吳 偉 付旭恒 吳曉娟

(中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院;稻谷及副產(chǎn)物深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410004)

米糠是稻米加工的副產(chǎn)物，我國(guó)米糠資源豐富，脫脂米糠中膳食纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)30%～50%，其中米糠不溶性膳食纖維(rice bran insoluble dietary fiber，RBIDF)占到 90% 以上［1］。RBIDF 具有良好的功能性質(zhì)，可作為一種理想的膳食纖維添加到米制品中，膳食纖維的添加量、結(jié)構(gòu)特征和功能性質(zhì)都會(huì)對(duì)米制品品質(zhì)產(chǎn)生重要影響［2］。

米糠在綜合利用之前應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定化處理，但部分稻谷加工工廠缺乏米糠穩(wěn)定化設(shè)備，米糠在穩(wěn)定化之前就可能發(fā)生了一定程度的酸敗［3］。前期研究表明，當(dāng)新鮮米糠在室溫條件下儲(chǔ)藏10 d時(shí)，米糠毛油酸值和過氧化值分別增加8.98倍和5.49倍，米糠蛋白羰基含量增加6.51倍，表明米糠儲(chǔ)藏過程中米糠脂質(zhì)逐漸水解和氧化，形成的脂質(zhì)氧化產(chǎn)物導(dǎo)致米糠蛋白氧化［3］。此外，米糠酸敗形成的脂質(zhì)氧化產(chǎn)物還會(huì)改變RBIDF的功能性質(zhì)［4］。目前鮮見米糠酸敗程度對(duì)添加米糠膳食纖維食品品質(zhì)影響的報(bào)道。將新鮮米糠儲(chǔ)藏不同時(shí)間得到不同酸敗程度的米糠，經(jīng)穩(wěn)定化和脫脂處理后制備RBIDF，并添加到米粉中，研究不同酸敗程度米糠制備的RBIDF對(duì)米粉糊化和凝膠性質(zhì)的影響，為進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用米糠膳食纖維以及提高米糠綜合利用價(jià)值提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮米糠:湖南長(zhǎng)沙霞凝國(guó)家糧食儲(chǔ)備庫;米粉(湘早秈6):金健米業(yè)股份有限公司;堿性蛋白酶(200 000 U/g):北京索萊寶科技有限公司;α－淀粉酶(40 000 U/g):國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Sorvall LYNX 6000高速冷凍離心機(jī):美國(guó)Thermo Fisher公司;Super4－RVA快速黏度分析儀:澳大利亞新港公司;DHR－2流變儀:美國(guó)TA公司;TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀:英國(guó) Stable Micro System公司。

1.3 方法

1.3.1 米糠預(yù)處理

參考吳偉等［5］米糠預(yù)處理方法。新鮮米糠過40目篩，含水量為12%，在室溫下分別儲(chǔ)藏0、1、3、5、10 d，得到不同酸敗程度的米糠，采用雙螺桿擠壓機(jī)穩(wěn)定化，穩(wěn)定化條件為:喂料量為15 kg/h，含水量為16%，雙螺桿擠壓機(jī)二區(qū)至六區(qū)溫度依次為70、120、120、70和60℃，然后干燥、粉碎過40目篩，隨后在室溫條件下與正己烷按1∶4(m∶V)料液比混合脫脂，振蕩30 min后抽濾得到濾餅，濾液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收正己烷，如此重復(fù)脫脂3次，最后將濾餅置于通風(fēng)櫥中風(fēng)干后得脫脂米糠。

1.3.2 RBIDF 的制備

參考李倫等［6］方法制備RBIDF。將脫脂后的米糠按照1∶10(m/V)料液比與去離子水混合，40℃條件下用2 mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH，穩(wěn)定至9.0，攪拌4 h后將懸浮液在4℃條件下8 000 r/min離心20 min，將沉淀以1∶12(m/V)料液比與去離子水混合并攪拌均勻，45℃條件下用2 mol/L NaOH調(diào)pH至10.0，加入堿性蛋白酶(添加量250 U/g)，酶解2 h，將水浴鍋溫度升至90℃進(jìn)行預(yù)糊化，糊化時(shí)間20～25 min，然后在60℃條件下用2 mol/L HCl調(diào)pH至6.5，加入高溫α－淀粉酶(添加量200 U/g)，酶解30 min，升溫至95℃保持5 min滅酶，冷卻至室溫后在4℃條件下8 000 r/min離心20 min，水洗沉淀后將沉淀物在45℃條件下鼓風(fēng)烘干，得到RBIDF。

