李莎莎,吴娜娜,谭　斌,*,李兴峰

(1.国家粮食局科学研究院,北京 100037;2.河北科技大学生物科学与工程学院,河北石家庄 050018)



直链淀粉含量差异对糙米粉质特性影响研究

李莎莎1,2,吴娜娜1,谭斌1,*,李兴峰2

(1.国家粮食局科学研究院,北京 100037;2.河北科技大学生物科学与工程学院,河北石家庄 050018)

本文选取了5种直链淀粉含量差异较大的非糯糙米粉为原料,以凝胶质构特性、动态流变特性和热机械性质(Mixolab)为分析指标,比较5种不同品种糙米的粉质特性的差异性。结果显示,不同直链淀粉含量的糙米粉粉质特性差异性显著(p<0.05),直链淀粉含量越高,糙米粉凝胶回复性以及流变性质最大弹性模量和粘性模量均呈增长的趋势,凝胶内聚性、糙米粉吸水率和粘度谷值逐渐减小。直链淀粉含量差异对糙米粉质特性影响较大,该研究为加工不同糙米制品原料的选取提供理论依据。

糙米粉,凝胶质构特性,流变特性,热机械性质

糙米是指谷物进行脱壳之后的产品,除了淀粉、脂质、蛋白质以及维生素和矿物质含量丰富之外,还有许多功能性因子,越来越被大家所重视[1]。糙米由于直接食用口感粗糙,所以可以粉碎处理之后再进行加工,制成高附加值的产品,例如糙米面包、糙米曲奇饼等焙烤食品、速食糙米粉、糙米保鲜湿米粉等[1]。我国稻谷资源丰富,品种众多,不同品种糙米粉的加工适应性也不同,研究不同品种糙米粉的性质意义重大。

在高温度(95 ℃)条件下,淀粉颗粒吸水膨胀,直链淀粉分子逸出,在降温过程中,水合并分散的淀粉分子重新缔合,形成凝胶[2]。凝胶的黏弹性、强度等特性对凝胶体的加工、成型性能以及淀粉质食品的口感、稳定性、速食性能等都有较大影响[3]。研究发现,直链淀粉含量、淀粉直支比、淀粉颗粒大小、磷脂以及蛋白含量等都会影响淀粉的凝胶特性[4-5],除此之外,加水量、加热温度以及静置温度与时间也会影响凝胶性质[3]。动态流变仪和质构仪均可以分析凝胶形成过程中的弹性、粘性等性质。Mixolab[6]可以根据热力流变学原理分析样品的蛋白质流体特性和淀粉糊化性质,从而检测其加工品质。

近年,糙米的发展潜力受到众多学者的关注,研究开发糙米新型食品具有广阔的市场前景。糙米粉的性质与米制品加工品质息息相关,目前对于不同品种稻米粉质特性的比较研究大多是研究精白米,而糙米营养素含量不同于精白米,其粉质特性与加工性能也存在差异[7]。本文主要通过比较5种直链淀粉含量差异较大的非糯糙米粉凝胶特性、流变特性和粉热机械性质的区别,为加工糙米制品提供理论依据。

表2　5种不同品种糙米主要组分Table 2　The main component of five different varieties of brown rice

注:直链淀粉含量以总淀粉中直链淀粉含量的百分比表示,所有数据结果均以干基计算,以标准值±标准偏差表示,同一列不同字母代表样品间存在显著差异性(p<0.05)。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

5种糙米类型及来源如表1所示。

表1　5种糙米来源及类型Table 1　The sources and types of five kinds brown rice

马铃薯直链淀粉(10130,1g)、马铃薯支链淀粉(10118,5g)Sigma公司;总淀粉试剂盒Megazyme公司;其余试剂均分析纯。

电子分析天平瑞士梅特勒托利多公司;TA.XT2i Plus质构仪英国Stable Micro System公司;AR-2000动态流变仪上海曲晨机电技术有限公司;法国肖邦Mixolab混合实验仪法国肖邦技术公司;HCJ-6D水浴恒温磁力搅拌器常州恒睿仪器设备制造有限公司。

