不同高直鏈玉米淀粉添加量對滾筒干燥碎米粉品質的影響

洪瑩，邵子晗，曹磊，宋玉，陶澍，劉超，孫劍

(安徽省農業科學院農產品加工研究所，安徽 合肥，230031)

大米是我國尤其是南方地區居民的最重要主食，隨著消費者對大米口感和外觀品質的要求越來越高，部分大米加工企業增加了碾米、拋光等工序的次數，過度加工問題日益突出。糧食過度加工不僅會造成糧食資源的浪費，還會導致大量營養元素流失。據統計，我國每年約有17 816萬t稻谷用于大米加工，大約會產生不少于3 000萬t碎米[1]，且碎米產量仍呈上升趨勢。2018年發布的新大米國家標準(GB/T 1354—2018)突出了“適度加工”概念及相關指標，目的是減少糧食資源浪費，保留大米營養元素。因此，開展碎米的食品化綜合利用技術研究，既可以達到降低生產成本，減少糧食資源浪費，又可以拓寬大米加工轉化的增值空間，帶動食糧產業的發展。

碎米的營養成分與大米相近[2]，同樣含有淀粉、蛋白質、脂肪、維生素和礦物質等成分。CHITPAN等[3]將碎米置于90 ℃條件下預先干燥 60 min，在含有維生素和礦物質元素的營養液中浸泡10 min，再置于70 ℃條件下干燥110 min，所得制品可用于嬰幼兒補充食品。楊勇等[4]以碎米為主要原料，采用擠壓膨化技術制得了膨化米粉，其溶解性和口感較佳，適宜作為速溶嬰幼兒營養米粉。淀粉作為三大宏量營養素之一，其在人體代謝消化過程中被很快分解為葡萄糖，為人體的活動提供所需能量，同時也影響到機體的血糖水平，研究發現高直鏈淀粉(amylose，AL)類產品不易消化，可作為控制血糖的理想食品配料[5]。

隨著生活節奏的加快，即食食品越來越受到大眾青睞，利用快速熟化技術提高淀粉類產品的糊化度，如擠壓膨化、滾筒干燥等。滾筒干燥技術具有加工成本低、操作過程簡單且能夠連續作業，集糊化、干燥于一體等優勢，可改善原料的組織狀態及口感如谷物制品、干酪乳、麥芽糊精和水果漿等。目前，國內外已有關于滾筒干燥加工工藝對谷物營養片理化特性及消化特性影響的研究，劉淑一等[6]發現滾筒干燥加工處理后的燕麥淀粉溶解度上升且具有較高的表觀黏度和抗剪切能力。FELKER等[7]研究發現滾筒干燥處理能顯著增加黑豆蛋白質的體外消化率，但不同AL含量的淀粉原料在滾筒干燥后產品理化特性變化還鮮有報道。

本研究以碎米為原料，研究不同AL含量對滾筒干燥制備的即食沖調粉理化特性影響，如吸水性指數(water absorption index，WAI)、水溶性指數(water solubility index，WSI)、結塊率、穩定性、流變學特性、體外消化特性、糊化特性及微觀結構等。分析原料中不同AL含量對即食粉的沖調性、消化性和糊化特性等品質的影響，以期為淀粉基類原料開發即食型沖調粉提供理論基礎，提高糧食資源利用，促進糧食加工產業發展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

碎米(豐兩優，淀粉含量73.6%、水分含量13.15%、AL含量13.8%、蛋白含量8.34%、脂肪含量1.45%)購于淮南；玉米AL，浙江博丹衡生物科技有限公司；其他試劑均為國產分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

EMG0505滾筒干燥刮板機，江蘇省東臺市民益機械廠；SBJM-FB80膠體磨，上海索貝流體機械有限公司；FW135粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司；HHS型電熱恒溫水浴鍋，上海博迅實業有限公司醫療設備廠；DHR-2流變儀，美國TA公司；Vortex-Genie2旋渦振蕩器，美國Scientific Industrial 公司；TU-1900 型紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；GeminiSEM 500掃描電鏡，卡爾·蔡司股份公司；快速黏度分析儀，澳大利亞 Newport公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

