发芽糙米淀粉理化特性研究

杨慧萍 李常钰 王超超 宋 伟

(南京财经大学1，南京 210046)

(粮食储运国家工程实验室2，南京 210046)

发芽糙米淀粉理化特性研究

杨慧萍1，2李常钰1王超超1宋 伟1，2

(南京财经大学1，南京 210046)

(粮食储运国家工程实验室2，南京 210046)

采用富集γ－氨基丁酸(GABA)的优选糙米发芽工艺条件，通过碱酶两步法提取糙米淀粉，研究发芽对糙米淀粉结构和理化特性的影响。结果表明:糙米发芽后，淀粉膨胀度增大，且随温度升高而提高;透明度升高了57.14%;峰值黏度基本不变;冻融稳定性提高，凝沉特性得到改善;淀粉凝胶的凝胶粘性有所提高，硬度和胶凝性有所降低;碘兰值减小，说明糙米发芽后其直链淀粉含量降低或聚合度减小;电镜分析结果显示，发芽后糙米淀粉颗粒变得圆滑，棱角较发芽前不明显。综上得出，发芽对糙米淀粉的理化特性具有一定的改善作用。

发芽糙米 淀粉结构 理化特性

糙米发芽过程中，所含有的大量酶被激活和释放，使其从结合态转化为游离态，其内源淀粉酶的激活，导致了糙米淀粉发生降解，引起直链淀粉和支链淀粉含量下降。淀粉在淀粉酶的作用下逐步分解为葡萄糖等小分子糖类，为幼芽和幼根生长提供能量，所以随着淀粉酶活力的升高，淀粉含量逐渐减少，还原糖含量迅速升高［1］。

韩永斌等［2］研究了糙米发芽前后的主要成分、发芽糙米粉糊化后的透光率、凝沉特性、冻融稳定性及黏度等特性。结果表明:糙米发芽后，直链淀粉含量降低了24.92%，透光率升高了21.28%，冻融稳定性提高，凝沉特性得到改善;发芽糙米糊的黏度随浓度的升高而升高，随温度和转速的升高而降低;添加NaCl能使发芽糙米糊黏度下降，添加蔗糖能使其黏度上升。

郑艺梅等［3］以未发芽、发芽 12、24、36 h 的糙米为原料提取淀粉，并对淀粉及其组分含量、淀粉糊的透明度、凝沉性质、冻融稳定性、酶解率以及黏度等进行分析，研究发芽对糙米淀粉理化特性的影响。结果表明:糙米发芽后淀粉及其组分的含量、淀粉糊的酶解率以及淀粉糊的黏度均降低;淀粉糊的透明度和冻融稳定性均增强;凝沉稳定性变化不大。其中发芽24 h的糙米淀粉的理化特性变化最明显。发芽对糙米淀粉的理化特性具有一定的改善作用。

本试验采用富集γ－氨基丁酸(GABA)的优选糙米发芽工艺条件，通过碱酶两步法提取糙米淀粉，研究发芽对糙米淀粉结构和理化特性的影响，旨为发芽糙米制品的开发和生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

晚粳稻(2009年12月):南京铁心桥粮库提供;GABA标准品:Sigma公司;其他化学试剂为分析纯。

1.2 仪器

PQX－300D型多段可编程人工气候箱:宁波东南仪器有限公司;TDL－5－A离心机:上海安亭科学仪器厂;722N－可见分光光度计:上海精密科学仪器有限公司;快速黏度分析仪RVA:澳大利亚Newport Scientific仪器公司;质构分析仪:英国Stable Micro System公司;S－3000N扫描电子显微镜:日本日立公司;HG 202－2(2A/2AD)电热干燥箱:南京盈鑫实验仪器有限公司;pHS－3C精密数显pH计:上海精密科学仪器厂;JXFM110锤式旋风磨:上海嘉定粮油仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 糙米发芽工艺［4］

稻谷→脱壳→糙米→筛选→水洗3次→消毒5 min(1%NaClO溶液)→用0.05%NaClO溶液和柠檬酸溶液调节至pH 5.11，于30℃浸泡12 h→将浸泡后的糙米及其浸泡液移至垫有纱布的培养皿(垫有纱布的培养皿经过高温消毒灭菌)→于32.9℃下、催芽25.8 h→置50℃烘箱中烘干5 h→发芽糙米。

