超微粉碎處理對糙米粉理化性質的影響

彭國泰，吳娜娜，譚 斌，吳衛國

（1．湖南農業大學食品科學與技術學院，湖南長沙 410128；2．國家糧食局科學研究院，北京 100037）

超微粉碎處理對糙米粉理化性質的影響

彭國泰1，2，吳娜娜2，譚 斌1，2，吳衛國1

（1．湖南農業大學食品科學與技術學院，湖南長沙 410128；2．國家糧食局科學研究院，北京 100037）

研究了超微粉碎處理對糙米粉理化性質的影響。選取經過超微粉碎頻率0～40處理的糙米粉為原料，以損傷淀粉含量、粒度分布、水合特性、糊化性質為分析指標，比較不同超微粉碎強度處理的糙米粉物理化學性質的差異性。結果顯示，隨著超微粉碎頻率的增大，糙米粉損傷淀粉含量從7．84%上升到14．58%；粒徑D［4，3］從171 μm下降到11 μm；吸水指數、膨脹勢上升，水溶性先上升后下降。RVA結果顯示，糙米粉的峰值粘度、谷值粘度、崩解值、最終粘度、回生值均上升，初始糊化溫度下降。掃描電鏡結果顯示，淀粉顆粒破碎、斷裂形成許多無規則小碎片，且表面有凹坑。

超微粉碎；糙米粉；損傷淀粉；糊化性質；粒徑；微觀結構

糙米含有豐富的膳食纖維、維生素以及微量元素等，有的學者認為糙米制品將成為21世紀人們的主要食物，糙米可以制作成調味料、糙米面包、糙米卷等米制品［1］，市場潛力巨大。但糙米制品的原料選擇指標如顆粒細度、損傷淀粉等尚無統一標準，糙米制品的品質也有很大差異。1879年，Brown和Heron首次提出了損傷淀粉這一概念［2］：淀粉在加工過程中，受到剪切、摩擦、擠壓等外力作用，造成淀粉顆粒組織結構被破壞，這種在制粉過程中受到機械力作用而損傷的淀粉顆粒即為損傷淀粉［3］。損傷淀粉的產生往往伴隨著粒度變化，粒度越細，將產生更多的損傷淀粉。損傷淀粉顆粒會使粉團的理化性質發生改變［4－5］，如吸水性增強、對酶的敏感性增強、粘度下降等，同時也與米制品的蒸煮品質密切相關［6］。由于米制品加工過程中都會產生損傷淀粉，且其對米制品品質有影響，因此對損傷淀粉和制粉工藝的研究具有重要意義。

目前，眾多學者通過不同的制粉方法得到不同損傷淀粉含量的大米粉，對比其差異，證明了損傷淀粉對大米粉理化性質有一定影響［7－8］。但這類研究大多數以白米為原料，很少有研究糙米粉的粒度和損傷淀粉含量對糙米粉性質的影響，糙米制品的適口性等問題也尚未解決。

本實驗以糙米為原料，旨在研究不同的超微粉碎強度對糙米粉損傷淀粉含量的影響以及對糙米粉理化性質的影響。通過快速粘度儀（RVA）和水合特性測定不同損傷淀粉含量糙米粉的糊化特性，使用粒徑分析儀分析粒徑變化，并通過電鏡觀察其微觀結構。通過降低糙米粉的粒度來改善糙米制品的品質，為制作良好的糙米制品提供理論依據。

1 材料與方法

1．1 材料

安徽糙米：購于安徽省桐城市（總淀粉含量為80．19%，直鏈淀粉含量為14．07%，粗蛋白含量為9．01%，粗脂肪含量為2．73%，水分含量為12．61%，粗纖維含量為2．69%）；損傷淀粉試劑盒：Sigma公司；總淀粉試劑盒：Megazyme公司；其余試劑均為分析純。

1．2 儀器與設備

Super－3快速粘度儀（RVA）：澳大利亞Newport科學分析儀器有限公司；Malvern2000粒度分析儀：英國馬爾文儀器有限責任公司；電子分析天平：瑞士梅特勒托利多公司；T6－紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；FW－100高速萬能粉碎機：北京中興偉業儀器有限公司；超微粒度粉碎儀：正遠粉體工程有限責任公司。