碎米加工即食沖調粉工藝流程為：

碎米→米粉(添加AL)→加水磨漿(膠體磨)→滾筒干燥→粉碎→成品

碎米碾磨工藝條件參數：碾磨時間3 min/次，轉速400 r/h，單次樣品投入量300 g，進行碾磨后過60目篩。

滾筒干燥工藝條件參數：料液比1∶2，轉速30 r/h，蒸汽壓力0.4 MPa，單次樣品投入量為2.5 kg，進行滾筒干燥，所得成品過80目篩。

1.3.2 水溶性指數和吸水指數的測定

參照BENHUR等[8]的方法并略作修改。稱取3 g樣品置于50 mL離心管中，標記為m0，再加入35 mL去離子水，混勻后于275 r/min振搖30 min，4 000×g離心15 min，稱量所得沉淀物質量m1，將上清液倒入已烘干至恒重的稱量瓶中(m2)，后置于105 ℃干燥箱中烘干至無水恒重(m3)。WSI和WAI計算如公式(1)和公式(2)所示：

(1)

(2)

1.3.3 結塊率的測定

參照劉靜波等[9]的方法并略作修改。稱取樣品5 g置于250 mL燒杯中，加入70 ℃的去離子水100 mL，以10 r/min速率進行輕微攪拌30 s，用20目篩網對殘渣進行過濾，用清水漂洗篩上物1次，瀝干后于105 ℃干燥箱內帶篩網烘干至恒重。結塊率(agglomerate rate，AR)計算如公式(3)所示：

(3)

式中：W,結塊物的干重，g；M,樣品干重，g。

1.3.4 穩定性系數K的測定

參照馬濤等[10]的方法并略作修改。稱取樣品20 g置于250 mL量筒中，并加入80 ℃的去離子水140 mL，攪拌均勻，靜置3 min，分別量取上清液高度h和沖調液總高度H，K值計算如公式(4)所示：

(4)

1.3.5 流變學特性的測定[11]

稱取樣品1.000 g，加蒸餾水配成質量濃度為150 g/L的混合液，攪拌均勻后放于80 ℃水浴鍋中加熱糊化，待糊化完全后，樣品為黏稠糊狀，取2 mL樣品置于流變儀測試平臺，測定選用40 mm平板夾具，設置間隙為0.1 mm，將模式設置為flow模式，對樣品進行頻率掃描，掃描范圍為1～100 s-1，溫度為95 ℃，并在周圍抹甲基硅油，防止水分揮發，得到表觀黏度曲線。

1.3.6 糊化特性的測定

采用美國谷物化學學會規定的方法standard1[12]測定樣品的糊化特性。快速黏度分析儀進行測定，得到糊化特征曲線，獲得糊化溫度、峰值黏度、最終黏度、衰減值和回生值等特征參數。具體測試條件：稱取樣品3 g，加入25 mL去離子水，以960 r/min轉速混合樣品10 s，并以160 r/min轉速測試樣品。

1.3.7 淀粉體外消化特性的測定

采用CHUNG等[13]的方法并略作修改。稱取樣品0.2 g，加入5 mL醋酸鈉緩沖溶液(pH 5.2)使樣品分散均勻，再加入20 mL混合酶液(4 mL糖化酶和16 mL α-淀粉酶)，將反應體系置于37 ℃、160 r/min條件下水浴振蕩；分別在酶解反應 0、10、20、30、60、90、120、180 min時取1.0 mL，加入4 mL乙醇使酶失活，冷卻后4 000 r/min離心5 min，取上清液定容備用。定容液用二硝基水楊酸(dinitrosalicylic acid，DNS)法測定還原糖含量，從而算出快消淀粉(rapidly digestible starch，RDS)、慢消淀粉(slowly digestible starch，SDS)和抗性淀粉(resistant starch，RS)的占比。

計算如公式(5)～公式(7)所示：

(5)

(6)

