李珍妮，朱 熹，賈俊強*

(1.江蘇科技大學 糧食學院，鎮(zhèn)江 212100)(2.無錫金農(nóng)生物科技有限公司，無錫 214174)

糯米淀粉是糯米精深加工領域中的一種重要產(chǎn)品，具有弱凝沉性、抗老化性和良好的凍融穩(wěn)定性[1]，常用于冷凍及凍藏食品的加工中.近年來，糯米淀粉更多優(yōu)良的應用性能逐漸被報道，如作為脂肪替代品，能賦予食品相同的滑潤口感或高檔化妝品的細膩感，還能吸附更多的風味物質[2-3]，許多研究者將其用于開發(fā)各類改性淀粉[4-6]，以滿足醫(yī)藥、化工和紡織等特殊行業(yè)的需要.

傳統(tǒng)制備糯米淀粉的方法為堿液提取法[7]，該方法具有淀粉提取率較高的優(yōu)點，但淀粉在強堿性條件下性質會發(fā)生變化[8]，堿提過程可能對副產(chǎn)物中蛋白成分產(chǎn)生如氨基酸的外消旋作用、消化率降低、必需氨基酸的缺失等改變[9]，同時對溶解在堿液中蛋白的回收再利用難度較大，引入大量的酸堿導致蛋白副產(chǎn)物脫鹽困難[10].為了彌補堿液提取法的缺點，工業(yè)上常采用酶法提取工藝，該方法反應條件溫和、對淀粉顆粒性質無影響，淀粉加工后的副產(chǎn)物中蛋白組分的溶解度、消化率和功能性均得到改善，整個工藝耗費的堿液和水量較小.因此，相比于堿液提取法，酶法提取工藝具有更大的工業(yè)化應用前景.然而，酶法水解不能將淀粉和蛋白完全分離，該工藝制備糯米淀粉后會產(chǎn)生約25%質量分數(shù)的副產(chǎn)物，目前關于該副產(chǎn)物綜合利用的研究報道較少，實際生產(chǎn)上常將其作為飼料處理.隨著國際市場對糯米淀粉的需求量不斷增大，生產(chǎn)企業(yè)在擴大產(chǎn)能的同時，對酶法制備糯米淀粉后副產(chǎn)物的處理將成為生產(chǎn)企業(yè)所面臨的一道難題，該副產(chǎn)物能否被高效增值利用將是影響糯米深加工產(chǎn)品的綜合利用率和企業(yè)生產(chǎn)效益的關鍵問題.

本研究以酶法制備糯米淀粉后的副產(chǎn)物為原料制備湯圓，分析其糯米粉的理化和熱機械學性質，評價制作湯圓后的物性和感官特征，為提高糯米深加工產(chǎn)品的綜合利用率、改善湯圓食用品質方面的研究提供理論支持.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糯米淀粉副產(chǎn)物由無錫金農(nóng)生物科技有限公司提供，制備方法為糯米經(jīng)除雜、浸泡、濕法粉碎，分別與堿性蛋白酶、中性蛋白酶和酸性蛋白酶混合，酶解反應結束后經(jīng)水力旋流分離的重相為糯米淀粉，回收輕相中的固形物，經(jīng)干燥、粉碎、過篩后的樣品分別為堿性、中性和酸性蛋白酶法制備糯米淀粉后的副產(chǎn)物；不同副產(chǎn)物的化學組成為淀粉77.4%～81.3%、蛋白16.0%～18.6%、直鏈淀粉1.4%～1.8%；對照組糯米粉購買于河南黃國糧業(yè)股份有限公司，化學組成為淀粉89.7%、蛋白7.9%、直鏈淀粉2.3%；堿性蛋白酶(型號Alcalase 2.4 L，酶活2.4 AU/g)、中性蛋白酶(型號Neutrase 0.8 L，酶活0.8 AU/g)、諾維信(上海)公司；酸性蛋白酶(型號FERMENTM 2.5 X，酶活1.5 AU/g)、杰能科(上海)公司；所有化學試劑均為分析純.

1.2 儀器與設備

T10BS25高速攪拌機(德國IKA)；LXJ-IIB型低速臺式離心機(中國上海安亭科學儀器廠)；CTM10 型智能溫控儀(徐州威科科技有限公司)；DHG-9101·3SA型電熱恒溫鼓風干燥箱(上海三發(fā)科學儀器有限公司)；HYP-314消化爐(上海纖檢儀器有限公司)；KDN-103F自動定氮儀(上海纖檢儀器有限公司)；馬弗爐(上?？德穬x器設備有限公司)；索氏抽提裝置(上海玻璃儀器公司)；RVA4500 快速粘度儀(瑞典波通公司)；MesoMR23-060V-I低場核磁共振成像分析儀(紐麥科技)；TA.XTPlus物性分析儀(英國SMS公司).