1.3.3 添加RBIDF米粉的制備

將制備不同儲(chǔ)藏期的RBIDF過100目篩，根據(jù)人們?nèi)粘?duì)膳食纖維攝入量的需求及米制主食品的食用量，選擇米糠膳食纖維最高添加量為12%［7］。以米粉質(zhì)量為基礎(chǔ)，分別以4%、6%、8%、10%、12%的RBIDF置換等量的米粉，制備混合粉各500 g，混合均勻，置于密封袋中，4℃條件下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.4 米粉糊化性質(zhì)測(cè)定

參照美國(guó)谷物化學(xué)家協(xié)會(huì)(AACC61－02)關(guān)于稻米淀粉糊化特性操作規(guī)程進(jìn)行測(cè)定?？焖兖ざ确治鰞x參數(shù)設(shè)置如下:50℃保持1 min，以12℃/min上升到95℃(3.75 min)，95℃條件下保持2.5 min，然后以12℃/min下降到50℃(3.75 min)，50℃保持1.4 min。攪拌器起始10 s內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)速度為960 r/min，以后保持在 160 r/min［8］。

1.3.5 米粉凝膠形成過程中動(dòng)態(tài)流變學(xué)性質(zhì)測(cè)定

稱取添加RBIDF的米粉1 g倒入30 mL超純水中，沸水浴攪拌加熱制成米粉糊，然后另取4 g待測(cè)混合粉倒入米粉糊中，并補(bǔ)足蒸發(fā)掉的水分，攪拌均勻，靜置30 min，待水分分布均勻后進(jìn)行測(cè)試。模具選用直徑為40 mm的平板，狹縫間隙設(shè)置為1.0 mm，形變?yōu)?%，角頻率為5 rad/s，從20℃升溫到100℃，然后溫度從100℃降到20℃，升、降溫速率均為5℃/min，最后在20℃下進(jìn)行頻率掃描，掃描范圍0～16 Hz，測(cè)定米粉凝膠形成過程中儲(chǔ)能模量和損耗角正切［9］。

1.3.6 米粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定

將制備的含RBIDF的米粉與超純水按1∶1.5的比例混合均勻，倒入規(guī)格為7 cm×3.5 cm的圓柱形鋁盒中，蒸5 min后取出，冷卻至室溫，進(jìn)行測(cè)定［10］。采用物性測(cè)試儀中TPA模式測(cè)定，測(cè)前速度、測(cè)試速度均為2 mm/s，測(cè)后速度為5 mm/s，壓縮率50%，探頭為 P/0.5R［9］。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

所有實(shí)驗(yàn)平行測(cè)定3次。數(shù)據(jù)采用Microsoft excel 2003和Origin 7.5進(jìn)行處理，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示，指標(biāo)比較采用最小顯著差異法，取95%置信度(P＜0.05)。各參數(shù)間相關(guān)系數(shù)采用SPSS12.0 分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 米糠儲(chǔ)藏不同時(shí)間制備RBIDF添加對(duì)米粉糊化性質(zhì)的影響

吳偉等［11］研究發(fā)現(xiàn)新鮮米糠儲(chǔ)藏 0、1、3、5、10 d制備的米糠毛油酸值在我國(guó)生產(chǎn)的絕大部分米糠毛油酸值范圍(15 ～40 mgKOH/g)內(nèi)［12］，且酸值分布較為均勻，表明本實(shí)驗(yàn)將新鮮米糠儲(chǔ)藏不同時(shí)間得到的不同酸敗程度米糠可反映我國(guó)米糠的酸敗程度，同時(shí)制備的RBIDF也具有較大程度的代表性。

