楊慧萍 李常鈺 王超超 宋 偉

(南京財經(jīng)大學(xué)1，南京 210046)

(糧食儲運國家工程實驗室2，南京 210046)

發(fā)芽糙米淀粉理化特性研究

楊慧萍1，2李常鈺1王超超1宋 偉1，2

(南京財經(jīng)大學(xué)1，南京 210046)

(糧食儲運國家工程實驗室2，南京 210046)

采用富集γ－氨基丁酸(GABA)的優(yōu)選糙米發(fā)芽工藝條件，通過堿酶兩步法提取糙米淀粉，研究發(fā)芽對糙米淀粉結(jié)構(gòu)和理化特性的影響。結(jié)果表明:糙米發(fā)芽后，淀粉膨脹度增大，且隨溫度升高而提高;透明度升高了57.14%;峰值黏度基本不變;凍融穩(wěn)定性提高，凝沉特性得到改善;淀粉凝膠的凝膠粘性有所提高，硬度和膠凝性有所降低;碘蘭值減小，說明糙米發(fā)芽后其直鏈淀粉含量降低或聚合度減小;電鏡分析結(jié)果顯示，發(fā)芽后糙米淀粉顆粒變得圓滑，棱角較發(fā)芽前不明顯。綜上得出，發(fā)芽對糙米淀粉的理化特性具有一定的改善作用。

發(fā)芽糙米 淀粉結(jié)構(gòu) 理化特性

糙米發(fā)芽過程中，所含有的大量酶被激活和釋放，使其從結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)，其內(nèi)源淀粉酶的激活，導(dǎo)致了糙米淀粉發(fā)生降解，引起直鏈淀粉和支鏈淀粉含量下降。淀粉在淀粉酶的作用下逐步分解為葡萄糖等小分子糖類，為幼芽和幼根生長提供能量，所以隨著淀粉酶活力的升高，淀粉含量逐漸減少，還原糖含量迅速升高［1］。

韓永斌等［2］研究了糙米發(fā)芽前后的主要成分、發(fā)芽糙米粉糊化后的透光率、凝沉特性、凍融穩(wěn)定性及黏度等特性。結(jié)果表明:糙米發(fā)芽后，直鏈淀粉含量降低了24.92%，透光率升高了21.28%，凍融穩(wěn)定性提高，凝沉特性得到改善;發(fā)芽糙米糊的黏度隨濃度的升高而升高，隨溫度和轉(zhuǎn)速的升高而降低;添加NaCl能使發(fā)芽糙米糊黏度下降，添加蔗糖能使其黏度上升。

鄭藝梅等［3］以未發(fā)芽、發(fā)芽 12、24、36 h 的糙米為原料提取淀粉，并對淀粉及其組分含量、淀粉糊的透明度、凝沉性質(zhì)、凍融穩(wěn)定性、酶解率以及黏度等進行分析，研究發(fā)芽對糙米淀粉理化特性的影響。結(jié)果表明:糙米發(fā)芽后淀粉及其組分的含量、淀粉糊的酶解率以及淀粉糊的黏度均降低;淀粉糊的透明度和凍融穩(wěn)定性均增強;凝沉穩(wěn)定性變化不大。其中發(fā)芽24 h的糙米淀粉的理化特性變化最明顯。發(fā)芽對糙米淀粉的理化特性具有一定的改善作用。

本試驗采用富集γ－氨基丁酸(GABA)的優(yōu)選糙米發(fā)芽工藝條件，通過堿酶兩步法提取糙米淀粉，研究發(fā)芽對糙米淀粉結(jié)構(gòu)和理化特性的影響，旨為發(fā)芽糙米制品的開發(fā)和生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

晚粳稻(2009年12月):南京鐵心橋糧庫提供;GABA標(biāo)準(zhǔn)品:Sigma公司;其他化學(xué)試劑為分析純。

1.2 儀器

PQX－300D型多段可編程人工氣候箱:寧波東南儀器有限公司;TDL－5－A離心機:上海安亭科學(xué)儀器廠;722N－可見分光光度計:上海精密科學(xué)儀器有限公司;快速黏度分析儀RVA:澳大利亞Newport Scientific儀器公司;質(zhì)構(gòu)分析儀:英國Stable Micro System公司;S－3000N掃描電子顯微鏡:日本日立公司;HG 202－2(2A/2AD)電熱干燥箱:南京盈鑫實驗儀器有限公司;pHS－3C精密數(shù)顯pH計:上海精密科學(xué)儀器廠;JXFM110錘式旋風(fēng)磨:上海嘉定糧油儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 糙米發(fā)芽工藝［4］

