不同品種糯米的粉質特性分析及對其冰點溫度的影響

李 真，梁靜靜，安 陽，黃忠民，艾志錄,

（1.河南農業大學食品科學技術學院，河南鄭州 450002；2.農業農村部大宗糧食加工重點實驗室，河南鄭州 450002）

目前，城市化步伐的加快和人們消費習慣的改變，增加了消費者對方便食品的需求。湯圓是人們喜愛的傳統糯米制品[1]，雖已被消費者廣泛接受，但速凍湯圓加工過程中仍存在諸多問題，例如：湯圓速凍后易出現塌陷、扁平、偏餡、漏餡、形狀不規則、色澤灰暗、無光澤等，經過一段時間的凍藏后，還易出現不同程度的龜裂甚至開裂現象[2?4]。更需要注意的是，速凍食品凍結溫度低、凍結時間長、貯藏溫度較低，導致速凍食品生產和貯藏總體能耗較高。因此，有必要尋求一種既能保持速凍湯圓的優良品質又能節能降耗的新工藝來加工湯圓等面米制品。本團隊前期研究結果表明（未發表），與速凍湯圓相比，冰點冷凍湯圓的整體品質與其差異不大，且由于冰點冷凍和凍結比傳統湯圓凍結和貯藏溫度均高很多，所以與傳統速凍湯圓相比，冰點溫度凍結的加工與貯藏過程中能耗降低，符合我國節能減排的政策措施要求，具有開發成為短保且節能減排的新型凍結食品的巨大潛力。

糯米粉是制作湯圓的主要原料之一。目前對于糯米粉的研究主要集中在糯米粉改良添加劑的研制[5?6]、復合糯米粉的調制等方面[7?8]，以及不同品種糯米粉特性與速凍湯圓品質之間的關系等[9]，而目前對于糯米粉冰點溫度及其與理化指標相關性的研究還未見報道。

因此，本文從不同糯米粉原料特性出發，以25種糯米粉為試驗材料，對它們的基本成分、理化指標、熱特性、冰點溫度等進行測定，并與冰點溫度進行相關性分析和主成分分析，確定影響糯米粉冰點溫度的關鍵指標，為后期冰點溫度凍結和貯藏技術在湯圓中的應用及實際生產中冰點溫度凍結湯圓原料的選擇提供理論依據，也為傳統冷凍食品尋找既能保持產品品質又可達到節能降耗效果的新技術奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

糯優2 號、優糯6211、紹糯9714、血糯、嘉糯1 優6 號、皖墾糯、武育糯16 號、蘇御糯、丹旱稻53、連糯1 號、南粳46 由河南農業大學農學院趙全志老師提供；東北粳糯、江西秈糯、安徽粳糯、信陽秈糯、浙江秈糯、2014 越南秈糯、吉林粳糯、湖南水磨秈糯米粉、泰國水磨糯米粉、河北粳糯水磨粉、半干法黑糯米純粉、黑糯米純粉、半干法輥磨粳糯米、預糊化糯米粉 由河南黃國糧業股份有限公司提供；硼酸、硫酸、乙醚、硫代硫酸鈉、氫氧化鈉、硫酸鉀 均為化學純，國藥集團化學試劑有限公司；碘化鉀 化學純，天津市科密歐化學試劑有限公司；乙醇 化學純，天津市富宇精細化工有限公司；鹽酸 優級純，洛陽昊華化學試劑有限公司；硫酸銅 化學純，天津市凱通化學試劑有限公司。

SZF-06A 脂肪測定儀 樂清市精誠儀器儀表有限公司；KJELTEC 2300 全自動凱氏定氮儀 丹麥福斯公司；Y410020 破損淀粉測定儀 北京天翔飛域科技有限公司；RVA4500 快速黏度分析儀 瑞典波通儀器公司；DSC 214 Polyma 差示掃描量熱儀 德國耐馳公司；Rise-2008 激光粒度分析儀 濟南潤之科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 水磨糯米粉的制備 將水稻脫殼后清水洗滌，浸泡1 h，粉碎，膠體磨二次研磨制漿，4800 r/min 離心10 min，棄去上清液，沉淀物45 ℃干燥24 h，研磨后過100 目篩備用。