由圖1可知，當(dāng)米糠儲(chǔ)藏時(shí)間相同時(shí)，隨著RBIDF添加量的增多，米粉的峰值黏度逐漸下降，這是由于RBIDF會(huì)與米粉中的淀粉分子競(jìng)爭(zhēng)水分子［13］，隨著RBIDF添加量的增多，淀粉顆粒的膨脹程度和聚合物向顆粒外浸出的數(shù)量減?。?4］。此外，由于RBIDF添加量的增加，米粉中淀粉的絕對(duì)含量減少，從而導(dǎo)致米粉的峰值黏度隨著RBIDF添加量的增多而降低。當(dāng)RBIDF添加量相同時(shí)，隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，米粉的峰值黏度呈先上升后略微下降的趨勢(shì)，在米糠儲(chǔ)藏第5天時(shí)達(dá)到最大值。隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，米糠氧化酸敗產(chǎn)生的脂質(zhì)氧化產(chǎn)物作用于RBIDF，結(jié)合水力逐漸下降，米淀粉能接觸吸收更多的水分［4］，使得米淀粉糊化過程中更多的直鏈淀粉溶出，從而導(dǎo)致米粉的峰值黏度呈現(xiàn)上升趨勢(shì);隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，RBIDF結(jié)構(gòu)展開，在一定程度上降低了溶出直鏈淀粉溶液的連續(xù)性［4，15］，從而導(dǎo)致米粉的峰值黏度隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)呈略微下降的趨勢(shì)。

圖1 米糠不同儲(chǔ)藏時(shí)間制備RBIDF添加對(duì)米粉RVA圖譜中峰值黏度的影響

由圖2可知，當(dāng)米糠儲(chǔ)藏時(shí)間相同時(shí)，隨著RBIDF添加量的增多，米粉的回生值逐漸下降。這是由于，隨著RBIDF含量的增多，添加RBIDF米粉中直鏈淀粉的絕對(duì)含量減少，導(dǎo)致米粉的回生值減?。?6］。當(dāng)RBIDF添加量相同時(shí)，隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，米粉的回生值呈逐漸上升趨勢(shì)，與峰值黏度變化趨勢(shì)相反。淀粉糊化過程中峰值黏度越大，表明淀粉顆粒溶出的直鏈淀粉分子越多，溶出的直鏈淀粉分子在RVA測(cè)試降溫階段依靠氫鍵相互結(jié)合，從而導(dǎo)致淀粉老化，回生值增加，因此RVA圖譜中峰值黏度與回生值變化趨勢(shì)相反［17］。

圖2 米糠儲(chǔ)藏不同時(shí)間制備RBIDF添加對(duì)米粉RVA圖譜中回生值的影響

由圖3可知，當(dāng)米糠儲(chǔ)藏時(shí)間相同時(shí)，隨著RBIDF添加量的增多，米粉的峰值時(shí)間呈先上升后下降的趨勢(shì)，在添加量8%時(shí)達(dá)到最大。這是由于RBIDF添加量越多，競(jìng)爭(zhēng)水分子的能力就增強(qiáng)，從而導(dǎo)致米粉RVA圖譜中峰值時(shí)間增大;但RBIDF添加量越多，米粉中淀粉的絕對(duì)含量越少，糊化所需水分也減少，因而米粉糊化的進(jìn)程加快，峰值時(shí)間減?。?8］。當(dāng)RBIDF添加量相同時(shí)，隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，米粉的峰值時(shí)間呈先大幅度下降后略微上升的趨勢(shì)，在米糠儲(chǔ)藏第5天時(shí)達(dá)到最小值。這是由于隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，RBIDF結(jié)合水力逐漸下降［4］，米粉能接觸到更多的水分，從而導(dǎo)致米粉的峰值時(shí)間減?。?］;隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，空間結(jié)構(gòu)展開的RBIDF分布在米淀粉顆粒周圍，導(dǎo)致米淀粉顆粒吸水溶脹阻力增加，淀粉糊化速度減小，從而導(dǎo)致米粉的峰值時(shí)間有所回升。

