黑米品種特性對鮮濕黑米米粉品質的影響

李小偉， 李才明,2， 顧正彪,2， 班宵逢,2， 洪 雁,2， 程 力,2， 李兆豐,2

(江南大學食品學院1，無錫 214122) (江南大學食品科學與技術國家重點實驗室2，無錫 214122)

米粉，以大米為原料，經浸泡、蒸煮和壓條等工序制成的條狀、絲狀米制品，具有制作方便、爽滑柔韌、口味豐富等特點[1]。米粉成品按含水量可以分為干粉、半干粉和濕粉，含水量較高(一般超過60%)的被稱為鮮濕米粉。鮮濕米粉因其加工過程中米粉已基本熟化，只需沸水浸泡幾分鐘即可食用，也被稱作方便米粉[2]。鮮濕米粉口感爽滑、風味多樣、食用方便，符合當代消費者對健康美味飲食和方便生活追求。

黑米又名紫米、血米，是一種營養豐富的谷物。研究表明，黑米中蛋白質質量分數比普通的秈米、粳米要高出20%以上，脂肪質量分數高出80%[3]。另外，黑米中含有豐富的花青素，花青素具有抗氧化、抗炎、調節血糖以及抑制腫瘤生成等生理保健功能[4]。盡管黑米營養豐富，但因其具有一層較厚的黑色種皮，使得黑米不易煮爛，且易引起消化不良。黑米米質粗糙、口感不佳等缺點限制了其食用開發。

鮮濕米粉具有方便、美味等特點，但目前市面上鮮濕米粉多以秈米制作，餐后消化快，易引起血糖升高，不適合高血糖人群食用。而黑米含有豐富的花青素和膳食纖維，這兩種成分具有降血脂、控制血糖等有益生理活性，在動物實驗和體外實驗中都具有顯著調控血糖功效[5]，因此黑米加工制品較適合高血糖人群食用。目前利用黑米制作具有低消化性的鮮濕米粉鮮有報道。本研究以5種有代表性的黑米為原料，通過測定黑米原料的基本理化性質、黑米米粉的質構特性、蒸煮品質、晶體結構、體外消化特性等指標，分析黑米理化特性對鮮濕米粉品質的影響，為鮮濕黑米米粉的開發制作提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選用5種不同的具有代表性的黑米作為原料，具體品種包括：黑優1號、黑香米、洋黑3號、稻花香、珍珠黑。早秈米，玉米淀粉。豬胰酶(599 U/mg)，葡萄糖苷酶(260 U/mL)，總淀粉和直鏈淀粉試劑盒，其他化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

LB-M15型磨漿機，YC-30型米粉機，DK-S24型電熱恒溫水浴鍋，T 6V可見光分光光度計，TA-XT Plus物性分析儀，SCIENTZ 10ND冷凍干燥機，TG16G臺式高速離心機，D2 PHASER型X射線衍射儀，DSC3 差示掃描量熱儀。

1.3 方法

1.3.1 基本理化指標的測定

含水量測定參照GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》；蛋白質含量測定參照GB 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》；灰分測定參照GB 5009.4—2016《食品中灰分的測定》；脂肪含量測定參照GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測定》；直鏈淀粉和總淀粉含量測定采用Megazyme試劑盒法。

1.3.2 鮮濕黑米米粉制作工藝

黑米 →清洗→浸泡→磨漿→擠粉→老化→復水→滅菌→成品。

早秈米經清洗后加水浸泡60 h，黑米經清洗后加水浸泡2 h；按早秈米80%，黑米20%的質量比混合，經自動磨漿機磨漿后，加入玉米淀粉調漿，所得漿料用一次糊化米粉機擠壓成型，將得到的米粉置于恒溫恒濕箱中進行老化，控制溫度為20 ℃，濕度為70%，老化時間為8 h，老化完成后的米粉沸水復煮、冷卻、包裝，經高溫滅菌后得到鮮濕黑米米粉成品。使用相同工藝制作純秈米米粉作為對照。

1.3.3 蒸煮品質測定

參照司藝蕾等[6]的方法并略作修改。稱取粉條完整的樣品，記錄樣品質量M0，并測定含水量W。將樣品放入盛有500 mL沸水恒重為M1的托盤中煮沸3 min，煮制后撈出瀝干，稱量得米粉質量M2。將托盤放在電爐上繼續加熱，待大部分水煮干后，于105 ℃烘箱中烘干至恒重，記錄質量為M3。按公式分別計算蒸煮損失m1和復水率m2。

(1)

(2)

取直徑均勻、長度約為20 cm的米粉30條，加入500 mL沸水，保持微沸煮至3 min后將米粉挑出，記錄米粉斷條數n，按照式(3)計算斷條率L。

(3)

