李莎莎,吳娜娜,譚　斌,*,李興峰

(1.國家糧食局科學研究院,北京 100037;2.河北科技大學生物科學與工程學院,河北石家莊 050018)

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直鏈淀粉含量差異對糙米粉質特性影響研究

李莎莎1,2,吳娜娜1,譚斌1,*,李興峰2

(1.國家糧食局科學研究院,北京 100037;2.河北科技大學生物科學與工程學院,河北石家莊 050018)

本文選取了5種直鏈淀粉含量差異較大的非糯糙米粉為原料,以凝膠質構特性、動態(tài)流變特性和熱機械性質(Mixolab)為分析指標,比較5種不同品種糙米的粉質特性的差異性。結果顯示,不同直鏈淀粉含量的糙米粉粉質特性差異性顯著(p<0.05),直鏈淀粉含量越高,糙米粉凝膠回復性以及流變性質最大彈性模量和粘性模量均呈增長的趨勢,凝膠內聚性、糙米粉吸水率和粘度谷值逐漸減小。直鏈淀粉含量差異對糙米粉質特性影響較大,該研究為加工不同糙米制品原料的選取提供理論依據。

糙米粉,凝膠質構特性,流變特性,熱機械性質

糙米是指谷物進行脫殼之后的產品,除了淀粉、脂質、蛋白質以及維生素和礦物質含量豐富之外,還有許多功能性因子,越來越被大家所重視[1]。糙米由于直接食用口感粗糙,所以可以粉碎處理之后再進行加工,制成高附加值的產品,例如糙米面包、糙米曲奇餅等焙烤食品、速食糙米粉、糙米保鮮濕米粉等[1]。我國稻谷資源豐富,品種眾多,不同品種糙米粉的加工適應性也不同,研究不同品種糙米粉的性質意義重大。

在高溫度(95 ℃)條件下,淀粉顆粒吸水膨脹,直鏈淀粉分子逸出,在降溫過程中,水合并分散的淀粉分子重新締合,形成凝膠[2]。凝膠的黏彈性、強度等特性對凝膠體的加工、成型性能以及淀粉質食品的口感、穩(wěn)定性、速食性能等都有較大影響[3]。研究發(fā)現,直鏈淀粉含量、淀粉直支比、淀粉顆粒大小、磷脂以及蛋白含量等都會影響淀粉的凝膠特性[4-5],除此之外,加水量、加熱溫度以及靜置溫度與時間也會影響凝膠性質[3]。動態(tài)流變儀和質構儀均可以分析凝膠形成過程中的彈性、粘性等性質。Mixolab[6]可以根據熱力流變學原理分析樣品的蛋白質流體特性和淀粉糊化性質,從而檢測其加工品質。

近年,糙米的發(fā)展?jié)摿κ艿奖姸鄬W者的關注,研究開發(fā)糙米新型食品具有廣闊的市場前景。糙米粉的性質與米制品加工品質息息相關,目前對于不同品種稻米粉質特性的比較研究大多是研究精白米,而糙米營養(yǎng)素含量不同于精白米,其粉質特性與加工性能也存在差異[7]。本文主要通過比較5種直鏈淀粉含量差異較大的非糯糙米粉凝膠特性、流變特性和粉熱機械性質的區(qū)別,為加工糙米制品提供理論依據。

表2　5種不同品種糙米主要組分Table 2　The main component of five different varieties of brown rice

注:直鏈淀粉含量以總淀粉中直鏈淀粉含量的百分比表示,所有數據結果均以干基計算,以標準值±標準偏差表示,同一列不同字母代表樣品間存在顯著差異性(p<0.05)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