稻谷→脫殼→糙米→篩選→水洗3次→消毒5 min(1%NaClO溶液)→用0.05%NaClO溶液和檸檬酸溶液調(diào)節(jié)至pH 5.11，于30℃浸泡12 h→將浸泡后的糙米及其浸泡液移至墊有紗布的培養(yǎng)皿(墊有紗布的培養(yǎng)皿經(jīng)過高溫消毒滅菌)→于32.9℃下、催芽25.8 h→置50℃烘箱中烘干5 h→發(fā)芽糙米。

1.3.2 糙米淀粉的制備工藝［5］

糙米→粉碎(80目)→稀堿提取(pH 11，40℃，水料比 6∶1，120 min)→離心(3 000 r/min，20 min)→淀粉漿→蛋白酶水解(堿性蛋白酶:pH 9，48 AU/kg，45℃，60 min)→離心(3 000 r/min，20 min)→沉淀→冷凍干燥→粉碎→糙米淀粉

根據(jù) GB/T 5009.5—2003［6］測得糙米淀粉和發(fā)芽糙米淀粉殘余蛋白含量約為0.32%和0.25%。1.3.3 糙米淀粉結(jié)構(gòu)的測定［5］

將糙米淀粉過100目篩，在4℃下用5%戊二醛混合液(C5H8O2)，用0.1 mol/L磷酸緩沖液漂洗數(shù)次;再用1%四氧化鋨(OsO4)固定，用0.1 mol/L磷酸緩沖液漂洗數(shù)次;后經(jīng)30%、50%、70%、90%、100%乙醇逐級脫水，用醋酸異戊酯(C7H14O2)置換出乙醇后，采用臨界點干燥法進行干燥，經(jīng)離子濺射噴金后，置于掃描電子顯微鏡(SEM)下觀察，拍照。

1.3.4 淀粉糊膨脹度的測定

50 mL 2%的淀粉乳于30、50、70、90℃的溫度條件下攪拌30 min后，以3 000 r/min離心20 min，上清液傾入恒重鋁盒中，于設(shè)定溫度水浴上蒸干后，在105℃干燥箱中烘至恒重，得溶解淀粉質(zhì)量A/g，稱取離心管中沉淀物的質(zhì)量P/g，m為淀粉干基質(zhì)量/g。

式中:B為膨脹度;S為溶解度。

1.3.5 淀粉糊透明度的測定

分別稱取一定量的糙米淀粉、發(fā)芽糙米淀粉，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的乳狀液，取50 mL于燒杯中，置沸水浴中加熱、攪拌30 min至完全糊化后，冷卻至室溫25℃，用去離子水調(diào)整至原來體積。在722分光光度計上，以去離子水作空白調(diào)零，用1 cm比色皿，于波長620 nm處測定透光率。

1.3.6 淀粉糊凍融穩(wěn)定性的測定

量取測定黏度參數(shù)后的淀粉糊40 mL，冷卻至室溫，稱取淀粉糊質(zhì)量，并于－18℃冰箱中冷凍24 h，

1.3.7 淀粉糊凝沉特性的測定

1%淀粉糊于25 mL的刻度試管中，沸水浴煮沸10 min，30℃條件下，每隔一定時間記錄上層清液體積，繪制上清液體積對時間的變化曲線，即得凝沉曲線。沉降24 h，下層淀粉糊體積即為沉降體積，單位為mL。

1.3.8 淀粉糊化性質(zhì)的測定

按照 GB/T 24853—2010 方法［7］，用快速黏度測定儀(RVA)測定，用TCW(Thermal cline for windows)配套軟件記錄和分析數(shù)據(jù)。測定時，按照國標(biāo)GB 5009.3—2010方法［8］測定淀粉的水分含量，然后按公式(3)計算每種淀粉在進行糊化特性測定時所需要的樣品和水的質(zhì)量。取出自然解凍，3 000 r/min離心15 min，稱取析出清液的質(zhì)量。

式中:S為經(jīng)校正的試樣質(zhì)量/g;M為試樣的實際含水量/%;W為經(jīng)校正的加水量/mL。

稱量樣品和水加入RVA專用鋁盒內(nèi)攪拌，混合成一定濃度的淀粉乳，然后將鋁盒放入RVA測定儀中，開動機器進行測量。測定條件:50℃下保持1 min;以12℃/min的速度上升到95℃(3.75 min);95℃下保持2.5 min;以12℃/min下降到50℃(3.75 min);50℃下保持1 min。糊化過程中攪拌器的速度保持在160 r/min。測得糊黏度曲線，黏滯性值用RVU(RVA黏度單位)表示。

