蒸煮條件及回生處理對方便米飯消化特性的影響

龍　杰　吳鳳鳳　金征宇　徐學明

(江南大學食品學院，無錫　214122)

水稻是世界范圍內的主要農作物,并且米飯是亞洲人主要的碳水化合物來源。由于米飯具有較高的血糖指數(GI)，且近年來全球肥胖和糖尿病例逐漸增加，食物中的淀粉消化率已經成為人們越來越感興趣的課題[1]。基于淀粉水解酶在20 min和120 min內的水解程度，體外消化實驗可以將淀粉分為快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)三部分，其中RDS與食物的血糖指數呈正相關[2]。許多方式已嘗試用于降低米飯較高的淀粉消化率，包括選擇淀粉消化率較低的大米品種及改進加工方式等[3]。過去的研究表明直鏈淀粉含量和淀粉的化學結構及淀粉消化率相關[4]。此外，研究表明雙重螺旋或淀粉-脂質復合物的形成與加工方式相關，因此加工方式的差異也會影響大米的淀粉水解率。

方便米飯作為一種全新的方便食品，在現代快節奏生活中正受到越來越多的關注。目前市場上的方便米飯的GI值差別較大[5]，肥胖及糖尿病患病人群對于減少這些食品中的淀粉消化率的需求也越來越強烈[6]。

蒸煮及冷卻為方便米飯制作過程中至關重要的步驟，米飯在蒸煮的過程中，水分逐漸擴散到淀粉顆粒內部，使得大米內核膨脹，淀粉顆粒經歷結構及生化性質的轉換。Briffaz等[7]發現，與75 ℃下的糊化速率相比，淀粉在95 ℃下的糊化速率要快3倍，表明水滲入米粒的速率取決于蒸煮溫度。米粒在過量的水中煮沸形成完全的半透明狀態過程中，其膨脹率為約3～3.5倍，表明米粒可吸收高達2～2.5倍的水。

方便米飯制備過程中，常規沸水蒸煮和專用電設備蒸煮是主要的兩種蒸煮方法。利用電飯鍋蒸煮方式制備的米飯則往往需要浸泡預處理，并且在蒸煮完后還需要水洗處理，但是利用常規煮沸方法制備的米飯并不需要這種水洗處理，因為米飯沒有凝結成塊[8]。另外，應注意的是，在合適的貯藏溫度下(約4 ℃)，淀粉將發生回生，導致食物的質構變硬。在回生過程中，淀粉分子鏈重組形成更有序或結晶度更高的結構，不易受到酶攻擊，而糊化淀粉由于分子間和分子內氫鍵被破壞，因而容易受到酶的攻擊，因此，回生淀粉的GI值通常較低[9]。

如今由飲食不當而患慢性疾病的人群較多，淀粉消化率低的方便米飯，對肥胖、高血糖等慢性疾病的預防和治療有一定的積極作用。雖然水稻品種、蒸煮條件及淀粉的回生都影響方便米飯的淀粉消化率，但目前鮮見相關報道研究這些因素的影響。由于大米是亞洲國家的主食，因此，采用一種經濟及便利的方法來生產具有較低淀粉消化率的方便米飯產品具有潛在商業價值。本研究的目的是通過探索米粒的最佳蒸煮條件使得傳統方便米飯擁有較低的淀粉消化率，并且對3種常見適用于方便米飯制作的水稻品種進行回生處理以進一步降低其方便米飯的淀粉消化率。通過在蒸煮過程中降低水分擴散速率，并且輔助回生手段處理米粒，將使得淀粉分子發生重結晶從而最終降低淀粉消化率。

1　材料與方法

1.1　試驗材料

大米品種：非蠟質低直鏈淀粉含量粳米(秋光，遼寧)，非蠟質低直鏈淀粉含量秈米(云輝290，云南)，非蠟質高直鏈淀粉含量秈米(優優128，廣東)：來源于無錫稻谷種子交易市場；葡萄糖氧化酶/過氧化物酶試劑盒：愛爾蘭Megazyme公司；淀粉轉葡萄糖苷酶：Sigma上海有限公司；其余試劑均為分析純:國藥集團化學試劑有限公司。

1.2　儀器與設備

MB-WFS4017TM美的電飯煲：美的集團有限公司；DZQ400-1D型立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海中安醫療器械廠；LD2X-50KBS型單室真空封口機：無錫三聯包裝有限公司；TA.XTPlus物性分析儀：英國Stable Micro Systems公司；FA25快速均質機：德國FLUKO公司。