(7)

式中：FG，樣品中游離葡萄糖含量；G20，消化20 min后產生的葡萄糖含量；G120，消化120 min后產生的葡萄糖含量；TS，樣品中含有的總淀粉含量。

1.3.8 微觀形態觀察

采用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscopy，SEM)觀察樣品的表面形態。首先將樣品粉末固定于載物臺上，吹拂去多余未固定的粉末，通過離子濺射儀噴金(厚度100 μm)鍍膜后置于SEM下觀察樣品結構和表面形態并拍照。工作條件：加速電壓5 kV；放大倍數1 000、5 000倍。

1.3.9 試驗數據處理

2 結果與分析

2.1 不同AL含量對產品WAI及WSI的影響

WSI表示樣品溶于水的能力，反映樣品在受高溫作用下可溶性營養素的含量和淀粉降解成可溶性多糖的程度。WAI反映測定樣品中淀粉吸水膨脹后形成凝膠的能力[14]。由圖1可知，滾筒干燥顯著提高了產品的WSI和WAI。與未加工樣品(untreated，UT)相比，滾筒干燥后樣品(drum-dried broken rice flour，DBRF)的WSI和WAI值均提高了4倍左右，可能是滾筒干燥后樣品暴露出更多的羥基等親水基團，進而提高了樣品的溶解性[15]。不同AL含量的樣品水溶性和吸水能力也不盡相同，當AL含量低于40%時，產品WSI變化不顯著(P>0.05)，在AL含量為50%時，產品WSI顯著上升(P<0.05)，可能是因為淀粉顆粒發生崩解，顆粒溶脹分裂成小分子，較多的可溶性物質溶解出來。與UT樣品相比，13.8%～50% AL-DBRF樣品WSI分別增加了3.1、2.4、2.6、2.8、6.3倍。隨著AL含量的增加，AL-DBRF樣品WAI呈上升趨勢，主要是因為原有的淀粉結晶結構被破壞，淀粉分子內部或者分子間的氫鍵被打斷，導致親水力增加，該結果與SOMPONG等[16]研究一致，當AL含量40%時達到峰值(9.74±0.19)，但與30% AL-DBRF的WAI(9.53±0.11)差異不顯著，與UT樣品相比，13.8%～50% AL-DBRF樣品的WAI值分別增加了3.1、3.1、3.3、3.4、3.2倍。

a-WSI；b-WAI圖1 不同AL含量對樣品WSI 和WAI的影響Fig.1 Effect of different amylose content on the WSI and WAI of products 注：UT，未加工樣品；DBRF，滾筒干燥后樣品； 20%AL-DBRF,20%AL含量滾筒干燥樣品，其他標識以此 類推；不同字母表示差異性顯著(P<0.05)(下同)

2.2 不同AL含量對產品穩定性的影響

結塊率是評價沖調粉復水情況的重要指標，結塊率越低表示產品體系越穩定。沖調穩定系數K是評價產品復水沖調后的穩定性，K值越小產品穩定性越好。由圖2可知，在一定范圍內，隨著AL添加量的增加，產品結塊率和沖調穩定系數均呈先下降后上升的趨勢。如圖2-a所示，在AL含量為13.8%～30%，結塊率呈下降趨勢，在30%時結塊率最低，僅(0.6 ±0.2)%；AL含量>30%時，結塊率又呈上升趨勢，可能是隨著AL添加量的增加，淀粉顆粒間隙變小，與水的接觸面變小，阻礙水分子滲透，導致結塊率升高[17]。如圖2-b所示，一般認為K值均小于0.05，說明沖調穩定性較好[10]，在AL含量13.8%～30%，K值呈下降趨勢，在30%時K最低，僅0.015；在超過30%時，K值又呈上升趨勢。說明30%AL-DBRF組產品沖調穩定性最佳。