1.2.2 基本成分 糯米粉中水分、灰分、蛋白質、脂肪、淀粉等指標分別采用國標方法GB 5009.3-2016、GB 5009.4-2016、GB 5009.5-2016、GB 5009.6-2016、GB 5009.9-2016 進行測定。

1.2.3 破損淀粉含量 使用損傷淀粉測定儀對糯米粉破損淀粉含量進行測定。在樣品杯內加入3.0 g硼酸、3.0 g 碘化鉀、120 g 蒸餾水，搖晃均勻，再加入1 滴0.1 mol/L 的硫代硫酸鈉溶液，搖勻，將反應杯放進儀器卡槽內。稱取1 g 樣品放入樣品池中，開始測定，破損淀粉含量用碘吸收率（%）表示。

1.2.4 理化性質的測定

1.2.4.1 粒徑 使用Rise-2008 激光粒度分析儀對糯米粉粒徑大小與分布進行檢測。測驗范圍：0.01～3000 μm，使用儀器自帶分析軟件對數據進行分析。儀器會自動記錄待測樣品D50、Dav 等數據[10]。

1.2.4.2 溶解度與吸水率 稱取1 g（干基）糯米粉樣品于已知質量P1的離心管中，加水定容至50 mL，25 ℃水浴鍋振蕩30 min，4800 r/min 離心15 min，上清液倒入已恒重的鋁盒內，105 ℃烘干至恒重，得到溶解的粉的質量A。稱取此時離心管質量P2，根據公式確定糯米粉的溶解度和吸水率[11]。

式中：S 表示溶解度，%；B 表示吸水率，%；A 表示濾液烘干恒重后的質量，g；W 表示樣品干基質量，g。

1.2.4.3 膠稠度 膠稠度按照 GB/T 22294 -2008 進行測定。

1.2.4.4 膨脹能力 精確稱量0.25 g 糯米粉樣品（干基）于燒杯內，倒入25 mL 蒸餾水并不停攪拌，95 ℃水浴鍋中加熱30 min 后將淀粉溶液迅速倒入25 mL量筒中，室溫下放置24 h，讀出糯米粉粒在量筒中沉降的體積[12]，每克糯米粉的沉降顆粒所占的體積即為膨脹能力，即：

式中：E 表示膨脹能力，mL/g；v 表示沉降顆粒所占的體積，mL；m 表示樣品質量，g。

1.2.5 糊化特性 使用快速粘度分析儀進行糯米粉糊化特性測定[13]，準確稱取（2.50±0.01）g 糯米粉樣品和（25.0±0.2）mL 蒸餾水于特制鋁盒內，充分攪拌后，置于RVA 樣品槽內，開始測試。測試程序如下：初始攪拌速率1000 r/min，時間5 s，使溶液充分攪拌均勻，起始溫度50 ℃，以12 ℃/min 由50 ℃上升至95 ℃，并恒溫5 min，以同樣的速率由95 ℃下降至50 ℃，全過程總計13 min，測試結束。

1.2.6 冰點溫度 采用差示掃描量熱儀法測定糯米粉冰點溫度，參考鐘志友等[14]的方法稍有改進。稱取一定量的糯米粉于10 mL 離心管中，按照粉體：水=1:3 的體積向離心管中加入蒸餾水，使用渦旋振蕩器振蕩15 s 使溶液混勻，使用移液槍精確吸取10 mg糯米粉溶液于特制的鋁制坩堝中，用專用的壓蓋器將坩堝壓蓋緊，置于差示掃描量熱儀爐體內，同時放入空白坩堝作為對照，溫度程序設置：以5.0 ℃/min速率降溫至?30.0 ℃；保持溫度5.0 min；以5.0 ℃/min的速率升溫至25 ℃，緊急復位溫度為30 ℃，停止記錄數據，取升溫曲線峰值相變起始溫度（即將結晶剛剛開始熔化的溫度）定為冰點溫度。

1.2.7 熱力學特性 樣品制備與1.2.6 相同?？瞻综釄遄鳛閷φ?，設置掃描溫度為25～135 ℃，升溫速率為10 ℃/min，根據DSC 特性曲線分析峰的特征，進行熱焓值（ΔH）測定[15?16]。