1.2实验方法

1.2.1基本组分测定水分含量的测定:采用AACC 44-19,135 ℃烘箱干燥法(AACC,2000)[8];蛋白质含量的测定:采用GB/T 24318-2009,杜马斯燃烧法[9];总淀粉含量的测定:采用Megazyme总淀粉测定试剂盒(K-TSTA 04/2009);粗脂肪的测定:根据GB/T 5512-2008,粮食中粗脂肪含量测定[10];直链淀粉测定:碘蓝比色法,根据Mcgrance等人[11]的方法测定。

1.2.2凝胶质构特性参照佟立涛[12]的方法并稍加修改,取一定量的糙米粉加水配成质量分数为20%的悬浮液(以干基计),充分混匀,在磁力恒温水浴锅中95 ℃条件下糊化30 min,取出后冷却到室温,保鲜膜封口。置于4 ℃冰箱中20 h,取出后使用TA.XT2i Plus型质构仪,采用二次压缩法测定糙米粉的凝胶特性,测试探头为P/36R,测前速度为0.5 mm/s,测试速度为0.5 mm/s,测后速度5.0 mm/s,压缩形变50%,触发力5 g,2次压缩间隔3 s。

1.2.3流变特性参照Cham和高晓旭[13-14]方法并加以改进,使用动态流变仪以及φ 40 mm的不锈钢平行板,应变和频率分别为1%和1 Hz。配干基10%糙米粉溶液,充分混匀,取2 mL溶液滴于控温下板的中心位置,下降转子到一定位置,清理掉转子周围多余的样品,加硅油密封。以2 ℃/min的速度从45 ℃加热到85 ℃,平衡10 s,再以同样的速率从85 ℃降到25 ℃,测定糙米粉在加热及冷却过程中贮能模量G′、损耗模量G″的变化。

1.2.4热机械性质(Mixolab)采用混合实验仪(Mixolab)测定不同品种糙米粉的热机械性质。实验条件设定按照“Chopin+”标准,吸水率60%,水分基数14%湿基;目标扭矩(1.1±0.05)Nm,转速80 r/min,粉团重量75 g,和粉初始温度30 ℃,第l阶段30 ℃恒温8 min,第2阶段从30 ℃升温到90 ℃共15 min,第3阶段90 ℃恒温保持7 min,第4阶段从90 ℃降温至50 ℃共10 min,第5阶段50 ℃恒温5 min,实验总时间45 min。

1.2.5数据处理数据统计采用SPSS 17.0进行数据分析,显著性分析采用Ducan’s多重检验,p<0.05判断为显著。采用Origin 8.0软件进行作图。

2　结果与分析

2.1不同品种糙米基本组分

不同品种糙米的基本理化指标如表2所示。由表2可看出不同品种糙米的总淀粉含量在77%～82%之间,品种之间没有太大差异性;粗蛋白含量8%～12%,江西2014晚糙米最高,黑龙江长粒糙米最低;粗脂肪含量从2.38%～3.00%,江西2014晚最高,湖南早最低;而直链淀粉含量从15%～22%,直支比从19%～28%,江西2014年早糙米的直链淀粉含量最高,达到21.88%,直支比为28.01%,黑龙江圆粒的直链淀粉含量最低为15.96%,直支比为19.01%,样品间存在显著性差异,说明所选样品具有代表性。

表3　不同品种糙米粉凝胶质构特性(TPA)Table 3　The gel textural properties(TPA)of different varieties of brown rice flour

注:数据以平均值±标准偏差表示,同一列不同字母代表样品间存在显著差异性(p<0.05)，表4、表5同。

2.2凝胶特性

由TPA 2次压缩曲线得出不同直链淀粉含量糙米粉凝胶特性参数值(如表3),从表3中可以看出品种不同,其凝胶特性各参数值存在差异性,凝胶硬度湖南早最大,与其他品种间存在显著差异性,可能由于在加热过程中脂肪的融溶以及蛋白的变性凝聚等因素也对米粉凝胶形成有序结构起到一定的空间阻碍作用[15],所以凝胶硬度并非随直链淀粉含量的增加而增加。

