裴 斐，倪曉蕾，仲 磊，楊文建，姚軼俊，馬 寧，方 勇，胡秋輝

（1.南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院，江蘇省糧油品質(zhì)控制及加工技術(shù)重點實驗室，江蘇省現(xiàn)代糧食流通與發(fā)全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023；2.南京農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院，江蘇 南京 210095）

中國是大米生產(chǎn)和消費大國，有60%以上的人口以大米為主食。隨著人們生活水平和消費能力的提高，對日常飲食的要求逐漸提升，大米的蒸煮品質(zhì)越來越受到重視。大米的淀粉結(jié)構(gòu)、含水率和營養(yǎng)組分對其蒸煮品質(zhì)有重要影響[1]，造成了在蒸煮和食用過程中米飯糊化和回生特性的差異，從而影響其持水力、硬度和貯藏期間淀粉的回生程度?；厣鷷绊懘竺椎鹊矸垲愔破返钠焚|(zhì)并縮短貨架期[2-4]。因此，如何改善米飯組分及淀粉品質(zhì)特性，提升米飯蒸煮品質(zhì)尤為重要。

目前，米飯及淀粉品質(zhì)特性的改善主要通過物理和化學方法實現(xiàn)。其中，物理方法主要利用超高壓、超聲波和擠壓處理[5-8]，對設備選型要求較高，不利于產(chǎn)業(yè)化應用。化學方法主要包括添加一些親水性膠體、小分子鹽、糖、乳化劑和酶對大米進行處理，從口感、質(zhì)構(gòu)、回生和消化等方面改善米飯蒸煮品質(zhì)。如Tang Minmin等[9]研究了大米淀粉與黃原膠混合物的短期老化和長期老化，發(fā)現(xiàn)黃原膠對大米淀粉的回生具有顯著的抑制作用。周顯清等[10]發(fā)現(xiàn)檸檬酸浸泡后制備的蒸谷米顯著降低了體積膨脹率、碘藍值、pH值及蒸谷米飯的硬度，顯著提高了蒸谷米的色澤及其米飯的滋味、口感和綜合評分。Koh等[11]研究了不同藻酸鹽對大米面團的結(jié)構(gòu)特性和體外消化的影響，發(fā)現(xiàn)連續(xù)的藻酸鹽相包裹淀粉顆粒，從而延緩了大米面團的體外消化。與這些方法相比，功能性甜味劑不會影響食品原有的味道，并具有低熱量、抗齲齒和改善腸道功能等特點[12]，主要包括功能性低聚糖（如低聚果糖等）和功能性多元糖醇（如山梨糖醇、麥芽糖醇、木糖醇等）。已有研究表明，功能性甜味劑在淀粉性能改良等方面具有重要作用，如低聚果糖能夠抑制淀粉老化，具有耐高溫性和穩(wěn)定性[13-14]。在面包的冷凍貯藏中添加低聚果糖能夠有效延緩面團中直鏈淀粉的重排，而添加山梨糖醇和麥芽糖醇能夠減緩面包在貯藏中水分的流失，從而抑制面包的老化[15-17]。然而，利用功能性甜味劑改善米飯的蒸煮品質(zhì)和延緩米飯回生的相關(guān)研究鮮見報道。

本實驗研究低聚果糖、山梨糖醇和麥芽糖醇3 種功能性甜味劑對米飯品質(zhì)的影響，利用質(zhì)構(gòu)分析、掃描電子顯微鏡、差示掃描量熱分析、X-射線衍射分析和體外模擬消化等方法，研究這3 種功能性甜味劑對大米蒸煮品質(zhì)、熱特性、回生和消化的影響，篩選并優(yōu)化功能性甜味劑處理工藝，以得到米飯最佳的蒸煮品質(zhì)和消化特性，旨在為大米精深加工與方便米飯產(chǎn)品開發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

五常大米購于南京蘇果超市；低聚果糖（食品級）河南豫中生物科技有限公司；山梨糖醇（食品級）羅蓋特（中國）精細化工有限公司；麥芽糖醇（食品級） 山東福田藥業(yè)有限公司。

鹽酸、醋酸、氫氧化鈉、碘、碘化鉀（均為分析純）國藥集團化學試劑有限公司；α-淀粉酶 索萊寶生物科技有限公司；糖化酶 阿拉丁試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

