乳酸濕熱處理改善大米粉性質及粉條品質的研究

劉惠惠，廖盧艷

（湖南農業大學食品科技學院，湖南 長沙 410128）

以大米作為原材料制作的食品種類頗多，而米粉則是其中最有價值的產品之一。大米粉一般的解釋是用大米為原料經過研磨以后得到的粉末狀物質。而在南方用非糯性大米做的粉條特別常見，主要是通過磨粉、蒸煮、成型、冷卻等工藝加工制成，通常是扁條形或圓條形；在北方有種大米面條與之相似。本論文的研究對象指的是以南方地區為主的米粉。

丁文平[1]等研究發現米粉經自然發酵以后，其中淀粉和直鏈淀粉含量并沒有太大變化，這說明自然發酵中產生的微生物并不能使淀粉發生明顯地降解。而張玉榮[2]等發現米粉經過乳酸發酵處理以后，其中直鏈淀粉的含量增加，且乳酸發酵處理方法對直鏈淀粉的影響要大于自然發酵處理方法。同時也有研究發現，發酵后米粉的斷條率有所降低、膠稠度減少了0.4 mm[3]，成膠性能增強。

據報道，米粉發酵主要是指厭氧菌發酵，乳酸菌作為米粉發酵過程中的優勢菌群，使得米粉的口感有了更好的改善，主要體現在米粉彈性和咀嚼性的增加[4]。而乳酸菌發酵改善米粉口感的原因主要是在發酵過程中產生的乳酸可以將米粉中蛋白質溶出，又由于乳酸菌的生長本身也需要一定的氮源，從而消耗了米粉的部分蛋白質，因此使得口感得到一定改善；另一方面的原因則是因為乳酸菌發酵會使米粉淀粉的結構比例發生一定變化，使得淀粉中的支鏈淀粉降解、聚合度降低[5]。

國內外研究發現，濕熱處理會使淀粉的膨脹度、溶解度和黏度降低，增加直鏈淀粉的含量[6]。CHAM[7]、KORRAKOT[8]和C0LLADO[9]等研究表明，濕熱處理能夠有效改善米粉、米線和馬鈴薯面條的蒸煮品質以及質構特性；韓中杰等[10]研究表明利用酸-濕熱處理后的豌豆淀粉制備粉絲，蒸煮、不容易糊湯，質構柔軟光滑。隨著粉條行業的不斷發展，近年來也有許多研究人員研究通過濕熱處理改變淀粉結構和性質來改善粉條的品質[11-12]。然而，濕熱處理的改善效果因原料來源、淀粉的直支比以及濕熱處理條件的不同而不同。濕熱處理用于改善粉條品質的作用機理仍未完全明確，濕熱處理在粉條品質改善上的應用還有大量的研究可以開展。

目前單一乳酸處理、單一濕熱處理和乳酸濕熱聯用處理對米粉性質以及粉條品質影響的對比研究報道還非常少見，為此，本實驗以生產米粉的早秈米作為實驗原料，將乳酸發酵與濕熱結合起來對大米粉進行處理，對比單一乳酸發酵處理方法和單一濕熱處理方法改善大米粉性質的效果以及對米粉品質的影響，同時探究乳酸濕熱聯用處理米粉方法的可行性，為乳酸發酵和濕熱處理用于改善米粉粉條的品質提供理論依據和基礎，也為大米資源的進一步開發利用提供一定的科學理論依據，從而提升大米的產業價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

水磨秈米粉：泰國初心米粉廠有限公司；食品級乳酸：國藥集團化學試劑有限公司；蒸餾水、大培養皿、燒杯、pH計、離心管、鋁盒、塑料薄膜、100目篩、烤盤、電磁爐、蒸鍋：均由湖南農業大學提供。

1.2 主要儀器設備

CP214電子天平：奧豪斯儀器（上海）有限公司；101-2AB電熱鼓風干燥箱：天津市泰斯特儀器有限公司；多功能高速粉碎機、ZHWY-C2102恒溫培養振蕩器：上海智城分析儀器制造有限公司；RVA-Techmaster快速黏度分析儀：北京波通瑞華科學儀器有限公司；DL-1電子可調電爐：北京中興偉業儀器有限公司；TDZ5臺式低速離心機：湖南赫西儀器裝備有限公司；TA-XT2i質構分析儀，英國Stable micro systems公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 大米粉水分含量測定