2.3 不同AL含量對流變特性的影響

圖3顯示了樣品的流變特性變化情況。如圖3-a所示，隨著剪切速率的升高，樣品的表觀黏度均呈現降低的趨向，當剪切速率到達10～100 s-1時，所有樣品表觀黏度趨于平緩，呈現一種剪切稀化現象，表明該體系為假塑性流體[18]。與UT樣品相比，滾筒干燥后樣品的表觀黏度均隨著剪切速率的增大而迅速下降，最后趨于平穩。在低剪切速率下，相同剪切速率的滾筒干燥后樣品表觀黏度大于UT樣品。隨著AL含量的增加，黏度呈上升趨勢，可能是AL含量的增加使大分子相互纏結增強，分子間的摩擦力增大，使得固形物與流體之間阻力增加，從而表現為高黏度性質；當剪切速率增大時，分子發生解纏結而使得黏度下降[19-20]。當AL含量達到30%時，表觀黏度變化不大。

不同AL含量對DBRF觸變性的影響如圖3-b所示，隨著AL含量的增加，AL形成交聯結構，使淀粉凝膠更加穩定[21]，DBRF樣品剪切應力不斷增大，結構強度增加。當AL含量達到30%時，剪切應力變化不大，基本趨于穩定，這可能是因為AL含量達到一定程度后，AL纏繞，AL-DBRF體系內部形成的網絡結構趨于穩定。

a-黏度；b-應力圖3 不同AL含量對樣品靜態流變特性的影響Fig.3 Effect of different amylose content on viscosity of products

2.4 不同AL含量對糊化特性的影響

圖4顯示了各組樣品的糊化特性，淀粉的糊化特征值可以間接反映樣品品質。如有研究表明多數谷物粉的硬度和口感質量與RVA峰值黏度、谷值黏度以及最終黏度等糊化特性密切相關[22]。由圖4可知，與UT樣品相比，滾筒干燥處理后樣品的峰值黏度、谷值黏度、破損值、最終黏度、回生值均顯著降低(P<0.05)，與劉淑一等[6]研究一致，可能是淀粉團粒受熱分解，形成分散的團粒片段，導致淀粉糊黏度下降。AL含量在13.8%～30%范圍內，隨著AL含量增加滾筒干燥后樣品的峰值黏度、谷值黏度、破損值、最終黏度、回生值均呈現上升趨勢；當AL含量達到30%時，峰值黏度、回生值趨于平緩，破損值達到最大值?？赡苁且驗楫擜L含量低于30%時，隨著AL含量增加，淀粉顆粒膨脹，產品水結合能力增強，黏度增大，導致滾筒干燥樣品的峰值黏度、谷值黏度、破損值、最終黏度和回生值逐步增大[23]。此外，AL分子的纏繞可能也是導致回生值增加的原因[24]。當AL含量達到30%時，隨著AL含量的增加產品中淀粉粒吸水膨脹，形成較為致密的網絡結構，產品糊化特性變化不大。

圖4 不同AL含量對樣品糊化特性的影響Fig.4 Effect of different amylose content on the pasting properties of products

2.5 不同AL含量對體外消化進程的影響

圖5顯示了樣品的體外淀粉消化特性。如圖5-a所示，與UT樣品相比滾筒干燥后樣品的淀粉水解率顯著提高。不同AL含量的滾筒干燥樣品淀粉消化率變化趨勢基本一致，在消化的前20 min，淀粉水解率均快速增加；隨著消化時間延長，水解速率減慢。隨著原料中AL含量的增加，滾筒干燥后樣品的消化率呈下降趨勢，水解180 min后不同AL含量(13.8%、20%、30%、40%、50%)的滾筒干燥樣品淀粉消化速率分別是90.56%、84.29%、76.63%、75.78%和73.15%，可能是因為AL含量越高，越有利于通過分子間氫鍵形成緊密的雙螺旋結構，產生不利于消化的緊密顆粒，從而降低淀粉酶水解速率導致淀粉消化率較緩慢[25-26]。