AL1043電子天平 瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司；Spectra Max 190酶標儀 美國美谷分子儀器（上海）有限公司；WSYH26A電蒸鍋 美的集團股份有限公司；TM3000掃描電子顯微鏡 日本日立公司；TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋 江蘇國華電器有限公司；DSC8000差示掃描量熱儀 美國PerkinElmer股份有限公司；FreeZone 12 L真空冷凍干燥機 美國Labconco公司；X-射線衍射儀 日本Rigaku Smartlab公司；葡萄糖測定試劑盒 南京建成生物工程研究所。

1.3 方法

1.3.1 大米浸泡吸水率的測定

在50 mL塑料試管中加入30 mL去離子水，置于25 ℃水浴鍋中恒溫，稱取約10 g（精確到0.001 g）大米m1放入試管，同時開始計時，分別浸泡5、15、25、35 min后取出米粒，用濾紙吸干表面水分后，稱質(zhì)量記為m2[18]。浸泡吸水率按下式計算：

1.3.2 米飯的制備

根據(jù)樊奇良等[19]的方法稍作修改。將大米快速淘洗后，瀝干，放入不同質(zhì)量分數(shù)的低聚果糖、山梨糖醇和麥芽糖醇溶液中，米水質(zhì)量比為1∶1.4，置于25 ℃水浴鍋中恒溫，浸泡時間為30 min。將浸泡后的大米連同浸泡液放入蒸鍋中進行蒸煮，時間為35 min，得到蒸煮米飯備用。

1.3.3 直鏈淀粉比例測定

將熟米飯進行真空冷凍干燥后磨成粉，根據(jù)AACC 61-03[20]測定直鏈淀粉比例。

1.3.4 米飯硬度的測定

使用質(zhì)構(gòu)分析儀，采用TPA模式，測定熟米飯在4 ℃冰箱中放置0、12、24 h后的硬度，從而分析不同甜味劑對米飯的回生情況。質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)的設定：P/36R探頭，測前速率5 mm/s，測定速率0.5 mm/s，測后速率5 mm/s，觸發(fā)力5 g，2 次壓縮間隔時間5 s，壓縮程度75%。每個樣品測定6 次。

1.3.5 熱特性的測定

釆用差示掃描量熱分析樣品的糊化熱力學特性，空盤為參比。糊化特性測試過程：將原料大米粉碎并過目篩，得到米生粉。生米粉和蒸餾水按質(zhì)量比1∶3的比例添加到燒杯中，不同甜味劑以生米粉干質(zhì)量為基準按照不同添加量分別加入。將燒杯置于磁力攪拌器上攪拌2 h，將處于攪拌狀態(tài)的樣品快速轉(zhuǎn)移12 mg于差示掃描量熱儀鋁盤中，置于4 ℃下平衡過夜。掃描溫度20～95 ℃，升溫速率20 ℃/min，然后再冷卻到20 ℃，保護氣為氮氣。通過專用配套軟件分析所得數(shù)據(jù)，比較不同處理對樣品糊化起始溫度、峰值溫度、結(jié)束溫度以及糊化焓值等熱力學參數(shù)的影響。

1.3.6 米飯微觀結(jié)構(gòu)觀察

通過掃描電子顯微鏡觀察不同處理下米飯的微觀結(jié)構(gòu)。將不同處理條件下的米飯真空冷凍干燥，米飯粒用強力膠黏于掃描電子顯微鏡的專用鋁載物臺上，離子濺射鍍膜儀中放入載物臺，在用噴金處理樣品后，取出并置于掃描電子顯微鏡下觀察。

1.3.7 X-射線衍測定

通過X-射線衍射儀分析米飯的晶型結(jié)構(gòu)。冷凍干燥造成的相對結(jié)晶度較小[21]，將4 ℃貯存24 h的米飯放于冷凍干燥機中進行干燥，然后粉碎過80 目篩用于測定，掃描角度范圍5°～40°，掃描速率2°/min，并用MDI Jade V6.0軟件處理并計算結(jié)晶度。