1.3.2 糙米淀粉的制备工艺［5］

糙米→粉碎(80目)→稀碱提取(pH 11，40℃，水料比 6∶1，120 min)→离心(3 000 r/min，20 min)→淀粉浆→蛋白酶水解(碱性蛋白酶:pH 9，48 AU/kg，45℃，60 min)→离心(3 000 r/min，20 min)→沉淀→冷冻干燥→粉碎→糙米淀粉

根据 GB/T 5009.5—2003［6］测得糙米淀粉和发芽糙米淀粉残余蛋白含量约为0.32%和0.25%。1.3.3 糙米淀粉结构的测定［5］

将糙米淀粉过100目筛，在4℃下用5%戊二醛混合液(C5H8O2)，用0.1 mol/L磷酸缓冲液漂洗数次;再用1%四氧化锇(OsO4)固定，用0.1 mol/L磷酸缓冲液漂洗数次;后经30%、50%、70%、90%、100%乙醇逐级脱水，用醋酸异戊酯(C7H14O2)置换出乙醇后，采用临界点干燥法进行干燥，经离子溅射喷金后，置于扫描电子显微镜(SEM)下观察，拍照。

1.3.4 淀粉糊膨胀度的测定

50 mL 2%的淀粉乳于30、50、70、90℃的温度条件下搅拌30 min后，以3 000 r/min离心20 min，上清液倾入恒重铝盒中，于设定温度水浴上蒸干后，在105℃干燥箱中烘至恒重，得溶解淀粉质量A/g，称取离心管中沉淀物的质量P/g，m为淀粉干基质量/g。

式中:B为膨胀度;S为溶解度。

1.3.5 淀粉糊透明度的测定

分别称取一定量的糙米淀粉、发芽糙米淀粉，配成质量分数为1%的乳状液，取50 mL于烧杯中，置沸水浴中加热、搅拌30 min至完全糊化后，冷却至室温25℃，用去离子水调整至原来体积。在722分光光度计上，以去离子水作空白调零，用1 cm比色皿，于波长620 nm处测定透光率。

1.3.6 淀粉糊冻融稳定性的测定

量取测定黏度参数后的淀粉糊40 mL，冷却至室温，称取淀粉糊质量，并于－18℃冰箱中冷冻24 h，

1.3.7 淀粉糊凝沉特性的测定

1%淀粉糊于25 mL的刻度试管中，沸水浴煮沸10 min，30℃条件下，每隔一定时间记录上层清液体积，绘制上清液体积对时间的变化曲线，即得凝沉曲线。沉降24 h，下层淀粉糊体积即为沉降体积，单位为mL。

1.3.8 淀粉糊化性质的测定

按照 GB/T 24853—2010 方法［7］，用快速黏度测定仪(RVA)测定，用TCW(Thermal cline for windows)配套软件记录和分析数据。测定时，按照国标GB 5009.3—2010方法［8］测定淀粉的水分含量，然后按公式(3)计算每种淀粉在进行糊化特性测定时所需要的样品和水的质量。取出自然解冻，3 000 r/min离心15 min，称取析出清液的质量。

式中:S为经校正的试样质量/g;M为试样的实际含水量/%;W为经校正的加水量/mL。

称量样品和水加入RVA专用铝盒内搅拌，混合成一定浓度的淀粉乳，然后将铝盒放入RVA测定仪中，开动机器进行测量。测定条件:50℃下保持1 min;以12℃/min的速度上升到95℃(3.75 min);95℃下保持2.5 min;以12℃/min下降到50℃(3.75 min);50℃下保持1 min。糊化过程中搅拌器的速度保持在160 r/min。测得糊黏度曲线，黏滞性值用RVU(RVA黏度单位)表示。

1.3.9 淀粉凝胶质构特性的测定

配置一定浓度的淀粉乳，放入10 mL的烧杯中，在沸水浴中加热并缓慢搅拌30 min，使淀粉充分糊化，冷却至室温，密封，置于0～4℃冰箱中成胶24 h后测定。凝胶质构特性采用英国Texture Analyzer测定，选用TPA模式，测试探头采用P/0.5，探头测前下降速度 1.0 mm/s，测试速度 0.5 mm/s，测后的上升速度 1.0 mm/s，测定高度为 10 mm，测试压力5.0 g，两次测定时间间隔为3 s。做3次平行试验，取平均值得到凝胶质构参数。

