劉軍平 禹凱博 孫悅芳 田雨晴 周鼎晟 鐘業(yè)俊 周 磊

(南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，南昌 330047)

淀粉是常見的碳水化合物之一，為人類提供了超過35%的能量[1]，其中大部分來自于稻米的貢獻。大米淀粉(rice starch, RS)約占大米干基質量的90%，其含量及與大米中其他成分的相互作用對大米的理化性質影響較大[2,3]。純化后的大米淀粉也廣泛應用于食品加工中，如糊化后其組織細膩柔軟，稠度適中，是奶油的良好替代品[4]；消化率可達98%以上，且與蛋白結合具有非致敏性，可應用于嬰幼兒食品等特殊食品中[4,5]。在加工中，大米淀粉易受到溫度、pH值、大米蛋白(rice protein, RP)等其他成分的影響，性質不穩(wěn)定，使得其在食品工業(yè)中的應用受到限制。因此，人們常使用化學或物理方法處理大米淀粉以獲得能滿足加工需求的改性淀粉[6]并將其應用于食品工業(yè)中，其中化學改性方法主要有酸解、交聯(lián)、酯化等，物理改性方法主要有溫度、濕度、壓力處理等[3]。

大米淀粉的糊化性質和質構特性與產(chǎn)品品質關系密切[7]。淀粉的糊化特性會影響食品的加工性能和口感等，淀粉的質構特性如硬度、黏著性、彈性和內(nèi)聚性等對產(chǎn)品的回生老化有重大影響[8,9]。因此，常利用淀粉的糊化性質和質構特性評價淀粉改性后的效果。而在一般生產(chǎn)中，大米蛋白與大米淀粉會緊密結合，對大米淀粉的加工性能產(chǎn)生影響。本研究在20～100 MPa壓力下利用均質機處理大米淀粉，測定處理前后大米淀粉的理化性質、糊化性質和質構特性，對比添加大米蛋白前后均質處理對大米淀粉的影響，為大米淀粉基樣品在均質處理及其他成分對其加工的影響提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大米蛋白(RP)和大米淀粉(RS)：江西金農(nóng)生物科技有限公司。

M-7125 Microfluidic高壓均質機；DGG-9240AD電熱恒溫鼓風干燥箱；TDA-40B臺式離心機；UV2450紫外-可見分光光度計；TechMaster RVA測試儀；TAXT2質構儀。

1.2 方法

1.2.1 均質處理大米淀粉

將大米淀粉配制成質量濃度為10%的漿液，分別在20、60、80和100 MPa下對其進行均質處理，得到的漿液經(jīng)抽濾后放入45 ℃烘箱中48 h，烘干后粉碎處理過200目篩，處理后的大米淀粉分別簡寫為RS20、RS60、RS80、RS100，原淀粉用RS表示。在大米淀粉溶液中添加大米蛋白使其終濃度為7%，簡寫為RP-RS，在60 MPa下處理該樣品，簡寫為RP-RS60。

1.2.2 大米淀粉溶解度、膨脹力的測定

參照涂宗財?shù)萚10]的方法，稱取一定質量的淀粉，配制成質量濃度為2%的淀粉乳。取50 mL淀粉溶液于30 ℃下攪拌30 min，3 000 r/min離心20 min后，取出上清液，將其置于水浴中蒸干，再放入烘箱中烘至恒重并稱質量，所得質量即為被溶解淀粉量，記為m(g)，離心管中膨脹淀粉質量表示為M(g)，按公式計算其溶解度(S)和膨脹率(B)：

式中：G為淀粉樣品質量/g，以干基計。

1.2.3 大米淀粉凝沉性的測定

參照尹沾合等[11]的方法，配制1%的淀粉乳于沸水浴中加熱糊化并保溫30 min，取出冷卻至室溫，取25 mL糊化液移入帶刻度的具塞試管中，靜置，每隔12 h記錄上層清液的體積。

1.2.4 大米淀粉透明度的測定

參照Sandhum等[12]的方法，通過測定糊化淀粉的透光率來表征其透明度。配制10%的淀粉乳，沸水浴中保溫30 min，取出冷至室溫，以蒸餾水作空白，用紫外分光光度計在640 nm處測量淀粉糊的透光率。