樣品中RDS、SDS以及RS變化情況如圖5-b所示。隨著AL含量的升高，DBRF中RDS含量呈下降趨勢，從41.68%下降至31.36%；SDS含量呈先上升后下降的趨勢，當AL含量在30%時SDS質量分數達到了39.23%；隨著AL含量增加，RS含量呈現逐漸上升的趨勢，質量分數從15.50%增加至32.78%。由于AL具有線性結構有利于形成致密的分子結構，在加熱過程中不易被破壞，抗酶解性能強，進而減緩和抑制淀粉的水解消化[27]。當AL含量達到30%時，已經形成了較為緊密的淀粉顆粒晶體結構，再提高AL含量可能對該結構影響不大，導致SDS和RS含量趨于穩定。在AL含量為30%時，DBRF的RDS、SDS和RS質量分數分別為(34.97±2.50)%、(39.23±0.70)%和(25.79±1.81)%，含有相對較高的SDS和RS。

a-淀粉水解率；b-淀粉組成水解率圖5 不同AL含量對樣品淀粉體外消化特性的影響Fig.5 Effect of different amylose content on the in vitro digestion of products

2.6 不同AL含量對產品微觀結構的影響

圖6顯示了樣品的微觀結構。如圖6所示，UT樣品是典型顆粒形貌呈多面體形，棱角尖銳突出，部分顆粒有一個多邊形面稍平滑，其余各面都是比較平整的多邊形平面，顆粒表面稍有凹陷，且分布著疏散的細孔。滾筒干燥后的樣品表面凹凸明顯，呈不規則鱗片狀，質地較緊密，空隙較多，與水分接觸的通道多，更有利于水分的傳導，溶解性越好，且在沖調過程中分散均勻[28]。隨著AL含量的增加，滾筒干燥后樣品微觀結構發生明顯變化，其中30%AL含量的滾筒干燥樣品孔洞越來越多，與WAI、產品穩定性等結果一致；50%AL含量組相對于30%AL含量組孔洞數量變化不大，可能是30%AL已經形成了較為穩定的空間結構和凝膠系統。

圖6 不同AL含量樣品的微觀結構Fig.6 Effect of different amylose content on microstructure of products

2.7 相關性分析

圖7為樣品理化特性的相關性熱圖，r≥0.22或r≤-0.22表示具有正或負相關性[29]，紅色表示正相關，淺灰表示負相關。由圖7可以看出，樣品穩定性與WSI呈正相關(r=0.6)，與破損值呈負相關(r=-0.6)，說明產品吸水能力增強能增加其穩定性，而黏度破損值上升又會導致產品穩定性降低；淀粉消化率與WSI(r=-0.5)、WAI(r=-0.8)、峰值黏度(r=-1.0)、谷值黏度(r=-0.9)、破損值(r=-0.9)、最終黏度(r=-1.0)以及回生值(r=-1.0)呈負相關，與結塊率(r=0.8)和穩定性(r=0.4)呈正相關。說明提高產品水溶性和吸水性能力，能夠增加產品黏度，降低淀粉的消化性能，為AL-DBRF在慢消化食品中的應用提供理論依據。

圖7 不同AL含量樣品理化特性的相關性熱圖Fig.7 Heat-map displaying the extent and direction of correlations between amylose content and DBRF physico-chemical properties

3 結論

本研究通過在碎米原料中調整不同AL含量再進行滾筒干燥處理，對獲得的即食沖調米粉進行溶解特性、流變學特性、糊化特性、體外消化特性及產品微觀結構分析，明確了不同AL含量對沖調粉品質的影響。與UT相比，DBRF能夠明顯提高溶解性、表觀黏度等指標。隨著AL含量的增加，DBRF樣品的微觀結構顯示有更多的孔洞，與吸水指數、水溶性指數、穩定性逐漸升高相一致。隨著原料中AL含量的增加，淀粉總水解率不斷降低，進而減緩和抑制淀粉的水解消化，當AL含量達到50%時，其180 min的淀粉水解率較純碎米粉滾筒干燥樣品下降了17.41%。通過調整谷物原料中AL含量，再應用滾筒干燥研發沖調粉，可以為研發高糊化度、低升糖指數谷物類即食產品提供理論依據。