邵子晗，洪 瑩，曹 磊,*，宋 玉，陶 澍，劉 超，孫 劍，劉 飛

（1.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；2.淮南市鑫飛信息技術(shù)有限公司，安徽 淮南 232001）

大米是世界一半以上人口的主食，也是我國(guó)第一糧食作物[1]；但在大米加工的過(guò)程中，約有14%的米會(huì)碎裂，這些碎米通常被認(rèn)為是低價(jià)值原料，但是其組成成分與整米并無(wú)差異；并且隨著大米加工精度的增加，碎米率不斷上升，因此迫切需要可以充分利用碎米的方法[2]。 隨著生活節(jié)奏的加快，即食類產(chǎn)品愈來(lái)愈受到消費(fèi)者的青睞；通過(guò)糊化技術(shù)得到的沖調(diào)米粉口感膩滑、食用方便，既可以直接沖調(diào)食用，也可作為芝麻糊、麥片等許多糊粉類營(yíng)養(yǎng)方便食品的組成部分[3]。

目前加工沖調(diào)類米粉的主要方法有滾筒干燥、擠壓膨化和噴霧干燥法等[4-5]。其中，擠壓膨化方法工藝簡(jiǎn)單、能耗低、成本低，但是對(duì)物料有一定要求；噴霧 干燥速度快，可直接成為粉末，但是設(shè)備復(fù)雜、占地面積較大、能耗大、熱效率不高。而滾筒干燥具有干燥速率高、操作連續(xù)性強(qiáng)、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，已在馬鈴薯全粉、南瓜粉、玉米粉、糙米粉等生產(chǎn)中進(jìn)行了應(yīng)用，其是由水平軸上旋轉(zhuǎn)的空心金屬圓筒組成，通過(guò)蒸汽、熱水或其他加熱介質(zhì)在圓筒內(nèi)部進(jìn)行加熱，再將漿類食品于滾筒表面進(jìn)行加熱脫水，制成脫水粉末或脫水薄片類產(chǎn)品[6-7]。 目前對(duì)于滾筒干燥的研究主要集中于加工工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響，如邱婷婷等[8]發(fā)現(xiàn)滾筒干燥加工能夠改善谷物在儲(chǔ)藏期間因油脂氧化帶來(lái)的品質(zhì)劣化，提高谷物的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性；劉淑一等[9]發(fā)現(xiàn)滾筒干燥加工處理后的燕麥粉具有更好的吸水性和膨脹度且具有較好的加工適應(yīng)性與貯藏穩(wěn)定性；錢麗等[10]發(fā)現(xiàn)滾筒干燥能夠較好地保留花色苷，改變紫薯全粉表觀結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出較好的加工性能。但對(duì)加工原料進(jìn)行適當(dāng)預(yù)處理，再結(jié)合滾筒干燥獲得沖調(diào)米粉的鮮有報(bào)道。

本研究以預(yù)實(shí)驗(yàn)中沖調(diào)特性表現(xiàn)最優(yōu)組合為原料，即含30%直鏈淀粉的碎米粉-高直玉米淀粉混合物。通過(guò)對(duì)碎米粉-高直玉米淀粉原料進(jìn)行濕熱處理，再應(yīng)用滾筒干燥獲得沖調(diào)米粉，探討預(yù)糊化時(shí)間對(duì)沖調(diào)米粉理化特性的影響，旨在為獲得最佳品質(zhì)沖調(diào)米粉的預(yù)處理?xiàng)l件提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

碎米（豐良優(yōu)，淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)73.6%、含水量13.15%、直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)13.8%、蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.34%、脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.45%） 淮南多傳糧油有限 公司；高直玉米淀粉（食品級(jí)） 浙江博丹衡生物科技有限公司；3,5-二硝基水楊酸（分析純） 上海麥克林生化科技有限公司；氫氧化鈉（分析純） 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；氫氧化鉀、鹽酸、乙酸、乙酸鈉、無(wú)水乙醇、四水合酒石酸鉀鈉、無(wú)水亞硫酸鈉、乙酸鉛、硫酸鈉、硫酸銅、亞鐵氰化鉀（均為分析純） 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