1.3 數據分析

2 結果與分析

2.1 不同糯米粉基本成分分析

如表1 所示，整體來看，經過機器脫殼研磨過的糯米粉灰分含量集中在0.16%～1.22%，蛋白質含量分布在5.38%～9.15%之間，淀粉含量主要在83.31%～91.65%之間，脂肪含量為0.59%～3.18%。蛋白質含量最高可達9.15%（皖墾糯、丹旱稻53）；脂肪含量相對較低，大部分集中在1%左右，除血糯、半干法黑糯米純粉、黑糯米純粉以外其余糯米粉品種脂肪含量均不超過2%，灰分含量所占比例最低，基本不超過1%。由表1 可知，25 種糯米粉的破損淀粉含量分布在3.52%～6.51%區間。糯優2 號、紹糯9714、連糯1 號、預糊化糯米粉這4 種糯米粉的破損淀粉含量較低，均不到4%，由這幾種粉揉制而成的粉團加工特性會更好。而武育糯16 號、蘇御糯、信陽秈糯、湖南水磨秈糯米粉、泰國水磨糯米粉、河北粳糯水磨粉的破損淀粉含量較高，超出6%。Lin 等[17]通過分析破損淀粉對糯米粉性能和湯圓品質的影響發現，隨著破損淀粉含量的增高，糯米粉制得的湯圓切面結構變得松散，水分流動性增強。因此，在糯米粉加工過程中，應當對糯米加工方法、研磨強度、溫度、含水量等工藝參數進行優選，保護淀粉顆粒的完整性，降低破損淀粉含量，最終獲得品質優質的糯米粉。

表1 不同糯米粉基本成分分析Table 1 Analysis of the basic components of different glutinous rice flour

2.2 不同糯米粉理化性質分析

（D90-D10）/D50代表了糯米粉粒徑的分布寬窄度，數值越小，說明糯米粉的顆粒體積較集中。由表2可知，湖南水磨秈糯米粉、2014 越南秈糯、半干法輥磨粳糯米的粒徑分布較窄，顆粒體積大小較集中，安徽粳糯、東北粳糯、蘇御糯的顆粒體積大小分布相對較散。本試驗范圍內選用的糯米粉平均粒徑數值主要分為兩大類，一類糯米粉的平均粒徑較小，主要集中在6.59～23.53 μm 之間，另一類糯米粉平均粒徑較大，主要分布在38.61～88.05 μm 之間。血糯的平均粒徑最小為6.59 μm，而預糊化糯米粉平均粒徑最大為88.05 μm，制備工藝不同導致了不同品種糯米粉的平均粒徑不同。

由表2 可知，糯米粉的膠稠度分布較分散，河北粳糯水磨粉膠稠度達到170.00 mm，優糯6211的膠稠度達162.20 mm，而南粳46、蘇御糯、半干法輥磨粳糯米的膠稠度較低，僅有72.90、85.00、89.40 mm；不同品種糯米粉的膨脹能力數值相差較大，糯優2 號、優糯6211、丹旱稻53 的膨脹度分別為4.30、3.90、4.90 mL·g?1，而血糯、皖墾糯、武育糯16 號、連糯1 號、安徽粳糯的膨脹度較大，均達到30.00 mL·g?1以上。不同糯米粉溶解度差異較大，預糊化糯米粉、黑糯米純粉達到2%以上，而武育糯16 號、連糯1 號溶解度在0.25%左右。吸水率方面只有預糊化糯米粉較大，達到6%以上，其余品種糯米粉吸水率較集中在2%左右。主要可能是和預糊化糯米粉水分含量最低有關（僅7.80%），宋瑩瑩[18]通過相關性分析表明，糯米粉的吸水率與初始水分含量呈負相關。

