不同熱處理方法對黃米淀粉體外消化及品質特性的影響

張素敏，張瑞，王曉聞

山西農業大學食品科學與工程學院（太谷 030801）

黃米，即黍子去皮后的米，是干旱和半干旱地區的一種主要糧食作物。在山西，尤其以晉北的黃米較為出名，是當地人非常愛吃的一種雜糧。一般的加工方式是將其做成油炸糕、黃米湯圓、黃米粽子、黃米酒等[1-3]。黃米的綜合營養價值很高，富含碳水化合物、蛋白質、多種維生素和微量元素，使得黃米具有預防肝損傷和心腦血管疾病等功能[4-6]。

淀粉的品質特性通常包括淀粉的顆粒特性、凝膠特性、糊化特性等，這些性質與淀粉深加工產品品質的關系最為密切。同時，淀粉的顆粒形態、直鏈與支鏈淀粉的比例、加工處理方式等，又影響淀粉的消化速率，而淀粉的消化性，又決定其營養價值和保健功能。

近年來，國內外對黃米的研究主要集中在黃米蛋白的功能特性、黃米的種植技術以及一系列黃米產品的開發等方面[7-9]，而對黃米淀粉及特性方面的研究還很少。因此，此次試驗通過對黃米淀粉進行不同的熱處理，研究熱處理的方式對黃米淀粉品質特性及體外消化率的影響，以期為黃米的精深加工產業及科學的飲食提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃米（東方亮），山西東方物華農業科技有限責任公司；α-淀粉酶（3 700 U/g），北京索萊寶科技有限公司；氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、亞硫酸鈉、無水葡萄糖、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、二氯甲烷，均為分析純。

1.2 儀器與設備

多功能粉碎機，上海兆申科技有限公司；HSJ系列恒溫水浴攪拌器，江蘇科析儀器有限公司；KDC-1044L大容量低速離心機，安徽中科中佳科學儀器有限公司；YHG-400-BS-II遠紅外快速干燥箱，上海躍進醫療器械廠；RVA快速黏度分析儀，Perten公司；JSM-6490LV掃描電子顯微鏡，日本JEOL；Tensor 27傅里葉變換紅外光譜儀，美國Bruke公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 黃米淀粉的提取[10]

將200 g黃米粉用0.75 mol/L的氫氧化鈉的氫氧化鈉溶液，按照固液比1∶4的比例浸泡提取，提取溫度45 ℃，提取時間3 h，隨后將提取液進行沉淀。沉淀完成后將上層液倒出，再次用0.75 mol/L的氫氧化鈉進行二次提取，在二次提取的沉淀中加入適量蒸餾水，在4 000 r/min下離心15 min，取出，倒出上層液，只取中層淀粉，放入燒杯中，加入適量的蒸餾水，攪拌均勻，離心沉淀，重復多次，直到加入酚酞不再變紅為止，將上清液倒出，將沉淀放入恒溫干燥箱中干燥，24 h后取出，即得到黃米淀粉。

1.3.2 黃米淀粉的3種熱處理方式

1.3.2.1 蒸煮處理黃米淀粉

取一定量的黃米淀粉，放入培養皿中，將培養皿放入不銹鋼鍋中進行蒸煮，水開時開始計時，在鍋內蒸煮45 min后，取出放入干燥箱內烘干，取出，磨碎，備用。

1.3.2.2 高溫油炸處理黃米淀粉

取一定量的黃米淀粉，在油炸鍋用植物油進行油炸，調整油溫為170 ℃，油炸5 min后，取出，盡量把更多殘留的油倒出，將炸好的淀粉放入培養皿中，倒入二氯甲烷浸泡，脫去油脂，倒出二氯甲烷，將裝有淀粉的培養皿放在通風處，自然風干，磨碎，備用[11]。

1.3.2.3 烘焙處理黃米淀粉

取一定量的黃米淀粉于烤箱內，在150 ℃下烘焙10 min，取出，晾涼后磨粉，備用[12]。

1.3.3 黃米淀粉的體外消化吸收率的測定

1.3.3.1 緩沖液的配制

配制磷酸鹽緩沖溶液：配制若干1 mol/L的磷酸氫二鈉和磷酸二氫鈉，用46.3 mL 1 mol/L的磷酸氫二鈉和53.7 mL 1 mol/L的磷酸二氫鈉配制成0.1 mol/L的磷酸鹽緩沖溶液。