EMG0505滾筒干燥刮板 江蘇省東臺(tái)市民益機(jī)械廠；SBJM-FB80膠體磨 上海索貝流體機(jī)械有限公司；FW135粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司；AB104-N精密電子天平 梅特勒-托利多國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司；HHS4數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州國(guó)宇儀器制造有限公司；DD5M低速大容量離心機(jī) 湖南湘立科學(xué)儀器有限公司；UV-5500紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海 元析儀器有限公司；SHA-BA恒溫振蕩水浴鍋 常州市江南實(shí)驗(yàn)儀器廠；DHR-2流變儀 美國(guó)TA公司；GeminiSEM 500電子掃描顯微鏡 德國(guó)Carl Zeiss公司；85-2A雙向恒溫磁力攪拌器 金壇市醫(yī)療儀器廠；WH-2微型旋渦混合儀 上海滬西分析儀器廠有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的制備

將碎米研磨后過(guò)80 目篩網(wǎng)，添加高直玉米淀粉至原料混合物中直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，用純水配制成料液質(zhì)量比為1∶2的原料液，在67 ℃的水浴鍋中分別預(yù)糊化0、5、10、15、20、25、30 min，預(yù)糊化結(jié)束后立即冷卻至室溫，通過(guò)80 目膠體磨再次混勻；將混勻后的樣品在壓力0.4 MPa、轉(zhuǎn)速30 r/h條件下進(jìn)行滾筒干燥，將干燥后的樣品粉碎過(guò)80 目篩后置于干燥皿中備用。

1.3.2 糊化度測(cè)定

參考余可等[11]的方法稍加改動(dòng)。稱取0.1 g樣品，置于49 mL的純水中分散混勻，添加1.0 mL的10 mol/L KOH溶液，置于磁力攪拌器上以10 r/min攪拌5 min，所得懸浮液4 500×g離心10 min；移取1.0 mL上清液混合0.6 mL的0.5 mol/L鹽酸，用純水定容至10 mL，最后添加0.1 mL的碘液，混合均勻后測(cè)定混合液在波長(zhǎng)600 nm處的吸光度A1；將上述步驟中KOH溶液的體積替換為2.5 mL，鹽酸的體積替換為1.5 mL，其他相同，測(cè)得吸光度A2。糊化度按式（1）計(jì)算：

1.3.3 水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)測(cè)定

參考Anderson等[12]的方法并進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。取2.0 g過(guò)篩樣品記為m0，置于已知質(zhì)量為m1的離心管中，加入25 mL純水，使用渦旋混勻儀混合至完全分散；將其置于30 ℃條件下水浴30 min，間隔10 min振蕩1 次；水浴完成后以4 200 r/min離心15 min，將上清液倒入已經(jīng)恒質(zhì)量的鋁盒m2中于105 ℃烘至恒質(zhì)量記為m3，同時(shí)將離心管及沉淀進(jìn)行稱量記為m4。按式（2）、（3）計(jì)算水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)：

1.3.4 結(jié)塊率測(cè)定

一是人口老齡化、家庭小型化、生活現(xiàn)代化、服務(wù)社會(huì)化。人們對(duì)生活水平和生活質(zhì)量的要求不斷提高， 不少城市家庭基本具備了享受社會(huì)化家政服務(wù)的能力，越來(lái)越多的現(xiàn)代人希望從家庭瑣碎的日常事務(wù)中脫離出來(lái)，享受一些生活樂(lè)趣和更高品質(zhì)的生活。家庭事務(wù)的社會(huì)化需求，為我國(guó)家政服務(wù)業(yè)的崛起提供了社會(huì)基礎(chǔ)。

參考劉靜波等[13]的方法并進(jìn)行適當(dāng)修改。稱取粉碎過(guò)篩后樣品5 g記為m1置于250 mL燒杯中，加入70 ℃的純水100 mL，于磁力攪拌器上以10 r/min攪拌30 s；攪拌完成后用20 目的篩網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾，使用純水將篩上殘?jiān)逑匆槐?，瀝干后于鼓風(fēng)恒溫干燥箱內(nèi)以105 ℃烘干至恒質(zhì)量后與篩網(wǎng)質(zhì)量差記為m2。結(jié)塊率按式（4）計(jì)算：

1.3.5 可溶性還原糖含量測(cè)定

參考孫祥祥等[14]的方法并進(jìn)行修改。稱取粉碎過(guò)篩后樣品2 g置于離心管中，加入30 mL純水，室溫下振蕩30 min，3 500 r/min離心15 min，取上清液用二硝基水楊酸（dinitrosalicyclic acid colorimetry，DNS）法測(cè)定還原糖含量[15]。

