宋玉，曹磊，夏青，陶澍，劉超

（安徽省農業(yè)科學院農產品加工研究所，安徽合肥230031）

糙米是稻谷脫去外保護皮層稻殼后的穎果，內保護皮層（果皮、種皮、珠心層）完好的稻米籽粒，由于內保護皮層粗纖維、糠蠟等較多口感較粗，質地緊密，煮起來也比較費時，但其瘦身效果顯著。與普通白米相比，糙米富含維他命、礦物質與膳食纖維，被視為是一種綠色的健康食品。由于米淀粉在低溫下易回生，導致米制品品質急劇下降，導致產品變干、變硬、掉渣等，影響口感，嚴重限制了米制品的大規(guī)模生產。米淀粉的回生過程可分為短期回生和長期回生[1]。淀粉糊化后的初始階段（幾個小時內），滲漏的直鏈淀粉分子首先發(fā)生定向遷移，形成三維凝膠網(wǎng)絡結構，此過程稱之為短期回生[2]。長期回生則一般會超過幾周時間，主要是由于支鏈淀粉具有高分支結構，在聚合時受到較強的抑制，回生作用較慢。長期回生在整個淀粉回生過程中占主要作用，是導致淀粉體系質量變化的主要原因[3]。淀粉回生作用與淀粉的來源、直鏈淀粉與支鏈淀粉含量之比、支鏈淀粉側鏈的鏈長、糊化淀粉冷卻儲藏溫度、溶液的pH值和無機鹽含量等因素有關[4-8]。為了有效抑制淀粉的回生，提高產品的品質，常采用生物酶法抑制淀粉的回生，淀粉酶是一類能催化α-D-吡喃葡萄糖基之間（1→4）糖苷鍵水解的酶類，根據(jù)酶作用后產物的構型不同，淀粉酶有α-淀粉酶（產物具α-D構型）和β-淀粉酶（產物具β-D構型）之分[9]。糙米經過浸泡和發(fā)芽促使許多處于休眠狀態(tài)的酶被激活，由結合態(tài)轉變成游離態(tài)，從而促使了酶解作用的發(fā)生[10]，淀粉在內源酶的作用下分解為小分子糖，使總淀粉和直鏈淀粉的含量下降，從而引起淀粉功能性質的改變[11]。因此分析不同來源淀粉酶對糙米淀粉回生特性的影響程度，為控制糙米淀粉回生提供一定的理論依據(jù)，進而對發(fā)芽糙米類加工產品的品質控制有一定的實際指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

糙米（徽兩優(yōu)6號）：安徽華安種業(yè)有限公司；α-淀粉酶（酶活力300 AUG/g，最適溫度50℃～85℃，最適 pH5.0～7.0）、β-淀粉酶（酶活力 120 KNU/g，最適溫度70℃，最適pH5.0～7.0）：酶活力單位為自定義，丹麥諾維信酶制劑公司。

RVA-4型快速黏度儀（RVA）：澳大利亞Newport Scientific儀器公司；Q200差示掃描量熱儀：美國TA公司；TA.XTPLUS型質構分析儀：英國Stable Micto System（SMS）公司。

1.2 方法

樣品處理分為4個處理組：對照組即純糙米淀粉、內源酶處理組、α-淀粉酶處理組、β-淀粉酶處理組。其中，對照組為純水浸泡6 h未經發(fā)芽的糙米；內源酶處理組即糙米浸泡6 h后在一定條件下發(fā)芽60 h；外源淀粉酶處理組分別采用α-淀粉酶，β-淀粉酶兩種酶處理，配制一定濃度的淀粉酶液，將糙米粉浸泡在酶液中，浸泡時間參照發(fā)芽組，為6 h。

糙米發(fā)芽工藝：參考姚森[12]、曹磊等[13]發(fā)芽方法并稍作改進，取同樣礱谷條件下大小基本一致的糙米，用水洗凈后用自來水于（25±1）℃條件下浸泡6 h，之后用10 g/L次氯酸鈉溶液浸泡消毒15 min，去離子水洗凈，瀝干并轉入培養(yǎng)皿中，加去離子水，在28℃避光條件下發(fā)芽，每12小時換水1次。以浸泡6 h后未經發(fā)芽的糙米為對照（記為0 h），每隔12小時取樣，獲得發(fā)芽糙米，冷凍干燥并粉碎過100目篩。

