袁 子 張賓佳 趙思明 牛 猛 賈才華 熊善柏 林親錄

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院1，武漢 430070)

(中南林業(yè)科技大學(xué)稻谷及副產(chǎn)物深加工國家實(shí)驗(yàn)室2，長沙 410004)

大米凝膠是大米粉在有限水分下糊化形成的凝膠體，米飯、米粉是典型的大米凝膠食品［1］。大米凝膠在存放過程中，淀粉分子、蛋白質(zhì)分子等高分子與水的結(jié)合能力下降導(dǎo)致體系中游離水增加，高分子網(wǎng)絡(luò)收縮，分子鏈的剛性上升，大米凝膠的硬度上升，柔性和強(qiáng)度下降，造成大米凝膠的老化，從而使產(chǎn)品變硬，掉渣，影響其品質(zhì)［2－3］。目前米制品抗老化的研究主要在加工工藝和添加物兩個(gè)方面。在加工工藝上，發(fā)酵可使淀粉的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，短期抗老化性能提高［4］。添加外源物也可以很好地抑制大米凝膠食品的老化。添加蔗糖酯可有效地延緩餃子皮在儲(chǔ)藏過程中淀粉的老化［5］。添加0.01%的糖化酶可以增強(qiáng)米粉的抗斷條能力，同時(shí)有一定的抗老化效果［6］。通過對(duì)不同的抗老化劑進(jìn)行復(fù)配也可以顯著提高米制品的抗老化能力，有研究表明添加瓜爾豆膠0.4%，硬脂酰乳酸鈉0.22%，水溶性大豆多糖0.18%，β － 環(huán)糊精0.15%，能很好地延緩鮮濕面淀粉的回生［7］。

針對(duì)大米凝膠老化問題，以大米粉為原料，綜合研究添加單甘酯、復(fù)合磷酸鹽、TG酶、山梨醇后對(duì)大米凝膠的熱特性、流變特性、晶體結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的影響，初步探究添加物穩(wěn)定大米凝膠的機(jī)理，為大米凝膠食品的抗老化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

大米粉:由鐘祥中雜秈稻品種加工而成;單甘酯(DG):廣州食品添加劑有限公司;復(fù)合磷酸鹽(偏磷酸鈉55%，三聚磷酸鈉29%，焦磷酸鈉3%，磷酸氫二鈉13%，F(xiàn)a):湖北省興發(fā)集團(tuán);轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(TG酶):無錫泰興酶制劑有限公司;山梨醇(SLC):廣州利源化工有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

FD－1A－50型冷凍干燥機(jī):北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;DW－86W100型超低溫冰箱:海爾集團(tuán);722S型分光光度計(jì):上海精密科學(xué)儀器有限公司;YW－D6型蒸飯柜:宇王廚房設(shè)備有限公司;204F1型差示掃描量熱儀:德國 NETZSCH公司;AR－2000ex型動(dòng)態(tài)流變儀:美國 TA公司;JSM－6390型掃描電鏡:日本NTC公司;D8型X－衍射儀:德國布魯克AXS有限公司。

1.3 方法

1.3.1 大米粉基本理化指標(biāo)的測(cè)定

水分測(cè)定采用直接干燥法(GB 5009.3—2016);總淀粉測(cè)定采用酸水解法(GB 5009.9—2016);直鏈淀粉測(cè)定參照 GB/T 15683—2008;支鏈淀粉含量由總淀粉含量減去直鏈淀粉含量得到;總蛋白測(cè)定采用凱氏定氮法(GB 5009.5—2016);粗脂肪測(cè)定采用索氏抽提法(GB 5009.6—2016)。

1.3.2 大米凝膠的制作與儲(chǔ)藏

利用文獻(xiàn)［8］中的方法，按1∶1.2米水比調(diào)米漿，再經(jīng)過蒸煮、靜置得到大米凝膠，其中在調(diào)漿過程中加入添加物。然后放到4℃冰箱進(jìn)行保存，備用。