1.3.8 體外消化

參照Englyst[22]的方法，并作適當調(diào)整。稱取0.4 g米飯與5 顆玻璃磁置于25 mL三角瓶中，加入15 mL 0.5 mol/L pH 5.2的醋酸緩沖液，然后加入10 mL α-淀粉酶（290 U/mL）和糖化酶（15 U/mL）的混酶溶液，在離心管中加入5 顆小玻璃磁后，將離心管置于37 ℃、200 r/min的振蕩水浴鍋中進行酶解反應并開始計時。水解10、20、30、60、90、120、180 min后，分別準確吸取0.5 mL水解液，加入4 mL無水乙醇進行滅酶，然后3 000 r/min離心10 min，利用葡萄糖測定試劑盒測定不同時間段的葡萄糖含量，并計算快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉的含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 8.5軟件進行數(shù)據(jù)處理和作圖，SPSS軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，P＜0.05，差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 功能性甜味劑對大米浸泡吸水率的影響

大米浸泡后吸水膨脹，有利于內(nèi)部淀粉吸回水分和蒸煮過程米淀粉的均一糊化[23]，縮短蒸煮時間。大米浸泡時吸水率越高，蒸煮后米飯的食用品質(zhì)越高。將大米分別浸泡在不同質(zhì)量分數(shù)的低聚果糖、山梨糖醇和麥芽糖醇溶液中，從圖1可以看出，與對照組相比，3 種甜味劑的添加都能夠提高大米的吸水率。在浸泡時間5 min時，1.6%低聚果糖和0.4%山梨糖醇處理下，大米吸水率顯著提高（P＜0.05），分別提高了41.23%和34.93%。其中，在浸泡時間25 min時，在1.6%低聚果糖、0.4%山梨糖醇和1.6%麥芽糖醇處理下的大米吸水率與對照組相比分別顯著提高11.18%、13.16%、12.94%，在浸泡時間25 min后，吸水率趨于平穩(wěn)。糖醇是用羥基取代醛基得到的[24]，多羥基結(jié)構(gòu)使其具有與水結(jié)合的能力，有一定的吸水性。麥芽糖醇中的羥基與水相互作用形成氫鍵并搶奪水分子，所以麥芽糖醇的加入導致大米的吸水率在短時間內(nèi)受到一定影響。隨著米粒吸水膨脹，大米表面縫隙增多，內(nèi)部淀粉快速吸回水分，吸水率趨于穩(wěn)定。

圖1 低聚果糖（A）、山梨糖醇（B）和麥芽糖醇（C）對大米吸水率的影響Fig. 1 Effects of fructo-oligosaccharide (A), sorbitol (B) and maltitol (C)on water absorption of rice

2.2 功能性甜味劑對米飯中直鏈淀粉含量的影響

大米中直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例是影響大米蒸煮和口感品質(zhì)的主要原因[25]。研究表明，米飯的硬度、彈性和黏性等與大米中直鏈淀粉含量密切相關(guān)。直鏈淀粉含量高的米飯較硬，而直鏈淀粉含量低的米飯較軟，水分充足，具有光澤。Li Hongyan等[26]研究表明直鏈淀粉對煮熟大米的硬度有顯著影響。如圖2所示，在0.8%和1.6%低聚果糖處理下，米飯中直鏈淀粉比例顯著降低（P＜0.05），與對照組相比分別降低了8.50%和7.36%。直鏈淀粉含量的降低可能是因為低聚果糖的添加增加了大米吸水率，在浸泡和蒸煮的過程中更多直鏈淀粉溶出[27]。米飯中直鏈淀粉含量低，相應的適口性高[28]。因此，添加0.8%、1.6%低聚果糖處理后得到的米飯直鏈淀粉含量低，硬度低，適口性高。

圖2 低聚果糖、山梨糖醇和麥芽糖醇處理對米飯中直鏈淀粉比例的影響Fig. 2 Effects of fructo-oligosaccharide, sorbitol and maltitol on the proportion of amylose in rice

2.3 功能性甜味劑對不同放置時間下米飯硬度的影響

圖3 低聚果糖（A）、山梨糖醇（B）和麥芽糖醇（C）處理后米飯放置24 h內(nèi)硬度變化Fig. 3 Changes in hardness of cooked rice treated with fructooligosaccharide (A), sorbitol (B) and maltitol (C) within 24 h

