大米淀粉制備工藝對(duì)其糊化特性和粒度分布的影響

馬申嫣， 范大明*， 王麗云， 龐 珂，黃建聯(lián)， 趙建新， 陳 衛(wèi)， 張 灝

（1.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇無錫 214122；2.無錫華順民生食品有限公司，江蘇 無錫 214218；3.福建安井食品股份有限公司，福建 廈門 361022）

大米淀粉是一種重要的谷物淀粉，在所有已知谷物當(dāng)中，大米淀粉的顆粒粒徑最小，其粒徑為2～8 μm。較之玉米淀粉的 5～25 μm， 小麥淀粉的2～45 μm，馬鈴薯淀粉的 15～100 μm，高粱淀粉的5～25 μm，大米淀粉具有更大的單位表面積，可以吸附更多的風(fēng)味物質(zhì)，且具有滑潤細(xì)膩的口感。其次，大米淀粉是所有淀粉中顏色最白的，可作為糖果或藥片的包衣。再者，大米淀粉本身不含有風(fēng)味，因而作為添加劑使用時(shí)不影響產(chǎn)品的最終風(fēng)味。除此之外，大米淀粉還具有易消化性及完全的無過敏性，使其在嬰兒食品、特種食品及藥品中得到廣泛的應(yīng)用，并可用作食用性標(biāo)簽[1-2]。

正是由于大米淀粉在工業(yè)應(yīng)用中具有諸多優(yōu)勢，國際市場對(duì)高純度大米淀粉（蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.5%）的需求越來越大[3]。然而大米淀粉功能特性的表現(xiàn)常受大米淀粉純度影響[4]，蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的存在對(duì)淀粉的使用存在諸多不利影響，如不能長久保存、蒸煮時(shí)有泡沫、有氣味、水解時(shí)易產(chǎn)生顏色等。Florence等人指出，蛋白質(zhì)中的二硫鍵能形成蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，在大米淀粉中會(huì)影響淀粉的吸水膨脹，使糊化峰值粘度變低[5]。為了保證大米淀粉的功能特性、充分發(fā)揮大米淀粉顆粒小、色澤白等優(yōu)良品質(zhì)，必須將淀粉與其它組分進(jìn)行有效的分離，其中首先要實(shí)現(xiàn)的就是與蛋白質(zhì)的分離。

然而，與玉米和小麥淀粉相比，大米中的淀粉和蛋白質(zhì)結(jié)合非常緊密[6]，且大米淀粉顆粒小使其很難沉于水中，這些特點(diǎn)增加了大米淀粉分離和純化的難度[7]。綜合各種文獻(xiàn)資料，大米淀粉的制備方法主要有堿法、酶法、表面活性劑SDS法。其中，堿法雖然能有效分離出高純度的大米淀粉和蛋白質(zhì)，但是強(qiáng)堿性條件下部分淀粉分子水解，直鏈淀粉分子量降低，導(dǎo)致大米淀粉顆粒性質(zhì)改變，使得大米淀粉原有的品質(zhì)優(yōu)勢大打折扣；表面活性劑法是實(shí)驗(yàn)室制備大米淀粉的常用方法，該法要使用較多的表面活性劑，生產(chǎn)成本較高，同時(shí)分離的大米蛋白已與表面活性劑絡(luò)合，很難再回收利用，達(dá)不到綜合利用的目的[8-9]，且Puchongkavarin等人將酶法處理以后得到的大米淀粉又繼續(xù)用SDS處理，結(jié)果得到的淀粉中蛋白含量顯著降低，但是大米淀粉的糊化峰值粘度和終粘度都有顯著的上升[10]。與表面活性劑法和傳統(tǒng)的堿法工藝相比，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為酶法反應(yīng)條件溫和，淀粉和營養(yǎng)物質(zhì)基本不遭破壞，同時(shí)分離得到的大米蛋白組分可以回收利用[7，11-12]。但是，酶法提取大米淀粉的效率較堿法低，淀粉中的殘余蛋白質(zhì)也較堿法提取的多。

為得到高純度、高品質(zhì)大米淀粉，本文以秈米和粳米為原料，分別采用堿法和酶法制備大米淀粉，研究了不同原料在不同提取方法下得到的大米淀粉其糊化特性及粒度分布，并最終確定了制備大米淀粉的最佳原料及工藝。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料、儀器和試劑