1.3.6 流變學(xué)特性的測(cè)定

參考鄭俊[16]的方法并進(jìn)行適當(dāng)修改。準(zhǔn)確稱取1.000 g樣品，用75 ℃的純水配制成8%的混合液，使用流變儀測(cè)試平臺(tái)，測(cè)試使用40 mm平板夾具，設(shè)置間隙為1.000 mm；將配制好的溶液均勻涂抹于測(cè)試位置，待平板下壓至1.005 mm后除去多余樣品，繼續(xù)下壓至1.000 mm，并在周圍涂抹甲基硅油防止水分蒸發(fā)，啟動(dòng)測(cè)量。具體參數(shù)如下：開(kāi)機(jī)預(yù)熱30 min，以5 ℃/min升溫速率從25 ℃升溫至95 ℃，95 ℃保持5 min，然后以 5 ℃/min降溫速率降至25 ℃。觀察流變特性在不同溫度變化下的曲線變化。

1.3.7 微觀結(jié)構(gòu)的觀察分析

以直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的碎米粉-高直玉米淀粉混合原料為對(duì)照，使用掃描電子顯微鏡觀察不同預(yù)糊化時(shí)間樣品的表觀特征。將樣品充分干燥后粉碎過(guò)100 目篩，用導(dǎo)電性好的雙面膠帶黏在金屬樣品臺(tái)上，然后放在真空蒸發(fā)器中噴鍍一層金屬膜增加導(dǎo)電性，置于電子掃描顯微鏡中以2 kV電子束觀察。

1.3.8 體外消化特性的測(cè)定

式中：RDS為快速消化淀粉比例/%；SDS為慢速消化淀粉比例/%；RS為抗性淀粉比例/%；FG為樣品米中游離葡萄糖質(zhì)量/mg；G20為消化20 min后產(chǎn)生的葡萄糖 質(zhì)量/mg；G120為消化120 min后產(chǎn)生的葡萄糖質(zhì)量/mg；TS為樣品中含有的總淀粉質(zhì)量/mg。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均進(jìn)行3 次重復(fù)，使用SPSS 25.0對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素ANOVA檢驗(yàn)和相關(guān)性檢驗(yàn)。使用Origin 9.1繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)糊化時(shí)間對(duì)糊化度的影響

谷物中淀粉的糊化度越大其制成的食品熟化度越高，淀粉越易于被體內(nèi)酶水解、越有利于消化吸收。如圖1所示，隨預(yù)糊化時(shí)間的延長(zhǎng)，滾筒干燥后的樣品糊化度在0～5 min和10～20 min時(shí)有顯著升高（P＜0.05），在20 min后糊化度上升不顯著（P＞0.05）。

圖1 預(yù)糊化時(shí)間對(duì)糊化度的影響Fig. 1 Effect of pregelatinization time on gelatinization degree

2.2 預(yù)糊化時(shí)間對(duì)吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)的影響

吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)通常作為沖調(diào)品質(zhì)的重要衡量指標(biāo)[20]。吸水性指數(shù)主要反映樣品于過(guò)量水中膨脹后所形成的凝膠的體積，與親水性基團(tuán)數(shù)量和形成凝膠的能力有關(guān)。如圖2所示，在0～10 min內(nèi)吸水性指數(shù)無(wú)顯著性變化，10～20 min內(nèi)顯著上升，20 min后基本趨于穩(wěn)定，無(wú)顯著性變化。這可能是因?yàn)殡S著預(yù)糊化時(shí)間延長(zhǎng)，糊化度升高，凝膠結(jié)構(gòu)形成能力變強(qiáng)，并且結(jié)構(gòu)變得更加疏松多孔，暴露出更多的親水基團(tuán)，親水能力上升吸水性指數(shù)升高[21]。水溶性指數(shù)反映了水對(duì)樣品中固體顆粒的滲透速率和可溶性成分向顆粒外的擴(kuò)散情況，也是淀粉降解轉(zhuǎn)化程度的參數(shù)，反映了淀粉顆粒降解釋放的可溶性多糖含量[22]。如圖2所示，隨著預(yù)糊化時(shí)間的延長(zhǎng)，0～10 min水溶性指數(shù)無(wú)顯著性變化，在10～15 min顯著上升，15 min后上升緩慢；主要是由于預(yù)糊化時(shí)間延長(zhǎng)，樣品糊化度升高，淀粉破壞變大，降解出較多的可溶性物質(zhì)[9]；實(shí)驗(yàn)結(jié)果和變化規(guī)律與糊化度變化情況一致。

圖2 預(yù)糊化時(shí)間對(duì)吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)的影響Fig. 2 Effect of pregelatinization time on WAI and WSI