凝胶粘弹性均对淀粉类食品品质有较大影响[3],所选样品中,江西2014晚糙米粘性最大,黑龙江长粒最小,淀粉分子链长不同,粘性存在差异[16],弹性反映的是凝胶受到挤压后恢复形变的能力,受淀粉分子所形成网状结构的交联点数量和交联点密度的影响,有效交联点数目越多,凝胶弹性越大[17],所选糙米品种间差异不大,可能由于除直链淀粉含量外,糙米的成分组成,淀粉颗粒致密程度等因素也会影响糙米粉的凝胶特性[18];黑龙江圆粒内聚性最大,其糙米粉内部作用力最强,湖南早内聚性最小,随直链淀粉含量的增加,内聚性减小;湖南早耐咀性最大,需要用更多的能量去咀嚼,黑龙江长粒耐咀性最小,不同品种糙米耐咀性有显著差异;江西2014早回复性最大,直链淀粉含量越高,回复性越大。

2.3流变特性

通过流变仪测定的糙米粉溶液弹性模量G′及粘性模量G″的曲线图如图1所示,从图1中可知,在初始阶段,由于温度较低,弹性模量及粘性模量基本无变化,随温度的升高,淀粉颗粒吸水膨胀,到达某一临界温度时,弹性模量及粘性模量显著增加至最大值,图中可知,G′、G″显著增加的温度,黑龙江长粒最小,其次是黑龙江圆粒,在60 ℃左右就出现粘弹性的变化,而湖南早糙米、江西2014早、江西2014晚则在70 ℃左右才开始出现粘弹性的显著变化,可能是因为直链淀粉含量较高,导致糊化温度较高。

图1　不同品种糙米粉的流变特性Fig.1　The rheological properties of different varieties of brown rice flour注:A为5种糙米粉弹性模量变化曲线,B为 A局部放大图;C为5种糙米粉粘性模量变化曲线。

随温度升高,G′、G″逐渐到达最大值,如表4所示,湖南早的弹性模量和粘性模量均最大,黑龙江长粒最小,随直链淀粉含量的增高,最大弹性模量和最大粘性模量呈增长趋势,但是线性关系并不良好,可能是因为除直链淀粉外,脂肪含量以及淀粉颗粒大小、形状、磷酸单脂含量等均会影响糙米粉流变性能[19]。

表4　不同品种糙米粉流变性质Table 4　The rheological properties of different varieties of brown rice flour

从图中可知江西2014早及江西2014晚糙米G′在80 ℃左右时弹性模量达到最大值,后趋于平稳,其余品种达到最大弹性模量的时间较晚,随温度的升高,在将近85 ℃时达到峰值,随后随温度的降低,弹性模量缓慢增加,可能由于淀粉颗粒较完整,直链淀粉持续较慢溶出,同时小分子支链淀粉的溶出导致凝胶弹性的轻微增加[14]。黑龙江圆粒与黑龙江长粒在65 ℃时即达到最大粘性模量,时间比其他品种要早,之后趋于平缓,其余品种达到最大粘性模量的时间较晚,在75 ℃左右,且出现一个小峰,由于分子交联结构增多和小分子支链淀粉溶出增多[14],随温度的继续升高,粘性模量缓慢下降。在降温过程中,粘性模量又缓慢上升。

表5　不同品种糙米粉Mixolab参数Table 5　The mixolab parameters of different varieties of brown rice flour

2.4粉热机械性质(Mixolab)

