。

通過實驗所得，糊化的常壓對照組米飯干粉樣品含水量為10.11%(濕基)，而35 d回生的米飯樣品含水量為14.9%(濕基)。在圖4中，可看出對于不同處理的米飯，米飯回生程度愈大，米飯結合水含量越高。不同米飯樣品的失重率情況如下:超高壓+2%的β-CD或2%的HP-β-CD＜添加2%的的β-CD或2%的HP-β-CD＜超高壓對照＜常壓對照。這組實驗結果與DSC數(shù)據非常吻合。并對2組數(shù)據進行相關性分析，2組數(shù)據是顯著性相關，相關系數(shù)在0.839≤r≤0.996(P＜0.01)。對不同條件處理下的米飯干粉結合水含量的分析表明:大米浸泡時添加β-CD或HP-β-CD并用超高處理可有效延緩米飯的回生。

圖4 不同處理方式的米飯在4℃下儲存7 d的熱失重曲線圖Fig.4 The thermo-gravimetric curves of different processing rice samples after 7 dys at 4℃

圖5 不同處理方式的米飯樣品在4℃下儲存期間的失重率變化Fig.5 The weightlessness rates of different treatment rice samples after storage different days at 4℃

2.3 超高壓和添加β-CD處理對米飯的X-射線衍射結果分析

圖6 是不同處理米飯樣品在4℃冰箱放置14 d后的XRD圖。大米淀粉糊化后，在回生過程中會形成穩(wěn)定的B-型結晶。B-型結晶典型的特征是在衍射角16.9°(2θ)有明顯的衍射，這個峰的形成是熔化的無定型淀粉的結晶，主要是貯存過程中支鏈淀粉部分引起的［16］。相對于空白樣品和常壓添加劑組樣品相比，超高壓添加組此位置的峰在接近17°(2θ)這個位置上有略微鼓起的小峰，強度要小的多。

圖6 不同處理米飯樣品在4℃貯存14天后的XRD圖Fig.6 X-ray diffraction patterns of different processing rice powder samples after 14 days at 4℃

如圖6所示，在四組XRD衍射圖上，都有B-型峰的特征。在4.4°和6.8°(圖5b，c和d)處的2個弱峰，這表征為不穩(wěn)定結構V型結晶部分特征峰。β-CD的添加使在4.4°，6.8°的波峰和大概在5.1°的峰有所增加，從而使淀粉有形成V型結晶類型的趨勢。V型結構的出現(xiàn)可能歸因于一種新直鏈淀粉-脂質和β-CD復合物的形成，形成了V+B型結構，從而使A型轉成B型這種結晶轉變延緩［15］。添加的β-CD滲入量增多，導致相對結晶度降低了。常壓對照組、超高壓對照組、常壓+2% β-CD組和超高壓+2%β-CD組樣品在4℃貯存14天后的相對結晶率［18］分別是18.83%，16.56%，14.32%和11.77%。這些說明β-環(huán)糊精能延緩糊化淀粉的回生，顯著的效果是通過超高壓協(xié)同β-CD的滲入米粒內部而實現(xiàn)的。

3 結論

實驗表明超高壓處理結合添加β-CD對米飯的回生具有顯著抑制作用效果。在4℃貯藏35 d樣品的回生焓值比常壓對照組相比降低了約3.10 J/g，且通過TGA可看出這種協(xié)同作用顯著降低了失重率。從米飯回生的XRD圖中，新工藝處理的米飯結晶度同比降低了7%，延緩了米飯的結晶速度。超高壓協(xié)同β-CD的工藝可能是提高方便米飯食用品質的有利工藝。

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