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        不同處理方式對(duì)糙米淀粉回生特性的影響

        2018-05-30 10:55:02宋玉曹磊夏青陶澍劉超
        食品研究與開發(fā) 2018年10期
        關(guān)鍵詞:糙米支鏈外源

        宋玉,曹磊,夏青,陶澍,劉超

        (安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,安徽合肥230031)

        糙米是稻谷脫去外保護(hù)皮層稻殼后的穎果,內(nèi)保護(hù)皮層(果皮、種皮、珠心層)完好的稻米籽粒,由于內(nèi)保護(hù)皮層粗纖維、糠蠟等較多口感較粗,質(zhì)地緊密,煮起來也比較費(fèi)時(shí),但其瘦身效果顯著。與普通白米相比,糙米富含維他命、礦物質(zhì)與膳食纖維,被視為是一種綠色的健康食品。由于米淀粉在低溫下易回生,導(dǎo)致米制品品質(zhì)急劇下降,導(dǎo)致產(chǎn)品變干、變硬、掉渣等,影響口感,嚴(yán)重限制了米制品的大規(guī)模生產(chǎn)。米淀粉的回生過程可分為短期回生和長(zhǎng)期回生[1]。淀粉糊化后的初始階段(幾個(gè)小時(shí)內(nèi)),滲漏的直鏈淀粉分子首先發(fā)生定向遷移,形成三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),此過程稱之為短期回生[2]。長(zhǎng)期回生則一般會(huì)超過幾周時(shí)間,主要是由于支鏈淀粉具有高分支結(jié)構(gòu),在聚合時(shí)受到較強(qiáng)的抑制,回生作用較慢。長(zhǎng)期回生在整個(gè)淀粉回生過程中占主要作用,是導(dǎo)致淀粉體系質(zhì)量變化的主要原因[3]。淀粉回生作用與淀粉的來源、直鏈淀粉與支鏈淀粉含量之比、支鏈淀粉側(cè)鏈的鏈長(zhǎng)、糊化淀粉冷卻儲(chǔ)藏溫度、溶液的pH值和無機(jī)鹽含量等因素有關(guān)[4-8]。為了有效抑制淀粉的回生,提高產(chǎn)品的品質(zhì),常采用生物酶法抑制淀粉的回生,淀粉酶是一類能催化α-D-吡喃葡萄糖基之間(1→4)糖苷鍵水解的酶類,根據(jù)酶作用后產(chǎn)物的構(gòu)型不同,淀粉酶有α-淀粉酶(產(chǎn)物具α-D構(gòu)型)和β-淀粉酶(產(chǎn)物具β-D構(gòu)型)之分[9]。糙米經(jīng)過浸泡和發(fā)芽促使許多處于休眠狀態(tài)的酶被激活,由結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變成游離態(tài),從而促使了酶解作用的發(fā)生[10],淀粉在內(nèi)源酶的作用下分解為小分子糖,使總淀粉和直鏈淀粉的含量下降,從而引起淀粉功能性質(zhì)的改變[11]。因此分析不同來源淀粉酶對(duì)糙米淀粉回生特性的影響程度,為控制糙米淀粉回生提供一定的理論依據(jù),進(jìn)而對(duì)發(fā)芽糙米類加工產(chǎn)品的品質(zhì)控制有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。

        1 材料與方法

        1.1 材料與儀器

        糙米(徽兩優(yōu)6號(hào)):安徽華安種業(yè)有限公司;α-淀粉酶(酶活力300 AUG/g,最適溫度50℃~85℃,最適 pH5.0~7.0)、β-淀粉酶(酶活力 120 KNU/g,最適溫度70℃,最適pH5.0~7.0):酶活力單位為自定義,丹麥諾維信酶制劑公司。

        RVA-4型快速黏度儀(RVA):澳大利亞Newport Scientific儀器公司;Q200差示掃描量熱儀:美國TA公司;TA.XTPLUS型質(zhì)構(gòu)分析儀:英國Stable Micto System(SMS)公司。