1.3.3 大米漿熱特性測(cè)定

按照1.3.1的方法調(diào)米漿，在4℃平衡12 h，取10 mg左右加入到鋁盒中，密封。進(jìn)行程序升溫:30～100℃，升溫速率為5℃/min。

1.3.4 大米凝膠形成特性測(cè)定

按1.3.1的方法調(diào)米漿，置于AR－2000流變儀測(cè)試平臺(tái)，參數(shù):平板:40 mm，測(cè)試模式:Oscillation，平衡時(shí)間:1 min，溫度掃描:25～100℃，100～4℃，5℃/min;頻率:1 Hz，應(yīng)變:2%。

1.3.5 大米凝膠老化特性測(cè)定

按照1.3.1的方法調(diào)米漿，置于AR－2000流變儀測(cè)試平臺(tái)，參數(shù):平板:40 mm，測(cè)試模式:Oscillation，平衡時(shí)間:1 min，在4℃下進(jìn)行時(shí)間掃描，頻率:1 Hz，應(yīng)變:2% 。

1.3.6 大米凝膠的微觀形貌

將制作好的凝膠冷凍干燥，然后粉碎過100目篩，得到干燥的大米凝膠粉，貼在掃描電鏡樣品臺(tái)上，噴金后觀察。用掃描電子顯微鏡在15 kV工作電壓下觀察不同放大倍數(shù)下其微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.7 大米凝膠X－射線衍射測(cè)定

測(cè)定條件:特征射線Cu靶，管壓40 kV，電流50 mA，測(cè)定角度 2θ 為 10°～45°，掃描速度 15 °/min。根據(jù)衍射峰的強(qiáng)度，將所得衍射峰分解為結(jié)晶和非結(jié)晶的兩部分，相對(duì)結(jié)晶度為結(jié)晶峰的面積與總面積的比值［9］。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，應(yīng)用Microsoft Excel 2003、SAS8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用Origin 8.0軟件作圖，采用LSD分析進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(P＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 大米粉理化指標(biāo)測(cè)定

大米粉的基本理化指標(biāo)見表1。

表1 大米粉的基本理化指標(biāo)/%

2.2 添加物對(duì)大米凝膠熱特性的影響

單甘脂含量對(duì)大米凝膠熱特性影響的DSC圖譜見圖1，其他添加物對(duì)大米凝膠影響的熱特性參數(shù)見表2。由圖1可知，隨溫度的升高，在55℃出現(xiàn)第一個(gè)峰，這是單甘酯的融化峰［10］。熱流量在68℃開始上升，大米凝膠吸熱，開始糊化，在72℃出現(xiàn)第二個(gè)峰，這是淀粉的糊化峰。單甘酯的添加增大了大米凝膠的糊化峰值溫度Tp、糊化的熱焓ΔH。這是由于單甘酯被吸附在淀粉表面，產(chǎn)生水不溶性物質(zhì)，抑制了水分的移動(dòng)和淀粉粒的膨脹，使淀粉的吸水溶脹能力降低，使糊化溫度提高［11］。

圖1 單甘酯含量對(duì)大米凝膠影響的DSC圖譜

表2 添加物對(duì)大米凝膠影響的熱特性參數(shù)

TG酶可以提高大米凝膠的糊化峰值溫度Tp，并能夠顯著提高淀粉糊化所需要的熱焓。因TG酶能催化蛋白質(zhì)分子內(nèi)及分子間的交聯(lián)，形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包裹淀粉顆粒從而阻礙淀粉顆粒的膨脹和分子鏈的伸展，減少直鏈淀粉的滲出，導(dǎo)致淀粉的糊化溫度和熱焓值上升［12］。山梨醇可以降低大米凝膠的糊化峰值溫度Tp、增加糊化的熱焓。這與山梨醇含有較多的羥基基團(tuán)，具有一定的保水作用，從而增加大米凝膠的持水性有關(guān)。復(fù)合磷酸鹽可以提高淀粉糊化峰值溫度Tp，但能夠降低大米凝膠糊化的熱焓ΔH。復(fù)合磷酸鹽中的磷酸根離子具有很好的螯合作用，能使淀粉分子、蛋白質(zhì)分子、脂質(zhì)形成復(fù)合體，使淀粉顆粒在吸水膨脹困難，需要較高的溫度下才能糊化［13］。