外源酶處理糙米粉的制備：取同樣礱谷條件下大小基本一致的糙米，粉碎后過60目篩，于（70±1）℃條件下酶解 6 h，料液比 1∶2（g/mL），浸泡液采用不同濃度的α-淀粉酶液、β-淀粉酶液，其中α-淀粉酶添加量為 1.2、2.4、4.8 AUG/g 糙米粉，分別記為 α1、α2、α3；β-淀粉酶添加量為0.48、0.96、1.92 KNU/g糙米粉，分別記為 β1、β2、β3。酶解結束后在 90℃下滅酶 20 min，冷凍干燥并粉碎過100目篩。

1.3 測定指標與方法

糙米淀粉黏度特性采用文獻[14]的方法測定，回生焓值采用文獻[15]，淀粉凝膠質構特性采用文獻[16]的方法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗重復測定至少3次，取其平均值。采用SPSS19.0分析軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，運用方差分析法進行顯著性分析；p<0.05表示有顯著性差異。

2 結果與討論

2.1 不同處理方式對糙米淀粉回生焓值的影響

糊化后的淀粉在儲藏過程中，支鏈淀粉的重結晶發(fā)生明顯變化，隨著儲藏時間的延長，淀粉體系內晶體含量逐步增加，融化熱焓值△H逐漸增大，即長期回生程度不斷增加[16]。不同處理方式對糙米淀粉在4℃下儲存14 d內的回生焓值如表1所示。在14 d的儲藏期內，各個處理組的糙米淀粉的回生焓值都是呈顯著增大趨勢，內外源淀粉酶處理對于抑制糙米淀粉的回生焓值的增大均有效果，發(fā)芽糙米淀粉在儲存過程中回生焓值的顯著低于對照組（p<0.05），并且隨著發(fā)芽時間的延長，其抗回生效果顯著增強（p<0.05），發(fā)芽48 h以后，其儲存14 d的回生焓值相比對照組降低了53.50%；外源淀粉酶處理組糙米淀粉抗回生的效果更顯著，并且隨著酶濃度的增加，其抗回生效果也隨之顯著增加，α3處理組的糙米淀粉在儲存14 d后其回生焓值相比較對照組降低了74.74%，比α1處理組降低了10.96%，但是與α2相比差異不顯著；β-淀粉酶處理組相對于對照組抗回生效果顯著增大，主要原因是支鏈淀粉的外側短鏈被部分降解，聚合度降低，姚遠[17]通過高效排阻色譜證實β-淀粉酶的處理可以使部分支鏈淀粉外側短鏈聚合度降低2～3個葡萄糖單位。部分支鏈淀粉外側短鏈聚合度降低，淀粉分子的成核和結晶速度降低，回生受到抑制。其中β2在第14天的回生焓值比對照組降低了68.65%，比β1降低了30.06%，但是與β3相比差異不顯著，說明β-淀粉酶濃度增加到一定程度后其抗回生效果增加不顯著。

表1 不同處理方式糙米淀粉的回生焓值Table 1 The enthalpy value of brown rice starch in different treatment methods

2.2 不同處理方式對糙米淀粉黏度特性的影響

淀粉糊化過程都要經過上升、下降和回生3個過程，隨著質量分數(shù)的增加，最低黏度與最終黏度相差越大則淀粉糊的穩(wěn)定性越差，凝膠性提高，這是因為濃度越大，在停止加熱時，淀粉分子之間的作用力要大于氫鍵與分子之間的作用力，所以濃度越大老化回生趨勢越強[18]。不同處理方式糙米淀粉的黏度特性見表2。

表2 不同處理方式糙米淀粉的黏度特性Table 2 The viscosity properties of brown rice starch in different treatment methods

由表2可知，隨著發(fā)芽時間的延長，體系中淀粉酶的活力逐漸增強，淀粉不斷被降解，即糊化體系中淀粉含量越來越少，所以其峰值黏度、低谷黏度、最終黏度值不斷降低，回生值顯著降低（p<0.05），與對照組相比，發(fā)芽60 h的糙米粉回生值降低了86.00%；兩種外源淀粉酶處理的樣品與對照組相比，其峰值黏度、低谷黏度、最終黏度值降低的效果更為顯著，α1處理組相對于對照組的峰值黏度降低了95.86%，相對于發(fā)芽60 h組降低了78.17%，β1處理組相對于對照組的峰值黏度降低了88.20%，相對于發(fā)芽60 h組降低了37.83%。與對照組相比，酶處理組的糊化溫度也有顯著性升高（p<0.05），溫度升高的原因可能是α-淀粉酶作用水解了直鏈淀粉和支鏈淀粉的α-1，4-糖苷鍵使得直鏈淀粉含量降低。有研究證明，直鏈淀粉含量是影響稻米糊化溫度的因素之一，且兩者一般呈反比[19]，且酶添加量對數(shù)值的變化有著顯著的影響，α3處理組因為酶解程度過高，導致淀粉糊黏度過低不能形成糊化曲線，而β-淀粉酶可有效降低支鏈分子外支鏈的長度，使其聚合度低于10，而無法形成雙螺旋結構，所以導致糊化溫度升高。