米飯硬度是反映米飯品質(zhì)最直觀的數(shù)據(jù)，且與大米蒸煮中溶出的直支比密切相關(guān)[29]。淀粉糊化后，米飯在貯存期間極易發(fā)生老化作用，米飯的硬度增加，食用品質(zhì)降低[30]。蒸煮后的熟米飯在放置24 h內(nèi)老化速度最快，后期趨于平緩[31]。實驗分析在4 ℃下，用低聚果糖、山梨糖醇和麥芽糖醇處理的米飯在24 h內(nèi)硬度的變化。由圖3可以看出，當時間為0 h時，米飯硬度差異不明顯，但是隨著放置時間的延長，空白對照組的硬度顯著增加，24 h后顯著高于處理組（P＜0.05）。由此反映出低聚果糖、山梨糖醇和麥芽糖醇均能顯著延緩米飯變硬的程度。米飯在放置過程中的硬度變化可以反映米飯的回生情況，因此，低聚果糖處理組和麥芽糖醇處理組抑制米飯回生效果顯著。其中1.6%低聚果糖的添加使得米飯放置24 h后的硬度顯著降低（P＜0.05），與對照組相比降低了21.79%，回生程度顯著低于對照組和其他處理組。低聚糖是易溶于水的小分子，在淀粉糊化過程中，能夠隨著水分滲透到淀粉顆粒的內(nèi)部，與淀粉分子相互作用，達到抑制淀粉回生的效果[32]。

2.4 功能性甜味劑對樣品熱力學性質(zhì)的影響

表1 低聚果糖、山梨糖醇和麥芽糖醇處理后樣品的熱力學性質(zhì)Table 1 Changes in thermal properties of rice starch samples treated with fructo-oligosaccharide, sorbitol and maltitol

由表1可知，與對照組相比，低聚果糖和山梨糖醇處理組的糊化溫度和峰值溫度均顯著上升（P＜0.05），最終溫度無明顯變化。影響糊化溫度因素的原因有很多，如淀粉顆粒大小、晶體結(jié)構(gòu)、淀粉顆粒的形態(tài)及分布等[33]。糊化溫度的升高可能是由于這些甜味劑對可用水的競爭而導致水的可用性降低[34]。糊化焓值是在淀粉糊化過程中雙螺旋結(jié)構(gòu)解聚和熔融所需要吸回的能量[35]，其大小受淀粉顆粒溶脹和微晶區(qū)熔融的影響，也與分子鏈的重排和水合作用相關(guān)。與對照組相比，經(jīng)不同質(zhì)量分數(shù)低聚果糖處理后，米飯糊化焓值均顯著降低（P＜0.05），其中1.6%低聚果糖處理后的糊化焓值與對照組相比顯著降低了22.91%（P＜0.05）。而山梨糖醇處理組和麥芽糖醇處理組的糊化焓值與對照組之間無顯著性差異（P＞0.05）。低聚果糖的親水性較好，與水分子結(jié)合的能力強于大米淀粉分子，低聚果糖處理組糊化焓值顯著降低，這可歸因于水的可用性降低導致淀粉顆粒中結(jié)晶區(qū)域的部分糊化[36]。

2.5 功能性甜味劑對米飯微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖4 低聚果糖、山梨糖醇和麥芽糖醇處理對米飯截面微觀結(jié)構(gòu)的變化Fig. 4 Changes in microstructure of rice treated with fructooligosaccharide, sorbitol and maltitol

如圖4A所示，對照組其孔隙稀疏且顯著少于處理組。圖4B～D顯示其表面有致密的孔隙，并且分布均勻，這能夠讓米飯在凍干后的復水率提高，復水時間縮短。復水是指在冷凍干燥工藝中形成了蜂窩狀的孔隙結(jié)構(gòu)，遇水會快速吸水填充其孔隙，致使飯粒逐漸回軟，孔隙越大，吸水回軟速度越快[37]。由圖4E～J可以看出少量孔隙。對照與其他組樣品相比，添加低聚果糖的每個樣品呈現(xiàn)出更多孔的結(jié)構(gòu)。低聚果糖等甜味劑的添加改變了米飯微觀結(jié)構(gòu)，影響了浸泡時直鏈淀粉的浸出，在蒸煮時會有更多的淀粉游離出去，進一步導致了大小不等的孔洞，復水時能夠大大提升其復水性，為后期方便米飯產(chǎn)品復水提供基礎。