表2 糯米粉的理化性質Table 2 The physicochemical properties of glutinous rice flour

2.3 糊化特性

由表3 可知，泰國水磨糯米粉具有最大的峰值粘度為4019 mP·s，而丹旱稻53 與黑糯米純粉峰值粘度最低分別為576.5 與573 mP·s，可能與泰國水磨糯米粉具有較大膨脹程度（其膨脹能力為28.40 mL·g?1），而丹旱稻53 與黑糯米純粉膨脹度較小有關，它們的膨脹能力分別為4.90 和9.70 mL·g?1，但此兩種糯米粉衰減值最小，分別為313.00、398.00 mP·s，說明其在熱膨脹的過程中可以承受較大壓力，不易破裂，具有更高強度，熱糊穩定性好[19]，而預糊化糯米粉穩定性最差。半干法黑糯米純粉的回生值最大，達到了1176.00 mP·s，其次是蘇御糯回生值為463.50 mP·s，說明兩種粉穩定性最好，不易老化，而黑糯米純粉回生值只有76.5 mP·s，說明其最容易老化，穩定性差。

表3 糯米粉糊化特性分析Table 3 The pasting characteristics of the glutinous rice flour

2.4 糯米粉冰點溫度與熱特性分析

由圖1、表4 可知，不同品種糯米粉的冰點溫度范圍在?1.35～?2.65 ℃之間，由于糯米粉品種不同，淀粉顆粒大小、形成的空間網狀結構不同，內部水分結晶的快慢亦不同，所以冰點溫度有細微差別。預糊化糯米粉的冰點溫度最低（?2.65 ℃），其次是優糯6211和黑糯米純粉的冰點溫度，均在?2.55 ℃。不同品種糯米粉的糊化起始溫度大多集中于60.00～70.00 ℃之間，優糯6211 和信陽秈糯起始糊化溫度最高分別為74.60 和74.55 ℃。峰值溫度則集中在65.00～80.00 ℃ 之間，半干法輥磨粳糯米峰值溫度最高為81.25 ℃。糊化焓ΔH 大部分集中在1.00～3.00 J/g 之間，最低的泰國水磨糯米粉只有0.78 J/g，糊化焓值最大的糯米粉為糯優2 號，達到3.35 J/g。糯米粉中含有大量淀粉，而淀粉類食品的烹飪加工基本都是在高溫條件下進行，測定糯米粉熱特性尤其是對峰值溫度、焓值的測定，有助于為食品的品質提升提供依據[20?21]。有研究[22?23]指出淀粉顆粒結構、淀粉-淀粉間的結構會影響到起始溫度、峰值溫度及終點溫度，而直鏈淀粉含量則會影響糊化焓變[24]。

圖1 部分糯米粉冰點測定DSC 曲線Fig.1 Freezing point of part of glutinous rice flour DSC curve

表4 糯米粉的冰點與熱特性測定Table 4 The freezing point and thermal properties of glutinous rice flour

2.5 冰點溫度與指標的相關性分析

由表5 可知，脂肪含量與冰點溫度呈顯著負相關（r=?0.30，P<0.05），即脂肪含量越高，冰點溫度越低。這可能是由于脂肪中含有磷酸基團，可以與淀粉中的酯類物質相結合形成磷酸基復合物，而這些復合物可以促進淀粉顆粒吸水溶脹，使得細胞內水分較多，凍結結晶速度較慢，冰點也就越低[25]。也可能是由于脂肪與直鏈淀粉相結合形成聚合物，使得顆粒周圍半固形區加速水解，水分可以更快進入淀粉顆粒內部，使得淀粉顆粒間自由水含量降低，從而導致結冰困難，從而冰點較低[26?27]。

表5 糯米粉冰點溫度與理化性質的相關性分析Table 5 Correlation analysis between the freezing point and physicochemical properties of glutinous rice flour