1.3　試驗方法

1.3.1方便米飯的制備

原料大米在去除碎米后，淘洗3次瀝干，洗去米粒表面的灰塵及雜質后蒸煮，采用最佳蒸煮條件得到淀粉消化率較小的方便米飯，接著進行回生處理。首先，采用秋光稻米品種進行優化實驗，得到方便米飯最佳蒸煮條件。稱取20 g大米(含水量約14%)漂洗并在蒸煮前浸泡1 h，然后將米粒瀝干[吸收約35%水分(m/m)]，并加入到預熱的水中，蒸煮22～33 min，根據前期實驗選擇加熱溫度為83～89 ℃，最少蒸煮時間定義為完全蒸煮米粒(通過感官評定判定，米飯有嚼勁，粘彈性好，口感良好，無夾生感)所需的最少時間，最佳蒸煮條件為所制備米飯含有最低量RDS和最高量SDS時的蒸煮條件，以電飯鍋蒸煮的米飯作為對照。電飯鍋的升溫過程為前15 min內將溫度從25 ℃上升至100 ℃，然后再在100 ℃下保持15 min。米飯煮熟后裝入聚乙烯袋中于4 ℃下回生0、1、2或3 d，然后于常溫貯藏。

1.3.2總直鏈淀粉含量的測定[10]

準確稱取500 mg經脫脂及水分平衡后的樣品于500 mL錐形瓶中，依次加入5.0 mL 95%乙醇潤濕，及45.0 mL氫氧化鈉(1 mol/L)溶液，搖勻后在沸水浴中加熱10 min，然后冷卻至室溫，轉入500 mL容量瓶中，定容至刻度并劇烈搖勻。吸取25 mL上述樣液于另一500 mL容量瓶中(預先加入大約250 mL水)，然后加入5.0 ml 1 mol/L的乙酸溶液并搖勻，再加入10.0 mL碘試劑，加水定容至刻度并劇烈搖勻，靜置10 min后在620 nm波長下測定其光密度值，由標準曲線計算樣品中總直鏈淀粉含量。

1.3.3米飯品質的測定

蛋白質含量采用凱氏定氮儀測定；水分含量依照GB 5009.3—2010測定。

1.3.4糊化溫度的測定

大米經粉碎后，過100目篩，然后準確稱取2 g樣品，加入25 mL蒸餾水后轉移至鋁盒中，采用RVA動態流變儀測得流變曲線。使用標準2分析程序，采用設定程序加熱淀粉懸濁液：首先以6 ℃/min的速率從50 ℃加熱至95 ℃，在95 ℃保持5 min后以6 ℃/min的速率降至50 ℃，然后保持1 min。通過黏度計自動繪制的流變曲線得到糊化溫度。

1.3.4DSC法測定淀粉的回生度

根據Liu等[11]略有修改。取一定量的方便米飯，粉碎，過100目篩。取4 mg置于鋁盒中，加12 μL去離子水，密封保存，25 ℃下平衡15 h。標準銦校準，用密封空鋁盒作參比。初始溫度25 ℃，終止溫度100 ℃，升溫速率15 ℃/min。所得曲線用軟件分析。回生度用焓的變化值(ΔH)表示。ΔH值越大，回生程度就越高。

1.3.5質構特性的測定[12]

采用物性測試儀測定方便米飯的質構特性。在不同部位取樣，每個樣品測試8次后，去掉最大值及最小值后取平均值。測定參數設定為：P/25柱形探頭，測量前探頭下降及測試速度為0.5 mm/s，測量后探頭回程速度為1.0 mm/s，壓縮比例為90%，觸發力值為Auto-5g，數據采集速率為200 pps。

1.3.6RDS、SDS及RS含量的測定[2]

取一定量(50 mg)的方便米飯，置于30 mL的圓底燒瓶內；加入10 mL pH 1.5的HCl-KCl緩沖液，并且利用快速均質機攪拌均勻。加入0.2 mL 0.01%的胃蛋白酶溶液(pH 1.5的HCl-KCl緩沖液配制)，40 ℃水浴振蕩，保溫60 min，然后加入15 mL pH 6.9的Tris-馬來酸緩沖液。加入5 mL pH 6.9含有2.6 IU單位α-淀粉酶的Tris-馬來酸緩沖液，37 ℃保溫水解淀粉。前20 min內釋放的葡萄糖含量為RDS組分，在隨后的100 min內釋放的葡萄糖含量為SDS組分，不被酶解的組分為RS組分，通過酶水解釋放的葡萄糖使用葡萄糖氧化酶/過氧化物酶試劑盒。

