物性處理對(duì)秈米粉及其淀粉回生的影響

吳 躍 陳正行 林親錄 吳 偉 肖華西

(中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院1，長(zhǎng)沙 410004)

(江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江南大學(xué)食品學(xué)院2，無錫 214122)

物性處理對(duì)秈米粉及其淀粉回生的影響

吳 躍1陳正行2林親錄1吳 偉1肖華西1

(中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院1，長(zhǎng)沙 410004)

(江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江南大學(xué)食品學(xué)院2，無錫 214122)

研究了三次瞬時(shí)攪拌(方法A)和三次瞬時(shí)加熱－攪拌(方法B)兩種物性處理對(duì)秈米粉及其淀粉回生的影響，方法A即攪拌(500 r/min)20 s后加2 mL水，如此重復(fù)一次，最后再攪拌20 s，方法B與方法A不同的是邊加熱(100℃)邊攪拌。結(jié)果表明，方法B處理能明顯推遲秈米粉的回生。與空白樣品(5.93 J/干米粉g)和方法A處理的樣品(5.08 J/干米粉g)相比，方法B處理的秈米粉有最低的回生焓值(3.04 J/干米粉g)，但方法A和方法B處理對(duì)秈米淀粉的回生均沒有影響。通過SEM觀察發(fā)現(xiàn)，方法B處理能增大秈米粉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)孔，說明樣品存在大量聚集水。秈米粉及其淀粉經(jīng)過相同處理但得到的不同結(jié)果說明，方法B處理能使米粉中的米蛋白具有抗淀粉回生能力。

瞬時(shí)加熱－攪拌 秈米粉 蛋白 淀粉 回生

淀粉回生(retrogradation)亦稱老化、凝沉、β－化。這個(gè)過程發(fā)生在糊化后的淀粉分子貯存在低于溶解溫度以下，此時(shí)直鏈和支鏈淀粉分子開始重新結(jié)合形成有序的結(jié)構(gòu)。從熱力學(xué)角度來看，已糊化的淀粉回生趨勢(shì)是很難避免的，而徹底解決淀粉的回生問題，仍然是個(gè)世界性難題。抑制淀粉回生的方法主要有酶法、化學(xué)以及物理方法。其中，生物酶法抑制淀粉回生效果明顯，如在饅頭、面包和米粉等的制作過程中添加淀粉酶，可有效延長(zhǎng)米面制品的保鮮時(shí)間，但酶法處理過的產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)表面組織狀態(tài)差、食味不佳等技術(shù)弊端。而化學(xué)方法顯然會(huì)帶來食品安全問題。目前，利用物性處理方法抑制淀粉回生成為研究熱點(diǎn)，如采用膨化擠壓、超聲波、超高壓、濕熱處理、微波輻射等處理手段達(dá)到抗淀粉回生的目的［1－3］。

大米蛋白質(zhì)與小麥蛋白質(zhì)的主要區(qū)別在于，小麥蛋白質(zhì)可以形成面筋。高筋小麥粉制成的面點(diǎn)比低筋小麥粉制成的面點(diǎn)回生速度明顯減慢。因?yàn)槊鎴F(tuán)中的面筋能延緩面點(diǎn)回生的發(fā)生，它的存在妨礙了面點(diǎn)中的淀粉分子之間的相互聚攏，不利于微晶束的形成。面制品回生過程中，糊化淀粉分子轉(zhuǎn)變?yōu)榛厣矸蹠r(shí)，會(huì)排擠一部分水，面筋蛋白可以吸附其中一定量的水，其貯存水分的作用在一定程度上也延緩了淀粉分子的回生［4］，而傳統(tǒng)的大米中的蛋白卻不具備這樣的作用。本試驗(yàn)欲研究一種簡(jiǎn)單的物性處理方法，其可改變米粉中米蛋白的物理特性使其具有與小麥蛋白類似的抗淀粉回生能力。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

早秈米，安徽定遠(yuǎn)(市售);參照文獻(xiàn)［5］提取秈米淀粉，按文獻(xiàn)［6］測(cè)定淀粉中含直鏈淀粉24.3%，按照國標(biāo)GB/T 5009.5—2003測(cè)定含蛋白質(zhì)0.62%。