吸水率、溶解度與冰點溫度呈極顯著負相關（r=?0.41、r=?0.50，P<0.01），即吸水率、溶解度越大，冰點溫度越低。吸水率與溶解度大的糯米粉品種，其內部淀粉分子結晶區域的氫鍵通常較弱，晶體結構易被破壞，外部游離水進入分子，吸水率變大，溶解度高，進入分子內部的水分越多，分子間自由水就越少，結冰也就越困難，從而導致冰點溫度降低[16]。有研究[28?29]指出膠稠度與直鏈淀粉數量有關，且呈極顯著負相關，當膠稠度越大時，直鏈淀粉數量較少。而由表5 得知，膠稠度與冰點溫度呈極顯著負相關（r=?0.44，P<0.01），即糯米粉膠稠度越大，冰點溫度越低，這可能是由于糯米粉中的直鏈淀粉數量較少，支鏈淀粉含量較多，所形成的空間網狀結構較疏松，水分流動受到的阻力較小流動較快，凍結成冰晶的速度較久，冰點溫度較低。糯米粉平均粒徑與冰點溫度呈極顯著負相關（r=?0.31，P<0.01），即糯米粉顆粒粒徑越大，則冰點溫度越低。曹松等[30]研究表明由于磨粉過程中粒度較大的淀粉顆粒比粒度小的淀粉顆粒有更好的保水性。而保水性強，抗凍性也是相對來說比較好，因此糯米粉顆粒粒徑越大時使凍結較為困難，冰點溫度降低。

由表5 可知，冰點溫度與峰值溫度、起始溫度、終止溫度均呈極顯著負相關（r=?0.50、r=?0.52、r=?0.51，P<0.01），峰值溫度、起始溫度、終止溫度越高，冰點溫度越低。余世鋒等[31]研究表明，糯米粉的熱特性溫度與淀粉顆粒的網狀結構、聚合度，以及淀粉分子結構有關，淀粉顆粒之間空隙越小，網狀結構越緊密，聚合度越大，則糊化需要的熱量越高，峰值溫度、起始溫度及終止溫度就越高。而淀粉顆粒間的空隙小、結構緊密，大分子物質以空間網狀結構存在，游離水較少，不易流動水較多，冰晶形成會受到阻礙，冰點溫度就會降低[32?33]。

2.6 影響糯米粉冰點溫度的指標主成分分析

對不同品種糯米粉的基本成分、理化指標、熱特性數據進行主成分分析，結果如表6。

表6 影響糯米粉冰點溫度的指標主成分分析Table 6 Principal component analysis of indicators that affect the freezing point of glutinous rice flour

由表6 可知，6 個主成分的累計方差貢獻率達到了81.99%，即涵蓋了大部分信息，表明前6 個主成分能夠代表所有原始指標來分析影響糯米粉冰點溫度的因素。

表7 為原始載荷矩陣經正交旋轉法得到的數據結果。在因子1 上載荷較大的為糯米粉平均粒徑Dav 數據，其對冰點溫度影響較大，主要反映的是糯米粉粒度對冰點溫度的影響；因子2 上載荷較大的有峰值溫度、起始溫度、終止溫度，主要反映的是糯米粉熱特性對冰點溫度的影響；因子3 上載荷較大的是谷值粘度與最終粘度，主要反映的是糯米粉糊化特性對冰點溫度的影響；因子4 上載荷較大的是膨脹能力、衰減值；因子5 上載荷較大的是脂肪含量、溶解度；因子6 上載荷較大的是蛋白質含量。對各指標的總貢獻率進行分析，得到影響糯米粉冰點溫度的主要因素為糯米粉的平均粒徑Dav、峰值溫度、起始溫度、終止溫度、最終粘度、膨脹能力、粗脂肪含量、溶解度。

表7 影響冰點溫度的指標正交旋轉因子載荷Table 7 The orthogonal rotation factor load of the index that affects the freezing temperature

3 結論

不同糯米粉冰點溫度分布在?1.35～?2.65 ℃之間，主要集中在?1.5～?2.5 ℃范圍內，并在不同理化指標的測定結果基礎上，基于相關性分析和主成分分析分析，影響糯米粉冰點溫度的關鍵因素主要為糯米粉的糯米粉平均粒徑、糯米粉的熱特性（峰值溫度、起始溫度、終止溫度）、最終粘度、粗脂肪含量和溶解度，而這些指標均與糯米粉團的冰點溫度呈負相關。因此，實際應用冰點溫度凍結和貯藏技術時，若想降低糯米粉團的冰點溫度，可考慮減小糯米粉的平均粒徑，增加糯米粉里的脂肪含量及其溶解度，亦可通過提高糯米粉的峰值溫度、起始溫度和終止溫度來實現。若要提高其冰點溫度，則相反。實驗范圍內，優糯6211、黑糯米純粉、預糊化糯米粉較為適合制作冰點冷凍湯圓。