扈战强 代飞云 陈 琴 刘茂雪 郭 襄 汤晓智

（南京财经大学食品科学与工程学院，南京 210046）

稻谷是我国主要的粮食作物之一，稻谷在精加工过程中去除了稻壳、种皮、糊粉层和米胚等得到精白米即人们食用的大米，然而稻谷的大部分功能性营养成分却包含在胚芽和种皮中，这就造成了可食用粮食资源的极大浪费。糙米则是保留了胚芽和种皮，只是去除了稻壳，所以糙米的营养价值远远高于精白米。糙米含有丰富的蛋白质、脂肪、膳食纤维、维生素及矿物质，能提供较精白米更全面的营养，此外，还有多种保健功能因子，如谷胱甘肽、γ－氨基丁酸、γ－谷维醇、米糠脂多糖、肌醇六磷酸等［1－2］。但是，由于糠皮部分的存在，糙米有一种糠的不愉快气味，并且，糙米糠层中高含量的纤维素及其复合物使糙米适口性、加工性、消化性均很差，从而使糙米的广泛食用受到了一定的局限［3］。因此，有必要对糙米进行改性处理，既要保证糙米经处理后营养物质不能大量流失，同时糙米的食用品质得到改善。目前研究较多的是发芽糙米，发芽可以激活内源酶，分解高分子聚合物，如纤维素、果胶、淀粉，富集γ－氨基丁酸等，但对糙米的食用品质提升有限［4－6］。比较有效的方法是外源酶处理，Mithu等［7－8］利用木聚糖酶和纤维素酶酶解糙米的纤维素皮层，使糙米的食用品质得到明显的改善。刘志伟等［9］利用纤维素酶、果胶酶和植酸酶处理糙米，发现多种酶的复合处理更有利于糙米纤维素皮层的分解。然而，在利用酶法改良糙米食用品质的过程中，酶反应效率和反应时间显然是影响其推广的最关键因素。

超声波具有空化、传质作用，在功能性成分的提取过程中被广泛的应用［10－11］。同时研究也发现低频率的超声波对纤维素酶活性具有促进作用［12］，因此将超声波应用于辅助糙米的酶处理过程，可能对于酶反应效率的提高以及反应时间的缩短具有积极的作用。

本试验利用超声波辅助酶对糙米进行处理，研究超声波辅助酶处理对糙米纤维皮层的分解程度，处理后糙米粉的糊化特性，糙米的吸水率，以及对蒸煮品质的影响，旨为糙米深加工食品的研制和生产提供依据。

1 材料与方法

1．1 材料

稻谷：江苏农垦提供；纤维素酶（酶活力15U／mg）、果胶酶（酶活力50U／g）、其他分析纯化学试剂：国药集团化学试剂有限公司提供。

1．2 仪器

JLGJ4．5型检验砻谷机：台州市粮仪厂；722N－可见光分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；JXFM110锤式旋风磨：上海嘉定粮油仪器有限公司；质构分析仪：英国 Stable Micro System公司；快速黏度仪RVA：澳大利亚Newport Scientific仪器公司；pHS－3C精密数显pH计：上海精密科学仪器厂；101－3AS电热鼓风干燥箱：上海苏进仪器设备厂；HH－2数显电子恒温水浴锅：常州国华电器有限公司；AS10200A超声波清洗器：天津奥特赛恩斯仪器有限公司；TP－214电子分析天平：丹佛仪器（北京）有限公司；SD－11蒸煮器：上海纤检仪器有限公司。

1．3 方法

1．3．1 糙米预处理

稻谷经砻谷机砻出糙米，除杂，去除霉变糙米粒、未成熟粒和碎糙米粒，用自封袋封装保存在4℃冰箱中备用。

1．3．2 超声波辅助酶处理糙米

称量糙米15 g，放入具塞锥形瓶中，按质量体积比1∶4添加 pH 5．0，浓度为1 mg／mL的酶溶液，所选酶溶液分别为纤维素酶、果胶酶以及纤维素酶与果胶酶的复合酶（纤维素酶与果胶酶按质量比1∶1混合），然后将具塞锥形瓶放入超声波清洗器中，用热水和冰块调节温度，使温度控制在（50±1℃）范围内［9］，超声波的超声频率为 40 kHz，功率30 W；处理时间分别为 0．5、1．0、1．5、2．0、2．5 h；处理完之后，将处理液倒入锥形瓶中备用，处理的糙米用蒸馏水冲洗3次，放入恒温干燥箱中，35℃干燥24 h，用自封袋封装保存在4℃冰箱中备用。对照组为无超声波辅助。

1．3．3 总糖的检测

蒽酮比色法［13］。

1．3．4 糙米粉糊化黏度的测定

将酶处理糙米用锤式旋风磨打成粉，依据GB／T 2485—2010［14］的检测方法，利用快速黏度仪（RVA）测定，并用TCW（Thermal cline for windows）的配套软件对数据进行记录与分析。RVA所用条件为50℃下保持1 min；以12℃／min的速度上升到95℃（3．75 min）；95℃下保持2．5 min；以12℃／min下降到50℃（3．75 min）；50℃下保持 1 min。搅拌器的转速保持在 160 r／min［15］。