1.3.9 淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的測定

配置一定濃度的淀粉乳，放入10 mL的燒杯中，在沸水浴中加熱并緩慢攪拌30 min，使淀粉充分糊化，冷卻至室溫，密封，置于0～4℃冰箱中成膠24 h后測定。凝膠質(zhì)構(gòu)特性采用英國Texture Analyzer測定，選用TPA模式，測試探頭采用P/0.5，探頭測前下降速度 1.0 mm/s，測試速度 0.5 mm/s，測后的上升速度 1.0 mm/s，測定高度為 10 mm，測試壓力5.0 g，兩次測定時間間隔為3 s。做3次平行試驗，取平均值得到凝膠質(zhì)構(gòu)參數(shù)。

1.3.10 淀粉碘蘭值的測定

取0.25 g(干基)淀粉，用1 mL無水乙醇潤濕，加入10 mL 0.5 mol/L KOH溶液，在沸水浴中振蕩至樣品完全分散溶解(約15 min)，冷卻后定容至50 mL。取 0.5 mL樣液加入 10 mL蒸餾水，用0.1 mol/L HCl調(diào)至pH 3左右，加入0.5 mL碘試劑，用蒸餾水定容至100 mL，靜置15 min，用分光光度計于620 nm波長下比色。

空白試驗:用0.5 mL蒸餾水代替樣液，其他操作同樣液處理。

1.3.11 數(shù)據(jù)分析

每組指標(biāo)測定重復(fù)3次，取平均值。采用方差分析(ANOVA)對數(shù)據(jù)進行差異性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 糙米發(fā)芽前后淀粉顆粒電鏡分析

糙米發(fā)芽前后其淀粉顆粒均呈現(xiàn)較規(guī)則的多邊形，多數(shù)淀粉顆粒的粒徑都在5 μm左右，有些淀粉顆粒表面具有凹坑，這是由于糙米淀粉緊緊包裹在蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中，兩者之間的結(jié)合非常緊密，當(dāng)用堿酶兩步法將淀粉顆粒從蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中釋放出來時，淀粉顆粒都會不同程度的受到破損，導(dǎo)致顆粒表面出現(xiàn)凹坑。糙米及發(fā)芽糙米淀粉掃描電鏡圖見圖1。

圖1 糙米及發(fā)芽糙米淀粉掃描電鏡圖(×3 000)

從圖1還可以看出，發(fā)芽后淀粉顆粒形狀比發(fā)芽前變得圓滑，棱角較發(fā)芽前不明顯，顆粒表面出現(xiàn)的凹坑要淺于發(fā)芽前糙米淀粉。這是因為糙米發(fā)芽后淀粉結(jié)構(gòu)變得疏松，蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較發(fā)芽前松散所致。

2.2 發(fā)芽對糙米淀粉膨脹度的影響

溶解度和膨脹度反映了淀粉與水之間相互作用的大小。膨脹度是指淀粉乳在一定溫度下保持30 min后，經(jīng)離心脫水后所得的沉淀物的質(zhì)量占未溶解部分淀粉(干基重)的百分比，主要反映淀粉顆粒中直鏈淀粉的特性。淀粉的膨脹度與淀粉粒的大小、形態(tài)、分子量等有關(guān)。

發(fā)芽對糙米淀粉膨脹度的影響見圖2。

圖2 發(fā)芽對糙米淀粉膨脹度的影響

從圖2可以看出，在同一溫度條件下，發(fā)芽糙米淀粉的膨脹度均高于糙米淀粉。這是因為糙米發(fā)芽時，內(nèi)源淀粉酶被激活，導(dǎo)致糙米淀粉發(fā)生降解，引起直鏈淀粉和支鏈淀粉含量下降，分子間結(jié)合變得疏松，極性基團容易暴露在外與水結(jié)合［9－11］。因此，在相同溫度條件下，直鏈淀粉含量越少的淀粉，它的膨脹度反而越大(表1)。