1.3.3.2 還原糖含量的測定

將12.6 g DNS和524 mL 2 mol/L氫氧化鈉溶液，加入到1 000 mL含有370 g酒石酸鉀鈉的熱水溶液中，再加10 g結晶酚和10 g亞硫酸鈉，攪拌溶解，冷卻后加蒸餾水定容至2 000 mL，儲存在棕色瓶中，在室溫下放置7～10 d后使用。

葡萄糖標準曲線的繪制[13]：取7支20 mL具塞試管，編號，分別加入0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0和1.2 mL 1 mg/mL葡萄糖標準液，加蒸餾水補至2 mL，再加入1.5 mL 3,5-二硝基水楊酸（DNS）試劑，配成不同葡萄糖含量的反應液。之后，將各管振蕩搖勻，在沸水浴中加熱5 min，取出冷卻至室溫，分別用蒸餾水定容至20 mL，加塞后顛倒混勻。用1號管作空白調零，用分光光度計測定540 nm波長處2～7號管的吸光度。以葡萄糖質量（mg）為橫坐標，以吸光度為縱坐標，繪制出葡萄糖標準曲線。

圖1 葡萄糖標準曲線

1.3.3.3 模擬體外消化

準確稱取未加工以及不同方式處理過的黃米淀粉，各2 g，分別加入至小燒杯中，倒入磷酸鹽緩沖溶液，攪拌均勻，加入1 mLα-淀粉酶溶液，移入50 mL容量瓶中，用磷酸鹽緩沖溶液進行定容。再倒入小燒杯中，放在38 ℃的恒溫水浴鍋中，不時進行攪拌振蕩。分別在0，1，2，3和4 h時，取3 mL放在離心管中，以4 500 r/min離心10 min，取1 mL上層清液，放入25 mL容量瓶中，用3,5-二硝基水楊酸定容，用3,5-二硝基水楊酸比色法測定還原糖的含量。重復操作，用加入α-淀粉酶后水解的還原糖質量占樣品干質量來表示黃米淀粉的體外消化率[14]。

1.3.4 不同處理方式對3種米淀粉品質特性的影響

1.3.4.1 不同處理方式對黃米米淀粉糊化特性的影響

將未處理及處理過的黃米淀粉粉碎過100目篩備用。準確量取25.0 mL蒸餾水，移入干燥潔凈的專用小鋁筒中，再稱取3 g淀粉樣品，轉移至專用的小鋁筒中，將小螺旋槳放置于小鋁筒攪拌均勻。設置RVA黏度儀初始溫度50 ℃并保持1 min，然后以12 ℃/min的速度將溫度調至95 ℃，在95 ℃保持2.5 min，最后以12 ℃/min的速度將溫度降至50 ℃并保持2 min，整個測試過程歷時13 min。將小鋁筒和小螺旋槳放入RVA黏度儀中，將小螺旋槳卡在RVA旋轉塔上，啟動RVA黏度儀，摁下旋轉塔，以960 r/min攪拌10 s，形成懸濁液后，將轉速設置為160 r/min，直至試驗結束。按以上述步驟完成所有黃米淀粉黏度的測定[15]。

1.3.4.2 不同處理方式對黃米淀粉的顆粒特性的影響

使用JSM-6490LV掃描電子顯微鏡查看黃米淀粉的形態差異。將磨碎的黃米淀粉過孔徑0.150 mm篩后用掃描電鏡對其顆粒形態進行掃描[16]。

1.3.4.3 不同處理方式對黃米淀粉的FTIR分析

對不同方式處理后的黃米淀粉進行傅里葉紅外光譜測定，采用KBr壓片法。取1 mg樣品和150 mg KBr，置于研缽中，混勻后壓片，在400～4 000 cm-1范圍內進行紅外光譜掃描[17]。

2 結果與分析

2.1 不同處理方式對黃米淀粉的體外消化的影響

由圖2可知，未處理過的以及通過蒸煮、烘焙、油炸處理后的黃米淀粉的體外消化率都是隨著消化時間的增長，消化率隨之提高。這是因為熱處理使得淀粉糊化，從膠束狀淀粉鏈構成的β-淀粉轉變成更容易消化的α-淀粉。蒸煮的消化率最高，在4 h時消化率接近70%，烘焙油炸次之，油炸后的黃米淀粉和烘焙后的黃米淀粉消化差異較小。這可能是由于蒸煮比烘焙和油炸更容易使淀粉糊化。淀粉在蒸煮過程中增加了水解速率，使得淀粉顆粒內部的氫鍵被打開，使其更容易被酶攻擊，因此蒸煮處理的消化率要高于烘焙及油炸處理的消化率。