1.3.10 淀粉碘兰值的测定

取0.25 g(干基)淀粉，用1 mL无水乙醇润湿，加入10 mL 0.5 mol/L KOH溶液，在沸水浴中振荡至样品完全分散溶解(约15 min)，冷却后定容至50 mL。取 0.5 mL样液加入 10 mL蒸馏水，用0.1 mol/L HCl调至pH 3左右，加入0.5 mL碘试剂，用蒸馏水定容至100 mL，静置15 min，用分光光度计于620 nm波长下比色。

空白试验:用0.5 mL蒸馏水代替样液，其他操作同样液处理。

1.3.11 数据分析

每组指标测定重复3次，取平均值。采用方差分析(ANOVA)对数据进行差异性检验。

2 结果与分析

2.1 糙米发芽前后淀粉颗粒电镜分析

糙米发芽前后其淀粉颗粒均呈现较规则的多边形，多数淀粉颗粒的粒径都在5 μm左右，有些淀粉颗粒表面具有凹坑，这是由于糙米淀粉紧紧包裹在蛋白质网络中，两者之间的结合非常紧密，当用碱酶两步法将淀粉颗粒从蛋白质网络中释放出来时，淀粉颗粒都会不同程度的受到破损，导致颗粒表面出现凹坑。糙米及发芽糙米淀粉扫描电镜图见图1。

图1 糙米及发芽糙米淀粉扫描电镜图(×3 000)

从图1还可以看出，发芽后淀粉颗粒形状比发芽前变得圆滑，棱角较发芽前不明显，颗粒表面出现的凹坑要浅于发芽前糙米淀粉。这是因为糙米发芽后淀粉结构变得疏松，蛋白质网络结构较发芽前松散所致。

2.2 发芽对糙米淀粉膨胀度的影响

溶解度和膨胀度反映了淀粉与水之间相互作用的大小。膨胀度是指淀粉乳在一定温度下保持30 min后，经离心脱水后所得的沉淀物的质量占未溶解部分淀粉(干基重)的百分比，主要反映淀粉颗粒中直链淀粉的特性。淀粉的膨胀度与淀粉粒的大小、形态、分子量等有关。

发芽对糙米淀粉膨胀度的影响见图2。

图2 发芽对糙米淀粉膨胀度的影响

从图2可以看出，在同一温度条件下，发芽糙米淀粉的膨胀度均高于糙米淀粉。这是因为糙米发芽时，内源淀粉酶被激活，导致糙米淀粉发生降解，引起直链淀粉和支链淀粉含量下降，分子间结合变得疏松，极性基团容易暴露在外与水结合［9－11］。因此，在相同温度条件下，直链淀粉含量越少的淀粉，它的膨胀度反而越大(表1)。

表1 发芽对糙米淀粉膨胀度的影响

从图2亦可以看出，糙米淀粉的膨胀度随着温度的升高而增加，这是因为随着温度的升高，微晶束结构开始松动，裸露出来的极性基团与水结合，淀粉开始部分溶解，温度继续升高使淀粉团崩解，游离出直链淀粉和支链淀粉，溶解度也随之增加。与此同时，未溶解的淀粉颗粒也充分吸水膨胀。

2.3 发芽对糙米淀粉糊透明度的影响

淀粉糊化后，淀粉分子结构和直链淀粉含量是影响淀粉糊透明度的重要因素［12］。当光线通过淀粉糊时便会产生光的穿透、折射和反射现象［13］，无反射和折射等现象产生时，淀粉糊就非常透明;当光线透过时产生较多反射和折射时，透明度相对较低。淀粉糊的透明度随着直链淀粉含量减小而升高［14］。糙米发芽后，其直链淀粉含量下降，故透明度升高(见图3)。