1.3.4 質構品質測定

如何正確識別和衡量民族傳統村落發展進程中村民的文化適應狀態，對管理者、規劃者、經營者來講都很重要。如果居民一方面能保持并增強其文化自信與民族認同，另一方面能積極接觸并學習漢族文化，以更開放和包容的心態對待文化變遷，那么在文化沖突中就能保持良好的心態，有尊嚴有自信地成為文化傳承者。

采用TA-XT plus型物性分析儀測定米粉的質構特性，參考Wandee等[7]方法并稍作修改。選用質構測定模式為TPA，探頭為P35，測定參數設置為：測前速度1.0 mm/s，測中速度1.0 mm/s，測后速度1.0 mm/s，壓縮比70%，平行測定次數10次/樣，除去最大值和最小值后取平均值。

1.3.5 X-射線衍射分析

冷凍干燥后的米粉經粉碎后過100目篩，測定前將樣品在4 ℃的環境中平衡水分24 h。取適量樣品粉末于測試板圓孔用載玻片壓實。以掃描頻率2(°)/min、步長0.02°從5°掃描至40°。通過MDI Jade 6.0軟件對衍射圖譜進行分析處理，參照徐斌等[8]曲線作圖法計算相對結晶度。

1.3.6 熱力學分析

參照孫麗潔等[9]的方法并略作修改。準確稱取3 mg米線原料粉或凍干粉于50 μL的鋁制坩堝中，準確吸取9 μL去離子水注入坩堝，加蓋密封，于4 ℃冰箱平衡水分24 h。以空坩堝作為參比，設定程序從30 ℃以10 ℃/min的速率升溫至110 ℃進行測定。

1.3.7 體外消化片段的測定

將鮮濕米粉冷凍干燥后進行粉碎，并過100目篩后待用。稱取一定量凍干粉后參考Kim的方法[10]進行淀粉的體外消化特性測定，并計算米粉中RDS、SDS和RS含量。

采用Origin 2018軟件進行數據作圖處理，采用SPSS軟件對數據進行ANOVA方差分析、Duncan多重比較，顯著性差異選用P<0.05。每組實驗至少重復3次。

2 結果與分析

2.1 黑米理化指標結果分析

不同品種黑米的基礎理化指標測定結果如表1所示。黑米品種不同，其主要理化指標也存在明顯差異。稻花香黑米的直鏈淀粉含量最高，珍珠黑米最低；洋黑3號黑米的蛋白質含量最高，珍珠黑米的最低。與黑米相比，市售大米的淀粉含量較高，脂肪和膳食纖維含量較低，蛋白質含量差別不大。有研究表明，氣候、品種、種植技術等因素會導致大米各理化指標之間存在一定的差異[11]。直鏈淀粉含量對米粉的品質起主要影響作用，蛋白質和脂肪也會對米粉品質有一定影響[2, 12]。所選用不同品種黑米的直鏈淀粉和蛋白質含量差異明顯，有利于分析黑米理化性質對鮮濕米粉品質的影響。

表1 黑米及大米基本理化指標

2.2 黑米米粉質構品質分析

米粉的形成過程中，淀粉經過糊化再老化形成凝膠結構，而這種凝膠結構的強弱就反映在米粉的口感上[12]，米粉是否有彈性，軟硬是否適中，都可以通過測定米粉的質構特性來判斷，米粉的硬度和咀嚼性可以很好反映米粉的品質。如表2所示，不同品種黑米制作的米粉在質構上存在明顯差異，其中稻花香黑米米粉的硬度和咀嚼性最大，珍珠黑米米粉的硬度最低，其回復性和咀嚼性也最低。市售米粉的硬度高于所有的黑米米粉，回復性和咀嚼性與大部分黑米米粉相近。黑米的脂肪和膳食纖維含量高于秈米，而淀粉含量顯著低于秈米，淀粉在形成米粉凝膠時起到至關重要的作用，更多的淀粉更利于米粉凝膠的形成，因此加入黑米后米粉的硬度會略低于純秈米米粉。不同品種黑米米粉的硬度差異可能是由于黑米的直鏈淀粉含量不同[13]，導致米粉凝膠致密性不同，凝膠強度存在差異。蛋白質也可能對米粉質構產生影響，賀萍等[14]發現蛋白質對米粉凝膠的穩定性有一定影響，蛋白質含量與米粉硬度呈顯著正相關性。并猜測可能是因為大米蛋白能與淀粉發生相互作用，形成網狀結構，有助于提高米粉品質。由表中可以看出，稻花香黑米制作的米粉硬度和咀嚼性與市售純秈米米粉均較為接近，米粉的質構品質較好。