根據GB5009.3—2016直接干燥法。

1.3.2 濕熱處理大米粉的制備

參照廖盧艷[12]的方法并進行改進，取50 g已知水分含量的大米粉置于大培養皿中，經過計算加入一定量的水使其與米粉融合，調節水分含量為30%，將培養皿用塑料薄膜密封，在正常室溫下平衡水分至12 h。再把靜置12 h的大米粉放入105 ℃的干燥烘箱中，使其反應2 h。冷卻后取出再在40 ℃下完全干燥，最后將樣品用高速粉碎機粉碎后過100目篩，備用。

1.3.3 乳酸處理大米粉的制備

參照傅亞平[13]等方法并進行改進，將50 g大米粉置于三角瓶中，取一定的乳酸加入水，將其調成pH為3、4的乳酸溶液，后將乳酸溶液按照大米粉∶乳酸溶液=1∶2的比例倒入三角瓶中，用玻璃棒輕輕攪拌均勻，塑料薄膜密封好，放置于恒溫培養振蕩器中震蕩12 h。后用離心機離心，棄去上清液，加入小蘇打調至pH為7，再重復水洗三次。將水洗過后的大米粉倒入大培養皿中，放入40 ℃烘箱至大米粉完全干燥。取出置于室溫下，最后將樣品用高速粉碎機粉碎后過100目篩，備用。

1.3.4 乳酸濕熱處理大米粉的制備

參照傅亞平[13]等方法并進行改進，將已知水分含量的大米粉放在大培養皿中，經過計算加入一定量的乳酸濃度分別為pH為3和4的酸水使其與大米粉融合，調節水分含量為30%，將培養皿用塑料薄膜密封，在正常室溫下平衡水分至12 h。再把靜置12 h的大米粉放入105 ℃的干燥烘箱中，使其反應2 h。冷卻后取出再在40 ℃條件下完全干燥，最后將樣品用高速粉碎機粉碎后過100目篩，備用。

1.3.5 大米粉糊化特征曲線的測定

將已知水分含量的大米粉樣品和25 mL蒸餾水放入RVA糊化儀專用的鋁筒，用RVA糊化儀進行測試。以960 r/min攪拌20 s，然后以160 r/min運轉至實驗結束。采用升溫/降溫程序：RVA的初始溫度設為50 ℃（0～1 min 20 s），從50 ℃開始到95 ℃（1 min 20 s～4 min 55 s），保持95 ℃（4 min 55 s～7 min 25 s），再從95 ℃降到50 ℃（7 min 25 s～11 min），保持50 ℃（11～13 min），總共用時13 min。然后由配套軟件TCW獲得大米粉在糊化過程中發生的黏度變化曲線以及6個特征點[12]。

1.3.6 大米粉溶解度與膨脹度的測定

分別取原樣大米粉、濕熱處理大米粉、乳酸處理大米粉、乳酸濕熱處理大米粉0.5 g置于離心管，加入35 mL蒸餾水，搖勻后分別于50、60、70、80 ℃溫度下水浴加熱45 min，每5 min振蕩一次，取出冷卻至室溫，于4 000 r/min離心15 min。將離心管中上清液倒出，于130 ℃下干燥至恒重，得被溶解淀粉質量，計算溶解度。由離心管中膨脹淀粉的質量計算其膨脹度[14]。

溶解度(SA)=A/W*100%

膨脹度(SP)＝P/[W(1-SA/100)]

式中：A為上清液中溶出物質量，g；W為樣品干質量，g；P為離心管中沉淀物質量，g。

1.3.7 粉條的制備

參照廖盧艷[15]的方法并進行改進，稱取20 g大米粉于燒杯中，加入一定量的水（大米粉∶水=1∶2），攪拌均勻后，將樣品倒入直徑為20 cm的烤盤中，攤平后靜置半分鐘，使其均勻地布滿烤盤底面，之后在放入蒸汽蒸鍋中蒸45～60 s，再立馬放在冷水上冷卻1 min并取出。在室溫中瀝去表面水分，揭去大米粉餅，用透明保鮮膜將其包住，用小刀切成寬度為1 cm的條狀，放在冰箱中冷藏4 h后立即取出，即為濕粉條。再將每個樣品中的一部分放入40 ℃恒溫鼓風干燥箱中干燥制成干粉條待用，即為干粉條，后裝入保鮮袋密封避光保藏。