1．3．5 糙米吸水率的测定

首先测定酶处理后糙米的含水量，然后称取糙米5 g，放于盛有蒸馏水的烧杯中然后置于恒温水浴锅中，温度保持在30℃，每小时称量糙米的质量，每个样品做3个平行。按照公式计算糙米的吸水率：

1．3．6 糙米蒸煮后质构特性的测定

称取酶处理后的糙米40 g，放于烧杯中，加入1．5倍的蒸馏水，放入蒸煮器中蒸煮，蒸煮30 min后，室温冷却至28℃，用质构仪检测糙米蒸煮后的质构特性，测试所选平台为圆形平台，P25（25．4 mm直径）探头，压缩比为60%，测前速度10．0 mm／s，测试速度0．5 mm／s，测后速度 5．0 mm／s，两次压缩之间停留 5．0 s。

1．3．7 数据分析

利用SAS9．2数据分析工具对数据进行差异性检测与相关性分析（显著性差异P＜0．05）。

2 结果与分析

2．1 超声波辅助酶处理糙米处理液中总糖的变化

处理液中总糖的含量可以间接的反应出酶对糙米纤维素皮层的分解程度，图1、图2分别为无超声波和超声波辅助酶处理糙米后处理液中总糖的变化曲线。

图1 无超声波辅助酶处理糙米处理液中总糖的变化

图2 超声波辅助下酶处理糙米处理液中总糖的变化

从图1、图2可以看出，随着处理时间的延长，这3种酶液分解得到的总糖量都不断增加。比较超声波对酶处理糙米的影响，可以看出，在无超声波辅助下，2．5 h时纤维素酶分解纤维素皮层得到的总糖量为 52．86 mg，果胶酶 73．36 mg，复合酶 65．46 mg；而有超声波辅助时，2．5 h时纤维素酶分解纤维素皮层得到的总糖量为 61．41 mg，果胶酶 77．58 mg，复合酶95．31 mg，分解得到的总糖量分别增长16%，6%和47%，说明了超声波对3种酶液分解纤维素皮层均有显著的促进作用，同一时间点分解得到的总糖量大于无超声波辅助下酶分解得到的总糖量，这可能是由于低频率超声波的振动、空化作用，使得纤维素层变得松散，酶分子容易与底物结合，提高分解反应速度，缩短分解反应时间。值得一提的是3种酶液自身对纤维素皮层的分解速度也不相同，从图1中可以看出，无超声波辅助下，果胶酶在1．5 h时分解的总糖量超过了复合酶，2 h时分解的总糖量趋于恒定，而纤维素酶和复合酶对纤维素皮层的分解速度依然呈上升趋势，这可能是由于植物细胞的细胞壁外层即胞间层中含有一定量的果胶，果胶的存在一定程度上阻碍了纤维素酶与底物的结合，降低了纤维素酶对纤维素的分解速度。相比较，从图2中可以看出，超声波对于3种酶液分解纤维素皮层的影响，主要区别在于1 h后复合酶对于纤维素皮层分解速度显著加快，超过了果胶酶，说明了复合酶液中果胶酶的优先作用也加快了纤维素酶对糙米纤维素皮层的分解。因此，所选用的3种酶液中，果胶酶和纤维素酶按质量比1∶1混合的复合酶液在超声波辅助下对糙米纤维素皮层的分解效果最好。

2．2 超声波辅助酶处理对糙米粉糊化黏度的影响

图3为超声波辅助3种酶液处理糙米2．5 h后糙米粉的糊化黏度曲线，可以看出，经超声波辅助酶处理后的糙米粉的糊化黏度有显著提高。淀粉的糊化黏度特性影响到食品的加工性能、贮存和口感，淀粉的含量是影响糊化黏度的最直观因素［16］。糙米因保留了纤维素皮层，而导致淀粉的糊化黏度下降［17］。当使用外源酶分解纤维素后，降低了糙米粉中纤维素的含量，在一定程度上相当于增加了淀粉的含量，导致糊化黏度的提高。对比不同酶的影响，纤维素酶处理糙米后对于糙米粉糊化黏度的提高优于果胶酶。图4为两种处理方式下复合酶处理糙米2．5 h后糙米粉的糊化黏度曲线，由图4可见，在超声波辅助下复合酶处理糙米后糙米粉的峰值黏度、谷值黏度和最终黏度分别为 370．5，163．83和285．25 RVU；而无超声波辅助下糙米粉峰值黏度、谷值黏度和最终黏度分别为 314．83，137．92和250．33 RVU。超声波的介入促进了酶的反应效率，加快了纤维素的分解。此外，超声波处理还可能改变糙米细胞壁的结构，使其变得松散，从而使淀粉易于从细胞中释放，提高了糙米粉的黏度［18］。

