藺澤雪，秦婉瑜，耿棟輝，劉 璐，周素梅，黃峻榕，佟立濤*

（1陜西科技大學食品與生物工程學院 西安 710021 2中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 北京 100193）

糯米在我國擁有悠久的種植和食用歷史，湯圓、驢打滾等食品均以糯米粉為主要原料[1]。我國目前的糯米粉生產(chǎn)以傳統(tǒng)的濕法制粉為主，濕磨法糯米粉具有破損淀粉含量低，淀粉顆粒完整度高等優(yōu)勢，是絕大部分糯米食品獲得優(yōu)異品質(zhì)的關鍵基礎[2]，然而，其加工過程中會產(chǎn)生大量廢水，且存在安全隱患[3-4]。本實驗室研究人員前期研究了糯米半干法磨粉技術，發(fā)現(xiàn)水分含量調(diào)制為33%的糯米，經(jīng)旋風磨制成的糯米粉粉質(zhì)特性與濕法糯米粉無顯著性差異[5]，并且熱風預處理能夠使米粒產(chǎn)生裂縫，提高半干法磨粉的潤米效率[6-7]，顯著降低了糯米中本底微生物的含量[8]。這些研究表明半干法磨粉技術能制得適于工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)糯米粉產(chǎn)品，然而，在磨粉過程中米粒特性與粉質(zhì)特性間的關系以及水分遷移轉(zhuǎn)化并調(diào)控米粒性質(zhì)的作用機制尚不明確。

本研究觀察不同熱風預處理時間、著水量條件下糯米米粒的表觀變化，研究熱風預處理時間、著水量及干燥時間對糯米粉粉質(zhì)特性的影響，分析米粒硬度和水分變化對糯米粉品質(zhì)的影響規(guī)律，揭示半干法磨粉過程中水分的遷移變化對糯米粉品質(zhì)的調(diào)控機制，為完善糯米半干法磨粉技術，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)糯米粉原料提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料：秈糯米，贛州市九鯉湖食品有限公司，水分含量為12.90%。

試劑：破損淀粉試劑盒，愛爾蘭Megazyme 公司。

1.2 儀器與設備

SMZ800N 體視顯微鏡，日本尼康株式會社；RVA-Tec Master 快速黏度分析儀，波通瑞華科學儀器（北京）有限公司；SU8010 場發(fā)射掃描電子顯微鏡，日立高新技術（上海）國際貿(mào)易有限公司；NMI20-030H-I 核磁共振成像與分析系統(tǒng)，上海紐邁電子科技有限公司；GWJ-Ⅱ型谷物硬度計，浙江托普儀器有限公司；CT410 型旋風磨，福斯賽諾分析儀器（蘇州）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 裂縫觀察 參照Wu 等[9]的方法，在體視顯微鏡下觀察45 ℃熱風處理0～60 min 米粒的表觀裂縫。

1.3.2 米粒體積測量 取大小均勻的秈糯米20 g于托盤中，為調(diào)制水分質(zhì)量分數(shù)為飽和含水量（33%），加入適量的蒸餾水潤米35 min（通過浸泡6 h 前、后原料的質(zhì)量差及質(zhì)量變化計算得到[8]），每隔5 min 用游標卡尺測量米粒的長度、寬度和厚度，平行測量5 次，取平均值。

1.3.3 糯米粉的制備 參照Tong 等[10]的方法并稍作修改，準確稱取秈糯米200 g，于45 ℃電熱鼓風干燥箱中熱風處理60 min，以質(zhì)量分數(shù)33%為目標調(diào)制水分，加入適量的蒸餾水潤米35 min，旋風磨磨粉后過100 目篩，于45 ℃干燥30 min。控制單一變量重復制備熱風處理0，15 min，潤米0，5，10，20 min 和干燥0，15 min 的糯米粉。樣品裝于密封袋，在干燥器或-20 ℃中保存待用。