2.3 不同處理方式對糙米淀粉凝膠質構的影響

淀粉凝膠體系的硬度、黏著性和內聚性可以用來表征回生的程度。在淀粉回生過程中會導致凝膠的硬度上升，內聚性升高以及黏著性下降[20-21]，表3～表5為不同處理組糙米淀粉儲存14 d內凝膠質構變化情況。

表3 不同處理方式糙米淀粉儲藏過程中凝膠硬度Table 3 The gel hardness of brown rice starch stored in different treatment methods

表4 不同處理方式糙米淀粉儲藏過程中凝膠黏著性Table 4 The gel adhesiveness of brown rice starch stored in different treatment methods

表5 不同處理方式糙米淀粉儲藏過程中凝膠內聚性Table 5 The gel cohesiveness of brown rice starch stored in different treatment methods

由表3～表5可知，糙米淀粉在儲藏過程中，凝膠硬度增加，黏著性下降，內聚性升高，跟其他文獻基本一致[22-23]，這主要是由于淀粉回生引起的，體系在回生過程中水分流動性降低，直鏈淀粉和支鏈淀粉分子定向遷移，導致凝膠硬度升高，而酶解作用可以在一定程度上減少淀粉凝膠的老化變硬，可能是由于酶解降低了直鏈淀粉的含量從而提高了凝膠特性。有研究證明，直鏈含量越高的淀粉，凝膠形成越迅速，冷卻時強度也越大[24]。

不同處理組對糙米淀粉凝膠硬度的影響由表3可以看出，相對于對照組，發(fā)芽糙米的凝膠硬度顯然更低，并且隨著發(fā)芽時間的延長，其凝膠硬度呈顯著減小趨勢（p<0.05），發(fā)芽48 h的糙米淀粉凝膠儲存14 d的凝膠硬度比對照組減少了56.74%；外源淀粉酶處理組對凝膠硬度的影響更為顯著（p<0.05），存儲14 d時，α1處理組的凝膠硬度相對于對照組減少了83.87%，而β1處理組的凝膠硬度相對于對照組減少了78.02%，并且隨著酶濃度的增大，其凝膠硬度也顯著降低（p<0.05）。糙米淀粉的凝膠黏著性在回升過程中顯著降低，由表4可見，對照組儲存14 d的凝膠黏度比儲存1 d的降低了51.83%，發(fā)芽處理組凝膠的黏度相對于對照組顯著增大（p<0.05），在儲存14 d的黏度值比對照組升高了32.88%；外源酶處理組的淀粉凝膠黏度呈相反趨勢，其黏度顯著低于對照組和發(fā)芽組，可能是由于外源酶處理組的酶解程度過大，導致淀粉凝膠體系黏度急劇降低。淀粉凝膠的內聚性隨著儲存時間的延長呈顯著上升趨勢（p<0.05）。由表5可知，對照組儲存14 d的內聚性比儲存1 d的上升了40.54%；相對于對照組，發(fā)芽組和外源酶處理組的內聚性數(shù)值上升趨勢略微平緩，其中發(fā)芽60 h的糙米淀粉凝膠在儲存3 d以后的內聚性變化不顯著，而α3和β-淀粉酶處理組的內聚性上升趨勢也在儲存3天后差異不顯著。

3 結論

發(fā)芽過程中被激活的內源性淀粉酶系和外源添加的兩種淀粉酶，對糙米淀粉的回生均具有抑制作用，其抑制效果隨著酶解程度的增加有不同程度的增加。相對于對照組，發(fā)芽至48 h的糙米其在儲藏14 d的凝膠硬度最小，比對照組減少了56.74%。兩種外源淀粉酶能夠有效的降解淀粉，其處理組儲存14 d后的凝膠硬度顯著低于對照組和發(fā)芽組（p<0.05），且硬度與酶處理量成反比；α-淀粉酶降低淀粉黏度的效果更顯著，α1處理組相對于對照組的峰值黏度降低了95.86%，然而過量酶處理可能導致淀粉黏度急劇下降，糊化溫度升高。所以選擇適宜的發(fā)芽時間，采用適量的外源酶處理均可以有效抑制糙米淀粉的回生。