        1.2 方法

        樣品處理分為4個(gè)處理組:對(duì)照組即純糙米淀粉、內(nèi)源酶處理組、α-淀粉酶處理組、β-淀粉酶處理組。其中,對(duì)照組為純水浸泡6 h未經(jīng)發(fā)芽的糙米;內(nèi)源酶處理組即糙米浸泡6 h后在一定條件下發(fā)芽60 h;外源淀粉酶處理組分別采用α-淀粉酶,β-淀粉酶兩種酶處理,配制一定濃度的淀粉酶液,將糙米粉浸泡在酶液中,浸泡時(shí)間參照發(fā)芽組,為6 h。

        糙米發(fā)芽工藝:參考姚森[12]、曹磊等[13]發(fā)芽方法并稍作改進(jìn),取同樣礱谷條件下大小基本一致的糙米,用水洗凈后用自來水于(25±1)℃條件下浸泡6 h,之后用10 g/L次氯酸鈉溶液浸泡消毒15 min,去離子水洗凈,瀝干并轉(zhuǎn)入培養(yǎng)皿中,加去離子水,在28℃避光條件下發(fā)芽,每12小時(shí)換水1次。以浸泡6 h后未經(jīng)發(fā)芽的糙米為對(duì)照(記為0 h),每隔12小時(shí)取樣,獲得發(fā)芽糙米,冷凍干燥并粉碎過100目篩。

        外源酶處理糙米粉的制備:取同樣礱谷條件下大小基本一致的糙米,粉碎后過60目篩,于(70±1)℃條件下酶解 6 h,料液比 1∶2(g/mL),浸泡液采用不同濃度的α-淀粉酶液、β-淀粉酶液,其中α-淀粉酶添加量為 1.2、2.4、4.8 AUG/g 糙米粉,分別記為 α1、α2、α3;β-淀粉酶添加量為0.48、0.96、1.92 KNU/g糙米粉,分別記為 β1、β2、β3。酶解結(jié)束后在 90℃下滅酶 20 min,冷凍干燥并粉碎過100目篩。

        1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

        糙米淀粉黏度特性采用文獻(xiàn)[14]的方法測(cè)定,回生焓值采用文獻(xiàn)[15],淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性采用文獻(xiàn)[16]的方法測(cè)定。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        所有試驗(yàn)重復(fù)測(cè)定至少3次,取其平均值。采用SPSS19.0分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,運(yùn)用方差分析法進(jìn)行顯著性分析;p<0.05表示有顯著性差異。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 不同處理方式對(duì)糙米淀粉回生焓值的影響

        糊化后的淀粉在儲(chǔ)藏過程中,支鏈淀粉的重結(jié)晶發(fā)生明顯變化,隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng),淀粉體系內(nèi)晶體含量逐步增加,融化熱焓值△H逐漸增大,即長(zhǎng)期回生程度不斷增加[16]。不同處理方式對(duì)糙米淀粉在4℃下儲(chǔ)存14 d內(nèi)的回生焓值如表1所示。在14 d的儲(chǔ)藏期內(nèi),各個(gè)處理組的糙米淀粉的回生焓值都是呈顯著增大趨勢(shì),內(nèi)外源淀粉酶處理對(duì)于抑制糙米淀粉的回生焓值的增大均有效果,發(fā)芽糙米淀粉在儲(chǔ)存過程中回生焓值的顯著低于對(duì)照組(p<0.05),并且隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng),其抗回生效果顯著增強(qiáng)(p<0.05),發(fā)芽48 h以后,其儲(chǔ)存14 d的回生焓值相比對(duì)照組降低了53.50%;外源淀粉酶處理組糙米淀粉抗回生的效果更顯著,并且隨著酶濃度的增加,其抗回生效果也隨之顯著增加,α3處理組的糙米淀粉在儲(chǔ)存14 d后其回生焓值相比較對(duì)照組降低了74.74%,比α1處理組降低了10.96%,但是與α2相比差異不顯著;β-淀粉酶處理組相對(duì)于對(duì)照組抗回生效果顯著增大,主要原因是支鏈淀粉的外側(cè)短鏈被部分降解,聚合度降低,姚遠(yuǎn)[17]通過高效排阻色譜證實(shí)β-淀粉酶的處理可以使部分支鏈淀粉外側(cè)短鏈聚合度降低2~3個(gè)葡萄糖單位。部分支鏈淀粉外側(cè)短鏈聚合度降低,淀粉分子的成核和結(jié)晶速度降低,回生受到抑制。其中β2在第14天的回生焓值比對(duì)照組降低了68.65%,比β1降低了30.06%,但是與β3相比差異不顯著,說明β-淀粉酶濃度增加到一定程度后其抗回生效果增加不顯著。