1．3 方法

1．3．1 水分測定

參照AACC44－19，135℃烘箱干燥法［9］。

1．3．2 總淀粉測定

采用Megazyme總淀粉試劑盒法測定。

1．3．3 不同損傷淀粉含量糙米粉的制備

糙米經高速萬能粉碎機粉碎，過120目篩，再經超微粒度粉碎儀粉碎，粉碎頻率為0、10、20、30、40。粉碎時間10 min。4℃保存備用［10］。

1．3．4 損傷淀粉含量測定

采用Megazyme試劑盒法，具體參考AACC方法76—31［11］：準確稱取（100±10）mg樣品于圓底玻璃離心管中，加入1．0 mL于40℃保溫5 min的真菌α－淀粉酶（50 u／mL），立刻在渦旋混勻器上振蕩5 s，然后在40℃的水浴搖床中放置10 min，從真菌α－淀粉酶加入開始計時，再加入8 mL的稀硫酸溶液終止反應，充分混勻后轉移懸浮液于2 mL的離心管中，并于10 000 r／min下離心5 min，準確移取0．1 mL上清液于反應試管底部，向試管中加入0．1 mL（2單位）淀粉轉葡萄糖苷酶，放在40℃的水浴保溫10 min再加入4．0 mL D－葡萄糖用葡萄糖氧化酶／過氧化物酶制劑（GOPOD），40℃下顯色20 min，然后于510 nm處測定吸光度值。

1．3．5 粗脂肪測定

參照GB／T 5512—2008進行測定［12］。

1．3．6 粗蛋白測定

參照GB／T 24318—2009杜馬斯燃燒法進行測定［13］。

1．3．7 水合特性測定

水合特性參照Heo［14］方法，稍作改動，稱取0．5 mg樣品，加入20 mL去離子水，充分搖勻，置于30℃水浴鍋中加熱30 min，每隔10 min搖勻攪拌一次。再置于離心機中以4 000 r／min，離心15 min，取出上清液于105℃烘干至恒重，質量為m1；離心管中膨脹淀粉質量為m2；樣品干重為m。吸水指數（WAI）＝m2／m；水溶性（WS，%）＝100×m1／m；膨脹勢（SP）＝m2／［m×（1－WS%／100）］。

1．3．8 粒度測定

稱取一定量的樣品放入粒度分析儀的進料口中，調節進料速度，開啟空壓機，啟動馬爾文激光粒度儀SOP（標準操作程序），點擊開始測定。顆粒在管道中被分散進入樣品窗。來自激光器的激光束經擴散、濾波、匯聚后照射到測量區，測量區中的待測顆粒群在激光的照射下產生散射譜。測量完畢后儀器得出d（0．1）、d（0．5）、d（0．9）、D［3，2］、D［4，3］數據。每個樣品連續測定三次以保證數據準確。

1．3．9 糊化特性的測定

參照GB／T24852—2010的方法［15］，以濕基12%為基準，稱取（25±0．1）g水，加入（3±0．01）g樣品粉，將樣品攪拌均勻，放入快速粘度分析儀（RVA）中進行測定。采用升溫／降溫循環，糊化程序為：50℃開始升溫，3．75 min內加熱至95℃，保濕2．5 min，3．85 min內冷卻至8．5℃，保溫1．4 min，旋轉槳在起始10 s內旋轉速度為960 r／min，以后保持160 r／min至結束，測定其粘度及回生值等指標。

1．3．10 電鏡觀察

采用S－570掃描電鏡觀察糙米粉經超微粉碎后微觀結構特征。取少量樣品均勻散布于導電膠上，使其固定易于觀察。將樣品固定并噴金300 s，在12 kV加速電壓下，放大適當倍數觀察。

1．4 數據處理

數據統計采用Microsoft Office、SPSS 17．0進行分析處理，圖像制作采用Origin7．5進行處理，顯著性分析采用Ducan’s多重檢驗，P＜0．05判斷為顯著，實驗結果以平均值±標準偏差表示。

2 結果與分析

2．1 超微粉碎糙米粉的損傷淀粉含量組成

損傷淀粉是在制粉過程中，淀粉受到摩擦、剪切、擠壓等外力作用，完整淀粉顆粒結構被破壞形成的，損傷淀粉是影響米粉特性、食品品質的一個重要指標［16］。從圖1可以看出，超微粉碎強度為0的糙米粉損傷淀粉含量為7．84%，超微粉碎強度為超微10、20、30、40的糙米粉損傷淀粉含量分別為10．36%、11．34%、13．59%、14．58%。結果說明糙米粉的損傷淀粉含量與超微粉碎強度成正比，超微粉碎強度0與超微粉碎強度10的糙米粉損傷淀粉含量相差2．50%左右，而其余各超微粉碎強度的糙米粉損傷淀粉含量相差在1%～2%，說明制粉方式和制粉強度是影響糙米粉損傷淀粉含量的主要因素，選取適當的制粉工藝可有效的控制損傷淀粉含量。