1.2.5 大米淀粉糊化特性的測定

1.2.5.1 測定均質壓力對大米淀粉糊化性質的影響

采用快速黏度測定儀(RVA)測定糊化特性。稱取3 g淀粉放入鋁盒中，加入25 mL蒸餾水，升溫至50 ℃保持1 min，再以12 ℃/min的速率升溫至95 ℃，在95 ℃下保溫2.5 min，然后以12 ℃/min速率降溫至50 ℃，在50 ℃下保溫2 min，攪拌器在起始10 s內(nèi)轉動速率為960 r/min，之后保持在160r/min[13]。按操作步驟分別測定RS、RS20、RS40、RS60、RS80的糊化特性。

1.2.5.2 測定氯化鈉對大米淀粉糊化特性的影響

分別用質量分數(shù)為1%、3%、5%的氯化鈉(NaCl)溶液將原淀粉和60 MPa處理過的淀粉配制成12%的淀粉懸浮液，分別簡記為1% NaCl-RS、3% NaCl-RS、5% NaCl-RS和1% NaCl-RS60、3% NaCl-RS60、5% NaCl-RS60，按1.2.5.1的方法測定添加了NaCl的樣品糊化特性。

1.2.6 大米淀粉質構特性的測定

稱取20 g樣品，用去離子水配制成12%的淀粉懸浮液，在95 ℃恒溫水浴鍋內(nèi)加熱糊化，利用質構儀采用TPA分析獲得大米淀粉凝膠的硬度、彈性等質構特性數(shù)據(jù)[9]。測試用P/50探頭，設置參數(shù)為：預測試速度1.0 mm/s，測試速度0.5 mm/s，返回速度0.5 mm/s，2次壓縮間隔5.0 s，觸發(fā)力5.0 g。

1.2.7 實驗數(shù)據(jù)處理

采用Origin8.0軟件作圖，數(shù)據(jù)用SPSS軟件進行分析，采用ANOVA方法進行顯著性分析，P<0.05表示有顯著差異，每個實驗重復3次。

2 結果與討論

2.1 均質對大米淀粉理化性質的影響

2.1.1 均質對大米淀粉溶解度、膨脹率的影響

溶解度和膨脹率的測定結果如圖1所示。從圖1可以看出大米淀粉的溶解度經(jīng)過20 MPa處理后幾乎沒有變化，而后隨著處理壓力升高而不斷提升，在100 MPa下達到最高，為2.88%；添加大米蛋白后降低了大米淀粉的溶解度。大米淀粉的膨脹率隨著處理壓力的增加而增大，其中在20～40 MPa內(nèi)增幅最大，從3.37%升至4.56%，在60 MPa以上的壓力下其膨脹率差別不大；而添加大米蛋白后，大米淀粉的膨脹率在同一壓力處理下均下降，但其隨著壓力升高而上升的趨勢不變(圖1)。涂宗財?shù)萚10]采用動態(tài)高壓微射流在40～120 MPa內(nèi)處理大米淀粉，結果表明，隨著壓力的增加淀粉的溶解度和膨脹率也上升，其最高溶解度和膨脹率分別低于1.2%和2.7%；當處理糯米淀粉時，溶解度和膨脹率隨著壓力的增加有明顯的提升[14]。Liu等[15]研究120～600 MPa的超高壓處理對蕎麥淀粉的影響，結果表明，在50～60 ℃淀粉的溶解度和膨脹率隨著壓力的增加而增加，而在70～90 ℃淀粉的溶解度和膨脹率隨壓力的增加而降低。

膨脹率和溶解度表示了淀粉鏈在無定形區(qū)和結晶區(qū)內(nèi)相互作用的強度[16]。在高壓均質處理后，淀粉顆粒變小，水分子與淀粉顆粒有更大的接觸面積，使大米淀粉鏈相互作用加大，從而增加了溶解度和膨脹率。大米蛋白易與淀粉結合，妨礙大米淀粉與水分子的充分接觸，這可能是添加蛋白質后淀粉膨脹率和溶解度下降的原因。