[1]H Fredriksson,J Silverio,R Andersson,et al.The influence of amylose and amylopectin characteristics on gelatinization and retrogradation properties of different starches[J].Carbohydrate Polymers,1998,35（3/4）:119-134

[2]Mervyn J Miles,Victor J Morris,Stephen G Ring.Gelation of amylose[J].Carbohydrate Research,1985,135(2):257-269

[3]Stephen G Ring,Paul Colonna,Kenneth J I'Anson,et al.The gelation and crystallisation of amylopectin[J].Carbohydrate Research,1987,162(2):277-293

[4]H Eustina Oh,Yacine Hemar,Skelte G Anema,et al.Effect of highpressure treatment on normal rice and waxy rice starch-in-water suspensions[J].Carbohydrate Polymers,2008,73(2):332-343

[5]M Stolt,S Oinonen,K Autio.Effect of high pressure on the physical properties of barley starch[J].Innovative Food Science and Emerging Technologies,2000,1(3):167-175

[6]Katleen J R Vallons,Elke K Arendt.Effects of high pressure and temperature on buckwheat starch characteristics[J].European Food Research and Technology,2009,230(2):343-351

[7]Katleen J R Vallons,Elke K Arendt.Effects of high pressure and temperature on the structural and rheological properties of sorghum starch[J].Innovative Food Science and Emerging Technologies,2009b,10(4):449-456

[8]Elena Vittadini,Eleonora Carini,Emma Chiavaro,et al.High pressure-induced tapioca starch gels:physico-chemical characterization and stability[J].European Food Research and Technology,2008,226(4):889-896

[9]張奇志,鄧歡英.生物酶在食品工業(yè)中的應用[J].糧油加工與食品機械,2002(9):30-33

[10]J K Chavan,S S Kadam,Larry R Bcuchat.Nutritional improvement of cereals by sprouting[J].Critical Reviews in Food Sciences and Nutrition,1989,28(5):401-437

[11]趙黎平,韓永斌,胡秋輝,等.糙米發(fā)芽過程中淀粉功能特性的變化[J].食品科學,2015,36(5):45-49

[12]姚森,鄭理,趙思明,等.發(fā)芽條件對發(fā)芽糙米中γ-氨基丁酸含量的影響[J].農業(yè)工程學報,2006,22(12):211-215

[13]曹磊,李珂昕,汪曉鳴,等.發(fā)芽糙米中γ-氨基丁酸提取條件對快速檢測法測定結果的影響[J].江蘇農業(yè)科學,2012,40(4):294-295

[14]董穎超,秦玉昌,李軍國,等.小米粉RVA糊化特性的研究[J].食品研究與開發(fā),2007,28(7):51-54

[15]李雯雯.玉米淀粉的高支化改性及其對回生性質的影響[D].無錫:江南大學,2016

[16]唐敏敏,洪雁,顧正彪,等.黃原膠對大米淀粉長期回生的影響[J].食品與生物技術學報,2013,32(7):692-697

[17]姚遠.米制品回生研究[D].無錫:無錫輕工大學,2000

[18]李娜,張英華.用RVA儀分析玉米淀粉的糊化特性[J].中國糧油學報,2011,26(6):20-24

[19]夏紅.直鏈淀粉含量與稻米的糊化溫度及膠凝度的關系[J].食品科學,1998,19(9):12-13

[20]Hye-Mi Choi,Byoungseung Yoo.Rheology of mixed systems of sweet potato starch and galactomannans[J].Starch-St?rke,2008,60(5):263-269

[21]K Morikawa,K Nishinari.Effects of concentration dependence of retrogradation behaviour of dispersions for native and chemically modified potato starch[J].Food Hydrocolloids,2000,14(4):395-401

[22]黃倩,高金梅,郭洪梅,等.3種雜豆淀粉回生過程的理化特性研究食品研究與開發(fā)[J].食品研究與開發(fā),2017,38(10):22-27

[23]南沖,熊柳,孫慶杰.一種新型淀粉酶抑制米制品回生的研究[J].中國糧油學報,2012,27(2):19-22

[24]丁文平,丁霄霖.大米品種對其淀粉凝膠特性的影響[J].中國糧油學報,2003,18(3):17-20