1.3.4 糯米粉粉質(zhì)特性的測定

1.3.4.1 破損淀粉含量的測定 采用酶比色法，使用Megazyme 破損淀粉試劑盒測定。

1.3.4.2 微觀結(jié)構(gòu)的測定 將冷凍干燥后的樣品均勻的分散在雙面導電膠上，固定于鋁平板，真空噴金后裝樣，在10 kV 的加速電壓下放大3 000 倍觀察。

1.3.4.3 水合特性的測定 參照Heo 等[11]的方法并稍作修改，0.1 g 糯米粉樣品與20 mL 蒸餾水混勻，分別在25 ℃和100 ℃下加熱振動30 min 后，于8 500×g 離心30 min。分離上清液于鋁盒，在105 ℃下烘干至恒重，對濕沉淀物進行稱重。吸水指數(shù)（WAI）、水溶性（WS）、溶脹性（SP）計算公式如下：

1.3.4.4 糊化特性的測定 參照Cham 等[12]的方法并稍作修改，使用Perten RVA-Tec Master 快速黏度分析儀，取3.5 g 樣品溶于25 mL 蒸餾水中，按照14%的校準水分計算粉量和水量。升溫程序如下：以9 ℃/min 的速率從50 ℃升溫至95 ℃，保溫3 min，再以15 ℃/min 的速率冷卻至50 ℃，保溫2 min，測量時攪拌機轉(zhuǎn)速160 r/min。

1.3.5 米粒硬度的測定 參照何順武[13]的方法并稍作修改，使用谷物硬度計測量熱風預處理每10 min、潤米每5 min 的米粒硬度，測定結(jié)果以米粒裂開時的最大壓力（kgf）為標準，平行測量40 次，取平均值。

1.3.6 核磁共振指數(shù)的測定 在半干法磨粉過程中，熱風預處理每10 min 取樣，潤米和干燥過程每5 min 取樣。準確稱取1.0 g 的樣品于18 mm 樣品管中，采用CPMG 脈沖序列測量樣品的自旋-自旋弛豫時間（T2）。CPMG 脈沖序列參數(shù)設置為：主頻SF=21 MHz，90°脈沖射頻脈寬P1=15 μs，180°脈沖射頻脈寬P2=25.04 μs，接收機帶寬SW=200 kHz，回波時間TE=0.2 ms，回波個數(shù)NECH=8 000。重復采集3 次，反演結(jié)果取平均值作為樣品的弛豫時間和信號幅值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用軟件SPSS 20.0 進行方差分析，Tukey-Kramer 多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱風預處理對糯米籽粒表觀裂縫的影響

前期研究發(fā)現(xiàn)半干法磨粉前的熱風預處理加速了米粒中水分向外遷移的速度，形成眾多水分通道從而產(chǎn)生裂縫[7]，然而裂縫在熱風預處理過程中的形成規(guī)律尚不明確。基于此本研究采用45 ℃熱風處理糯米，結(jié)果如圖1所示。結(jié)果顯示未經(jīng)處理的米粒表面完整光滑無裂縫，隨著處理時間的延長，糯米籽粒表觀裂縫逐漸增多，根據(jù)Courtois等[14]的判定方法可認定預處理30 min 后的米粒為重度裂縫，表明熱風預處理糯米30 min 可獲得促進米粒吸水的重度裂縫。

圖1 不同熱風預處理時間對糯米籽粒的表觀裂紋的影響Fig.1 Effects of different hot air treatment time on surface fissures of glutinous rice grain

2.2 著水量對糯米籽粒體積的影響

試驗考察了糯米著水過程中米粒體積的變化，結(jié)果如圖2所示，糯米籽粒的長、寬、高均隨潤米時間的延長逐漸增大，長度在潤米5～10 min 時增加迅速，而寬度和厚度增加較緩。籽粒體積的增加可能是由于糯米中含有8%左右的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)相比淀粉吸水膨脹率高[15]，潤米時吸水膨潤的蛋白質(zhì)體積顯著增大，與淀粉發(fā)生相對位移從而使籽粒體積增大。