SHA－BA水浴恒溫振蕩器:江蘇金壇市雙捷實(shí)驗(yàn)儀器廠;RW20數(shù)顯型頂置式電子攪拌器:德國IKA公司;Pyris 1型差示掃描量熱儀DSC:美國PE公司;Quanta－200掃描電鏡SEM:荷蘭FEI公司。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 秈米粉及其淀粉的處理過程

新鮮市售的早秈米用粉碎機(jī)粉碎后，過100目篩，裝入自封袋中備用。表1中給出了秈米粉及其淀粉的處理過程。其中，方法A代表的是三次瞬時(shí)攪拌處理，方法B代表的是三次瞬時(shí)加熱－攪拌處理，這兩種方法的不同之處在于，方法B是在100℃的沸水浴中進(jìn)行加熱－攪拌處理。試驗(yàn)中選用的是不銹鋼的螺旋漿式攪拌槳(四葉片)，攪拌速率均為500 r/min。

表1 秈米粉及其淀粉的處理方法

1.2.2 糊化和回生試驗(yàn)

空白以及兩種方法處理后的樣品(秈米粉或其淀粉)在密閉的沸水浴中(100℃)蒸汽加熱20 min進(jìn)行糊化。隨后，冷卻的樣品在4℃下貯存7 d使其回生?；厣蟮臉悠愤M(jìn)行冷凍干燥、研磨，過200目篩后，進(jìn)行后續(xù)的回生程度檢測(cè)。

1.2.3 切面掃描電鏡觀察

糊化后的處理樣品立即進(jìn)行冷凍干燥，凍干好的樣品，用單面刀片從樣品中心片開，樣品鍍金后，10 kV的加速電壓進(jìn)行檢測(cè)，觀察樣品切面形貌。

1.2.4 差示掃描量熱儀分析

首先，用標(biāo)準(zhǔn)銦對(duì)差示掃描量熱儀(DSC)進(jìn)行溫度和熱焓校正。稱取2 mg回生樣品到PE公司的液體坩堝中，按1∶2(質(zhì)量比)的比例加入去離子水。樣品密封后在室溫下放置24 h平衡。然后在DSC上進(jìn)行回生程度測(cè)定，條件是以10℃/min的速度從20℃加熱到95℃，以空坩堝作參比，載氣為氮?dú)?，流?0 mL/min。從DSC的回生曲線中，根據(jù)峰面積計(jì)算樣品的回生焓值(ΔHr)。

2 結(jié)果與分析

2.1 掃描電鏡觀察結(jié)果

通過SEM觀察，可以發(fā)現(xiàn)未處理的秈米粉(圖1a)和未處理的秈米淀粉(圖1d)樣品糊化后形態(tài)是不同的，秈米粉比其淀粉表現(xiàn)出更多的團(tuán)絮狀，可能是因?yàn)榇嬖诖竺椎鞍?，使其具有一些交?lián)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，兩種方法處理的秈米粉之間(圖1b、圖1c)以及與未處理的秈米粉(圖1a)的切面SEM圖有較大差異。其中方法B處理的秈米粉(圖1c)具有明顯的大網(wǎng)孔。網(wǎng)孔是樣品在冷凍干燥后脫水形成的，這也說明方法B處理后的秈米粉與未處理和方法A處理的樣品相比，在糊化后能夠形成更大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并存在大量的聚集水。與之不同的是，方法B處理的秈米淀粉(圖1f)與未處理(圖1d)和方法A處理的樣品(圖1e)，不存在這樣明顯的差異。以上觀察結(jié)果可以表明，方法B能擴(kuò)大秈米粉的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并提高其持水性，但對(duì)秈米淀粉沒有這方面的影響。造成這種不同的原因，可能是秈米粉中含有大米蛋白，蛋白在短時(shí)間加熱的情況下與緊密結(jié)合的淀粉分離開來，又通過三次攪拌處理提高了其乳化性，進(jìn)而形成更大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使其周圍存在大量聚集水。