1.3 方法

1.3.1 湯圓的制作

1)糯米粉的制備

以不同糯米淀粉副產(chǎn)物為原料，分別與一定比例的糯米淀粉混合，得到堿性蛋白酶組、中性蛋白酶組和酸性蛋白酶組的糯米粉樣品，復配后糯米粉的蛋白含量與對照組一致.

2)湯圓的制作

湯圓的制作工藝參考文獻[11]方法，具體步驟為：糯米粉與水以45∶55比例混合攪拌直至均勻，而后將糯米粉團分割成10 g/個，揉圓，聚乙烯薄膜包裹后于-18 ℃貯藏7 d.凍藏結束后的湯圓經(jīng)25 ℃解凍0.5 h，放入沸水中煮6 min后進行后續(xù)的測試，同步收集蒸煮后的湯備用.

1.3.2 溶解度和蒸煮損失

1)溶解度

參照文獻[12]方法，稱1.5 g糯米粉樣品于離心管中，加入25 mL去離子水混合均勻，室溫條件下震蕩1 h后于95 ℃、160 r/min水浴震蕩30 min.待樣品冷卻至室溫，于4 000 r/min離心15 min，離心后上清液烘干至恒重，樣品溶解度計算公式如下：

(1)

2)蒸煮損失

收集煮熟湯圓后的湯水于105 ℃烘干至恒重，記錄實際干物質的質量，蒸煮損失為蒸煮后湯水中固形物干重與未蒸煮樣品干基質量的比值，計算參考公式如下：

(2)

1.3.3 熱機械學特性

參照文獻[13]方法，稱3 g糯米粉樣品(以14%水分含量計)與25 mL蒸餾水混合于快速粘度分析儀(RVA)測試容器中，選擇RVA中Standard 1程序進行，具體參數(shù)為：設定初始轉速960 r/min維持10 s，而后維持轉速160 r/min，樣品經(jīng)50 ℃維持0.5 min，50 ℃升溫至95 ℃后維持2.5 min，接著降溫到50 ℃維持2 min.實驗結束后通過設備自帶軟件分析得到的特征參數(shù)為峰值粘度、低谷粘度、最終粘度、崩解值、回生值、糊化溫度和糊化時間.

1.3.4 低場核磁共振測定

水分分布及其移動性采用低場核磁共振成像分析儀測定，設備配備0.5 T磁鐵，共振頻率21 MHz，首先調整糯米粉樣品水分含量為65%，而后稱取1.0 g放入于直徑為15 mm的柱形玻璃管內并一同放入樣品槽中.測試溫度25 ℃，采用CPMG模式測定樣品spin-spin弛豫時間(T2)，數(shù)據(jù)回波數(shù)5 000，每個樣品經(jīng)6次重復掃描以提高測試精度.數(shù)據(jù)采用MultiExp Inv(紐麥，中國)分析軟件處理.

1.3.5 物性特征測定

湯圓的物性特征測定包含應力松弛和全質構兩部分，測試探頭型號為P/36R，測試矯正力為1 kg，選取壓縮模式，測試的湯圓放置于測試探頭正下方，探頭距離測試平臺高度設定為30 mm.

1)應力松弛

應力松弛性質測定方法參考文獻[14]并略有改動.具體參數(shù)設定為：觸發(fā)力10 g，測試速度1 mm/s，在穩(wěn)定形變量為樣品高度的60%時持續(xù)60 s，測試在此過程中樣品松弛模量隨時間變化的曲線.隨后將應力松弛曲線擬合Maxwell模型，并計算得到擬合后的松弛模量和松弛時間.

2)全質構(TPA)

全質構測定方法參考文獻[15]并略有改動，具體參數(shù)設定為：觸發(fā)力5 g，測試速度1 mm/s，壓縮至樣品高度的60%.儀器自帶軟件Stable Micro System Ltd.分析得到湯圓樣品的硬度、粘附性、內聚性和回復性的特征參數(shù)值.

1.3.6 口腔殘渣率

感官評定員每咀嚼完一個湯圓樣品后，用20 mL水漱口30 s，吐出并用同樣的水量重復漱口操作，收集兩次的漱口水測定其中的固形物含量，口腔殘渣率計算公式如下.為避免冷卻時間過長對湯圓口感的影響，整個過程在湯圓煮熟后的30 min內完成.