5種糙米類型及來源如表1所示。

表1　5種糙米來源及類型Table 1　The sources and types of five kinds brown rice

馬鈴薯直鏈淀粉(10130,1g)、馬鈴薯支鏈淀粉(10118,5g)Sigma公司;總淀粉試劑盒Megazyme公司;其余試劑均分析純。

電子分析天平瑞士梅特勒托利多公司;TA.XT2i Plus質構儀英國Stable Micro System公司;AR-2000動態(tài)流變儀上海曲晨機電技術有限公司;法國肖邦Mixolab混合實驗儀法國肖邦技術公司;HCJ-6D水浴恒溫磁力攪拌器常州恒睿儀器設備制造有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1基本組分測定水分含量的測定:采用AACC 44-19,135 ℃烘箱干燥法(AACC,2000)[8];蛋白質含量的測定:采用GB/T 24318-2009,杜馬斯燃燒法[9];總淀粉含量的測定:采用Megazyme總淀粉測定試劑盒(K-TSTA 04/2009);粗脂肪的測定:根據GB/T 5512-2008,糧食中粗脂肪含量測定[10];直鏈淀粉測定:碘藍比色法,根據Mcgrance等人[11]的方法測定。

1.2.2凝膠質構特性參照佟立濤[12]的方法并稍加修改,取一定量的糙米粉加水配成質量分數為20%的懸浮液(以干基計),充分混勻,在磁力恒溫水浴鍋中95 ℃條件下糊化30 min,取出后冷卻到室溫,保鮮膜封口。置于4 ℃冰箱中20 h,取出后使用TA.XT2i Plus型質構儀,采用二次壓縮法測定糙米粉的凝膠特性,測試探頭為P/36R,測前速度為0.5 mm/s,測試速度為0.5 mm/s,測后速度5.0 mm/s,壓縮形變50%,觸發(fā)力5 g,2次壓縮間隔3 s。

1.2.3流變特性參照Cham和高曉旭[13-14]方法并加以改進,使用動態(tài)流變儀以及φ 40 mm的不銹鋼平行板,應變和頻率分別為1%和1 Hz。配干基10%糙米粉溶液,充分混勻,取2 mL溶液滴于控溫下板的中心位置,下降轉子到一定位置,清理掉轉子周圍多余的樣品,加硅油密封。以2 ℃/min的速度從45 ℃加熱到85 ℃,平衡10 s,再以同樣的速率從85 ℃降到25 ℃,測定糙米粉在加熱及冷卻過程中貯能模量G′、損耗模量G″的變化。

1.2.4熱機械性質(Mixolab)采用混合實驗儀(Mixolab)測定不同品種糙米粉的熱機械性質。實驗條件設定按照“Chopin+”標準,吸水率60%,水分基數14%濕基;目標扭矩(1.1±0.05)Nm,轉速80 r/min,粉團重量75 g,和粉初始溫度30 ℃,第l階段30 ℃恒溫8 min,第2階段從30 ℃升溫到90 ℃共15 min,第3階段90 ℃恒溫保持7 min,第4階段從90 ℃降溫至50 ℃共10 min,第5階段50 ℃恒溫5 min,實驗總時間45 min。

1.2.5數據處理數據統(tǒng)計采用SPSS 17.0進行數據分析,顯著性分析采用Ducan’s多重檢驗,p<0.05判斷為顯著。采用Origin 8.0軟件進行作圖。

2　結果與分析

2.1不同品種糙米基本組分

不同品種糙米的基本理化指標如表2所示。由表2可看出不同品種糙米的總淀粉含量在77%～82%之間,品種之間沒有太大差異性;粗蛋白含量8%～12%,江西2014晚糙米最高,黑龍江長粒糙米最低;粗脂肪含量從2.38%～3.00%,江西2014晚最高,湖南早最低;而直鏈淀粉含量從15%～22%,直支比從19%～28%,江西2014年早糙米的直鏈淀粉含量最高,達到21.88%,直支比為28.01%,黑龍江圓粒的直鏈淀粉含量最低為15.96%,直支比為19.01%,樣品間存在顯著性差異,說明所選樣品具有代表性。

表3　不同品種糙米粉凝膠質構特性(TPA)Table 3　The gel textural properties(TPA)of different varieties of brown rice flour

注:數據以平均值±標準偏差表示,同一列不同字母代表樣品間存在顯著差異性(p<0.05)，表4、表5同。

2.2凝膠特性

由TPA 2次壓縮曲線得出不同直鏈淀粉含量糙米粉凝膠特性參數值(如表3),從表3中可以看出品種不同,其凝膠特性各參數值存在差異性,凝膠硬度湖南早最大,與其他品種間存在顯著差異性,可能由于在加熱過程中脂肪的融溶以及蛋白的變性凝聚等因素也對米粉凝膠形成有序結構起到一定的空間阻礙作用[15],所以凝膠硬度并非隨直鏈淀粉含量的增加而增加。