1.3.7淀粉體外消化測定

方便米飯的體外消化參考Goni等[13]方法。取一定量(50 mg)的方便米飯，置于30 mL的圓底燒瓶內；加入10 mL pH 1.5的HCl-KCl緩沖液，并且利用快速均質機(FLUKO,model FA25)攪拌均勻。加入0.2 mL 0.01%的胃蛋白酶溶液(pH 1.5的HCl-KCl緩沖液配制)，40 ℃水浴振蕩，保溫60 min，然后加入15 mL pH 6.9的Tris-馬來酸緩沖液。加入5 mL pH 6.9含有2.6 IU單位α-淀粉酶的Tris-馬來酸緩沖液，37 ℃保溫水解淀粉。每隔30 min取出0.1 mL的溶液，并立即沸水煮沸5 min滅酶，直至反應至3 h。依次加入1 mL 0.4 mol/L的乙酸鈉緩沖液(pH 4.75)和30 μL的淀粉轉葡萄糖苷酶，60 ℃保溫45 min，完全水解米飯中的可溶性淀粉。利用葡萄糖氧化酶/過氧化物酶試劑盒測定30、60、90、120、150和180 min葡糖糖濃度。

淀粉水解速率按照以下公式計算：

C=C∞(1-e-kt)

(1)

式中，C為t時間的淀粉水解百分比；C∞為平衡濃度，為180 min時的淀粉水解百分比；k為動力學常數/min-1；t為消化時間/min。

水解曲線面積(AUC)根據以下公式計算：

(2)

式中:t1為最終消化時間(180 min)；t0為起始時間(0 min)；水解指數(HI)為樣品的淀粉水解曲線下面積與參比物(白面包)淀粉水解曲線下面積的比值。血糖指數GI根據公式計算：

GI=39.71+0.549HI

(3)

1.3.8數據處理與結果分析

所有試驗平行測定3次。采用Origin Pro 8.5軟件進行相關數據分析、統計、繪圖。

2　結果與討論

2.1　不同品種稻米理化特性

不同品種稻米理化特性如表1所示，所選的不同品種稻米的理化特性之間存在差異。優優128稻米總直鏈淀粉含量最高，其次為秋光及云輝290，其蛋白質及大米水分含量均顯著高于其他兩個品種大米(P<0.05)，然而優優128稻米糊化溫度顯著低于其他兩個品種。秋光稻米品種水分含量及糊化溫度均顯著高于其他兩個稻米品種(P<0.05)。

表1　不同品種稻米理化特性

注：表中數據為平均值±標準差；同列不同小寫字母表示不同處理之間在0.05水平存在顯著差異(n=3)；表2～表4，圖1～圖4同。

2.2　蒸煮條件的優化

2.2.1蒸煮方法對方便米飯硬度和黏度的影響

采用秋光稻米品種確定最佳蒸煮條件。表2顯示了不同蒸煮方式對秋光稻米方便米飯硬度和粘度的影響。明顯地，蒸煮方式的不同可以影響方便米飯的質構特性。常規蒸煮方式制備的新鮮米飯硬度和黏度要明顯的高于利用電飯鍋制備的新鮮米飯。Tester等[14]認為米飯的質構特性與浸出淀粉的數量和組成有重大關聯。常規蒸煮時間為22～33 min，而電飯鍋蒸煮米飯時間為30 min。據Chiang等[15]報道可知，更長時間的蒸煮會產生更多的浸出淀粉，這些浸出淀粉主要由不同比例的直鏈淀粉和支鏈淀粉組成。一般而言，支鏈淀粉的含量要高于直鏈淀粉，而短鏈支鏈淀粉是支鏈淀粉的主要組成，短支鏈淀粉和直鏈淀粉共同決定了米飯的硬度和黏度特性[16]。因此，不同的蒸煮方式制備的方便米飯表現出不同的質構特性。

表2　不同蒸煮方式制備方便米飯的質構特性

2.2.2蒸煮條件對方便米飯消化率的影響

不同溫度下煮熟米粒所需的最低蒸煮時間及水與米的比例見圖1a。較高的蒸煮溫度下所需的蒸煮時間較少，并且蒸煮速率與加水量成正比，特別是在86 ℃條件下，蒸煮速率在這個溫度下最敏感。隨著加水量的增加，更多的水滲透到米粒中從而減少蒸煮時間。水分有助于淀粉熔融，因此淀粉糊化受水分的影響。Briffaz等[7]指出水稻浸泡的機制在于熱和水促進淀粉的溶脹，導致顆粒溶脹并釋放其內容物。當米飯在煮熟時，水分擴散速率隨著溫度的升高而增加，從而導致更大的程度的淀粉糊化。