2．2 超微粉碎糙米粉的粒度分析

米粉的粒度分布和損傷淀粉含量是影響大米粉理化性質和加工性能的兩個重要因素［17－18］。

糙米粉粒徑變化如表1所示，隨著磨粉強度的增加，糙米粉粒徑呈明顯下降趨勢，損傷淀粉含量也相應增加。這是因為隨著磨粉強度的增加，淀粉顆粒受到的摩擦力、分子間的擠壓力和空氣的剪切力增大，淀粉分子空間結構被破壞，大分子淀粉顆粒破碎、分離，形成許多粒徑更小而不完整的淀粉顆粒，同時增加了損傷淀粉含量。糙米粉從超微粉碎強度0到超微粉碎強度40，粒徑D［4，3］從171 μm到11 μm下降了大約160 μm，但是粒徑大幅度的下降主要集中在超微粉碎強度0到超微粉碎強度10這一階段，粒徑從171．47 μm下降到74．18 μm，超微粉碎強度10到超微粉碎強度20這一階段粒徑下降明顯減緩，粒徑從74．18 μm下降到30．37 μm，而超微粉碎強度20到超微粉碎強度40階段，粒徑變化則趨于平緩，粒徑只從30．37 μm減少到了11．67 μm，僅變化了約19個μm。結果說明粒度的變化總是伴隨損傷淀粉含量的變化，二者呈負相關。制粉方式和強度是影響糙米粉粒度的主要因素，同一制粉方式下糙米粉在粉碎達到一定程度后，粒徑減少趨于平緩。

圖1 超微粉碎糙米粉的損傷淀粉含量

表1 超微粉碎糙米粉平均粒徑分布

圖2 超微粉碎糙米粉粒徑體積分布圖

2．3 超微粉碎糙米粉的水合特性分析

水合特性是研究大米粉理化性質的一個重要指標，可以體現大米粉中淀粉的糊化特性［19］等。

5種不同超微粉碎強度處理的糙米粉水合特性如表2所示。超微粉碎強度從0增加到40，在50℃條件下，糙米粉的吸水指數從3．06上升到3．25。水溶性呈先上升后下降趨勢，膨脹勢從3．30上升到3．50。在100℃條件下，糙米粉的吸水指數從7．48上升到8．61，水溶性先上升后下降，膨脹勢從8．82上升到10．01。二者變化趨勢相似，但各指標數值大幅增長，這可能是因為在100℃下，糙米粉淀粉顆粒吸水溶脹破裂，淀粉糊化更加完全造成的［20］。糙米粉的吸水能力和膨脹勢隨著超微粉碎強度的增加而上升，這可能與損傷淀粉含量的升高和淀粉顆粒粒度變小有關［21］，損傷淀粉會大大提高糙米粉的保水力，較小的顆粒粒度使得顆粒表面積增大，與水分子接觸更完全，水分子與淀粉顆粒結合得更緊密。水溶性的變化可能與糙米中含有的粗脂肪、粗纖維有關［22］，糊化時易與淀粉形成脂質—淀粉復合體，易老化，影響糙米粉的水溶性。

表2 超微粉碎糙米粉水合特性

2．4 超微粉碎糙米粉的糊化特性分析

淀粉的糊化是食品制品應用的基本步驟，糊化過程實質是淀粉微晶的熔融過程，淀粉分子顆粒在一定水和熱的作用下，顆粒從有序狀態轉變到無序狀態［23］。米制品基本都要經過糊化過程，淀粉糊的糊化程度，對米制品的風味品質有非常大的影響［24－25］。

從表3中可以看出，經過不同超微粉碎強度處理的糙米粉糊化曲線變化趨勢相似，但是糊化特性存在顯著差異（P＜0．05）。RVA快速粘度分析顯示，超微粉碎強度從0增加到40，糙米粉的峰值粘度從860 cp上升到1 699 cp，谷值粘度從746 cp上升到853 cp，崩解值由114 cp上升到836 cp，最終粘度從1 754 cp上升到2 062 cp，回生值從51．5 cp上升到61．5 cp，米粉糊粘度的上升，可能是因為隨著淀粉粒度的減小，淀粉顆粒與水分子接觸的表面積增大，吸水充分，糊化更加完全，從而粘度上升［5］。峰值時間變化不明顯，初始糊化溫度從79．6℃下降到75．2℃，可能是米粉粒度減小，越容易結合水膨脹，初始糊化所需的熱量能量減少，因此糊化溫度降低［26］。實際應用中，糊化度與產品諸多性質呈顯著性相關，這可能表明適當的降低原料粒度可以減少生產能源的消耗，改善產品品質。