實(shí)驗(yàn)材料：秈米：產(chǎn)地為四川綿陽鹽亨縣新農(nóng)鄉(xiāng)；粳米：安徽霍邱縣守寶米業(yè)有限公司產(chǎn)品。

主要儀器：Universal 320R離心機(jī)：德國Hettich公司產(chǎn)品；KT260凱氏定氮儀：福斯賽諾分析儀器（蘇州）有限公司產(chǎn)品；快速粘度分析儀：澳大利亞Newport Scientific儀器公司產(chǎn)品；BT-9300H激光粒度分析儀：丹東市百特儀器有限公司產(chǎn)品；真空冷凍干燥機(jī)：美國LABCONCO公司產(chǎn)品。

主要試劑：Neutrase 0.8L：丹麥Novo公司產(chǎn)品；堿性蛋白酶：無錫雪梅酶制劑廠產(chǎn)品；中性蛋白酶：無錫雪梅酶制劑廠產(chǎn)品；纖維素酶：無錫雪梅酶制劑廠產(chǎn)品；氫氧化鈉：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；鹽酸：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；正丁醇：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 大米粉的制備 取30 g大米，2倍水清洗1次，在150 mL蒸餾水中浸泡18 h，間歇打漿30 s，自然沉降18 h，棄去上清液，沉淀冷凍干燥，分析研磨儀間歇粉碎30 s，粉末置于干燥器中備用。

1.2.2 大米淀粉的提?。▔A法）取30 g大米，2倍水清洗1遍，在150 mL蒸餾水中浸泡18 h，間歇打漿30 s后離心，棄去上清液。沉淀與0.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的NaOH溶液按質(zhì)量比1∶5混勻，搖床（37℃，100 r/min）反應(yīng)48 h，反應(yīng)過程中，更換一次NaOH溶液。反應(yīng)結(jié)束后離心（10 000g，30 min），刮去表層暗黃色軟物質(zhì)。用去離子水清洗沉淀9次，至上清液的pH≤7且表層無暗黃色物質(zhì)。沉淀加入體積分?jǐn)?shù)63%的正丁醇100 mL，攪拌脫脂18 h。去離子水清洗3次，沉淀冷凍干燥，分析研磨儀間歇粉碎30 s，粉末置于干燥器中備用。

1.2.3 大米淀粉的提取（酶法）取30 g大米，2倍水清洗1遍，在150 mL蒸餾水中浸泡18 h，間歇打漿30 s。調(diào)節(jié)漿液pH至pH=5，加入0.04 g纖維素酶，在酶反應(yīng)器中50℃反應(yīng)2 h。調(diào)節(jié)漿液pH至（1）pH=10， 加入 0.06 g堿性蛋白酶；（2）pH=8，加入0.1 g堿性蛋白酶；（3）pH=7，加入0.9 g液化型中性蛋白酶[13-14]。在酶反應(yīng)器中50℃反應(yīng)4 h。反應(yīng)結(jié)束后離心（10 000g，30 min），刮去表層暗黃色軟物質(zhì)。用去離子水清洗沉淀9次，至表層無暗黃色物質(zhì)。沉淀加入63%（體積分?jǐn)?shù)）的正丁醇100 mL，攪拌脫脂18 h。去離子水清洗3次，沉淀冷凍干燥，分析研磨儀間歇粉碎30 s，粉末置于干燥器中備用。

1.2.4 樣品成分的測定 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)按照GB 5009.3-2010測定；蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)按照GB 5009.5-2010測定；淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)按照GB/T 5009.9-2008酸水解法測定；直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)按照GB/T 15683-2008測定。

1.2.5 RVA測定大米淀粉的糊化特性 按物料質(zhì)量（干基）占總?cè)橐?%，計(jì)算并稱取相應(yīng)質(zhì)量的淀粉，加入蒸餾水25.00 mL?；旌嫌赗VA專用的圓筒形鋁盒，測定程序：50℃下保持1 min，經(jīng)3.7 min溫度上升到95℃，95℃下保持2.5 min，經(jīng)3.8 min溫度下降到50℃，50℃下保持2 min。攪拌器在起始12 s內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)速度為960 r/min，以后保持在160 r/min。采用TCW（Thermal Cycle for Windows）配套軟件分析。

1.2.6 大米淀粉粒度分布的測定 按照儀器提示，將適量樣品加入以水為分散介質(zhì)的樣品池中，開啟超聲波進(jìn)行分散，在轉(zhuǎn)速為320 r/min的條件下測定，得粒徑分布圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 天然大米及分離所得淀粉的主要成分分析