(3)

1.3.7 食團的團聚形態(tài)和顆粒分布

隨機選取感官評定員咀嚼每組湯圓達到可吞咽狀態(tài)的食團，對食團拍照記錄后用Image J軟件(http:∥rsb.info.nih.gov/ij/)分析食團的像素比例[16]，根據(jù)食團像素比例情況間接判斷該食團在口腔咀嚼過程中的細膩程度以及達到可吞咽狀態(tài)下的顆粒大小.

1.3.8 數(shù)據(jù)分析

每個實驗至少重復3次，結果表示為均值±標準偏差，采用SPSS(IBM，Armonk，NY，USA)對數(shù)據(jù)進行ANOVA分析，并用Duncan多范圍測試分析兩兩數(shù)值間的顯著性差異(P<0.05).

2 結果與分析

2.1 理化性質

2.1.1 溶解度與蒸煮損失

蒸煮特性是評價湯圓品質的重要指標之一，蒸煮損失少的湯圓通常被認為是品質好的體現(xiàn)[17].如圖1，堿性蛋白酶組的糯米粉溶解度數(shù)值高于其余樣品，該糯米粉制作湯圓的蒸煮損失達4.2%，顯著高于其他處理(P<0.05)；酸性蛋白酶組的糯米粉溶解度及其制作湯圓的蒸煮損失均為最低，分別比對照組降低了9%和18%.

同一參數(shù)值不同小寫字母表示差異顯著，P<0.05.下同.

2.1.2 水分結合力及移動性分布

從圖2水分分布曲線看到，測試樣品主要包含三類弛豫組分，由軟件擬合得到這三類弛豫時間(表1)，T2b和T21(0～10 ms)代表分子內氫質子和與大分子緊密結合的氫質子；T22(>100 ms)代表結合較為松散的氫質子[18].對比不同樣品，以不同副產(chǎn)物為原料制備的糯米粉中三類組分的弛豫時間均比對照組縮短，意味著該副產(chǎn)物增強了糯米粉中化學組分與氫質子間的結合能力.

圖2 糯米粉水分分布情況

表1 糯米粉的弛豫時間T2分布

其中，堿性蛋白酶組的糯米粉T2b和T21最短，分別為0.5 ms和9.3 ms，表明該糯米粉中的水分分布更趨向于淀粉與蛋白分子內部或分子間結合水；而酸性蛋白酶組的糯米粉中水分移動性受到限制，更加趨向于淀粉結晶區(qū)間的結合水，數(shù)值上該糯米粉的T22最小，為75.6 ms.

2.2 熱機械學特性

RVA測定的熱機械學特性不僅能為食品加工過程及應用性能提供指導，而且對了解產(chǎn)品在各種處理條件下結構的變化至關重要[19].RVA特征曲線如圖3，以不同副產(chǎn)物為原料制備的糯米粉比對照組更易糊化，表2中特征參數(shù)呈現(xiàn)糊化時間顯著低于對照組(P<0.05)，降幅為14%；回生值也顯著降低，變化幅度為50%～64%，這可能是由于不同副產(chǎn)物中的蛋白水解物影響了降溫過程糯米粉中淀粉微晶束間氫鍵的形成[20-21].堿性蛋白酶組糯米粉的峰值粘度、低谷粘度和終止粘度均為最低，數(shù)值分別為3 069 cP、1 669 cP和1 894 cP，崩解值則最大，為1 400 cP，比對照組糯米粉增大了17%，這表明該樣品中的淀粉與蛋白形成的三維網(wǎng)絡結構不穩(wěn)定，對食品加工操作較為敏感，而其它糯米粉樣品則相對穩(wěn)定.

圖3 糯米粉RVA特征曲線

表2 糯米粉RVA特征參數(shù)值

2.3 湯圓的物性特征

2.3.1 應力松弛

應力松弛曲線可以很好地反映樣品的粘彈特性，從圖4應力松弛曲線看出，不同糯米淀粉副產(chǎn)物增大了湯圓的松弛模量值，這表明該副產(chǎn)物在糯米粉中扮演著塑化劑的作用.采用二元件Maxwell模型評價應力松弛曲線得到的特征參數(shù)見表3.據(jù)文獻報道，G0數(shù)值越大，樣品趨于固體狀態(tài)，所需的加工強度增大；G1和τ1為Maxwell模型的第一組元素，它代表著食品體系的基礎網(wǎng)絡結構，第二組元素G2和τ2為其它結構性質，比如結合在多糖結構上水分子的移動性和分子間三級四級結構的作用力[14].

