干法、半干法和濕法磨粉對糙米粉性質(zhì)的影響

吳娜娜 彭國泰, 譚 斌 田曉紅 吳衛(wèi)國 李高陽 陳輝球 姜 平 翟小童

(國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院1, 北京 100037)

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2,長沙 410128)

(湖南省農(nóng)產(chǎn)品加工研究所3, 長沙 410125)

(東莞陳輝球米粉設(shè)備有限公司3, 東莞 523196)

糙米中含有豐富的膳食纖維、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，但由于糙米皮層含有的膳食纖維等物質(zhì)，導(dǎo)致其作為粒食米飯食用存在口感粗糙、難煮等問題。將糙米磨粉制成米制品是糙米利用的有效途徑之一。

磨粉是稻米等谷物制成米制品的必經(jīng)步驟，目前谷物磨粉主要有干法、半干法和濕法3種方式。干法磨粉是將谷物直接磨成谷物粉；濕法磨粉俗稱水磨磨粉，將浸漬的谷物加水磨成漿，再經(jīng)脫水干燥所得的粉即為濕磨粉；半干法磨粉是先將谷物用水浸漬，產(chǎn)生潤濕的作用，然后再磨成粉[1]。

磨粉方式和磨粉工藝直接影響谷物粉的性質(zhì)，特別是磨粉過程中由于機(jī)械力的作用必然會產(chǎn)生損傷淀粉。損傷淀粉的概念是1879年由Brown和Heron兩位學(xué)者提出的，認(rèn)為損傷淀粉是由于機(jī)械方法造成顆粒結(jié)構(gòu)變化而形成，這種變化能造成該類淀粉對酶解反應(yīng)的抵抗力降低[2]。小麥、稻米、雜糧等谷物經(jīng)過磨粉后，由于磨粉過程中產(chǎn)生的機(jī)械力而使谷物中的淀粉粒造成損傷，谷物淀粉的結(jié)構(gòu)、晶型、吸水率、糊化性質(zhì)等物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，從而影響谷物制品的品質(zhì)。目前，國內(nèi)外研究最多的是小麥磨粉淀粉的損傷對小麥粉性質(zhì)及面制品品質(zhì)的影響[3-5]，關(guān)于米淀粉損傷對米粉性質(zhì)影響的研究還比較少，尤其是不同磨粉方式產(chǎn)生的糙米粉淀粉損傷對糙米粉性質(zhì)的影響還鮮見報道。

本研究采用干法、半干法和濕法3種方式對糙米進(jìn)行磨粉，研究3種磨粉方式對糙米粉損傷淀粉含量、平均粒徑、微觀結(jié)構(gòu)、水合特性、熱焓特性和流變特性的影響，為糙米制品的品質(zhì)控制提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

早秈稻谷2014年收獲，產(chǎn)地江西，常溫25 ℃儲藏。本研究進(jìn)行的時間是2016年12月。將原料早秈稻壟谷，得到的糙米總淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)(78.44±0.66)%，粗蛋白(9.99±0.07)%，粗脂肪(2.17±0.01)%，粗纖維(2.69±0.00)%，直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)(22.62±1.30)%(結(jié)果以干基計算)。

Megazyme直鏈淀粉試劑盒；Megazyme總淀粉試劑盒；Megazyme損傷淀粉試劑盒；其余試劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

WF-20B高效粉碎機(jī)；超微粒度粉碎儀；Malvern2000型馬爾文粒度分析儀；200FC型差示掃描量熱儀(DSC)；S-3000N型掃描電子顯微鏡；AR-2000型動態(tài)流變儀；SC-3610型低速離心機(jī)。

1.3 方法

1.3.1 糙米粉的制備

干法磨粉糙米粉：將稻谷中的碎石等雜質(zhì)去除后壟谷，得到糙米。采用高效粉碎機(jī)對糙米進(jìn)行粗粉碎，然后采用超微粒度粉碎儀將粗粉碎的糙米粉分別粉碎至不同的顆粒細(xì)度。設(shè)置粉碎頻率為0、10、20、30、40 Hz，粉碎時間為10 min。將得到糙米粉收集，在4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

半干法磨粉糙米粉：將稻谷中的碎石等雜質(zhì)去除后壟谷，得到糙米。將水分加入秈糙米中，使糙米含水量分別為糙米干質(zhì)量的20%、25%、30%、35%。將糙米和水充分?jǐn)嚢杈鶆颍w上保鮮膜。潤米12 h，于高效粉碎機(jī)粉碎，烘干水分至12%左右，收集后4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

濕法磨粉糙米粉：將稻谷中的碎石等雜質(zhì)去除后壟谷，得到糙米。加入水分于秈糙米中，使其料液比分別為1∶1、1∶2、1∶3、1∶4。蓋上保鮮膜，浸泡12 h，于高效粉碎機(jī)粉碎，烘干水分至12%左右，收集后4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 損傷淀粉含量測定