圖1 處理的秈米粉及其淀粉糊化后切面SEM圖

2.2 回生程度測(cè)定結(jié)果

經(jīng)過4℃下貯存7 d，糊化的淀粉分子重新結(jié)合成有序的結(jié)構(gòu)，即所謂的回生。圖2顯示了處理的秈米粉、秈米淀粉以及空白的回生熱分析曲線。其中，方法B處理的秈米粉的回生峰明顯小于方法A處理的和空白樣品(圖2a)，但是，方法A和方法B處理的秈米淀粉以及未處理這三者的回生峰大小看上去幾乎相同(圖2b)。同時(shí)，表2列出了處理的秈米粉及其淀粉以及相應(yīng)空白樣品在4℃下貯存7 d的回生焓值(ΔHr)。表2中數(shù)值清楚表明，方法B處理的秈米粉(3.54 J/干米粉 g)與方法 A處理的(5.08 J/干米粉g)以及空白樣品(5.93 J/干米粉g)相比有最低的回生焓值。與此不同的是，方法A處理的秈米淀粉(5.14 J/干淀粉g)和方法B處理的(5.34 J/干淀粉g)以及空白樣品(5.13 J/干淀粉g)相比三者之間沒有顯著性差異。因此，可以認(rèn)為方法B也就是三次瞬時(shí)加熱－攪拌物性處理能抑制秈米粉的回生，但對(duì)秈米淀粉的回生沒有影響。

圖2 秈米粉及其淀粉糊化后在4℃下貯存7 d的回生熱分析曲線

表2 處理的秈米粉及其淀粉糊化后在4℃下貯存7 d的回生焓值

3 討論

試驗(yàn)研究表明，在影響方法B處理的秈米粉回生性質(zhì)方面，大米蛋白看上去是一個(gè)重要因素。方法B處理可能引起了大米蛋白一些特性的變化，最終這些大米蛋白的變化促進(jìn)了形成更大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此具有更強(qiáng)的持水能力即圖1中SEM觀察得到的，從而阻止淀粉分子在貯存過程中的重結(jié)晶。另外，研究人員認(rèn)為，攪拌對(duì)發(fā)酵時(shí)面團(tuán)的持氣力有很大影響，只有充分的攪拌才能形成良好的面筋網(wǎng)絡(luò)，從而提高面團(tuán)的持氣力，攪拌不足和過度攪拌都會(huì)削弱面筋強(qiáng)度［7］，同理可推，可能在本試驗(yàn)中通過三次瞬時(shí)加熱－攪拌也能使米粉中蛋白形成良好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)延緩淀粉回生有很大作用。許多報(bào)道已經(jīng)顯示，小麥粉中的小麥蛋白是影響面包回生的一個(gè)重要因素。一些研究人員已經(jīng)證明小麥蛋白可以推遲面包的回生。小麥粉中的谷蛋白在面包回生中起到重要作用是通過形成擴(kuò)張的蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣能減慢水從面包心向面包皮的移動(dòng)以此來保持面包心松軟［8］。

再者，可能由于經(jīng)過三次瞬時(shí)加熱－攪拌處理后，促進(jìn)了蛋白－淀粉的相互作用，Martin等［9］也報(bào)道了溶脹的淀粉顆粒和谷蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間通過氫鍵存在相互作用，這樣抑制了面包回生。大米蛋白大部分存在于胚乳細(xì)胞中，位于淀粉顆粒之間，與大米淀粉緊密結(jié)合在一起［10－11］。因此，可以假設(shè)大米蛋白和淀粉的這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)能說明三次瞬時(shí)加熱－攪拌處理的抗回生作用。起初，隨著加熱米粉顆粒開始溶脹、破裂，釋放出蛋白。此時(shí)，大米蛋白通過三次快速攪拌具有更好的乳化性能。眾所周知，乳化劑可以通過和淀粉形成復(fù)合物來推遲硬化和回生［4，12］。研究人員也開展了許多關(guān)于淀粉和谷物蛋白之間相互作用的研究工作。如米粒中富含的貯存蛋白－米谷蛋白(占整體蛋白80% ～90%)其能與直鏈和/或支鏈淀粉結(jié)合［13］;Dahle［14］通過測(cè)定小麥蛋白存在時(shí)，直鏈淀粉－碘和支鏈淀粉－碘復(fù)合物的吸收情況，以此研究溶液中小麥淀粉－蛋白相互作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)糊化的小麥淀粉和小麥蛋白存在相互作用，其可以干擾淀粉－碘復(fù)合物相關(guān)的藍(lán)值大小;另外，蛋白被認(rèn)為能影響抗性淀粉Ⅲ也就是回生淀粉的形成［15］，如牛血清白蛋白存在時(shí)就能降低抗性淀粉Ⅲ的形成量［16］。