表1 發(fā)芽對糙米淀粉膨脹度的影響

從圖2亦可以看出，糙米淀粉的膨脹度隨著溫度的升高而增加，這是因為隨著溫度的升高，微晶束結(jié)構(gòu)開始松動，裸露出來的極性基團與水結(jié)合，淀粉開始部分溶解，溫度繼續(xù)升高使淀粉團崩解，游離出直鏈淀粉和支鏈淀粉，溶解度也隨之增加。與此同時，未溶解的淀粉顆粒也充分吸水膨脹。

2.3 發(fā)芽對糙米淀粉糊透明度的影響

淀粉糊化后，淀粉分子結(jié)構(gòu)和直鏈淀粉含量是影響淀粉糊透明度的重要因素［12］。當(dāng)光線通過淀粉糊時便會產(chǎn)生光的穿透、折射和反射現(xiàn)象［13］，無反射和折射等現(xiàn)象產(chǎn)生時，淀粉糊就非常透明;當(dāng)光線透過時產(chǎn)生較多反射和折射時，透明度相對較低。淀粉糊的透明度隨著直鏈淀粉含量減小而升高［14］。糙米發(fā)芽后，其直鏈淀粉含量下降，故透明度升高(見圖3)。

從圖3可以看出，糙米發(fā)芽后透明度升高了57.14%。

圖3 發(fā)芽對糙米淀粉透明度的影響

2.4 發(fā)芽對糙米淀粉糊凍融穩(wěn)定性的影響

由于凍融穩(wěn)定性與淀粉中直鏈淀粉含量有關(guān)，一般而言，直鏈淀粉含量高的淀粉易老化，其凍融穩(wěn)定性差。這是因為直鏈淀粉易重新排列和締合而發(fā)生凝沉現(xiàn)象。糙米發(fā)芽后其淀粉糊經(jīng)過凍融后，析出水分少于糙米淀粉，凍融穩(wěn)定性較好(圖4)。這可能是因為糙米發(fā)芽后，其直鏈淀粉含量下降，所以發(fā)芽糙米淀粉不易老化，凍融穩(wěn)定性較好。淀粉糊凍融穩(wěn)定性的好壞直接影響了冷凍食品的品質(zhì)，因為淀粉糊在低溫下冷凍后，可能還需要經(jīng)過多次反復(fù)的冷凍、融化(如運輸銷售途中)，若淀粉糊的凍融穩(wěn)定性不好，經(jīng)冷凍和重新融化后，淀粉糊膠體結(jié)構(gòu)被破壞而析出游離水分，使食品不能保持原有的膠體結(jié)構(gòu)，從而影響食品的品質(zhì)。

圖4 發(fā)芽對糙米淀粉凍融穩(wěn)定性的影響

2.5 發(fā)芽對糙米淀粉糊凝沉特性的影響

淀粉糊發(fā)生凝沉主要是由于直鏈淀粉分子間結(jié)合形成較大的顆?；蚴鵂罱Y(jié)構(gòu)，當(dāng)其體積增大到一定程度時便形成了凝沉現(xiàn)象;支鏈淀粉分子因有分支結(jié)構(gòu)，不發(fā)生此現(xiàn)象且對直鏈分子間的結(jié)合有一定的抑制作用［15］。直鏈淀粉含量越高越容易老化。所以說淀粉的構(gòu)成直接影響淀粉糊的凝沉特性。

從圖5可以看出，發(fā)芽糙米淀粉的凝沉體積小于糙米淀粉，這是因為發(fā)芽過程中，糙米淀粉含量的減少主要是直鏈淀粉含量的減少［16］，支鏈淀粉含量下降幅度很小，所以發(fā)芽糙米淀粉的支鏈淀粉對直鏈淀粉發(fā)生凝沉的抑制作用就越強，故發(fā)芽糙米淀粉的凝沉速度就較慢。而凝沉速度過快，其深加工產(chǎn)品就易老化，進而影響深加工產(chǎn)品的品質(zhì)?？梢?，發(fā)芽可改善糙米淀粉糊的凝沉特性，有利于食品的深加工。

2.6 發(fā)芽對糙米淀粉糊化特性的影響

從圖6、表2可以看出，發(fā)芽糙米淀粉與糙米淀粉相比，兩者的起始糊化溫度、出峰時間、峰值黏度基本相同;而谷值黏度較低，崩解值、最終黏度、回升值略高于糙米淀粉。這與糙米發(fā)芽后其內(nèi)源淀粉酶活力提高、糙米淀粉發(fā)生降解、淀粉結(jié)構(gòu)變得疏松有關(guān)。