1.3.8 粉條蒸煮品質的測定

參照廖盧艷[12]的方法加以改進：

1.3.8.1 斷條率 干粉條：取10根10 cm的干粉條放入500 mL的沸水中煮30 min，用筷子將粉條輕輕挑起，計算熟粉條斷條率。

式中：N，斷粉條根數。

濕粉條：取10根10 cm的濕粉條放入500 mL的沸水中煮3 min，用筷子將粉條輕輕挑起，計算熟粉條斷條率。

式中：N，斷粉條根數。

1.3.8.2 蒸煮損失率 干粉條：取3 g左右（W0）的干粉條，先在105 ℃烘箱中干燥2 h，后置于干燥器冷卻0.5 h，稱重W1，再次倒入100 mL燒杯中，煮15 min后撈出。迅速將其放入冰水中冷卻，取出后用濾紙把粉條表面水吸干，把粉條稱重W2，再在105 ℃烘箱中干燥4 h，稱重W3。

式中：W0，干粉條原始的重量，g；W1，干粉條煮前干燥后的重量，g；W2，干粉條煮后溶脹的重量，g；W3，干粉條煮后干燥的重量，g。

鮮濕粉條：稱取3 g左右（V0）的鮮濕粉條，在105 ℃烘箱中2 h，后在干燥器內冷卻0.5 h，稱重V1，倒入100 mL燒杯中，煮15 min后撈出。迅速放入冰水中冷卻，取出后用濾紙把粉條表面水吸干，把粉條稱重V2，再在105 ℃烘箱干燥4 h，稱重V3。

式中：V0，鮮濕粉條原始的重量，g；V1，鮮濕粉條煮前干燥的重量，g；V2，鮮濕粉條煮后溶脹的重量，g；V3，鮮濕粉條煮后干燥的重量，g。

1.3.9 粉條質構品質的測定

測試前，將大米粉鮮濕粉條、干粉條各切成長3 cm寬1 cm，分別把各類兩片重疊合并在一起，取3根大米粉鮮濕粉條與干粉條擺成三角形放在載物臺上。后在質構儀上測定質構特性。用質構儀TPA（texture profile analysis）程序測定大米粉質構特性的特征值。測定條件包括有：P36R型的探頭；0.1962 N的感應力；50%的壓縮形變；測試前的速度設置為2.00 mm/s；測試時的速度為1.00 mm/s；測試后的速度為1.00 mm/s[15]。

1.4 數據處理

每個樣品平行測6次，對所有所測的平行數據取平均值。數據作表和分析使用的是Excel 2018軟件，數據結果用平均值和標準差的值來表示。采用SPSS20.0軟件對各指標進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 乳酸濕熱處理對大米粉糊化特性的影響結果

經濕熱處理、乳酸處理、乳酸濕熱處理等五種方法對大米粉糊化特性的影響見表1。

由表1可知，與未處理的樣品相比，大米粉經過濕熱、乳酸和乳酸濕熱聯用處理后，峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、衰減值和回生值均降低。而濕熱處理過的大米粉樣品的出峰時間延長，糊化溫度升高，并與其它樣品存在顯著差異（P＜0.05），這可能是因為濕熱改性過程中大米粉的淀粉分子結構降解，使得直鏈淀粉含量增加，并可使分子鏈集中，淀粉的分子量在一定程度上均勻分布，分布面積較窄，淀粉的有序度逐漸增大[16]。濕熱處理的大米粉峰值黏度、谷值黏度和最終黏度都顯著（P＜0.05）低于其他方法處理的樣品，據報道表明是由于淀粉的結晶度經濕熱處理后有所上升，淀粉分子部分出現斷裂，導致淀粉中小分子量的增加，淀粉的平均分子量降低。