用Mixolab 测试仪测定不同品种糙米粉加水后恒温揉混及粉团升温后蛋白质弱化和淀粉糊化特性,其结果如表5所示。表中可知江西2014早吸水率最小,可能由于其直链淀粉含量较高,需要较少的水分就可以到达粉团的目标扭矩 C1((1.1±0.05)Nm)[20];形成时间和稳定时间反映的是糙米粉吸水后在面团搅拌过程中形成蛋白质网络结构的强度[21],成团时间湖南早最大(3.37 min),江西2014晚最小(1.58 min),说明湖南早糙米粉粉团筋力最强;C2指面团在受到机械及热作用后扭矩降低的最小值,反映粉团的机械力稳定性,不同糙米样品间C2值没有区别,均为0左右;糙米样品间弱化度区别不大,湖南早以及黑龙江长粒最大,说明其米粉团稳定性能力较好,江西2014晚次之。

第二阶段,温度从30 ℃上升至90 ℃,淀粉开始糊化,粘度增加,C3为峰值粘度,黑龙江长粒最大,凝胶形成能力最强,黑龙江圆粒次之,直链淀粉含量越大,粘度峰值越小;长时间受机械力的作用,粘度开始下降至最低粘度C4,直链淀粉含量越高,最低粘度越小;C3与C4的差值表示衰减值,衰减值越小,表明淀粉颗粒膨胀过程中强度越大,不易破裂,热糊的稳定性好[17],黑龙江长粒的的衰减值最大,黑龙江圆粒次之;随温度的降低,淀粉开始回生,C5表示回生终点值,黑龙江圆粒显著大于江西2014晚,湖南早以及江西2014早,这可能与直链淀粉聚合度和支链淀粉分子结构有关[22]。

3　结论与讨论

本文对5种糙米粉的粉质特性进行了比较,5种直链淀粉含量差异较大的非糯糙米间的凝胶特性、流变特性以及粉热机械性质差异较大。所选样品中,由于直链淀粉含量较高,江西2014早糙米粉凝胶硬度、凝胶回复性以及流变性质最大弹性模量和粘性模量均较高,凝胶内聚性和糙米粉吸水率、粘度谷值低于其余品种糙米粉。

本文所选5种糙米中,黑龙江长粒与黑龙江圆粒粘性较好,硬度较低,以粒型食用品质更好;而湖南早和江西2014晚由于直链淀粉含量较高,其凝胶硬度,弹性,耐咀性等性质较好。本研究中所选样品直链淀粉含量最高为21.88%,直链淀粉含量更高的糙米品种间粉质特性的差异性还需进一步研究。本研究将为之后开发新型糙米制品选取原料提供理论依据,可以根据特定糙米制品粉质特性的要求,分别将不同品种的糙米粉应用在糙米面包、糙米米粉、糙米曲奇饼等糙米产品中。

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Effect of differences of amylose content on the characteristics of brown rice flour

LI Sha-sha1,2,WU Na-na1,TAN Bin1,*,LI Xing-feng2

(1.Academy of State Administration of Grain,Beijing 100037,China;2.College of Biological Science and Engineering,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang 050018,China)

In this paper,five kinds of non-glutinous brown rice flour with quite different contents of amylose were as raw materials,and gel structure characteristics,dynamic rheological properties and thermal mechanical properties(Mixolab)were determined to compare the differences of their flour properties. The results showed that flour properties of brown rice with different amylose contents exhibited significant difference(p<0.05). Gel resilience maximum elastic modulus and viscous modulus of rheology of brown rice flour showed an increasing trend with the increasing of amylose content,but the gel cohesiveness,water absorption and viscosity valley were decreased. The difference of amylose content had great influence on the characteristics of brown rice flour,it might be to provide the basis for selecting raw materials for processing brown rice products.

brown rice flour;gel texture characteristics;dynamic rheological properties;thermal mechanical properties

2016-01-12

李莎莎(1991-)，女，硕士研究生，研究方向：谷物精深加工，E-mail:769978022@qq.com。

谭斌(1972-)，男，博士，研究员，研究方向：粮食加工，E-mail:tb@chinagrain.org。

国家自然科学基金青年基金项目(31501524);中央级公益性科研院所基本科研业务费(ZX1511)。

TS201.1

A

1002-0306(2016)15-0086-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.15.008