淀粉的純度主要由蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)兩個(gè)重要指標(biāo)體現(xiàn)，因此分別測定了大米粉及不同提取方法所得淀粉的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)，結(jié)果見表1。

從表1中可以看出，不同品種的大米粉的蛋白質(zhì)含量和淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有一定的差異。蛋白分離后，各淀粉樣品的淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升至88%以上，淀粉的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降到約0.5%以下，為高純度大米淀粉[3]，說明提取大米淀粉的方法均行之有效。

表1 天然大米以及經(jīng)不同方法制備的大米淀粉的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)（干基）Tab.1 Protein content and starch yield of native rice and starches isolated by different methods

從結(jié)果還可以看出，在相同操作條件下秈米淀粉的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較之粳米淀粉的高。為探討這個(gè)問題，根據(jù)GB/T 15683-2008中的方法測定了大米粉及不同提取方法制備的大米淀粉中直鏈淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，結(jié)果見表2。從表2中可以看出，同等操作條件下，秈米粉及其經(jīng)不同提取方法制備的淀粉中直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于粳米。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，淀粉中直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)越致密牢固[15-17]，導(dǎo)致蛋白質(zhì)與淀粉的結(jié)合越緊密，因此加大了除去秈米中蛋白質(zhì)的難度。

從制備所得淀粉中殘留的蛋白質(zhì)看，無論秈米還是粳米堿法去除蛋白質(zhì)的效率均高于酶法，而3種酶法去除蛋白質(zhì)的效率幾乎一致。

表2 天然大米以及經(jīng)不同方法制備的大米淀粉中的直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)（干基）Tab.2 Amylose yield of native rice and starches isolated by different methods

2.2 RVA測定大米淀粉的糊化特性比較

為了進(jìn)一步探討不同制備方法對(duì)大米淀粉品質(zhì)特性的影響，比較了兩種大米不同提取方法制備的淀粉的糊化特性，結(jié)果見圖1、圖2和表3。

由圖1～2可以直觀看出，無論秈米還是粳米，堿法制備淀粉的糊化曲線與大米粉、酶法制備淀粉的糊化曲線均相差較大。在糊化初期，堿法制得的淀粉其粘度上升的速率要高于大米粉以及酶法，并在較低的溫度下就到達(dá)峰值粘度，使得堿法制得的淀粉糊化峰值溫度要明顯低于大米粉和酶法。這可能是因?yàn)閴A法的反應(yīng)環(huán)境（pH＞12）破壞了淀粉的結(jié)構(gòu)，使淀粉顆粒更易吸水膨脹，也從側(cè)面說明了酶法能較好的保持淀粉顆粒的天然結(jié)構(gòu)。

圖1 天然秈米以及經(jīng)不同方法制備的秈米淀粉RVA曲線Fig.1 Pasting curves of long-shapedrice and the starch isolated by different methods

圖2 天然粳米以及經(jīng)不同方法制備的粳米淀粉RVA曲線Fig.2 Pasting curves of round-shapedrice and the starch isolated by different methods

表3 天然大米以及經(jīng)不同方法制備的大米淀粉的RVA特征參數(shù)Tab.3 Paste viscogram date of rice starches isolated by different methods

從圖1、表3可以看出，酶法制得的秈米淀粉的粘度在整個(gè)糊化過程中始終要高于天然秈米粉，這是由于在提取淀粉的過程中去掉了蛋白質(zhì)和粗纖維等物質(zhì)，而蛋白質(zhì)和粗纖維等物質(zhì)的存在可能會(huì)阻礙淀粉顆粒的膨脹，且秈米粉的淀粉含量顯著低于秈米淀粉的淀粉含量，因此秈米淀粉的糊化粘度相對(duì)較高。當(dāng)?shù)矸廴橐簆H＞10時(shí)，在較低溫度下就會(huì)部分糊化[18]，這就意味著，堿性蛋白酶法（反應(yīng)條件pH=10）制備的樣品結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生變化。從實(shí)際來看，堿性蛋白酶法（反應(yīng)條件pH=10）與中性蛋白酶法（反應(yīng)條間pH=7）曲線峰形與糊化特征參數(shù)較為接近，并且?guī)缀跽麄€(gè)糊化過程中粘度都是均勻地高于天然秈米粉。而堿性蛋白酶法（反應(yīng)條件pH=8）的糊化曲線在時(shí)間＜350 s、＞700 s時(shí)與秈米粉糊化曲線重合，并且到達(dá)峰值粘度的時(shí)間延長了，這可能與這種方法提取的淀粉殘留蛋白含量偏高有關(guān)，說明此法未能較好地提取淀粉。