从图3可以看出，糙米发芽后透明度升高了57.14%。

图3 发芽对糙米淀粉透明度的影响

2.4 发芽对糙米淀粉糊冻融稳定性的影响

由于冻融稳定性与淀粉中直链淀粉含量有关，一般而言，直链淀粉含量高的淀粉易老化，其冻融稳定性差。这是因为直链淀粉易重新排列和缔合而发生凝沉现象。糙米发芽后其淀粉糊经过冻融后，析出水分少于糙米淀粉，冻融稳定性较好(图4)。这可能是因为糙米发芽后，其直链淀粉含量下降，所以发芽糙米淀粉不易老化，冻融稳定性较好。淀粉糊冻融稳定性的好坏直接影响了冷冻食品的品质，因为淀粉糊在低温下冷冻后，可能还需要经过多次反复的冷冻、融化(如运输销售途中)，若淀粉糊的冻融稳定性不好，经冷冻和重新融化后，淀粉糊胶体结构被破坏而析出游离水分，使食品不能保持原有的胶体结构，从而影响食品的品质。

图4 发芽对糙米淀粉冻融稳定性的影响

2.5 发芽对糙米淀粉糊凝沉特性的影响

淀粉糊发生凝沉主要是由于直链淀粉分子间结合形成较大的颗粒或束状结构，当其体积增大到一定程度时便形成了凝沉现象;支链淀粉分子因有分支结构，不发生此现象且对直链分子间的结合有一定的抑制作用［15］。直链淀粉含量越高越容易老化。所以说淀粉的构成直接影响淀粉糊的凝沉特性。

从图5可以看出，发芽糙米淀粉的凝沉体积小于糙米淀粉，这是因为发芽过程中，糙米淀粉含量的减少主要是直链淀粉含量的减少［16］，支链淀粉含量下降幅度很小，所以发芽糙米淀粉的支链淀粉对直链淀粉发生凝沉的抑制作用就越强，故发芽糙米淀粉的凝沉速度就较慢。而凝沉速度过快，其深加工产品就易老化，进而影响深加工产品的品质。可见，发芽可改善糙米淀粉糊的凝沉特性，有利于食品的深加工。

2.6 发芽对糙米淀粉糊化特性的影响

从图6、表2可以看出，发芽糙米淀粉与糙米淀粉相比，两者的起始糊化温度、出峰时间、峰值黏度基本相同;而谷值黏度较低，崩解值、最终黏度、回升值略高于糙米淀粉。这与糙米发芽后其内源淀粉酶活力提高、糙米淀粉发生降解、淀粉结构变得疏松有关。

图6 糙米淀粉和发芽糙米淀粉的黏度曲线图

2.7 发芽对糙米淀粉质构特性的影响

2.7.1 对淀粉凝胶硬度的影响

一般来说，直链淀粉含量越高，直链淀粉分子越小，则直链淀粉分子的某些链段相互平行的几率越大，形成的凝胶硬度越大。对于支链淀粉来说，分子越小或分子大小一定时，分支化度越高，分子流体半径越小，空间位阻越小，在网孔中填充的直链淀粉的密度越大，则凝胶硬度越大［12］。

表2 发芽对糙米淀粉糊化特性的影响

从图7可以看出，糙米淀粉凝胶硬度随淀粉糊浓度的降低而减小，由于发芽使糙米淀粉结构变得疏松，所以在相同浓度条件下，发芽后淀粉糊凝胶的硬度减小。

图7 发芽对糙米淀粉凝胶硬度的影响

2.7.2 对淀粉凝胶黏性的影响

从图8可以看出，糙米淀粉凝胶黏性随淀粉糊浓度的降低而减小，在相同浓度条件下，发芽后淀粉凝胶黏性升高。

图8 发芽对糙米淀粉凝胶黏性的影响

2.7.3 对淀粉凝胶胶凝性的影响

从图9可以看出，糙米淀粉凝胶胶凝性随淀粉糊浓度的降低而减小，在相同浓度条件下，发芽后其胶凝性逐渐降低，低浓度时与糙米淀粉凝胶基本相同。

图9 发芽对糙米淀粉凝胶胶凝性的影响

2.8 发芽对糙米淀粉碘兰值的影响

从图10可以看出，糙米发芽后，其碘兰值减小。碘兰值可反应直链淀粉的浓度及聚合度［17］。碘兰值减小，说明糙米发芽后其直链淀粉含量降低或聚合度减小。

图10 发芽对糙米淀粉碘兰值的影响

3 结论

糙米发芽后，其淀粉的膨胀度增大，且随温度的升高而提高;透明度比发芽前升高了57.14%，这有利于在食品尤其是果冻和饮料中的应用;冻融稳定性提高，凝沉特性得到改善;峰值黏度基本不变;发芽后淀粉凝胶的黏性有所提高，凝胶硬度和胶凝性有所降低，均有利于食品品质的改善;碘兰值减小，说明糙米发芽后其直链淀粉含量降低或聚合度减小;电镜分析结果显示，发芽后糙米淀粉颗粒变得圆滑，棱角较发芽前不明显。综上得出，发芽对糙米淀粉的理化特性具有一定的改善作用。