凝膠粘彈性均對淀粉類食品品質有較大影響[3],所選樣品中,江西2014晚糙米粘性最大,黑龍江長粒最小,淀粉分子鏈長不同,粘性存在差異[16],彈性反映的是凝膠受到擠壓后恢復形變的能力,受淀粉分子所形成網狀結構的交聯(lián)點數量和交聯(lián)點密度的影響,有效交聯(lián)點數目越多,凝膠彈性越大[17],所選糙米品種間差異不大,可能由于除直鏈淀粉含量外,糙米的成分組成,淀粉顆粒致密程度等因素也會影響糙米粉的凝膠特性[18];黑龍江圓粒內聚性最大,其糙米粉內部作用力最強,湖南早內聚性最小,隨直鏈淀粉含量的增加,內聚性減小;湖南早耐咀性最大,需要用更多的能量去咀嚼,黑龍江長粒耐咀性最小,不同品種糙米耐咀性有顯著差異;江西2014早回復性最大,直鏈淀粉含量越高,回復性越大。

2.3流變特性

通過流變儀測定的糙米粉溶液彈性模量G′及粘性模量G″的曲線圖如圖1所示,從圖1中可知,在初始階段,由于溫度較低,彈性模量及粘性模量基本無變化,隨溫度的升高,淀粉顆粒吸水膨脹,到達某一臨界溫度時,彈性模量及粘性模量顯著增加至最大值,圖中可知,G′、G″顯著增加的溫度,黑龍江長粒最小,其次是黑龍江圓粒,在60 ℃左右就出現粘彈性的變化,而湖南早糙米、江西2014早、江西2014晚則在70 ℃左右才開始出現粘彈性的顯著變化,可能是因為直鏈淀粉含量較高,導致糊化溫度較高。

圖1　不同品種糙米粉的流變特性Fig.1　The rheological properties of different varieties of brown rice flour注:A為5種糙米粉彈性模量變化曲線,B為 A局部放大圖;C為5種糙米粉粘性模量變化曲線。

隨溫度升高,G′、G″逐漸到達最大值,如表4所示,湖南早的彈性模量和粘性模量均最大,黑龍江長粒最小,隨直鏈淀粉含量的增高,最大彈性模量和最大粘性模量呈增長趨勢,但是線性關系并不良好,可能是因為除直鏈淀粉外,脂肪含量以及淀粉顆粒大小、形狀、磷酸單脂含量等均會影響糙米粉流變性能[19]。

表4　不同品種糙米粉流變性質Table 4　The rheological properties of different varieties of brown rice flour

從圖中可知江西2014早及江西2014晚糙米G′在80 ℃左右時彈性模量達到最大值,后趨于平穩(wěn),其余品種達到最大彈性模量的時間較晚,隨溫度的升高,在將近85 ℃時達到峰值,隨后隨溫度的降低,彈性模量緩慢增加,可能由于淀粉顆粒較完整,直鏈淀粉持續(xù)較慢溶出,同時小分子支鏈淀粉的溶出導致凝膠彈性的輕微增加[14]。黑龍江圓粒與黑龍江長粒在65 ℃時即達到最大粘性模量,時間比其他品種要早,之后趨于平緩,其余品種達到最大粘性模量的時間較晚,在75 ℃左右,且出現一個小峰,由于分子交聯(lián)結構增多和小分子支鏈淀粉溶出增多[14],隨溫度的繼續(xù)升高,粘性模量緩慢下降。在降溫過程中,粘性模量又緩慢上升。

表5　不同品種糙米粉Mixolab參數Table 5　The mixolab parameters of different varieties of brown rice flour

2.4粉熱機械性質(Mixolab)