        表1 不同處理方式糙米淀粉的回生焓值Table 1 The enthalpy value of brown rice starch in different treatment methods

        2.2 不同處理方式對(duì)糙米淀粉黏度特性的影響

        淀粉糊化過程都要經(jīng)過上升、下降和回生3個(gè)過程,隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,最低黏度與最終黏度相差越大則淀粉糊的穩(wěn)定性越差,凝膠性提高,這是因?yàn)闈舛仍酱螅谕V辜訜釙r(shí),淀粉分子之間的作用力要大于氫鍵與分子之間的作用力,所以濃度越大老化回生趨勢(shì)越強(qiáng)[18]。不同處理方式糙米淀粉的黏度特性見表2。

        表2 不同處理方式糙米淀粉的黏度特性Table 2 The viscosity properties of brown rice starch in different treatment methods

        由表2可知,隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng),體系中淀粉酶的活力逐漸增強(qiáng),淀粉不斷被降解,即糊化體系中淀粉含量越來越少,所以其峰值黏度、低谷黏度、最終黏度值不斷降低,回生值顯著降低(p<0.05),與對(duì)照組相比,發(fā)芽60 h的糙米粉回生值降低了86.00%;兩種外源淀粉酶處理的樣品與對(duì)照組相比,其峰值黏度、低谷黏度、最終黏度值降低的效果更為顯著,α1處理組相對(duì)于對(duì)照組的峰值黏度降低了95.86%,相對(duì)于發(fā)芽60 h組降低了78.17%,β1處理組相對(duì)于對(duì)照組的峰值黏度降低了88.20%,相對(duì)于發(fā)芽60 h組降低了37.83%。與對(duì)照組相比,酶處理組的糊化溫度也有顯著性升高(p<0.05),溫度升高的原因可能是α-淀粉酶作用水解了直鏈淀粉和支鏈淀粉的α-1,4-糖苷鍵使得直鏈淀粉含量降低。有研究證明,直鏈淀粉含量是影響稻米糊化溫度的因素之一,且兩者一般呈反比[19],且酶添加量對(duì)數(shù)值的變化有著顯著的影響,α3處理組因?yàn)槊附獬潭冗^高,導(dǎo)致淀粉糊黏度過低不能形成糊化曲線,而β-淀粉酶可有效降低支鏈分子外支鏈的長(zhǎng)度,使其聚合度低于10,而無法形成雙螺旋結(jié)構(gòu),所以導(dǎo)致糊化溫度升高。

        2.3 不同處理方式對(duì)糙米淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

        淀粉凝膠體系的硬度、黏著性和內(nèi)聚性可以用來表征回生的程度。在淀粉回生過程中會(huì)導(dǎo)致凝膠的硬度上升,內(nèi)聚性升高以及黏著性下降[20-21],表3~表5為不同處理組糙米淀粉儲(chǔ)存14 d內(nèi)凝膠質(zhì)構(gòu)變化情況。

        表3 不同處理方式糙米淀粉儲(chǔ)藏過程中凝膠硬度Table 3 The gel hardness of brown rice starch stored in different treatment methods

        表4 不同處理方式糙米淀粉儲(chǔ)藏過程中凝膠黏著性Table 4 The gel adhesiveness of brown rice starch stored in different treatment methods

        表5 不同處理方式糙米淀粉儲(chǔ)藏過程中凝膠內(nèi)聚性Table 5 The gel cohesiveness of brown rice starch stored in different treatment methods