表2 不同品種米粉質構特性

2.3 黑米米粉蒸煮品質分析

蒸煮品質是評價米粉的重要指標之一，可以很好反映米粉的品質。所有米粉斷條率均為0，可能是因為鮮濕米粉的含水量較高，經過蒸煮吸收的水分有限，米粉的凝膠網絡結構較難被破壞，不產生斷條，因此選擇蒸煮損失等作為主要評價指標。由表3可以看出，不同黑米粉的蒸煮品質有明顯差異，稻花香黑米米粉的蒸煮損失最低，較市售米粉降低了6.15%，而珍珠黑米米粉的蒸煮損失最大，高出市售米粉66.61%。洋黑3號和珍珠黑米米粉的含水量較低，復水率較大，其余3種黑米米粉的含水量和復水率均與市售米粉較為接近。鮮濕米粉的含水量在一定程度上可以反映米粉的凝膠強度，米粉凝膠越致密，鎖住水分能力越強，其含水量越高[15]。較好的凝膠持水性能夠提高米粉對水分的束縛能力，減少米粉內部物質溶出，從而提高米粉品質[16]。

與米粉質構相對應的是，硬度越大的黑米米粉，其蒸煮損失越低，含水量越高。說明硬度越大的黑米米粉，凝膠網絡結構越致密，能夠將水分鎖住在米粉內部，降低物質溶出，減小蒸煮損失，這可能與黑米中直鏈淀粉和蛋白質含量有關。有研究表明，米粉的凝膠網絡結構決定了米粉的品質[17]，而直鏈淀粉有利于氫鍵的形成，對淀粉凝膠網絡結構起重要作用，直鏈淀粉構成比例越大，米粉越容易老化，米粉品質越好。而蛋白質與淀粉之間存在一定的相互作用，蛋白質本身也存在二硫鍵的相互作用，這些作用均有利于加強米粉的凝膠網絡結構，有利于提高米粉品質[18]。

表3 不同品種米粉蒸煮特性

2.4 黑米米粉熱力學性質分析

米粉在與水混合加熱的過程中，淀粉經過加熱糊化，有序的晶體結構向無序的非晶體相轉化，這個過程中通常伴隨著能量的變化[19]。通過差示掃描量熱儀(DSC)可以測定大米淀粉糊化過程中晶體熔融吸收熱量的多少。熱焓值ΔH表示每糊化1 g淀粉所吸收的熱量，通過熱焓值的大小可以比較米粉內部的結晶程度，樣品熱焓值越小，表明其內部晶體有序化程度越低。由表4可以看出，不同品種黑米對米粉的DSC起始、峰值、終止溫度沒有明顯影響，但米粉的焓值存在一定差異，可以看出洋黑3號黑米米粉的焓值最高，其次是黑優1號、稻花香、黑香米，珍珠黑米米粉的最低。市售大米米粉的峰值、終止溫度明顯高于黑米米粉，熱焓值略小于洋黑3號黑米米粉，這可能與秈米的淀粉含量較高有關。有研究報道，直鏈淀粉含量越高的大米，發生相變時會釋放更多的熱量[20]。對于黑米而言，直鏈淀粉含量最低的珍珠黑米，其熱焓值最低，但直鏈淀粉含量最高的稻花香黑米，其熱焓值并不是最高。說明在黑米米粉的體系中，直鏈淀粉并不是對米粉熱力學性質產生影響的唯一因素，還可能與淀粉顆粒大小、蛋白質與淀粉結合度等相關。有研究發現，蛋白質含量越高，蛋白質與淀粉間的結合位點也越多，結合的也越緊密[21]，而蛋白質含量減少，會顯著影響大米的糊化特性，降低大米糊化過程中的黏度值和回生值，使得米粉的熱糊穩定性降低，不利于米粉的老化。

表4 不同品種米粉熱力學特性

2.5 黑米米粉中淀粉結晶狀態分析

米粉成型過程中，淀粉先經過糊化，內部結晶結構遭到破壞，形成無定型凝膠，米粉老化過程中，淀粉分子發生重新排列，重新形成晶體結構[22]，通過X-射線衍射圖譜可以檢測淀粉分子晶體結構。由圖1可以看出，不同品種黑米對米粉的晶體結構類型未產生影響，均在17°和20°表現出明顯的衍射峰，市售大米米粉也存在相同衍射峰。衍射峰的強弱通常反映淀粉的結晶程度[23]，即米粉中淀粉的老化程度。由表5相對結晶度的計算結果可以看出，洋黑3號黑米米粉的相對結晶度最大，其次是稻花香黑米、珍珠黑米的最低。市售大米米粉的相對結晶度也較大，略小于洋黑3號黑米米粉。米粉的老化程度和米粉的質構蒸煮等品質并不是完全的正相關，老化程度最大的洋黑3號米粉硬度較小、蒸煮損失較大。說明影響米粉中淀粉結晶狀態的不僅僅是直鏈淀粉，脂肪和蛋白質都有可能影響米粉晶體結構。其中蛋白質與淀粉間的交互作用會影響大米的結晶特性[20]，在米粉中也能對結晶結構起到一定的影響。