圖1 均質對RS和RP-RS溶解度和膨脹率的影響

2.1.2 均質對大米淀粉凝沉性的影響

糊化的淀粉在放置一定時間后，分散的淀粉分子會逐漸聚集產(chǎn)生凝沉現(xiàn)象而分層，測量分層后的上清液體積即可分析淀粉的凝沉性，上清液體積越大凝沉性越強。從圖2可以看出隨著時間的增加同一樣品凝沉性有不同程度的上升，其中凝沉性最強的是原大米淀粉，在72 h后上清液體積達到14.5 mL；同一時間下，20、60 MPa處理后大米淀粉凝沉性均有所下降，80 MPa處理的淀粉凝沉性則顯著下降，但100 MPa下凝沉性幾乎沒有繼續(xù)變化；添加大米蛋白后，80、100 MPa下的大米淀粉凝沉性上升。凝沉性的降低說明糊化后的淀粉均勻程度更高，凝膠性能更低。凝沉性的降低可能是在均質處理后較大程度破壞了大米淀粉的原有結構，使淀粉分子與水分子接觸面積增大，結合力增強，從而抑制了淀粉的沉降。加入蛋白質后，蛋白質與淀粉結合，可能是由于帶電性質改變會發(fā)生部分聚集而加大沉降速度。

圖2 均質處理對RS和RP-RS凝沉性的影響

2.1.3 均質對大米淀粉透明度的影響

透明度通過測量糊化后樣品的透光率表示，透光率越好則透明度越高。從圖3可以看出，隨著處理壓力的增加透光率不斷增大，但其增加幅度不同，在0～60 MPa內(nèi)增幅較大，而60 MPa后增幅不明顯，幾乎持平。這可能是由于經(jīng)過均質處理后淀粉顆粒變小，與其他分子接觸面積增大，使糊化后淀粉體系更加均勻，從而增加了透光率。添加蛋白質后其透光性與原淀粉相當，在80、100 MPa下稍有升高，這可能是由于蛋白質經(jīng)過均質后透明度比淀粉更高而引起的。

圖3 均質處理和大米蛋白對大米淀粉糊透明度的影響

2.2 均質對大米淀粉糊化特性的影響

利用RVA測定大米淀粉的糊化特性，比較不同均質壓力處理對大米淀粉糊化特性的影響，在此基礎上進一步分析了常見無機鹽(氯化鈉)對大米淀粉的影響。由RVA譜圖可得到的特征參數(shù)包括糊化溫度、峰值黏度、最終黏度、降落值和回生值等[15]。其中降落值反映了樣品的熱穩(wěn)定性強度，其值越大，熱穩(wěn)定性越差；回生值反映了樣品的老化作用，其值越大，老化程度越強[8, 17]。

由表1可知，經(jīng)過均質處理后大米淀粉的糊化溫度沒有明顯區(qū)別，均在80 ℃左右，但其最終黏度、峰值黏度、降落值和回生值則有顯著下降，說明均質處理后的樣品黏度降低、熱穩(wěn)定性增加、老化程度減弱。隨著壓力的增加樣品的糊化特性變化不明顯，說明20～100 MPa之間的均質處理對大米淀粉糊化性質的影響較小，這可能是因為低壓段壓力處理后，淀粉顆粒的變化并不明顯。Ahmed等[18]研究了400～600 MPa壓力下對扁豆淀粉性質的影響，結果表明隨著壓力的增加，淀粉的黏度、降落值和回生值均有明顯的下降。Liu等[19]報道高壓對高粱淀粉糊化特性的影響表明在120～480 MPa內(nèi)處理的樣品其最終黏度、峰值黏度、降落值和回生值變化不大，但在600 MPa處理的樣品數(shù)值均有明顯的降低。Liu等[15]報道在120～600 MPa壓力下處理小麥淀粉，結果表明隨著處理壓力的增加，小麥淀粉的降落值、回生值和黏度均有較大幅度的下降。