2.3 添加物對(duì)大米凝膠形成特性的影響

單甘酯對(duì)大米凝膠形成過程的影響圖譜見圖2(以2%單甘酯為例)，其他添加物對(duì)大米凝膠形成特性的流變特征參數(shù)見表3。在25～60℃的升溫階段，還沒有達(dá)到淀粉的糊化溫度，G'、G″有輕微的升高，體系的黏性和彈性增加。當(dāng)溫度達(dá)到60～75℃時(shí)，達(dá)到了淀粉的糊化溫度，淀粉開始大量吸水膨脹，導(dǎo)致體系的黏性和彈性增加，儲(chǔ)能模量G'、G″急劇升高，在75℃左右G'、G″達(dá)到最高值。75～100℃階段，溫度繼續(xù)增加，淀粉顆粒吸收過量的水，強(qiáng)度下降導(dǎo)致破裂，凝膠體系的黏度和彈性下降，G'、G″迅速降低［14］。添加單甘酯后，提高了大米凝膠的ToG'、TG'max，降低其 TG″max、G'max和 G″max，隨著添加量的增加，G'max和G″max逐漸降低，說明單甘酯可以增強(qiáng)凝膠加熱過程中的穩(wěn)定性。單甘酯能與直鏈淀粉形成復(fù)合物，阻礙分子鏈的舒展，使大米凝膠趨于穩(wěn)定，添加量較少時(shí)對(duì)凝膠穩(wěn)定性影響不顯著［15］。

圖2 2%單甘酯對(duì)大米凝膠形成特性的影響

表3 添加物對(duì)大米凝膠形成特性及短期老化的影響

添加TG酶、復(fù)合磷酸鹽后，可以提高大米凝膠的 ToG'、TG'max和 TG″max，降低大米凝膠的 G'max和 G″max。隨著TG酶添加量的增加，大米凝膠的ToG'有逐漸增大的趨勢(shì)，G'max和G″max有降低的趨勢(shì)。TG酶催化蛋白質(zhì)形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包裹在淀粉顆粒周圍，使淀粉顆粒不易發(fā)生膨脹，直鏈淀粉不易溶出，故淀粉顆粒的破裂需要更高的溫度。而隨著復(fù)合磷酸鹽添加量的增加，ToG'、TG'max和 TG″max有增加的趨勢(shì)。添加山梨醇，可以提高大米凝膠的 ToG'、TG'max，添加0.5%以上的山梨醇可以提高其G'max，降低TG″max。隨著添加量的增加，G'max呈上升的趨勢(shì)，但對(duì) ToG'、TG'max和 TG″max影響不大。山梨醇可以降低凝膠在高溫下的穩(wěn)定性，對(duì)降溫過程中的穩(wěn)定性有一定的影響。這可能與山梨糖醇有較好的保水性有關(guān)。

2.4 添加物對(duì)大米凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

添加物對(duì)大米凝膠的微觀結(jié)構(gòu)(SEM)的影響見圖3。由圖3可知，新鮮的大米凝膠表面比較致密且光滑，內(nèi)部形成的空洞比較均一，經(jīng)低溫儲(chǔ)藏后，大米凝膠的表面變得粗糙，空洞不均一，有許多凸起，并且有許多片狀小碎片，這可能是由于淀粉的重結(jié)晶引起的。加入添加物后，可以減少碎片的產(chǎn)生，使大米凝膠的表面變得光滑，減少空洞。添加復(fù)合磷酸鹽、TG酶的大米凝膠經(jīng)儲(chǔ)藏后，凝膠空洞較少，較致密，這可能與復(fù)合磷酸鹽的保水作用以及TG酶催化形成蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)，能夠抑制淀粉分子的移動(dòng)，減少儲(chǔ)藏過程中的水分散失。