圖1 不同品種米粉中淀粉結晶狀態的X-射線衍射圖譜

表5 不同品種米粉中淀粉的結晶程度

2.6 相關性分析

黑米的理化性質與黑米米粉的品質之間存在一定的聯系，由表6可以看出，米粉的硬度、咀嚼性、水分都與黑米的直鏈淀粉含量呈極顯著的正相關(P<0.01)，而蒸煮損失與直鏈淀粉含量呈極顯著的負相關(P<0.01)，總淀粉含量也有類似規律。黑米中淀粉的含量對黑米米粉質構和蒸煮品質起著決定性作用，直鏈淀粉含量越高，米粉品質越好。米粉的老化焓和相對結晶度則與蛋白質含量呈極顯著正相關性(P<0.01)，說明蛋白質在一定程度上也能影響米粉的老化，蛋白質含量越高，黑米米粉老化程度越高，米粉品質相對較好。

直鏈淀粉分子間通過氫鍵相互纏繞形成雙螺旋結構，這種結構在淀粉凝膠中起到了連接支撐的作用，直鏈淀粉含量越高，這種凝膠結構就越致密，米粉的硬度就會越大[13]。對于普通大米米粉來說，直鏈淀粉含量過高時，米粉會因過硬而失去彈性，在儲藏過程中容易回生變脆。對于黑米來說，黑米中直鏈淀粉含量很難達到制作米粉用秈米的直鏈淀粉含量[11]，因此，黑米的直鏈淀粉越高，越有利于黑米米粉的制作，而不會出現米粉硬度過大的問題。黑米的蛋白質含量較普通米粉高出20%以上，蛋白質在大米中與淀粉結合的較為緊密，在米粉凝膠中也與淀粉互相纏繞[24]，從而影響了米粉的熱焓值和相對結晶度的測定。所以蛋白質含量越高的黑米制作的米粉老化程度越高。

表6 黑米理化性質和米粉各品質之間相關性

2.7 黑米米粉體外消化特性分析

黑米具有一層堅硬的黑色種皮，這層外皮含有豐富的花青素和膳食纖維。花青素能夠通過與淀粉復合、抑制淀粉酶活性等多種機制，降低淀粉在體外實驗及動物實驗的消化率[25]。而膳食纖維本身不易消化，在凝膠結構中可以吸附并延緩葡萄糖的釋放，從而降低淀粉的消化速率[26]。

按照淀粉被消化的快慢可以將淀粉劃分為RDS(20 min內消化)、SDS(20～120 min內消化)和RS(120 min后消化)。由圖2可知不同鮮濕米粉中淀粉的消化片段差異顯著。普通大米米粉RDS質量分數最高，為74.11%，而黑米米粉的RDS質量分數均在70%左右；普通大米米粉的SDS含量比黑米米粉高；普通大米米粉的RS質量分數為16.05%，黑米米粉的RS質量分數均在21%以上。與普通大米粉相對比，添加黑米可以顯著降低米粉中RDS含量，提升RS含量。黑米米粉具有更低的淀粉消化率，更有利于降低餐后血糖，滿足現代人群對營養和健康的飲食追求。

不同品種黑米米粉之間的消化片段差異較小，其中SDS含量幾乎沒有差異，RDS含量差距也較小，差異最大的是RS含量，差距在4%以內。其中RS含量最高的是珍珠黑米米粉，最低的為黑香米米粉。造成這種差異的主要原因可能是不同品種黑米淀粉在組成和結構上存在一定差異[27]。

圖2 不同品種米粉體外消化特性

3 結論

黑米品種對鮮濕米粉的質構蒸煮特性和老化程度均有顯著影響。黑米中直鏈淀粉含量與黑米米粉的硬度、咀嚼性、水分等指標呈顯著的正相關，與蒸煮損失呈顯著負相關；黑米的蛋白質含量與米粉的相對結晶度、老化焓值呈顯著正相關，表明黑米中直鏈淀粉含量和蛋白質含量越高，米粉品質越好。黑米米粉中的抗性淀粉含量顯著高普通大米米粉，稻花香、洋黑3號、珍珠黑3種米粉抗性淀粉含量較高。結合米粉的質構、蒸煮、老化程度和體外消化特性來看，由稻花香黑米制作的米粉具有較低的淀粉消化率，同時具有和市售大米米粉相近的硬度、咀嚼性和蒸煮損失，米粉品質較好。