表1 均質和NaCl濃度對大米淀粉糊化特性的影響

注：同列數(shù)據(jù)右上角字母相同表示差異不顯著(P>0.05)，不同表示差異顯著(P<0.05)。

大米蛋白對大米淀粉的黏度、崩解值和回生值產(chǎn)生影響，在80、100 MPa下添加大米蛋白使得大米淀粉的峰值黏度、最低黏度、最終黏度降低及崩解值降低，而回生值升高，糊化溫度變化不明顯，這可能是由于蛋白質分子能分散于淀粉顆粒周圍，形成一層屏障抑制淀粉的膨脹。NaCl對大米淀粉的糊化特性影響較大(表1)。隨著NaCl濃度的升高，降落值和回生值降低，而黏度下降的幅度并不明顯；經(jīng)過60 MPa處理的大米淀粉在添加NaCl后糊化特性變化趨勢與原淀粉類似，但在同一NaCl濃度條件下，經(jīng)過60 MPa處理后的樣品其黏度、降落值和回生值均比原淀粉的低。添加NaCl后能降低大米淀粉的黏度，提高其熱穩(wěn)定性和抗老化能力，結合60 MPa處理后其熱穩(wěn)定性和抗老化能力更為顯著。這將為均質處理過程中大米淀粉基產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供參考。

2.3 均質對大米淀粉質構特性的影響

圖4表示不同均質壓力處理下的質構特性，淀粉凝膠的硬度隨著處理壓力的增加而降低，在60～80 MPa之間下降幅度最大，80 MPa處理后，其硬度最低為1 398 g，較原淀粉硬度(1 743 g)下降了20%；大米淀粉凝膠的彈性隨著處理壓力的增加整體趨勢向上，但其值變化不大，如原淀粉和80 MPa下處理的樣品的彈性分別為0.82和0.90。在添加了大米蛋白后其硬度下降，而彈性上升。Liu等[15]研究120～600 MPa高壓下處理蕎麥淀粉的性質，發(fā)現(xiàn)樣品的硬度隨處理的壓力的增加而顯著下降，600 MPa高壓處理的淀粉硬度比原淀粉下降幅度達90%以上，其彈性則沒有明顯變化，均在0.95左右。

淀粉凝膠的結構主要與膨脹淀粉顆粒的數(shù)量有關[15]，因此較高的膨脹度會降低淀粉凝膠強度，從而使硬度減弱，這也與圖1結果相一致。凝膠的硬度與淀粉中直鏈淀粉的含量也密切相關[20]。在均質處理過程中，直鏈淀粉由于呈現(xiàn)直鏈狀更易受到均質壓力的影響而使其結構被破壞，壓力越大，破壞程度越高，硬度就越低。蛋白質會與淀粉結合，分布于淀粉顆粒周邊，其軟韌性促使淀粉硬度下降而彈性上升。研究表明，水分子與淀粉分子以及淀粉分子之間的相互作用均對淀粉凝膠的質構產(chǎn)生影響[21]。均質處理后淀粉顆粒變小，蛋白質與淀粉結合強度受到影響，這些相互作用均會發(fā)生改變，從而引起了大米淀粉質構的變化。

圖4 均質處理對對RS和RP-RS硬度和彈性的影響

3 結論

在20～100 MPa條件下均質處理大米淀粉，在添加或不添加大米蛋白情況下其理化、糊化質構性能均表現(xiàn)出顯著的變化。大米淀粉的溶解度、膨脹率和透明度隨處理壓力的增加而升高，100 MPa處理達最大值，分別為2.88%、5.38%、14.17%；凝沉性隨著處理壓力的升高而降低，隨著靜置時間的延長而升高，常壓下升高幅度較大，上清液體積從靜置12 h的5.6 mL上升至72 h的14.5 mL。大米蛋白引起了大米淀粉溶解度、膨脹率和透明度不同程度的下降，而凝沉性有所上升。均質后樣品糊化溫度均在80 ℃左右，而最終黏度、峰值黏度、崩解值和回生值從3 662、2 745、809、1 726分別下降到3 060、2 412、617、1 366；添加大米蛋白后同一壓力下淀粉黏度下降，回生值上升；添加NaCl后同一壓力下淀粉糊化溫度上升，最高達90.95 ℃，降落值和回生值下降。隨處理壓力增加樣品硬度從1 743 g下降到1 398 g，彈性均在0.8～0.9之間，大米蛋白使淀粉的硬度下降而彈性升高。均質處理以及蛋白質和NaCl存在的條件下均對大米淀粉特性產(chǎn)生影響，多種因素綜合作用下表現(xiàn)出更為復雜的效應，在大米淀粉改性以及精深加工方面需重點關注這些影響因素。