［1］刘丽萍，李雨露.糙米发芽前后营养成分的变化及功能特性［J］.粮油加工，2008(11):81－83

［2］韩永斌，李冰冰，刘桂玲.发芽糙米淀粉糊化特性变化研究［J］.中国粮油学报，2008，23(6):1－4

［3］郑艺梅，刘杰，华平.发芽对糙米淀粉理化特性的影响［J］.食品与发酵工业，2006，32(10):47 －50

［4］杨慧萍，李常钰，王超超.响应面法优化糙米发芽工艺条件研究［J］.粮食与饲料工业，2011(4):1－5

［5］陈季旺，孙庆杰，夏文水，等.影响碱酶两步法制备大米淀粉工艺条件的研究［J］.食品科学，2008，29(1):158－161

［6］GB/T 5009.5—2010 食品中蛋白质的测定［S］

［7］GB/T 24853—2010 小麦、黑麦及其粉类和淀粉糊化特性测定快速黏度仪法［S］

［8］GB/T 5009.3—2010 食品中水分的测定［S］

［9］Loreti E，Alpi A，Perata P.Alpha － amylase expression under anoxia in rice seedlings:An update［J］.Russian journal of plant physiology，2003，50(6):737 －742

［10］Gamel T H，Linssen J P，Mesallem A S，et al.Effect of seed treatments on the chemical composition and properties of two amaranth species:starch and protein［J］.Journal of the Science of Food and Agriculture，2005，85(2):319 －327

［11］Jeyarani T，Reddy S Y，Prabhakar J V.Physical－ chemical and functional properties of starches separated from Bombay halwa，atraditional indiad［J］.Journal of Food Science and Technology，1996，33(2):116 －120

［12］罗志刚，高群玉，杨连生.甘薯淀粉性质的研究［J］.食品科技，2004(2):15－17

［13］韩永斌，李冰冰，刘桂玲.发芽糙米淀粉糊化特性变化研究［J］.中国粮油学报，2008，23(6):1 －4

［14］于天峰，夏平.马铃薯淀粉特性及其利用研究［J］.中国农学通报.2005(1):55－58

［15］张守文.糙米的营养保健功能［J］.粮食与饲料工业，2003(12):38－41

［16］郑艺梅，刘杰，华平.发芽对糙米淀粉理化特性的影响［J］.食品与发酵工业，2006，32(10):47

［17］田翠华.莲藕淀粉特性的研究［D］.武汉:华中农业大学，2005:37.

The Study on Physicochemical Properties of Germinated Brown Rice Starch

Yang Huiping1，2Li Changyu1Wang Chaochao1Song Wei1，2
(Nanjing University of Finance ＆ Economics1，Nanjing 210046)
(National Engineering Laboratory for Food Storage and Transportation2，Nanjing 210046)

With the optimal germination conditions on brown rice of GABA enrichment，two － step by alkali and enzyme was used to extract the starch from the brown rice，and the changes of starch structure of brown rice and physicochemical properties after germination were studied in the paper.The results showed that:The swelling power was increased after germination，and increased with the temperature rising;the transparency was increased by 57.14%;the peak viscosity was inhibited obviously and the freeze－thawing stability was enhanced strongly after germination;the adhesiveness of starch gelatin was increased after germination，hardness and gumminess were both decreased;iodine blue value was decreased;it indicated that the amylose content or the degree of polymerization decreased after germination;electron microscopy analysis showed that germinated brown rice starch granules were round，and the angular were not obvious after germination.It showed that germination could improve the physicochemical properties of brown rice starch.

germinated brown rice，starch structure，physicochemical properties

TS201.1

A

1003－0174(2012)04－0038－06

国家科技支撑计划(2009BADA0B00－5)，南京财经大学科研基金(C0620)

2011－03－29

杨慧萍，女，1957年出生，教授，粮油食品检测与质量控制

宋伟，男，1957年出生，教授，粮油储藏技术与储藏物害虫防治