值得注意的是，研究中也將提取出的大米蛋白(0.08 mol/L NaOH堿法提取)按秈米粉中蛋白含量加入到秈米淀粉中，在相同的瞬時(shí)加熱－攪拌物性處理下，外加大米蛋白并未表現(xiàn)出明顯地抑制秈米淀粉回生作用。因?yàn)?，堿提蛋白占米粉中蛋白的70%～90%，因此可能不是剩余少量蛋白起到抗回生作用，而是外加蛋白在這種物理技術(shù)處理下沒有如米粉原有體系中蛋白那樣形成更好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或有效地與淀粉結(jié)合。

4 結(jié)論

以上研究可以發(fā)現(xiàn)，三次瞬時(shí)攪拌處理即方法A對(duì)秈米粉的回生沒有影響，但三次瞬時(shí)加熱－攪拌處理即方法B能顯著抑制秈米粉的回生。而方法A和方法B對(duì)秈米淀粉的回生均沒有影響。從秈米粉和淀粉經(jīng)過相同處理得到的不同結(jié)果，可以推測(cè)出，經(jīng)過方法B處理能使米粉中的米蛋白具有抗淀粉回生能力。通過SEM觀察證明，方法B處理能增大秈米粉中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)孔，說明此種方法處理的米粉在糊化后有大量聚集水存在。這可能是由于方法B處理后提高米粉中米蛋白的乳化性使其周圍能結(jié)合大量水，而大量的聚集水存在可使秈米粉中的淀粉分子不易結(jié)合，從而在貯存中不易回生。

再者，方法A處理不能抑制秈米粉的回生，這可能是與米粉中蛋白和淀粉的獨(dú)特結(jié)構(gòu)有關(guān)。因?yàn)槊追壑械鞍缀偷矸劢Y(jié)合緊密，在不加熱的情況下，蛋白不易暴露出來，攪拌處理不能對(duì)米蛋白發(fā)揮作用，因此無法使其具有抗淀粉回生的能力。

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Effect of Physical Treatment on Retrogradation of Long-shaped Rice Flour and Starch

Wu Yue1Chen Zhengxing2Lin Qinlu1Wu Wei1Xiao Huaxi1
(Faculty of Food Science and Engineering，Center South University of Forestry and Technology1，Changsha 410004)
(State Key Laboratory of Food Science and Technology，School of Food Science and Technology，Jiangnan University2，Wuxi214122)

The effect on physical treatments including three instant stirrings (Method A)and three instant heating stirrings(method B)on the retrogradation of long－ shaped rice flour and starch were investigated.The method A was that sample was stirred for(500 r/min)20 s，and then 2 mL of water was added.The stirring/adding water cycles were repeated once.Finally，the sample was stirred for 20 s again;the method B was the same as method A，but the samples were stirred with heating in a boiling water bath(100 ℃).The results indicated that method B could clearly retard the retrogradation of long － shaped rice flour.By DSC analysis，long － shaped rice flour treated by method B exhibited the lowest retrogradation enthalpy(3.04 J/g dry flour)as compared to the control(5.93 J/g dry flour)and treated sample(5.08 J/g dry flour)by Method A.But both Method A and B did not affect that of isolated rice starch.By SEM section observation，it was found that method B treatment enlarged mesh of network structure of long －shaped rice flour;it implied that network structure of sample had more gathered water after treatment.The different results of long-shaped rice flour and isolated starch by this same treatment implied that method B treatment might impel rice protein of rice flour to have anti-retrogradation function.

instant heating-stirring，long-shaped rice flour，protein，starch，retrogradation

TN914.3

A

1003－0174(2011)08－0001－05

國家自然科學(xué)基金(31050012)，農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)課題(200903043－2)

2010－10－29

吳躍，女，1981年出生，博士，講師，糧食深加工

陳正行，男，1960年出生，教授，博士生導(dǎo)師，谷物化學(xué)