2.6 功能性甜味劑對樣品晶體結(jié)構(gòu)的影響

圖5 低聚果糖（A）、山梨糖醇（B）和麥芽糖醇（C）處理后米飯樣品的X-射線衍射圖Fig. 5 X-ray diffraction patterns of rice samples treated with fructooligosaccharide (A), sorbitol (B) and maltitol (C)

在4 ℃下貯藏24 h后，對不同樣品進行X-射線衍射分析，如圖5所示。淀粉糊化后，破壞了原有的晶體結(jié)構(gòu)，在X衍射圖譜中無衍射峰出現(xiàn)。圖中顯示不同處理組大約均在7.8°、17.8°和20.5°處具有衍射峰。碘、脂肪酸、乳化劑等配體物質(zhì)和直鏈淀粉混合可以獲得V-型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，在7.5°、13°和19.5°附近有明顯的衍射峰。這表明這些樣品出現(xiàn)回生現(xiàn)象，衍射峰表現(xiàn)出典型的V-型結(jié)構(gòu)。利用衍射圖計算各組的結(jié)晶度，結(jié)果表明，當?shù)途酃翘砑恿繛?.6%和2.4%時，米飯的結(jié)晶度最小，并且低于其他處理組和對照組。這主要是因為低聚果糖分子質(zhì)量小且分子結(jié)構(gòu)中含有羥基，在冷藏過程中，會與部分支鏈淀粉分子的短側(cè)鏈結(jié)合，阻礙了支鏈淀粉分子締合，抑制支鏈淀粉的重結(jié)晶，即支鏈淀粉的重結(jié)晶度降低，回生程度降低，這與常曉紅等[38]得出的結(jié)論一致。與上述硬度測定結(jié)果相對應，說明低聚果糖延緩米飯回生效果顯著。

2.7 功能性甜味劑對米飯體外消化的影響

由圖6可知，低聚果糖、山梨糖醇和麥芽糖醇處理組體外消化水解率均低于對照組。影響淀粉消化的因素很多，如淀粉的分子結(jié)構(gòu)和添加改良劑的種類均能影響淀粉的消化水解率[39-40]。低聚果糖、山梨糖醇和麥芽糖醇的添加使得米飯消化率降低的原因可能是3 種功能性甜味劑在淀粉顆粒周圍形成了屏障，延緩淀粉水解[41]。

圖6 低聚果糖（A）、山梨糖醇（B）和麥芽糖醇（C）處理后米飯的體外消化水解率Fig. 6 In vitro starch hydrolysis rate of rice samples treated with fructo-oligosaccharide (A), sorbitol (B) and maltitol (C)

表2 低聚果糖、山梨糖醇和麥芽糖醇處理對米飯體外消化性能的影響Table 2 Effects of fructo-oligosaccharide, sorbitol and maltitol treatments on digestibility in vitro of cooked rice

Englyst[22]將體外消化實驗中的食用淀粉分為3 類：快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉。經(jīng)體外消化后，米飯3 類淀粉含量的變化如表2所示。各處理組的慢消化淀粉相對含量都低于對照組，而抗性淀粉相對含量都高于對照組。其中低聚果糖處理組與其他組相比，慢消化淀粉相對含量顯著降低（P＜0.05），抗性淀粉相對含量顯著增加（P＜0.05），尤其是在1.6%低聚果糖處理下效果顯著。抗性淀粉含量較多，使得淀粉水解速度較慢。

3 結(jié) 論

本實驗探究了不同質(zhì)量分數(shù)低聚果糖、山梨糖醇和麥芽糖醇3 種功能性甜味劑對大米蒸煮品質(zhì)、抗回生效果和消化特性的影響。結(jié)果表明，3 種甜味劑浸泡處理均能夠提高大米的吸水率，降低米飯的硬度。此外，低聚果糖、山梨糖醇和麥芽糖醇處理均能降低米飯的體外消化水解率。其中，1.6%低聚果糖處理與其他處理相比，顯著降低了糊化焓值和結(jié)晶度，并表現(xiàn)出較好的微觀結(jié)構(gòu)和抗回生性。通過研究不同濃度功能性甜味劑（低聚果糖、山梨糖醇和麥芽糖醇）處理對大米蒸煮品質(zhì)、回生和消化的影響，為大米精深加工與方便米飯產(chǎn)品開發(fā)提供依據(jù)。