图3 超声波辅助下酶处理糙米对糙米粉糊化黏度的影响

图4 两种处理方式下复合酶对糙米粉糊化黏度的影响

2．3 超声波辅助酶处理糙米对其吸水率的影响

糙米吸水率的变化反映糙米在浸泡过程中对水分的吸收能力，糙米吸水率的提高有助于降低糙米的蒸煮时间，减少部分营养物质在长时间蒸煮过程中的损失。图5为超声波辅助3种酶液处理糙米2．5 h后糙米的吸水率变化图，可以看出经超声波辅助酶处理后的糙米吸水速率明显加快，最终平衡的含水率也有所提高，其中复合酶影响最大，处理后的糙米在浸泡1 h时的含水率为28．4%，最终平衡的含水率为33．2%，纤维素酶处理后的糙米1 h时含水率为28．0%，最终平衡的含水率为32．3%，果胶酶处理后的糙米1 h时的含水率为27．2%，最终平衡的含水率为32．1%，而未经酶处理的糙米1 h时的含水率只有24．1%，最终平衡的含水率为31．6，这主要是由于3种酶液对纤维素皮层的分解，会降低水分进入糙米内部的阻力，缩短糙米吸水达到最大值的时间。对比3种酶液对于纤维素皮层的分解程度（图2），可以推断糙米皮层中纤维素对水分子进入糙米内部的影响较大，果胶影响较小，这可能是由于纤维素和果胶在水中的溶解性不同而造成的。图6对比了两种处理方式下纤维素酶处理糙米2．5 h后对糙米吸水率的影响，可以看出超声波辅助使糙米的吸水率显著加快，其原因在于超声波促进了酶对纤维素和果胶的分解，还可能使得纤维素结构变得更为松散，有利于水分子的进入。崔璐等［19］利用超声波处理糙米，得出超声波处理增加了糙米的水分吸收通道，从而提高糙米的吸水率。

图5 超声波辅助下酶处理糙米对糙米吸水率的影响

图6 两种处理方式下纤维素酶对糙米吸水率的影响

2．4 超声波辅助酶处理对糙米的蒸煮质构的影响

糙米皮层在酶的作用下，适当的分解掉一部分纤维素和果胶，造成糙米蒸煮后适口性的改变［9］，而质构仪可以近似的模仿人们的口腔咀嚼［20］，得到相关的分析参数。表1中列出了不同酶在两种处理方式下处理糙米2．5 h后的分解得到的总糖量，以及对应的糙米在蒸煮后用质构仪检测得到的相关指标的数据；表2列出的是质构仪测定的指标参数与分解得到的总糖量的相关性系数、方差F值、显著性分析P值；从表1中可以看出，3种酶液的使用可以分解糙米的纤维素皮层，从而降低蒸煮后糙米饭的硬度，使得糙米的适口性增加。而超声波的使用促进了这一过程，使得蒸煮后糙米饭的硬度进一步降低。从表2中可以看出，糙米蒸煮后的硬度与酶液分解纤维素皮层得到的总糖存在着显著的相关性（P＜0．05），相关系数为 －0．828，说明分解得到的总糖越多硬度就越低。与之类似的是糙米蒸煮后的黏着性、咀嚼性和回复性与分解得到的总糖量也存在显著的相关性（P＜0．05），相关系数分别为 －0．837、－0．853、－0．827。而弹性、内聚性、胶粘性与分解得到的总糖量无统计学上的相关性（P＞0．05）。综上，纤维素皮层的分解造成了糙米饭硬度的降低、黏着性降低、咀嚼性降低、回复性减小，糙米饭的食用品质得到显著的改善。

表1 酶处理对糙米的蒸煮质构的影响

表2 质构仪参数与总糖量之间的相关性分析和显著性分析

3 结论

超声波具有空化、传质作用，应用于辅助糙米的酶处理过程，有效地提高了酶反应的效率和缩短了反应时间。在2．5 h时纤维素酶、果胶酶、复合酶分解纤维素皮层得到的总糖量分别为61．41、77．58、95．31 mg，分别是无超声波辅助下的 1．16倍、1．06倍和1．47倍。此外，超声波对于三种酶液分解纤维素皮层的影响，主要区别在于1 h后复合酶对于纤维素皮层分解速度显著加快，超过了果胶酶，说明了复合酶液中果胶酶的优先作用也加快了纤维素酶对糙米纤维素皮层的分解。随着纤维素皮层的分解，糙米粉中纤维素含量降低，在一定程度上增加了淀粉的含量，因而超声波辅助酶处理后糙米粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度均得到提高，其中超声波辅助复合酶处理糙米2．5 h后糙米粉的峰值黏度、谷值黏度和最终黏度分别为 370．5，163．83和 285．25 RVU。超声波辅助酶处理后的糙米吸水率有明显的加快，最终平衡后的含水率有所提高。从糙米蒸煮后的质构参数的变化中可以看出，糙米饭硬度、黏着性、咀嚼性、回复性因为纤维素皮层的分解而降低，并与分解得到的总糖量存在着显著的负相关性（P＜0．05），相关系数分别为 －0．828、－0．837、－0．853、－0．827。由此可见，酶对糙米纤维素皮层的适当分解可以一定程度上改善糙米的食用品质及可加工性，超声波的介入可以有效的加快酶的分解反应速率，缩短反应时间。酶与超声波技术的结合将使酶法改良糙米的食用品质有更好的推广前景。

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