加熱條件對淀粉消化率的影響如圖1b所示。當米粒在86 ℃條件下蒸煮時，其含有最低含量的RDS及最高含量的SDS。Kasai等[17]運用核磁共振表明，80～100 ℃溫度下水分擴散到米粒中的速率急速增大。在本實驗中，與在83 ℃下煮熟的米粒相比，在86 ℃下煮熟的米粒含有更高的RDS含量及更低的SDS含量。這可能是由于較高的溫度提高了水分擴散速率，導致更高程度的淀粉糊化和浸出，從而得到更高的RDS含量及更低的SDS含量。當水米比為1.0:1.1時，在83 ℃下煮熟的米粒與在89 ℃下煮熟的米粒的RDS含量沒有顯著差異。而當水米比為1.0:1.2時，在所有蒸煮溫度下都出現了RDS含量增加及SDS含量降低的現象。而在86 ℃蒸煮溫度下，當水米比為1:1.0時，獲得最低RDS含量及最高SDS含量的米飯。因此，為得到含有最低量RDS及最高量SDS米飯，其最佳蒸煮條件為：水米比1:1.0，86 ℃下蒸煮28 min。

圖1　不同水米比對最少蒸煮時間、RDS及SDS含量的影響

2.3　不同品種稻米淀粉消化率

電飯鍋蒸煮(TEC，含水量57.9%～58.3%)及常規蒸煮(OP，在最佳蒸煮條件下，含水量56.8%～57.5%)得到的3種米飯的淀粉消化率見圖2。3種米飯中，采用常規方式蒸煮的米飯的RDS含量均顯著低于電飯鍋蒸煮的米飯，而其SDS及RS含量均顯著高于電飯鍋蒸煮的米飯(P<0.05)，表明在降低淀粉消化率方面，常規蒸煮方式更適用。在3種常規蒸煮得到的米飯中，優優128品種米飯比秋云及云輝290品種米飯顯示出更低的淀粉消化率，這可能是由于優優128品種稻米含有更高含量的總直鏈淀粉，這與前人的研究結果一致[4]。然而，常規蒸煮方式得到的3種米飯的RDS含量差別不大。在使用電飯鍋蒸煮大米時，蒸煮溫度在15 min內由室溫上升至100 ℃。由于在蒸煮過程中，水分的擴散速率取決于蒸煮溫度，更高的溫度導致更快及更高程度的淀粉糊化，因此，使用電飯鍋蒸煮將使得米飯具有更高的淀粉消化率。雖然常規蒸煮的溫度低于電飯鍋蒸煮，但是此溫度仍然足夠煮熟米粒并使其表面變得光滑。常規蒸煮米飯時，較小的淀粉消化率可能是通過減少水分擴散到淀粉顆粒內部，從而減少淀粉顆粒破裂實現。

注：1～6分別表示秋云-OP、秋云-TEC、云輝290-OP、云輝290-TEC、優優128-OP、優優128-TEC。圖2　不同蒸煮方式對三種米飯的淀粉組分含量的影響

2.4　回生處理降低淀粉消化率

回生處理下方便米飯的快消化淀粉含量如圖3所示。3個品種的未回生方便米飯的快消化淀粉含量均高于回生1天的方便米飯，表明回生處理能有效降低米飯的淀粉消化率。回生處理效果在云輝290品種稻米中最顯著。

在回生過程中，淀粉分子的重新取向和結晶構象歸因于淀粉顆粒內淀粉分子鏈之間的相互作用[18]。米粒蒸煮及回生時，其含水量為56.0%～57.8%。高含水量(>30%)下的常溫貯藏(<55 ℃)有助于無定形和結晶區內淀粉鏈相互作用，增加結晶構象，從而降低淀粉消化率[19]。并且，常溫貯藏時的退火行為導致淀粉顆粒的無定形區融合到結晶區。

當方便米飯不進行回生處理時，其RDS含量高于回生米飯，表明單獨的退火處理并未能有效降低米飯的快消化淀粉含量。回生1 d的方便米飯的RDS含量的降低可能是由于結晶結構的重新取向，包括成核及晶核的生長和成熟等。Robin等[20]研究也表明，在1 ℃下冷卻米飯的過程有利于糊化及脫支淀粉中的晶核的成核和生長。在本實驗中，蒸煮米飯在4 ℃儲存促進了淀粉分子的成核，并在隨后的常溫貯藏期間重組為更穩定的結構。因此，在回生過程中會導致晶核的成核，并且，其隨后的常溫貯藏過程促進了晶核的生長，使得方便米飯快消化淀粉含量降低。