圖3 添加物對(duì)大米凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

2.5 添加物對(duì)大米凝膠老化的影響

淀粉的短期老化是直鏈淀粉重結(jié)晶的過程［16］。利用動(dòng)態(tài)流變儀測(cè)定在4℃保溫過程中，大米凝膠的G'值變化，從而反映出凝膠的硬度變化，間接反映凝膠的短期老化狀況。

單甘脂含量對(duì)大米凝膠短期老化的影響見圖4，其他添加物對(duì)大米凝膠的短期老化擬合結(jié)果見表3。四種添加物的G'值都經(jīng)歷了一個(gè)先下降后上升的過程。G'值降低可能是由于淀粉、蛋白質(zhì)等高分子鏈充分伸展造成，是凝膠的穩(wěn)定過程。G'值上升因直鏈淀粉分子鏈內(nèi)與鏈間具有較強(qiáng)的聚合趨勢(shì)，會(huì)通過氫鍵相互作用，形成雙螺旋結(jié)構(gòu)的晶體，使凝膠的硬度增加［17］。利用線性方程y=k x+b擬合大米凝膠在4℃保溫過程中G'值上升過程的變化，k值可以反映G'值的變化速率，G'值的變化速率可以間接反映出大米凝膠的短期老化情況，G'值的變化速率越大，大米凝膠的短期老化速率越快，反之則老化速率慢。添加單甘酯、TG酶，能夠顯著降低大米凝膠在保溫過程中G'值的變化速率，隨著添加量的增加，k值有降低的趨勢(shì)，單甘酯和TG酶具有很好的延緩凝膠短期老化效果，添加0.15%TG酶的大米凝膠G'值的變化速率最小，達(dá)到0.48。低添加量的山梨醇可以降低G'值的變化速率，對(duì)大米凝膠的短期老化有一定的抑制作用，但過高的添加，增加了G'值的變化速率，加速了大米凝膠的老化。添加0.1%的復(fù)合磷酸鹽對(duì)大米凝膠的G'值變化速率影響不大，但添加量的增加可以顯著降低k，抑制大米凝膠的短期老化。

圖4 單甘酯含量對(duì)大米凝膠短期老化的影響(4℃保溫)

2.6 添加物對(duì)大米凝膠晶體結(jié)構(gòu)的影響

圖5 為添加物對(duì)大米凝膠老化結(jié)晶影響的X－衍射圖譜。大米凝膠儲(chǔ)藏3 d后，淀粉的典型結(jié)晶峰消失，只在 2θ =17°、20°、22°存在較強(qiáng)的衍射峰，而15°、18°、23°的結(jié)晶峰消失或者發(fā)生遷移，并且峰的強(qiáng)度比較弱。加入添加物后，大米凝膠的22°結(jié)晶峰消失，晶型發(fā)生變化，半高寬降低。相對(duì)于對(duì)照組，加入添加物后均可以降低大米凝膠的相對(duì)結(jié)晶度，具有一定抗老化作用，單甘酯、TG酶、復(fù)合磷酸鹽使大米凝膠的結(jié)晶度下降顯著，添加1.5%、0.15%的單甘酯、0.4%的復(fù)合磷酸鹽具有較好的抗老化效果。

圖5 添加物對(duì)大米凝膠老化結(jié)晶的影響

表4 添加物對(duì)大米凝膠結(jié)晶參數(shù)的影響/%

3 結(jié)論

TG酶、復(fù)合磷酸鹽、單甘酯能提高大米凝膠的Tp，而山梨醇降低其Tp。四種添加物均對(duì)大米凝膠形成特性產(chǎn)生影響，它們均提高了大米凝膠的ToG'、TG'max，其中添加TG酶后，大米凝膠的ΔH、ToG'、TG'max和 TG″max最高，G'max和 G″max最低。添加物的加入可使大米凝膠經(jīng)儲(chǔ)藏后，減少小碎片及空洞，使表面變得光滑。添加復(fù)合磷酸鹽、TG酶的大米凝膠經(jīng)儲(chǔ)藏后，凝膠空洞較少，較致密。四種添加物在一定的含量范圍內(nèi)均能降低大米凝膠G'值的變化速率和結(jié)晶度，可抑制大米凝膠的老化。