圖6 糙米淀粉和發(fā)芽糙米淀粉的黏度曲線圖

2.7 發(fā)芽對糙米淀粉質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.7.1 對淀粉凝膠硬度的影響

一般來說，直鏈淀粉含量越高，直鏈淀粉分子越小，則直鏈淀粉分子的某些鏈段相互平行的幾率越大，形成的凝膠硬度越大。對于支鏈淀粉來說，分子越小或分子大小一定時，分支化度越高，分子流體半徑越小，空間位阻越小，在網(wǎng)孔中填充的直鏈淀粉的密度越大，則凝膠硬度越大［12］。

表2 發(fā)芽對糙米淀粉糊化特性的影響

從圖7可以看出，糙米淀粉凝膠硬度隨淀粉糊濃度的降低而減小，由于發(fā)芽使糙米淀粉結(jié)構(gòu)變得疏松，所以在相同濃度條件下，發(fā)芽后淀粉糊凝膠的硬度減小。

圖7 發(fā)芽對糙米淀粉凝膠硬度的影響

2.7.2 對淀粉凝膠黏性的影響

從圖8可以看出，糙米淀粉凝膠黏性隨淀粉糊濃度的降低而減小，在相同濃度條件下，發(fā)芽后淀粉凝膠黏性升高。

圖8 發(fā)芽對糙米淀粉凝膠黏性的影響

2.7.3 對淀粉凝膠膠凝性的影響

從圖9可以看出，糙米淀粉凝膠膠凝性隨淀粉糊濃度的降低而減小，在相同濃度條件下，發(fā)芽后其膠凝性逐漸降低，低濃度時與糙米淀粉凝膠基本相同。

圖9 發(fā)芽對糙米淀粉凝膠膠凝性的影響

2.8 發(fā)芽對糙米淀粉碘蘭值的影響

從圖10可以看出，糙米發(fā)芽后，其碘蘭值減小。碘蘭值可反應(yīng)直鏈淀粉的濃度及聚合度［17］。碘蘭值減小，說明糙米發(fā)芽后其直鏈淀粉含量降低或聚合度減小。

圖10 發(fā)芽對糙米淀粉碘蘭值的影響

3 結(jié)論

糙米發(fā)芽后，其淀粉的膨脹度增大，且隨溫度的升高而提高;透明度比發(fā)芽前升高了57.14%，這有利于在食品尤其是果凍和飲料中的應(yīng)用;凍融穩(wěn)定性提高，凝沉特性得到改善;峰值黏度基本不變;發(fā)芽后淀粉凝膠的黏性有所提高，凝膠硬度和膠凝性有所降低，均有利于食品品質(zhì)的改善;碘蘭值減小，說明糙米發(fā)芽后其直鏈淀粉含量降低或聚合度減小;電鏡分析結(jié)果顯示，發(fā)芽后糙米淀粉顆粒變得圓滑，棱角較發(fā)芽前不明顯。綜上得出，發(fā)芽對糙米淀粉的理化特性具有一定的改善作用。

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The Study on Physicochemical Properties of Germinated Brown Rice Starch

Yang Huiping1，2Li Changyu1Wang Chaochao1Song Wei1，2
(Nanjing University of Finance ＆ Economics1，Nanjing 210046)
(National Engineering Laboratory for Food Storage and Transportation2，Nanjing 210046)

With the optimal germination conditions on brown rice of GABA enrichment，two － step by alkali and enzyme was used to extract the starch from the brown rice，and the changes of starch structure of brown rice and physicochemical properties after germination were studied in the paper.The results showed that:The swelling power was increased after germination，and increased with the temperature rising;the transparency was increased by 57.14%;the peak viscosity was inhibited obviously and the freeze－thawing stability was enhanced strongly after germination;the adhesiveness of starch gelatin was increased after germination，hardness and gumminess were both decreased;iodine blue value was decreased;it indicated that the amylose content or the degree of polymerization decreased after germination;electron microscopy analysis showed that germinated brown rice starch granules were round，and the angular were not obvious after germination.It showed that germination could improve the physicochemical properties of brown rice starch.

germinated brown rice，starch structure，physicochemical properties

TS201.1

A

1003－0174(2012)04－0038－06

國家科技支撐計劃(2009BADA0B00－5)，南京財經(jīng)大學(xué)科研基金(C0620)

2011－03－29

楊慧萍，女，1957年出生，教授，糧油食品檢測與質(zhì)量控制

宋偉，男，1957年出生，教授，糧油儲藏技術(shù)與儲藏物害蟲防治