采用Megazyme試劑盒法，具體參考 AACC方法76-31[6]。

1.3.3 糙米粉的粒度測定

采用Malvern2000激光粒度分析儀的干法進(jìn)樣對糙米粉進(jìn)行粒度測定。測量完畢后儀器得出d(0.1)、d(0.5)、d(0.9)、D[3,2]、D[4,3]等粒度數(shù)據(jù)。每個樣品重復(fù)測定3次。

1.3.4 糙米粉微觀結(jié)構(gòu)

采用S-3000N掃描電鏡觀察糙米粉經(jīng)干法、半干法和濕法磨粉后的微觀結(jié)構(gòu)特征。取少量樣品均勻散布于導(dǎo)電膠上，將樣品固定并噴金300 s，在12 kV加速電壓下，放大適當(dāng)倍數(shù)觀察。

1.3.5 水合特性分析

參照Heo[7]方法對糙米粉的水合特性分析，有改動。稱取0.5 g樣品，加入20 mL去離子水，充分搖勻，置于50 ℃和100 ℃水浴鍋中加熱30 min，每隔10分鐘搖勻攪拌一次。再置于離心機(jī)中以4 000 r/min離心15 min，取出上清液于105 ℃烘干至恒重，質(zhì)量為m1；離心管中膨脹淀粉質(zhì)量為m2；樣品干質(zhì)量為m。水合特性按照公式計算：

吸水指數(shù)(WAI)=m2/m；

水溶性(WS)=m1/m×100%；

膨脹勢(SP)=m2/[m×(1-WS/100)]

1.3.6 熱焓特性(DSC)

參照田曉紅等[8]的方法并加以改動，稱取5 mg糙米粉樣品于鋁盒中，使用微量注射器向鋁盒中加入10 μL水，將鋁盒密封，置于室溫下過夜平衡，測定溫度從25 ℃升至120 ℃，升溫速度為10 ℃/min。

1.3.7 流變特性

參照Cham等[9]和高曉旭等[10]方法測定不同磨粉方式的糙米粉流變性質(zhì)。稱取2 g糙米粉加水配成干基為10%糙米粉溶液，充分混勻。使用動態(tài)流變儀以及φ40 mm的不銹鋼平行板，應(yīng)變和頻率分別為1%和1 Hz。取2 mL溶液滴于控溫下板的中心位置，開始測試，轉(zhuǎn)子周圍涂上硅油密封。測定程序為兩個階段，第一個階段以2 ℃/min的升溫速率從45 ℃加熱到85 ℃，平衡10 s，第二階段以2 ℃/min速率從85 ℃降到25 ℃，測定糙米粉在升溫與降溫過程中彈性模量G′與黏性模量G″的變化。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

用Excel軟件整理數(shù)據(jù)和繪圖。使用SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差和相關(guān)性分析，方差分析選取Duncan檢驗，在P<0.05檢驗水平上對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干法、半干法和濕法磨粉的糙米粉損傷淀粉含量

圖1為干法、半干法和濕法磨粉的糙米粉損傷淀粉含量。半干法磨粉和濕法磨粉的糙米粉損傷淀粉含量顯著低于干法磨粉的損傷淀粉含量，并且隨著半干法磨粉含水量的增加，損傷淀粉含量降低，但濕法磨粉糙米粉中損傷淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在4%左右。對于干法磨粉，孫宇等[11]研究結(jié)果表明即隨著機(jī)械粉碎強(qiáng)度的增加，小麥損傷淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加了5.52%。Ngamnikom等[12]研究了冷凍、干法和濕法3種磨粉工藝對大米粉性質(zhì)的影響，其得到的干法和濕法磨粉的大米粉損傷淀粉含量與本研究相似。因此，應(yīng)通過適當(dāng)?shù)哪シ鄯绞娇刂撇诿追鄣膿p傷淀粉含量，進(jìn)而得到預(yù)期良好品質(zhì)的糙米制品。

注：0為對照樣品；不同小寫字母代表樣品間存在顯著差異性(P<0.05)。圖1 干法、半干法和濕法3種磨粉方式糙米粉的損傷淀粉含量

2.2 干法、半干法和濕法磨粉的糙米粉粒度分析

干法、半干法和濕法磨粉的糙米粉粒徑如表1所示。隨著干法磨粉強(qiáng)度的增加，糙米粉粒徑d(0.1)、d(0.5)、d(0.9)、D[3, 2]和D[4, 3]顯著下降；半干法和濕法磨粉對糙米粉粒徑影響較小。干法磨粉過程中由于淀粉分子受到的機(jī)械力，其空間結(jié)構(gòu)被破壞，可能形成了不完整的粒徑較小的淀粉顆粒，同時，損傷淀粉含量增加(見圖1)。濕法和半干法磨粉過程中采用高效粉碎機(jī)粉碎，與對照樣品所用同一個磨粉機(jī)，由于水分的存在，半干法和濕法磨粉的糙米粉平均粒徑稍高于對照糙米粉，同時，水分的存在也減少了磨粉過程中淀粉顆粒的破損(見圖1)。