圖2 不同著水量對糯米籽粒體積的影響Fig.2 Effects of different water content on volume of glutinous rice grain

2.3 糯米粉的破損淀粉含量

破損淀粉含量是評價糯米粉品質(zhì)的核心關鍵指標。不同潤米水分對破損淀粉含量的影響已在前期研究中證實[5]，然而預處理及干燥過程對其影響有待分析。本研究考察了半干法過程對糯米粉破損淀粉含量的影響，結(jié)果如圖3所示。隨著預處理時間的延長，所得糯米粉的破損淀粉含量顯著降低（P<0.05），表明熱風預處理后進行半干法磨粉不僅可以加快潤米速率，還可以進一步降低糯米粉破損淀粉含量。然而干燥15 min后糯米粉破損淀粉含量略有增加（P<0.05），這可能是由干燥處理的熱損傷導致[16-17]。進一步干燥至30 min，破損淀粉含量未進一步增加，仍保持在2%以下，表明干燥處理的影響在可接受范圍之內(nèi)。

圖3 半干法磨粉過程對糯米粉破損淀粉含量的影響Fig.3 Effect of semidry-milled process on damaged starch content of glutinous rice flour

2.4 糯米粉微觀結(jié)構(gòu)

通過掃描電子顯微鏡觀察半干法磨粉不同階段糯米粉中淀粉顆粒的完整性，結(jié)果顯示隨著熱風預處理和潤米時間的延長，糯米粉中的淀粉顆粒由相互粘連、缺損，逐漸變得獨立、完整，這與破損淀粉含量的變化趨勢相一致（圖4、圖5）。在不同干燥時間下，淀粉顆粒完整性無明顯變化（圖6），表明干燥處理對淀粉顆粒完整性影響較小。

圖4 不同熱風預處理時間糯米粉的微觀結(jié)構(gòu)Fig.4 Microscopic structure of glutinous rice grains with different hot air treatment time

圖5 不同著水量糯米粉的微觀結(jié)構(gòu)Fig.5 Microscopic structure of glutinous rice grains with different moisture contents

圖6 不同干燥時間糯米粉的微觀結(jié)構(gòu)Fig.6 Microscopic structure of glutinous rice grains in different drying time

2.5 糯米粉水合特性

為進一步評價糯米粉的粉質(zhì)特性，本研究考察了半干法磨粉過程對糯米粉水合特性的影響，結(jié)果如表1所示。25 ℃時，熱風預處理對糯米粉的吸水指數(shù)和溶脹性無顯著影響，當糯米粉被加熱到100 ℃時，吸水指數(shù)和溶脹性隨預處理時間的延長而增加，這是因為預處理時間長的糯米粉破損淀粉含量低，完整的淀粉顆粒在糊化溫度下更易吸水膨脹[18]。在潤米階段，25 ℃下糯米粉的水溶性隨潤米時間的延長而減小，這是由于潤米時間長的糯米粉破損淀粉含量低，室溫下完整淀粉顆粒比破損淀粉更難溶于水[19]。在干燥階段，隨著干燥時間的延長，糯米粉的吸水指數(shù)和溶脹性均顯著增加（P<0.05），這是由干燥處理后水分散失所引起。

表1 不同半干法處理條件下糯米粉的水合特性指標Table 1 Hydration properties of glutinous rice floor with different semidry-milled condition

2.6 糯米粉糊化特性

糯米粉的糊化特性直接影響糯米制品的食用品質(zhì)，本研究測定了不同半干法處理條件下糯米粉的糊化特性，結(jié)果如表2所示。隨著熱風預處理時間的延長，糯米粉的峰值黏度呈上升趨勢，這與破損淀粉的含量有關，糯米粉破損淀粉含量低，糊化時更易膨脹，從而有更高的峰值黏度。在熱風預處理、潤米和干燥階段，糯米粉的回生值均隨處理時間的延長而減小，表明熱風預處理、潤米和干燥對于提高糯米粉穩(wěn)定性和抗老化性有幫助。