表3 超微粉碎糙米粉的糊化特性

2．5 超微粉碎糙米粉的電鏡觀察分析

在超微粉碎過程中，淀粉顆粒受到力的作用由外向內逐步脫落，形成無數不規則的碎片。這些小顆粒又聚合在一起形成多孔疏松的顆粒［27］。

圖3為超微粉碎強度0至40的糙米粉顆粒形貌圖。結果顯示，在放大500倍觀察下，隨著超微粉碎強度增加，大顆粒淀粉數量減少而小顆粒數量增多，可能是在外力的作用下，淀粉結構被破壞，大顆粒淀粉分解成更多的小顆粒淀粉，小顆粒又重新聚合形成多孔疏松的顆粒。在放大3 000倍觀察下，超微粉碎強度0制得的糙米粉部分結構雖然遭到破壞但還具有完整的淀粉顆粒輪廓，淀粉顆粒表面較光滑而且具有少量刮痕；超微粉碎強度20制得的糙米粉具有明顯的刮痕、斷層、凹坑，淀粉顆粒內部也出現裂痕，糙米粉結構開始被大幅破壞；超微粉碎強度達到40時，糙米粉已無法看出完整淀粉顆粒輪廓，表面斷層附近的殘缺淀粉顆粒剝落形成許多不規則的顆粒碎片［28］。制粉工藝是影響淀粉結構的主要因素之一，選取適當的制粉工藝對糙米粉結構的破壞尤為重要。

圖3 超微粉碎糙米粉電鏡觀察圖

3 結論

制粉工藝是影響損傷淀粉含量和粒度的主要因素之一，隨著超微粉碎強度增加，糙米粉粒徑D［4，3］從171 μm下降到11 μm，損傷淀粉含量從7．84%增加14．58%，粒度越細，損傷淀粉含量越高。RVA粘度分析顯示，峰值粘度、谷值粘度、最終粘度、崩解值、回生值均明顯上升，峰值時間無顯著差異，初始糊化溫度下降。淀粉顆粒的吸水力和膨脹力上升，水溶性先上升后下降。電鏡結果顯示，粒度越細的糙米粉表面具有更多的裂痕和凹坑，淀粉大顆粒被分解成許多不規則碎片。改變糙米粉的顆粒細度，可以明顯地影響糙米粉的理化性質，從而在實際應用中改善糙米制品的品質，糙米粉顆粒細度和損傷淀粉含量對糙米制品品質的影響及糙米制品品質的改良是今后重點研究的方向。

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Study on the effect of superfine grinding on physicochemical properties of brown rice flour

PENG Guo－tai1，2，WU Na－na2，TAN Bin1，2，WU Wei－guo1
（1．College of Food Science and Technology，Hunan Agricultural University，Changsha Hunan 410128；2．Academy of State Administration of Grain，Beijing 100037）

The effect of superfine grinding process on the physicochemical properties of brown rice flour was studied．Taking the samples of brown rice flour treated with different superfine grinding frequencies of 0～40 as raw materials，the damage starch content，particle size distribution，hydration characteristics and gelatinization properties as indexes，the differences of physicochemical properties of these samples were compared．The results showed that with the increase of crushing frequency，damage starch content of brown rice flour increased from 7．84%to 14．58%；particle size of D［4，3］decreased from 171 μm to 11 μm；the water absorption index and swell power increased，water solubility increased at first and then decreased．The results of RVA showed that peak viscosity，trough viscosity，breakdown value，final viscosity and setback increased，initial gelatinization temperature decreased．The results of scanning electron microscopy showed that the starch granules were crushed to form irregular fractionlet with pits on the surface．

superfine grinding；brown rice flour；damaged starch；gelatinization property；particle size； microstructure

TS 213．3

A

1007－7561（2017）02－0017－05

2016－11－23

中央級公益性科研院所基本科研業務費（ZX1511）

彭國泰，1992年出生，男，碩士研究生．

譚斌，1972年出生，男，博士，研究員．