2.3 預(yù)糊化時(shí)間對(duì)結(jié)塊率和可溶性還原糖含量的影響

結(jié)塊率是評(píng)價(jià)沖調(diào)粉復(fù)水情況和沖調(diào)性質(zhì)的良好指標(biāo)，反映了沖調(diào)粉在水中的分散能力[23]。由圖3可知，預(yù)糊化時(shí)間0～30 min范圍內(nèi)，滾筒干燥后的樣品隨著預(yù)糊化時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)品結(jié)塊率呈先顯著下降后趨勢(shì)平緩，可能原因是淀粉等大分子物質(zhì)開(kāi)始降解，小分子變多，溶解分散性逐漸變好[24]。預(yù)糊化30 min組其結(jié)塊率出現(xiàn)小幅上升的原因可能是由于糊化度過(guò)高導(dǎo)致淀粉形成凝膠能力變強(qiáng)，快速在米粉表面形成不易溶解的凝膠結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不易溶解的粉質(zhì)夾心塊，導(dǎo)致結(jié)塊率上升[20]。 可溶性還原糖含量在0～10 min范圍內(nèi)顯著增加，10～20 min有小幅減少，20～30 min又呈現(xiàn)顯著增加，結(jié)果與結(jié)塊率變化呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。

圖3 預(yù)糊化時(shí)間對(duì)結(jié)塊率與還原糖的影響Fig. 3 Effect of pregelatinization time on caking rate and reducing sugar content

2.4 預(yù)糊化時(shí)間對(duì)動(dòng)態(tài)流變特性的影響

淀粉的流變特性主要反映彈性模量（G′）與黏性模量（G″）之間的關(guān)系，進(jìn)而反映食品體系穩(wěn)定性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，為產(chǎn)品配方、加工工藝等提供依據(jù)[25]。如圖4所示，各組之間G′和G″變化趨勢(shì)相似，在1 000 s和60 ℃之前，G′和G″都先有小幅度的下降，可能原因是隨溫度上升熱量的增加，淀粉分散體或淀粉分子運(yùn)動(dòng)提供了動(dòng)能，從而導(dǎo)致剪切黏度降低。預(yù)糊化時(shí)間為5、10、15、20、25 min組，開(kāi)始階段G″大于G′，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)初期樣品黏性特征大于彈性特征；預(yù)糊化時(shí)間為30 min組，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程彈性特征都大于黏性特征，這主要是由于預(yù)糊化時(shí)間較短的樣品導(dǎo)致部分淀粉顆粒的殘留，導(dǎo)致黏度上升，預(yù)糊化時(shí)間越長(zhǎng)，淀粉破壞越大，溶解性上升，導(dǎo)致物料黏度降低；且G′、G″起始值均大于其他預(yù)糊化時(shí)間組的樣品，說(shuō)明預(yù)糊化時(shí)間為30 min的樣品相對(duì)可以更快的形成凝膠結(jié)構(gòu)[24]，并且隨預(yù)糊化時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品的起始值先無(wú)顯著變化，后有顯著上升，并且G′大于G″的時(shí)間先無(wú)變化，后不斷提前，說(shuō)明隨預(yù)糊化時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品形成凝膠的能力先變化不顯著，后有明顯提高。當(dāng)溫度升高至60 ℃以上時(shí)，G′和G″都開(kāi)始快速上升，這是由于溫度的上升，淀粉分子開(kāi)始溶脹，凝膠結(jié)構(gòu)開(kāi)始生成，同時(shí)淀粉中直鏈淀粉滲出相互纏繞進(jìn)而導(dǎo)致黏性上升[26]；隨溫度的降低，G′和G″繼續(xù)快速上升，這主要由于溫度降低，分子間熱運(yùn)動(dòng)能量不足，分子鏈互相吸引排列導(dǎo)致[27]。

圖4 預(yù)糊化時(shí)間對(duì)動(dòng)態(tài)流變特性的影響Fig. 4 Effect of pregelatinization time on dynamic rheological properties

2.5 預(yù)糊化時(shí)間對(duì)產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖5A可見(jiàn)典型的淀粉顆粒，呈多面體形狀有明顯棱角；圖5B可見(jiàn)滾筒干燥處理樣品棱角消失、結(jié)構(gòu)疏松，表面光滑并伴有大小不一的細(xì)孔；進(jìn)行預(yù)糊化的滾筒干燥處理樣品表面粗糙、空洞變大、結(jié)構(gòu)疏松。隨預(yù)糊化時(shí)間延長(zhǎng)樣品表面更加粗糙、空洞更多更大，主要是由于預(yù)糊化時(shí)間延長(zhǎng)糊化度增大，導(dǎo)致淀粉破壞程度變大，結(jié)果與錢麗等[10]的結(jié)果較一致。