圖3 米糠儲(chǔ)藏不同時(shí)間制備RBIDF添加對(duì)米粉RVA圖譜中峰值時(shí)間的影響

由圖4可知，當(dāng)米糠儲(chǔ)藏時(shí)間相同時(shí)，隨著RBIDF添加量的增多，米粉的糊化溫度呈逐漸上升的趨勢(shì)。Aravind等［19］研究發(fā)現(xiàn)將不溶性膳食纖維添加到在小麥面條中能提高面條淀粉的糊化溫度，這是由于隨著RBIDF添加量的增多，淀粉溶脹受到的抑制，從而導(dǎo)致米粉的糊化溫度升高［20］。當(dāng)RBIDF添加量相同時(shí)，隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，米粉的糊化溫度呈先大幅度下降后略微上升的趨勢(shì)，在米糠儲(chǔ)藏第3天達(dá)到最小值，與峰值時(shí)間變化趨勢(shì)非常類似，兩者原因也是一樣的。

圖4 米糠儲(chǔ)藏不同時(shí)間制備RBIDF添加對(duì)米粉RVA圖譜中糊化溫度的影響

2.2 米糠儲(chǔ)藏不同時(shí)間制備RBIDF添加對(duì)米粉凝膠形成過程中流變性質(zhì)的影響

如圖5所示，RBIDF添加量相同時(shí)，隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，米粉在升、降溫過程中儲(chǔ)能模量G'值的變化趨勢(shì)一致:在升溫糊化過程中，米粉的G'值隨米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)先增大后減小，在米糠儲(chǔ)藏第3 d時(shí)達(dá)到最大值。這是由于隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，RBIDF結(jié)合水力逐漸下降［4］，米粉與水分子接觸增多，從而導(dǎo)致升溫過程中添加RBIDF米粉的G'值增大;隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的持續(xù)增加，RBIDF結(jié)構(gòu)展開程度增加，在一定程度上破壞了淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)的均一性和完整性［21］，從而導(dǎo)致升溫過程中添加RBIDF米糠的G'值減小。在降溫凝膠形成過程中，米粉的G'值隨米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大，這與前面RVA測(cè)試中回生值變化趨勢(shì)一致。

如圖6所示，當(dāng)RBIDF添加量相同時(shí)，隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，米粉凝膠的G'呈逐漸上升的趨勢(shì)，這是由于隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，RBIDF結(jié)合水力逐漸下降，米淀粉易于吸水糊化形成凝膠網(wǎng)絡(luò)，從而增強(qiáng)了米粉的凝膠強(qiáng)度［4，9］;米粉凝膠的損耗角正切先下降后上升，在米糠儲(chǔ)藏第5天時(shí)達(dá)到最小值，這是由于隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，RBIDF結(jié)構(gòu)逐漸展開，有更多的水分子透過，米粉與水分子的接觸更充分，直鏈淀粉滲析出來形成的凝膠基質(zhì)增多;但是隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，進(jìn)一步展開結(jié)構(gòu)的RBIDF可破壞米粉凝膠網(wǎng)絡(luò)的均一性［21］，導(dǎo)致米粉凝膠的損耗角正切先下降后上升。

圖5 米粉添加米糠儲(chǔ)藏不同時(shí)間制備的RBIDF凝膠形成過程中儲(chǔ)能模量隨時(shí)間的變化曲線

2.3 米糠儲(chǔ)藏不同時(shí)間制備RBIDF添加對(duì)米粉凝膠質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的影響