2.3 干法、半干法和濕法磨粉的糙米粉電鏡觀察分析

3種磨粉方式糙米粉的電鏡圖顯示(見圖2)，干法磨粉隨著粉碎強(qiáng)度增加，糙米粉大顆粒減少，小顆粒增多，對照樣品的糙米粉部分結(jié)構(gòu)遭到破壞但還具有完整的淀粉顆粒輪廓，淀粉顆粒表面較光滑且具有少量刮痕，隨著粉碎強(qiáng)度的增加，糙米粉具有明顯的刮痕、斷層、凹坑，淀粉顆粒出現(xiàn)裂痕，表面斷層附近的殘缺淀粉顆粒剝落形成許多不規(guī)則的顆粒碎片。半干法和濕法磨粉的糙米粉粒徑顯示完整淀粉顆粒的輪廓，淀粉顆粒之間有明顯的孔洞出現(xiàn)。說明半干法和濕法粉碎淀粉顆粒損傷較少，可以較完整地保持淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)[13]。磨粉方式是影響淀粉結(jié)構(gòu)的主要因素之一，應(yīng)根據(jù)糙米粉的用途選取適當(dāng)?shù)哪シ鄯绞胶湍シ酃に嚄l件[14-17]。

表1 干法、半干法和濕法3種磨粉方式糙米粉平均粒徑

注：所有結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，同一列不同字母代表樣品間存在顯著差異性(P<0.05)。余同。

注：放大3 000倍；從左至右，依次為干法超微粉碎對照、粉碎強(qiáng)度0、20、30、40 Hz糙米粉觀察圖，半干法對照、含水量20%、25%、30%、35%的糙米粉觀察圖，濕法對照、料液比1∶1、1∶2、1∶3、1∶4的糙米粉觀察圖。圖2 干法、半干法和濕法3種磨粉方式糙米粉電鏡觀察圖

表2干法、半干法和濕法3種磨粉方式糙米粉50 ℃及100 ℃水合特性

磨粉方式及磨粉條件樣品吸水指數(shù)50 ℃100 ℃水溶性50 ℃100℃膨脹勢50 ℃100 ℃干法粉碎強(qiáng)度/Hz對照3.06±0.05b7.48±0.05d7.41±0.08c15.27±0.25c3.30±0.05b8.82±0.03d103.15±0.12ab7.38±0.12d9.32±0.30a19.91±0.18a3.47±0.13a9.14±0.17c203.17±0.03ab7.78±0.18c8.37±0.20b16.30±0.19b3.46±0.03a9.30±0.19bc303.19±0.06ab8.28±0.04b6.01±0.12d12.17±0.25e3.40±0.06ab9.42±0.06b403.25±0.07a8.61±0.08a7.34±0.06c14.05±0.30d3.50±0.80a10.01±0.12a半干法水分調(diào)節(jié)含量/%對照3.06±0.05a7.48±0.05a7.41±0.08a15.27±0.25a3.30±0.05a8.82±0.03a203.04±0.03a7.19±0.44a4.74±0.25c7.56±0.22d2.89±0.03b6.65±0.42b252.69±0.05b7.00±0.26a4.04±0.16b7.66±0.24cd2.59±0.04c6.46±0.23b302.95±0.04a7.33±0.23a4.88±0.29b8.18±0.19b2.80±0.03b6.73±0.2b352.98±0.11a7.25±0.14a4.17±0.06c8.03±0.11bc2.86±0.10b6.67±0.12b濕法料液比對照3.06±0.05a7.48±0.05c7.41±0.08a15.27±0.25a3.30±0.05a8.82±0.03a1∶13.07±0.02a8.29±0.04a3.04±0.09b7.66±0.11b2.98±0.02b7.65±0.04b1∶23.12±0.08a7.67±0.48bc2.99±0.05b6.89±0.26c3.03±0.08b7.14±0.43c1∶33.18±0.1a7.67±0.19bc3.08±0.25b6.93±0.40c3.08±0.09b7.14±0.15c1∶43.14±0.09a7.96±0.19ab2.92±0.1b7.46±0.05b3.04±0.09b7.37±0.18bc