表2 不同半干法處理條件下糯米粉的糊化特性指標Table 2 Pasting properties of glutinous rice floor in different semidry-milled condition

2.7 糯米籽粒的硬度變化

有研究證實大米在浸泡過程中蛋白質(zhì)和淀粉吸水，會引起米粒硬度的降低[20]，而半干法磨粉過程中糯米籽粒硬度的變化規(guī)律還有待考察。熱風預處理和潤米過程中糯米籽粒的硬度變化如圖7所示，熱風預處理過程中，隨著米粒裂縫的逐漸增多，米粒硬度下降。潤米過程中米粒硬度在前15 min 下降迅速，后趨于穩(wěn)定。糯米吸水導致的硬度降低有利于減小磨粉時的機械輸入從而降低糯米粉的破損淀粉含量。

圖7 熱風預處理和潤米過程中糯米籽粒的硬度變化Fig.7 Hardness changes of glutinous rice during hot air treatment and soaking

2.8 核磁共振指數(shù)

上述結(jié)果表明半干法磨粉過程中水分的進出是調(diào)控糯米粉品質(zhì)的關鍵，然而這一過程中水分的動態(tài)變化規(guī)律仍不清楚。核磁共振分析中的橫向弛豫時間（T2）大小可反映水分與糯米中蛋白質(zhì)等物質(zhì)的結(jié)合程度，T2越小，結(jié)合程度越大，水分流動性越小[21]。本研究考察了半干法磨粉過程中的水分變化，結(jié)果如圖8所示。根據(jù)T2的分布，將水分劃分為結(jié)合水T21（0.01～10 ms），毛細管水T22（10～1 000 ms）和自由水T23（>1 000 ms）。本研究中隨著熱風預處理的進行，毛細管水和自由水的占比增加（圖8a，8d），表明部分結(jié)合水在處理過程中轉(zhuǎn)化為了毛細管水和自由水，這有利于水分向外蒸發(fā)遷移，促進米粒裂縫的形成。由圖8a，8b，8e可知，潤米后T21增大且潤米過程中無明顯變化，說明結(jié)合水的流動性增強并在潤米階段保持穩(wěn)定。潤米過程中自由水和毛細管水的占比降低，這是因為潤米時糯米吸收的自由水與米粒中的蛋白質(zhì)、糖類等物質(zhì)結(jié)合，轉(zhuǎn)化為毛細管水甚至是結(jié)合水，這與宋平等[22]、余瑞鑫等[23]的研究結(jié)果一致。干燥過程中結(jié)合水、毛細管水和自由水的流動性不斷降低（圖8c），水分流動性的降低可使糯米粉達到安全水分，有利于保持糯米粉的良好品質(zhì)。

圖8 半干法磨粉過程中糯米/糯米粉核磁共振指數(shù)的變化Fig.8 NMR index changes of glutinous rice/rice floor during semidry-milled process

3 結(jié)論

熱風預處理過程中結(jié)合水轉(zhuǎn)化為毛細管水和自由水后向外遷移形成的水分通道使糯米籽粒產(chǎn)生裂縫，提高了潤米效率；潤米過程中米粒吸收的自由水與蛋白質(zhì)等物質(zhì)結(jié)合轉(zhuǎn)化為毛細管水和結(jié)合水，蛋白質(zhì)吸水膨脹，米粒體積增大，硬度降低，減小了磨粉時機械能的輸入，破損淀粉含量低；干燥過程降低了糯米粉的含水量，水分流動性降低，使糯米粉達到安全水分。因此，水分在米粒中的“出-進-出”以及這一過程中不同種類水分的動態(tài)轉(zhuǎn)化是降低米粒硬度從而保護淀粉顆粒完整性，獲得品質(zhì)優(yōu)異糯米粉的內(nèi)在機制。