由圖7可知，當(dāng)米糠儲(chǔ)藏時(shí)間相同時(shí)，隨著RBIDF添加量的增多，米粉凝膠的硬度、回復(fù)性、膠著性、咀嚼度逐漸減小，黏附性逐漸上升，這與王煒華等［13］研究結(jié)果一致。這是由于隨著RBIDF添加量的增多，米粉中淀粉總量下降，且RBIDF的分支結(jié)構(gòu)會(huì)使淀粉形成的凝膠結(jié)構(gòu)更為疏松。當(dāng)RBIDF添加量相同時(shí)，隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，米粉凝膠的硬度、回復(fù)性、膠著性、咀嚼度先上升后下降，均在米糠儲(chǔ)藏3 d時(shí)達(dá)到最大值，米粉凝膠的黏附性則先下降后上升，在米糠儲(chǔ)藏3 d時(shí)達(dá)到最小值。這是由于隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，RBIDF結(jié)合水力逐漸下降［4］，米淀粉能接觸到更多的水分，糊化過程中能夠析出更多的直鏈淀粉，冷卻后有更多的直鏈淀粉老化，因而形成的米粉凝膠的硬度、回復(fù)性、膠著性、咀嚼度增加，黏附性減小;當(dāng)米糠儲(chǔ)藏時(shí)間進(jìn)一步的延長(zhǎng)，進(jìn)一步展開結(jié)構(gòu)的RBIDF降低糊化溶出直鏈淀粉的連續(xù)性［4］，因而冷卻后直鏈淀粉重排程度下降，導(dǎo)致米粉凝膠的硬度、回復(fù)性、膠著性、咀嚼度減小，黏附性增加［7］。

圖6 米粉添加米糠儲(chǔ)藏不同時(shí)間制備的RBIDF形成凝膠后儲(chǔ)能模量(實(shí)線)和損耗角正切(虛線)隨頻率的變化曲線

圖7 米糠儲(chǔ)藏不同時(shí)間制備RBIDF添加對(duì)米粉質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的影響

2.4 米粉糊化和質(zhì)構(gòu)性質(zhì)與米糠儲(chǔ)藏時(shí)間和RBIDF添加量的相關(guān)性分析

為了進(jìn)一步明確米糠酸敗程度、RBIDF添加量和米粉糊化、質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的關(guān)系，進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表1。RBIDF添加量與米粉凝膠的硬度、回復(fù)性、膠著性、咀嚼度、峰值黏度和回生值呈極顯著(P＜0.01)負(fù)相關(guān)，與黏附性呈顯著(P ＜0.05)正相關(guān)，表明添加RBIDF會(huì)對(duì)米粉的糊化和質(zhì)構(gòu)性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響，這與李安平等［22］研究結(jié)果相似。此外，米糠毛油酸值與添加RBIDF米粉的峰值黏度呈顯著(P＜0.05)正相關(guān)，與峰值時(shí)間和糊化溫度呈極顯著(P＜0.01)負(fù)相關(guān)，與回生值和米糠儲(chǔ)藏時(shí)間呈極顯著(P＜0.01)正相關(guān)，表明米糠酸敗會(huì)對(duì)含RBIDF米粉的糊化性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)主要研究了不同儲(chǔ)藏時(shí)間米糠制備的RBIDF對(duì)米粉糊化和凝膠性質(zhì)的影響。當(dāng)RBIDF添加量相同時(shí)，隨著米糠儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，米粉的峰值黏度呈先上升后略微下降的趨勢(shì)，回生值逐漸上升，峰值時(shí)間和糊化溫度先大幅度下降后略微上升。米糠毛油酸值與添加RBIDF米粉的峰值黏度呈顯著(P＜0.05)正相關(guān)，與峰值時(shí)間和糊化溫度呈極顯著(P＜0.01)負(fù)相關(guān)，與回生值和米糠儲(chǔ)藏時(shí)間呈極顯著(P＜0.01)正相關(guān);儲(chǔ)能模量在米粉凝膠形成階段和米粉凝膠形成后階段都呈上升趨勢(shì)，損耗角正切在米粉凝膠形成后階段先減小后增大，在米糠儲(chǔ)藏5 d達(dá)到最小值;硬度、回復(fù)性、膠著性、咀嚼度先增大后減小，黏附性先減小后增大。表明一定酸敗程度的米糠制備的RBIDF添加可在一定程度上改善米粉的糊化和凝膠性質(zhì)，但添加過度酸敗米糠制備的RBIDF則會(huì)使米粉的糊化和凝膠性質(zhì)劣變。