表1 乳酸濕熱處理對大米粉糊化特性的影響

在乳酸處理的大米粉樣品中，隨著酸性的減弱，其樣品峰值黏度、谷值黏度、衰減值以及出峰時間都逐漸升高，并與其它處理方法的大米粉樣品有顯著的差異（P＜0.05）。而樣品的最終黏度、回生值、糊化溫度逐漸降低。有研究表明，直鏈淀粉分子間以氫鍵結合，結合力較強，直鏈淀粉含量越高，淀粉糊化越困難，越易回生[17]。因此，乳酸處理后，隨著酸性的減弱，大米粉回生值降低，黏度增強，衰減值增加，糊化溫度降低。

在乳酸濕熱聯用處理中，峰值黏度、谷值黏度、出峰時間、糊化溫度較原樣相比先降低后增大，衰減值、回生值減小。乳酸濕熱聯用處理后的淀粉峰值黏度、谷值黏度下降是因為淀粉的結晶度在乳酸濕熱聯用處理后有所上升，乳酸濕熱聯用處理中淀粉分子斷裂，導致淀粉中小分子成分增加，淀粉的平均分子量降低，最終黏度逐漸下降。這主要是受到米粉團粒膨脹程度和膨脹顆粒抵抗熱和剪切力的影響，乳酸和濕熱處理使得淀粉分子降解，淀粉分子鏈長變短[18]。

2.2 乳酸濕熱處理對大米粉溶解度、膨脹度的影響

乳酸濕熱處理對不同溫度下大米粉溶解度和膨脹度的影響見圖1。

圖1 乳酸濕熱處理對大米粉溶解度、膨脹度的影響

由圖1可知，與未處理的樣品相比，單一濕熱處理后的大米粉溶解度降低，由于在水和熱的作用下，大米粉中支鏈淀粉的分支結構可能發生了斷裂或者是鏈較長的直鏈淀粉變成了鏈較短的直鏈淀粉，產生了比未經濕熱處理大米含量多的直鏈淀粉，直鏈淀粉進行重排形成更加穩定有序的結構或者與較大量的中等分子結合，形成新的結構更加穩定的雙螺旋結構，使得淀粉難以從顆粒內溶出，從而引起濕熱處理后大米粉溶解度和膨脹度下降[14]。陳洪興等[19]認為由于濕熱改性，淀粉中的直鏈淀粉和支鏈淀粉之間、直鏈淀粉和直鏈淀粉之間都交互形成不一樣的螺旋結構，淀粉顆粒中的氫鍵結合能力增強，使得雙螺旋結構緊密程度增加。乳酸處理過程中，酸性越強，大米粉的溶解度越高，大米粉隨著酸性的降低，溶解度也下降，在乳酸（pH=4）時，溶解度低于原樣，在所有被處理樣品中乳酸（pH=4）時溶解度最低。乳酸濕熱聯用處理過程中，與原樣相比，溶解度有所上升，這主要是因為乳酸濕熱聯用處理以后，淀粉晶型并沒有發生改變，而淀粉微晶區卻減少了，亞微晶區少量增多，從而使得溶解度增大。

經過單一的濕熱處理后，大米粉樣品的膨脹度有所下降，這與其他相關研究結果相似[20]。有研究發現，膨脹度的降低主要是因為淀粉顆粒內部無定形區之間的相互作用增強。經過單一的乳酸處理和乳酸濕熱聯用處理后的大米粉樣品膨脹度，與原樣相比，整體上呈下降趨勢，這可能是因為淀粉顆粒大和分子結構松散，從而能夠在熱水中完全膨脹起來，有利于淀粉的吸水膨脹[21]。又因為相鄰支鏈淀粉上的基團之間互相排斥，從而使結晶區的鍵合能力減弱，增強了水合作用，使得淀粉更容易吸水而膨脹[22-24]。

2.3 乳酸濕熱處理對粉條品質的影響研究

乳酸濕熱處理對大米粉鮮濕粉條蒸煮品質的影響見表2。由表2可知，與原樣相比，大米粉鮮濕粉條經濕熱處理后，斷條率、復水率、蒸煮損失率都有所下降，干物質含量有所增加。粉絲斷條率能夠直觀的判斷出粉絲品質的優劣[25]。斷條率越大，說明粉絲煮起來越容易斷。在乳酸處理中，斷條率、復水率、蒸煮損失率都逐漸下降，干物質含量逐漸增加。在乳酸濕熱聯用處理中，隨著酸性的減弱，斷條率、復水率、蒸煮損失率逐漸下降，干物質含量逐漸增大。綜合來看，大米粉鮮濕粉條的蒸煮品質測定中，在乳酸處理（pH=4）時，斷條率、蒸煮損失率最低，并與其它方法處理的粉條差異顯著（P＜0.05），說明其蒸煮品質是最優的。