用Mixolab 測試儀測定不同品種糙米粉加水后恒溫揉混及粉團升溫后蛋白質弱化和淀粉糊化特性,其結果如表5所示。表中可知江西2014早吸水率最小,可能由于其直鏈淀粉含量較高,需要較少的水分就可以到達粉團的目標扭矩 C1((1.1±0.05)Nm)[20];形成時間和穩(wěn)定時間反映的是糙米粉吸水后在面團攪拌過程中形成蛋白質網絡結構的強度[21],成團時間湖南早最大(3.37 min),江西2014晚最小(1.58 min),說明湖南早糙米粉粉團筋力最強;C2指面團在受到機械及熱作用后扭矩降低的最小值,反映粉團的機械力穩(wěn)定性,不同糙米樣品間C2值沒有區(qū)別,均為0左右;糙米樣品間弱化度區(qū)別不大,湖南早以及黑龍江長粒最大,說明其米粉團穩(wěn)定性能力較好,江西2014晚次之。

第二階段,溫度從30 ℃上升至90 ℃,淀粉開始糊化,粘度增加,C3為峰值粘度,黑龍江長粒最大,凝膠形成能力最強,黑龍江圓粒次之,直鏈淀粉含量越大,粘度峰值越小;長時間受機械力的作用,粘度開始下降至最低粘度C4,直鏈淀粉含量越高,最低粘度越小;C3與C4的差值表示衰減值,衰減值越小,表明淀粉顆粒膨脹過程中強度越大,不易破裂,熱糊的穩(wěn)定性好[17],黑龍江長粒的的衰減值最大,黑龍江圓粒次之;隨溫度的降低,淀粉開始回生,C5表示回生終點值,黑龍江圓粒顯著大于江西2014晚,湖南早以及江西2014早,這可能與直鏈淀粉聚合度和支鏈淀粉分子結構有關[22]。

3　結論與討論

本文對5種糙米粉的粉質特性進行了比較,5種直鏈淀粉含量差異較大的非糯糙米間的凝膠特性、流變特性以及粉熱機械性質差異較大。所選樣品中,由于直鏈淀粉含量較高,江西2014早糙米粉凝膠硬度、凝膠回復性以及流變性質最大彈性模量和粘性模量均較高,凝膠內聚性和糙米粉吸水率、粘度谷值低于其余品種糙米粉。

本文所選5種糙米中,黑龍江長粒與黑龍江圓粒粘性較好,硬度較低,以粒型食用品質更好;而湖南早和江西2014晚由于直鏈淀粉含量較高,其凝膠硬度,彈性,耐咀性等性質較好。本研究中所選樣品直鏈淀粉含量最高為21.88%,直鏈淀粉含量更高的糙米品種間粉質特性的差異性還需進一步研究。本研究將為之后開發(fā)新型糙米制品選取原料提供理論依據,可以根據特定糙米制品粉質特性的要求,分別將不同品種的糙米粉應用在糙米面包、糙米米粉、糙米曲奇餅等糙米產品中。

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Effect of differences of amylose content on the characteristics of brown rice flour

LI Sha-sha1,2,WU Na-na1,TAN Bin1,*,LI Xing-feng2

(1.Academy of State Administration of Grain,Beijing 100037,China;2.College of Biological Science and Engineering,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang 050018,China)

In this paper,five kinds of non-glutinous brown rice flour with quite different contents of amylose were as raw materials,and gel structure characteristics,dynamic rheological properties and thermal mechanical properties(Mixolab)were determined to compare the differences of their flour properties. The results showed that flour properties of brown rice with different amylose contents exhibited significant difference(p<0.05). Gel resilience maximum elastic modulus and viscous modulus of rheology of brown rice flour showed an increasing trend with the increasing of amylose content,but the gel cohesiveness,water absorption and viscosity valley were decreased. The difference of amylose content had great influence on the characteristics of brown rice flour,it might be to provide the basis for selecting raw materials for processing brown rice products.

brown rice flour;gel texture characteristics;dynamic rheological properties;thermal mechanical properties

2016-01-12

李莎莎(1991-)，女，碩士研究生，研究方向：谷物精深加工，E-mail:769978022@qq.com。

譚斌(1972-)，男，博士，研究員，研究方向：糧食加工，E-mail:tb@chinagrain.org。

國家自然科學基金青年基金項目(31501524);中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費(ZX1511)。

TS201.1

A

1002-0306(2016)15-0086-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.15.008