2.4 干法、半干法和濕法磨粉的糙米粉水合特性分析

3種磨粉方式的糙米粉水合特性見表2。50 ℃條件下，干法磨粉糙米粉的吸水指數(shù)高于半干法和濕法磨粉糙米粉；100 ℃條件下，干法和濕法磨粉的吸水指數(shù)高于半干法磨粉。在50 ℃和100 ℃條件下，干法磨粉糙米粉的水溶性最高，其次為半干法磨粉糙米粉，濕法磨粉糙米粉水溶性最低。在50 ℃和100 ℃條件下，干法磨粉糙米粉膨脹勢最高，其次為濕法磨粉，半干法磨粉糙米粉膨脹勢最低。干法磨粉糙米粉的吸水指數(shù)、水溶性和膨脹勢均高于濕法和半干法磨粉糙米粉。這可能與糙米粉磨粉的顆粒細(xì)度和損傷淀粉含量有關(guān)[1]。

2.5 干法、半干法和濕法磨粉的糙米粉熱焓特性分析

干法磨粉的糙米粉糊化焓值均低于對照樣品的糊化焓值(表3)，這可能與干法磨粉的糙米粉顆粒細(xì)度較小有關(guān)，糙米粉粒度減小，損傷淀粉含量增加，越容易結(jié)合水膨脹，糊化所需的熱量能量減少，因此糊化溫度和糊化焓值降低。半干法磨粉的糙米粉糊化焓值和糊化峰值溫度均比對照樣品低，說明相同糊化加水量條件下，半干法磨粉糙米粉糊化所需能量較低。

表3 干法、半干法和濕法3種磨粉方式糙米粉的熱焓特性

濕法磨粉中，隨著液料比的增加，糊化焓值呈現(xiàn)降低的趨勢。半干法和濕法磨粉糙米粉隨著含水量的增加，糊化焓值降低。半干法和濕法磨粉隨著含水量和液料比的增加，顆粒細(xì)度的降低，因此更易吸水，導(dǎo)致糊化焓值和糊化溫度的降低。另外，濕法磨粉的糙米粉由于破損淀粉含量低，淀粉顆粒完整，顆粒破壞直至結(jié)晶結(jié)構(gòu)溶解過程吸熱就較大。這與高曉旭等[10]的研究結(jié)果一致。米制品的加工基本都要經(jīng)過糊化過程，淀粉的糊化程度，對米制品的品質(zhì)有非常大的影響。在實際應(yīng)用中，糊化度與產(chǎn)品諸多性質(zhì)呈顯著性相關(guān)，說明適當(dāng)?shù)慕档驮狭６燃翱刂圃戏鄣膿p傷淀粉含量可以改善產(chǎn)品品質(zhì)[18,19]。

2.6 干法、半干法和濕法磨粉的糙米粉流變特性分析

隨著干法粉碎強(qiáng)度、半干法水分調(diào)節(jié)含量和濕法液料比的增加，糙米粉的最大彈性模量和最大黏性模量先增加后降低，但半干法和濕法糙米粉大于干法糙米粉的最大彈性模量和最大黏性模量(表4)。這可能與糙米粉的顆粒細(xì)度與損傷淀粉含量有關(guān)，干法磨粉粉碎強(qiáng)度較大，糙米粉顆粒細(xì)度較小，損傷淀粉含量較高(大于10%)，導(dǎo)致其高溫條件下的吸水指數(shù)較高(表2)。這與Hasjim等[20]的研究結(jié)果一致，較多的損傷淀粉可能會破壞淀粉凝膠結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致干法磨粉糙米粉低于半干法和濕法磨粉的凝膠最大彈性模量和最大黏性模量。

表4 干法、半干法和濕法3種磨粉方式糙米粉的流變特性

3 結(jié)論

研究干法、半干法和濕法3種磨粉方式對糙米粉性質(zhì)的影響，結(jié)果表明：干法糙米粉隨著超微粉碎頻率的增大，損傷淀粉含量增加，平均粒徑下降，淀粉顆粒破碎、斷裂形成許多無規(guī)則小碎片，糊化焓值下降。濕法和半干法糙米粉隨著含水量的增加，損傷淀粉含量下降，平均粒徑下降，糙米粉表面有清晰的淀粉顆粒輪廓，糊化焓值下降。干法糙米粉在100 ℃的吸水指數(shù)和膨脹勢顯著大于濕法和半干法糙米粉，但干法糙米粉凝膠的最大彈性模量和最大黏性模量均小于濕法和半干法糙米粉。干法磨粉與濕法、半干法磨粉得到的糙米粉性質(zhì)具有明顯差異，因此，應(yīng)根據(jù)糙米制品的品質(zhì)指標(biāo)要求，選擇相應(yīng)的糙米粉磨粉方式。濕法和半干法磨粉得到的糙米粉具有類似的性質(zhì)，濕法磨粉由于耗能高，產(chǎn)生大量廢水，半干法磨粉可作為糙米粉濕法磨粉的替代方法。