乳酸濕熱處理對大米粉干粉粉條蒸煮品質的影響見表3。由表3可知，與未處理的樣品相比，經濕熱處理后，大米粉干粉粉條的斷條率、干物質含量有所下降。在單一的乳酸處理中，隨著酸性的減弱，斷條率逐漸下降，復水率逐漸升高，蒸煮損失率、干物質含量逐漸下降。在乳酸濕熱聯用處理中，隨著酸性的減弱，斷條率、干物質含量逐漸下降，復水率、蒸煮損失率逐漸升高。綜合來看，在乳酸處理（pH=4）時，斷條率、蒸煮損失率顯著（P＜0.05）低于其他方法處理的干粉粉條，復水率最大，即為最優。

乳酸濕熱處理對大米粉鮮濕粉條質構品質的影響見表4。由表4可知，和原樣相比，經過濕熱方法處理以后，大米粉鮮濕粉條硬度、咀嚼性和黏度均出現下降，彈性有所增加。這可能是因為直鏈淀粉分子從淀粉粒中浸出時，直鏈淀粉分子鏈中的氫鍵交聯結合，然后形成了一種多維網絡結構，最后膨潤的淀粉顆粒都填充在了直鏈淀粉的三維網絡中[26]。

在單一的乳酸處理中，與原樣相比，硬度、黏度和咀嚼性均降低，隨著酸性的降低，大米粉鮮濕粉條的彈性有所增大，在乳酸處理（pH=4）時，彈性達到最大，且與其它樣品存在顯著性差異（P＜0.05）。這可能是因為乳酸溶液使鮮濕粉條的吸水能力增強，使鮮濕粉條內部能夠形成緊密的分子結構。在乳酸濕熱聯用處理中，與原樣相比，大米粉鮮濕粉條的硬度、彈性和咀嚼性都有所下降，是由于氫離子增強了粉條的吸水能力，改變了淀粉的結構，另一方面是由于淀粉分子結構之間的交聯，使粉條的彈性下降。

表2 乳酸濕熱處理對大米粉鮮濕粉條蒸煮品質的影響 %

表3 乳酸濕熱處理對大米粉干粉粉條蒸煮品質的影響 %

表4 乳酸濕熱處理對大米粉鮮濕粉條質構品質的影響 %

乳酸濕熱處理對大米粉干粉粉條質構品質的影響見表5。由表5可知，和原樣相比，在濕熱處理中，大米粉干粉粉條的硬度、彈性、咀嚼性有所上升，硬度顯著（P＜0.05）高于其他方法處理的干粉粉條，其原因主要是受到大米粉分子鏈長的影響，長鏈的淀粉分子越多，分子之間產生的作用力也就越強，黏度有所下降。在單一的乳酸處理中，與原樣相比，大米粉干粉粉條的硬度、黏度有所降低，隨著酸性的減弱，大米粉干粉粉條的彈性有所增大，在乳酸（pH=4）時，彈性達到最大，且與其它方法處理的大米粉干粉粉條樣品存在顯著差異（P＜0.05），這說明該米粉樣品中的淀粉分子形成的網狀結構的交聯點數量是最多的。在乳酸濕熱聯用處理中，與原樣相比，大米粉干粉粉條的硬度、黏度和咀嚼性均下降，隨著酸性的減弱，彈性有所增大。

表5 乳酸濕熱處理對大米粉干粉粉條質構品質的影響 %

3 結論

乳酸濕熱處理對大米粉糊化特性、溶解度和膨脹度影響顯著，在乳酸處理（pH=4）過的大米粉鮮濕粉條和干粉粉條中其蒸煮品質最優、質構品質的彈性最大，兩種pH值梯度的乳酸濕熱聯用處理方法效果都不及乳酸處理（pH=4）方法。而濕熱處理、乳酸處理、乳酸濕熱聯用處理分別對大米粉結構、理化性質的影響以及主要成分的變化，乳酸處理（pH=4）方法對粉條品質的感官評價都尚需進一步研究。

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