圖5 不同預(yù)糊化時(shí)間的滾筒干燥樣品微觀結(jié)構(gòu)圖Fig. 5 Microstructure of rice powders with different pregelatinization times

2.6 預(yù)糊化時(shí)間對(duì)淀粉體外消化的影響

如圖6所示，全部樣品在前60 min淀粉水解速率較快，之后趨于平緩；隨原料預(yù)糊化時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品中淀粉的最終水解率不斷升高，其中預(yù)糊化0、5、10、15、20、25、30 min組的最終淀粉水解率分別達(dá)到了66.83%、69.68%、75.21%、77.27%、77.80%、78.31%、81.08%，這主要是由于隨預(yù)糊化時(shí)間的延長(zhǎng)，淀粉糊化度升高，淀粉破壞較大，酶作用位點(diǎn)暴露變多導(dǎo)致，與掃描電鏡觀察結(jié)果一致，有實(shí)驗(yàn)證明淀粉遭到破壞時(shí)會(huì)改善淀粉水解率[28]?？傮w結(jié)果表明，預(yù)糊化可以有效地改善樣品中淀粉的水解速率。

圖6 不同預(yù)糊化時(shí)間樣品的淀粉水解率Fig. 6 Starch hydrolysis rate of samples with different pregelatinization times

快消化淀粉能迅速水解為葡萄糖為機(jī)體快速提供能量，慢消化淀粉在小腸中分解，并且是一個(gè)緩慢而連續(xù)的過(guò)程，對(duì)機(jī)體血糖水平影響不顯著[29]，抗性淀粉被認(rèn)為是膳食纖維的組成部分之一，既有利于腸道健康，又能增加飯后飽腹感[30]。由圖7可知，隨著預(yù)糊化時(shí)間的延長(zhǎng)，快消化淀粉在0～15 min區(qū)間內(nèi)有顯著上升，15 min后變化無(wú)顯著差異；慢消化淀粉在0～5 min時(shí)有明顯下降，5 min后變化差異不顯著；抗性淀粉在0～5 min無(wú)顯著變化，5～10 min有顯著下降，之后趨于平緩，無(wú)顯著差異。

圖7 不同預(yù)糊化時(shí)間樣品的淀粉組成Fig. 7 Starch composition of samples with different pregelatinization times

2.7 相關(guān)性分析

如表1所示，預(yù)糊化時(shí)間與吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)、淀粉總水解率呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與快消化淀粉呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與結(jié)塊率呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），說(shuō)明通過(guò)預(yù)糊化改變?cè)虾瓤梢燥@著改善滾筒干燥米粉的理化特性；吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)與結(jié)塊率呈極顯著負(fù)相關(guān)；快消化淀粉與糊化度呈極顯著正相關(guān)與吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)呈顯著正相關(guān)，與淀粉總水解率呈極顯著正相關(guān)。

表1 不同預(yù)糊化時(shí)間滾筒干燥米粉理化特性間相關(guān)性Table 1 Correlations between physicochemical properties of roller dried rice powders with different pregelatinization times

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)探討不同預(yù)糊化時(shí)間（0、5、10、15、20、25、30 min）對(duì)滾筒干燥后沖調(diào)米粉的品質(zhì)影響。結(jié)果表明，預(yù)糊化處理可以顯著提高滾筒干燥后沖調(diào)米粉的糊化度、吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)，顯著減少樣品的結(jié)塊率，通過(guò)對(duì)樣品微觀結(jié)構(gòu)的分析也證實(shí)了預(yù)糊化可以顯著改善滾筒干燥后樣品的沖調(diào)特性；隨預(yù)糊化時(shí)間延長(zhǎng)，形成凝膠的速度加快，最終黏彈性變?nèi)?；預(yù)糊化度對(duì)滾筒干燥后沖調(diào)米粉的體外消化特性影響顯著，預(yù)糊化30 min組最終樣品的水解度可達(dá)到81.08%，較未預(yù)糊化的樣品提高到1.21 倍；快消化淀粉含量也隨預(yù)糊化時(shí)間（0～15 min）的增加而提高，后期基本無(wú)顯著變化。因此，通過(guò)對(duì)原料進(jìn)行預(yù)糊化處理，可顯著改善滾筒干燥后米粉的沖調(diào)特性，且提高了產(chǎn)品的淀粉水解率和快消化淀粉含量，為后期研發(fā)高淀粉水解率谷物沖調(diào)粉提供了借鑒和依據(jù)。