從圖2、表3可以看出，堿性蛋白酶法（反應(yīng)條件pH=10）提取的粳米淀粉在糊化過程中的粘度值明顯低于粳米粉，說明粳米淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)在偏堿性環(huán)境中易被改變、破壞，間接說明了3種酶法提取方法中，中性蛋白酶法（反應(yīng)條件pH=7）制備的粳米淀粉最接近天然粳米粉。堿性蛋白酶法（反應(yīng)條件pH=8）的糊化曲線在時(shí)間＜350 s時(shí)與粳米粉糊化曲線較好地重合，到達(dá)峰值粘度的時(shí)間延長，并且其糊化特征參數(shù)與粳米粉的相差較大，說明此種方法制備的粳米淀粉不能很好地表征天然粳米淀粉的性質(zhì)。中性蛋白酶法（反應(yīng)條件pH=7）制備的粳米淀粉其糊化特征參數(shù)很好地表征了天然粳米淀粉的性質(zhì)，在570 s之前，粘度始終均勻高于天然粳米粉，這是由于在提取淀粉的過程中去掉了蛋白質(zhì)和粗纖維等物質(zhì)，使得粳米淀粉的淀粉含量顯著高于粳米粉，且減少了蛋白質(zhì)對(duì)淀粉膨脹的阻礙作用。但粳米粉的最終粘度高，這說明粳米粉具有較強(qiáng)的成糊或凝膠的能力。

綜上所述，同堿法相比較，酶法制得的淀粉能更好的保持原天然淀粉的糊化特性，對(duì)于秈米而言，適于采用堿性蛋白酶法（反應(yīng)條件pH=10）、中性蛋白酶法（反應(yīng)條件pH=7）提取淀粉；對(duì)于粳米而言，適于采用中性蛋白酶法（反應(yīng)條件pH=7）提取淀粉。

2.3 大米淀粉的粒度分布分析

圖3～4顯示的分別是不同方法制備的秈米、粳米淀粉粒徑分布圖。由圖可知，不同提取方法制備的淀粉顆粒粒徑絕大多數(shù)在10 μm以內(nèi)，并呈現(xiàn)兩個(gè)粒度分布峰，第一個(gè)峰的平均粒徑為1 μm，所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%左右；第二個(gè)峰的平均粒徑為6 μm，所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%左右。相同處理方法下，粳米淀粉的粒度分布曲線要比秈米的“高瘦”，即粳米淀粉顆粒粒度分布更加集中，顆粒大小更為均一。由圖還發(fā)現(xiàn)，無論秈米還是粳米，淀粉粒度分布的集中程度從大到小依次是中性蛋白酶法 （反應(yīng)條件pH=7）、堿性蛋白酶法（反應(yīng)條件pH=8）、堿性蛋白酶法（反應(yīng)條件pH=10）、堿法。因此，以粳米為原料，采用中性蛋白酶法（反應(yīng)條件pH=7）能制備得到粒徑分布均勻的大米淀粉，能更好的體現(xiàn)出大米淀粉粒徑小這一優(yōu)勢。

圖3 經(jīng)不同方法制備的秈米淀粉粒度分布圖Fig3 Particle size distribution of long-shapedrice isolated by different methods

圖4 經(jīng)不同方法制備的粳米淀粉粒度分布圖Fig4 Particle size distribution ofround-shapedrice isolated by different methods

3 結(jié)語

考察了不同方法對(duì)大米淀粉提取效果的影響，經(jīng)成分分析、RVA糊化曲線比較、粒度分布分析得出：提取秈米和粳米淀粉的最佳制備工藝均為中性蛋白酶法（反應(yīng)環(huán)境pH=7），且以粳米為原料得到的粳米淀粉品質(zhì)更優(yōu)。

目前，國內(nèi)外對(duì)大米淀粉的應(yīng)用及研究呈增長態(tài)勢，高品質(zhì)的大米淀粉勢必對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的快速發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。探討不同工藝條件和原料品種對(duì)大米淀粉品質(zhì)的影響具有重要意義，通過研究獲取以粳米為原料，中性蛋白酶法，可以得到淀粉破壞小、粒徑分布均勻、蛋白質(zhì)殘留率低的大米淀粉，為以大米淀粉為基礎(chǔ)的應(yīng)用推廣奠定基礎(chǔ)。作者僅選取了兩種大米來分析比較，對(duì)于其他品種的大米還需進(jìn)一步探討。

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