        由表3~表5可知,糙米淀粉在儲(chǔ)藏過程中,凝膠硬度增加,黏著性下降,內(nèi)聚性升高,跟其他文獻(xiàn)基本一致[22-23],這主要是由于淀粉回生引起的,體系在回生過程中水分流動(dòng)性降低,直鏈淀粉和支鏈淀粉分子定向遷移,導(dǎo)致凝膠硬度升高,而酶解作用可以在一定程度上減少淀粉凝膠的老化變硬,可能是由于酶解降低了直鏈淀粉的含量從而提高了凝膠特性。有研究證明,直鏈含量越高的淀粉,凝膠形成越迅速,冷卻時(shí)強(qiáng)度也越大[24]。

        不同處理組對(duì)糙米淀粉凝膠硬度的影響由表3可以看出,相對(duì)于對(duì)照組,發(fā)芽糙米的凝膠硬度顯然更低,并且隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng),其凝膠硬度呈顯著減小趨勢(shì)(p<0.05),發(fā)芽48 h的糙米淀粉凝膠儲(chǔ)存14 d的凝膠硬度比對(duì)照組減少了56.74%;外源淀粉酶處理組對(duì)凝膠硬度的影響更為顯著(p<0.05),存儲(chǔ)14 d時(shí),α1處理組的凝膠硬度相對(duì)于對(duì)照組減少了83.87%,而β1處理組的凝膠硬度相對(duì)于對(duì)照組減少了78.02%,并且隨著酶濃度的增大,其凝膠硬度也顯著降低(p<0.05)。糙米淀粉的凝膠黏著性在回升過程中顯著降低,由表4可見,對(duì)照組儲(chǔ)存14 d的凝膠黏度比儲(chǔ)存1 d的降低了51.83%,發(fā)芽處理組凝膠的黏度相對(duì)于對(duì)照組顯著增大(p<0.05),在儲(chǔ)存14 d的黏度值比對(duì)照組升高了32.88%;外源酶處理組的淀粉凝膠黏度呈相反趨勢(shì),其黏度顯著低于對(duì)照組和發(fā)芽組,可能是由于外源酶處理組的酶解程度過大,導(dǎo)致淀粉凝膠體系黏度急劇降低。淀粉凝膠的內(nèi)聚性隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)呈顯著上升趨勢(shì)(p<0.05)。由表5可知,對(duì)照組儲(chǔ)存14 d的內(nèi)聚性比儲(chǔ)存1 d的上升了40.54%;相對(duì)于對(duì)照組,發(fā)芽組和外源酶處理組的內(nèi)聚性數(shù)值上升趨勢(shì)略微平緩,其中發(fā)芽60 h的糙米淀粉凝膠在儲(chǔ)存3 d以后的內(nèi)聚性變化不顯著,而α3和β-淀粉酶處理組的內(nèi)聚性上升趨勢(shì)也在儲(chǔ)存3天后差異不顯著。

        3 結(jié)論

        發(fā)芽過程中被激活的內(nèi)源性淀粉酶系和外源添加的兩種淀粉酶,對(duì)糙米淀粉的回生均具有抑制作用,其抑制效果隨著酶解程度的增加有不同程度的增加。相對(duì)于對(duì)照組,發(fā)芽至48 h的糙米其在儲(chǔ)藏14 d的凝膠硬度最小,比對(duì)照組減少了56.74%。兩種外源淀粉酶能夠有效的降解淀粉,其處理組儲(chǔ)存14 d后的凝膠硬度顯著低于對(duì)照組和發(fā)芽組(p<0.05),且硬度與酶處理量成反比;α-淀粉酶降低淀粉黏度的效果更顯著,α1處理組相對(duì)于對(duì)照組的峰值黏度降低了95.86%,然而過量酶處理可能導(dǎo)致淀粉黏度急劇下降,糊化溫度升高。所以選擇適宜的發(fā)芽時(shí)間,采用適量的外源酶處理均可以有效抑制糙米淀粉的回生。

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