2.2 不同處理方式對黃米淀粉黏度的影響

由表1可知，不同處理方式對黃米淀粉黏度產生了較大的影響，經過不同熱處理后淀粉的峰值黏度、崩解值、回升值均低于未經熱處理淀粉的值，原因可能是熱處理改變了淀粉的穩定性，影響了淀粉顆粒結合水的能力。經過油炸處理的淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度和回升值均大于經過蒸煮和烘焙處理的淀粉，原因可能是油炸相對于蒸煮和烘焙對淀粉結構的影響更為明顯[18]；相對于蒸煮和烘焙處理，油炸處理后的淀粉冷糊穩定性更差，凝膠性更強，更容易老化。烘焙處理的淀粉的崩解值比蒸煮和油炸的高，說明經過烘焙處理的淀粉的熱穩定性較差。

圖2 黃米淀粉蒸煮、烘焙、油炸、未處理的消化率

表1 烘焙黃米黏度結果

2.3 不同處理方式對黃米淀粉顆粒特性的影響

從圖3可以看出，未經過熱處理的黃米淀粉顆粒看起來比較圓潤，顆粒也比較分散，經過蒸煮和烘焙處理過的淀粉的顆粒形態和分散性與未處理過的淀粉很相似，變化不明顯，經油炸處理后的淀粉顆粒變大，而且分散性差，聚集在一起，有些粘連，這是由于在油炸過程中，淀粉和油脂相互作用，生成淀粉-脂質復合物，使其顆粒增大，隨著油炸的進行，淀粉顆粒發生崩解，相互靠近，使得淀粉顆粒發生聚集，有些粘連。

2.4 不同處理對黃米淀粉FTIR的影響

由圖4可知，黃米淀粉經過蒸煮和烘焙處理后的吸收峰與未處理過的很相似，只有在吸收峰強度和峰位上有些細微的差別，而經過油炸處理的黃米淀粉的吸收峰無論是在峰的強度還是峰位上都有較大的差異。在3 443 cm-1附近有一個寬的很強的吸收峰是O—H的伸縮振動，油炸的比其他3種的峰要窄，強度也要弱一些；在2 932 cm-1附近出現的一個中等強度的峰，是亞甲基CH2的伸縮振動，原淀粉和蒸煮、烘焙處理的淀粉強度均比油炸的淀粉在此位點的峰強度要大；油炸的淀粉在1 743 cm-1附近有一個峰，但其他3種淀粉在此位點并沒有峰；1 645 cm-1附近的吸收峰是淀粉中吸附水中無定型區域[19]，同樣油炸淀粉在此位點的峰強度比其他3種的要弱；1 500 cm-1以下未處理和處理過的淀粉均在相近的位點出現峰值，但油炸的淀粉峰強度均小于其他3種淀粉。由此可知，油炸這種處理方式對淀粉的結構影響比較大。

圖3 不同處理和未處理的淀粉的掃描電鏡圖

圖4 不同處理和未處理黃米淀粉的紅外光譜圖

3 結論

試驗表明，在不同的處理方式中烘焙和油炸兩種處理方式對黃米淀粉消化率影響相似，高溫油炸處理后的黃米淀粉消化率最低，蒸煮處理后淀粉消化率最高；經過油炸處理的淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度和回升值均大于經過蒸煮和烘焙處理的淀粉，油炸處理后黃米淀粉的顆粒變大，分散性變差，變得有些粘連和聚集，而烘焙和蒸煮處理對黃米淀粉的顆粒特性與未處理的淀粉很相似，變化不明顯；經過紅外光譜檢測，蒸煮和烘焙后的淀粉與原淀粉比較，吸收峰非常相似，而油炸后的淀粉與原淀粉相比吸收峰無論是峰的強度還是位置均差異較大。因此，油炸這種熱處理相對于蒸煮和烘焙對淀粉的形態和品質特性影響較大，淀粉形態變化必然會引起其應用性質的變化，這就為以后在對黃米淀粉進行深加工的研究上提供了一定的理論基礎。