圖3　三種方便米飯回生與未回生處理的RDS含量

2.5　稻米品種對方便米飯消化率的影響

2.5.1稻米品種對方便米飯RDS、SDS及RS含量的影響

不同稻米品種回生方便米飯RDS、SDS及RS含量見表3。未回生處理下，RDS含量為秋云>云輝290>優優128，SDS含量為優優128>云輝290>秋云，3種方便米飯的RS質量分數均<10%。不同稻米品種回生處理的效果也不一樣。秋云品種方便米飯回生1天后其RDS含量下降，SDS含量上升。而對于云輝290稻米品種，其回生后RDS含量的下降由RS上升引起，其SDS含量并未發生變化。優優128品種方便米飯回生1 d后其RDS含量并未發生變化，伴隨著SDS含量的下降及RS含量的上升。除了回生2 d之后優優128中RS含量增加，延長回生天數對方便米飯的RDS、SDS及RS含量并未見顯著影響。根據Englyst等[2]報道，總淀粉含量被定義為RDS、SDS及RS含量之和，因此，回生后RDS或SDS含量的下降將導致SDS和/或RS的補償性增加。1 d(即短期)回生有助于淀粉內直鏈淀粉的結晶。線性直鏈淀粉分子在蒸煮過程中從溶脹的顆粒中擴散，并在淀粉回生期間與直鏈淀粉或支鏈淀粉相互作用形成結晶結構。淀粉的回生為一種自發的過程，在蒸煮后儲存過程中發生，能將淀粉分子重組為更緊湊和穩定的結構，并降低酶的可接觸性從而降低淀粉的消化性。因此，在本實驗中，RDS的減少及SDS和RS的增加可能由回生期間晶體構象的形成引起。相關研究表明[21]，結晶的穩定性和完美性影響了酶對淀粉的敏感性。其中，淀粉類食物的SDS組分為不完美結晶，抗酶解的RS組分為完美結晶。

表3　不同稻米品種方便米飯不同回生時間下的RDS、SDS及RS含量

注：a表示品種之間的差異性，A表示天數之間的差異性；不同字母表示不同處理之間在0.05水平存在顯著差異(P<0.05,n=3)。

2.5.2稻米品種對方便米飯體外淀粉消化率的影響

圖4分析比較了3種方便米飯回生1 d后的體外淀粉消化率。明顯地，在消化的前30 min內，3種稻米制備的米飯淀粉水解速度都很快，最終在30 min達到平衡。首先，云輝290方便米飯消化率要高于其他兩種方便米飯，說明云輝290方便米飯的RDS含量更高，這與表3結果吻合。其次，優優128方便米飯消化率最低，這可能與其直鏈淀粉含量較高有關，直鏈淀粉分子在回生過程中與直鏈淀粉或支鏈淀粉相互作用形成結晶結構，從而導致其米飯消化率較低。

圖4　三種方便米飯的總淀粉水解率

表4為3種回生方便米飯的其他品質特性指標變化。綜合而言，優優128方便米飯的平衡濃度C∞、水解指數HI和血糖指數GI等指標略低于其他兩種方便米飯，而云輝290方便米飯飽和濃度C∞、水解指數HI和血糖指數GI等指標略高于其他兩種方便米飯，這與體外淀粉消化率的結果相吻合。這表明，經過回生處理制備的方便米飯促進了其晶核的成核及生長，使得米飯中快消化淀粉含量降低，慢消化淀粉及抗性淀粉含量上升，這與RDS、SDS及RS含量測定結果一致。

表4　三種方便米飯品質指標比較

3　結論

以適宜制備方便米飯的不同品種大米作為研究對象，考察了蒸煮和回生處理對方便米飯體外消化率的影響。研究結果表明，控制米:水比為1:1，86 ℃煮沸28 min制備得到的方便米飯RDS含量得到極大的降低，SDS含量明顯的升高。回生處理能有效降低米飯的淀粉消化率，而延長回生時間并未見其淀粉消化率有顯著變化。不同品種的大米，回生后含有的SDS、RDS和RS相對比例也不一樣。體外消化實驗表明，優優128方便米飯消化率最低，這可能與其直鏈淀粉含量較高有關。通過本制備工藝，低直鏈淀粉含量品種大米制備的方便米飯中RDS含量可以降低到高直鏈淀粉含量品種大米制備的方便米飯水平。另外，實驗發現，秋云品種稻米比較適合制備含有高SDS的方便米飯，而云輝290品種稻米則更適合制備含有高RS的方便米飯。

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