圖4 湯圓的應力松弛曲線

表3 湯圓應力松弛曲線的特征參數(shù)

對比表3中的特征參數(shù)值，堿性蛋白酶組的湯圓松弛模量數(shù)值均為最小，G0、G1和G2分別為0.59、0.38和0.27 MPa，此時的應力松弛時間τ1和τ2數(shù)值較大，為22.0和2.4 s，這意味著該樣品在加工過程表現(xiàn)出相對較低的抵抗力，且需要更長的時間來平衡所產(chǎn)生的應力，這可能是由于堿性蛋白酶具有較高的催化效率，酶解后蛋白分子量較低[22]，與淀粉所形成的三維網(wǎng)絡結構不穩(wěn)定；而中性蛋白酶組的湯圓具有更強的抵抗形變能力，松弛模量比對照組樣品的增幅為11%～44%；當酸性蛋白酶組的湯圓受到外界應力作用后，松弛模量G0較高，整體呈現(xiàn)固體特性，這間接導致了應力松弛時間τ1的延長.

2.3.2 TPA

TPA是評價食品質構的一個重要手段，蒸煮后湯圓的全質構特征參數(shù)見圖5.

圖5 湯圓的TPA特征參數(shù)值

從圖中看出，以不同糯米淀粉副產(chǎn)物為原料制備的湯圓比對照組的硬度和粘附性顯著降低、內聚性和回復性顯著增加(P<0.05)，這表明該副產(chǎn)物增強了糯米粉的粘彈特性，降低了湯圓的粘附性特征.其中，堿性蛋白酶組的湯圓硬度值最低，為783 g，與對照組相比降幅為29%，而內聚性和回復性則分別僅增加5%和11%；酸性蛋白酶組的湯圓粘附性絕對值最小，為126 g·s，與對照組相比降幅為37%；中性蛋白酶組的湯圓在經(jīng)過一次形變后能較快的恢復到原始形態(tài)，內聚性和回復性數(shù)值比對照組分別增加了14%和38%.

2.4 口腔殘渣率和食團的團聚形態(tài)

感官評價對于食品的消費需求或應用特性至關重要，而湯圓制品咀嚼時的粘牙特性以及咀嚼后食團的吞咽難易不僅影響消費者感官評價，更是造成吞咽嗆食甚至阻塞窒息風險的主要原因[23-24].因此，了解湯圓產(chǎn)品咀嚼后的粘牙情況、咀嚼難易度以及食團在口腔中的堆積和吞咽時的狀態(tài)，對提高吞咽安全性具有一定的指導意義[25].

圖6為不同湯圓樣品咀嚼后口腔殘渣率，對照組湯圓的口腔殘渣率為4.6%，而以不同糯米淀粉副產(chǎn)物為原料制備的湯圓口腔殘渣率比對照組顯著降低，降幅為52%.

圖6 湯圓的口腔殘渣率

圖7為不同湯圓樣品咀嚼相同次數(shù)預吞咽時食團團聚形態(tài)，用Image J軟件分析圖片中顏色元素個數(shù)，當食團越均勻時顏色元素個數(shù)越少.對照組湯圓咀嚼后仍含有大顆粒，食團形態(tài)并不均一，顏色元素個數(shù)為2.6×105個/cm2，不同糯米淀粉副產(chǎn)物促進了湯圓食團顆粒的細膩感和均勻度，食團顏色元素個數(shù)為2.2×105～2.3×105個/cm2，比對照組降低了12%～15%，這表明以不同糯米淀粉副產(chǎn)物為原料制備的湯圓更利于吞咽.

圖7 湯圓的食團團聚形態(tài)和顆粒分布

3 結論

堿性蛋白酶組的糯米粉中水分分布更趨向于淀粉與蛋白分子內部或分子間結合水，對食品加工操作較為敏感，由該糯米粉制作的湯圓抵抗形變的能力較差，硬度值比對照組降幅為29%，而內聚性和回復性則分別僅增加5%和11%；而酸性或中性蛋白酶組的糯米粉與氫質子間的結合能力增強，由該糯米粉制作的湯圓具有較好的粘彈性質和更強的抵抗形變能力，蒸煮損失比對照組降低11%～18%.由此可知，不同蛋白酶種類對于酶法制備糯米淀粉后副產(chǎn)物的性質及其應用性能影響趨勢存在差異，但均能改善湯圓咀嚼時的粘牙特性和食團團聚形態(tài)，對提高湯圓制品的吞咽安全性具有一定的指導意義.