不同粳米的淀粉及其糊化特性与食用性能的研究

,,

(浙江工商大学食品质量安全系浙江省食品安全重点实验室,浙江杭州 310035)

不同粳米的淀粉及其糊化特性与食用性能的研究

莫小玉,曲道峰,韩剑众*

(浙江工商大学食品质量安全系浙江省食品安全重点实验室,浙江杭州 310035)

为探索粳米的淀粉特性对粳米饭食用性能的影响,揭示不同粳米的淀粉及其糊化特性与食用性能之间的关系。本实验以10个粳米品种为材料,测定粳米的直链淀粉含量、结晶度和支链淀粉的分支链长等淀粉特性,分析淀粉特性与其糊化特性的相关性,并建立淀粉特性与食用性能的线性回归方程。结果表明：直链淀粉含量与崩解值极显著负相关(r=-0.781,p<0.01),B1链与峰值粘度、崩解值均呈极显著负相关(r=-0.878、p<0.01；r=-0.924,p<0.01),短A链与峰值粘度、崩解值则呈极显著正相关(r=0.874、p<0.01；r=0.938,p<0.01),而B2链只与热浆粘度和崩解值的相关性显著，B3+链与糊化特性的相关性不显著。利用逐步回归分析的方法建立了硬度、粘着性、弹性、内聚性、回复性和感官得分等食用性能指标的线性回归方程,通过回归方程可以对粳米的食用性能进行预测。食用性能较好的粳米,短A链含量较高,而直链淀粉含量、B1链含量和结晶度较低。

粳米,淀粉特性,支链淀粉,链长,食用性能

淀粉作为粳米中的主要成分,其特性对粳米食用性能的形成有巨大影响,是造成粳米品种间食用性能差异的重要原因。了解不同粳米品种的淀粉特性,探索淀粉特性与食用性能的关系,对于优质粳米的选育具有一定指导意义。目前研究主要集中在淀粉的组成、结构和糊化特性等方面,淀粉的组成与结构对大米的食用性能有重要的影响。James Patindol等[1]对淀粉精细结构和浸出特性进行研究,得出米饭硬度与浸出物的直链淀粉和支链淀粉的比值(AAR)极显著正相关,与浸出物中直链淀粉和B2链显著正相关,粘度与AAR显著负相关。金丽晨等[2]研究了稻米的淀粉结构,认为感官食味值与支链淀粉含量呈正相关,与直链淀粉和中间成分含量呈负相关,从一定程度上反映出稻米淀粉三种组分的含量及比例对于稻米食味品质的影响。但是,国外研究所使用的材料有很强的地域代表性,对中国水稻品种的相关研究很少。同时,国内方面关于稻米的食味研究较多,但由于食味仪的测定比较粗略,不能具体描述粳米食用性能的特征。本实验测定了不同粳米的淀粉特性和RVA糊化特性,并利用质构仪和感官评价相结合对粳米米饭的食用性能进行评价,对淀粉特性与其糊化特性的相关性进行分析,并建立了淀粉特性与食用性能的线性回归方程,得到食用性能较好的粳米品种的淀粉特性,为优质粳米的选育提供了相关基础。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

绥粳4号、辽粳294、松粳10、辽优20、苏香粳2号、武运粳21、武育粳3号、广陵香粳、云粳26号、楚粳31号(室温储存) 浙江五芳斋实业股份有限公司；Sephadex G-75、异淀粉酶 Sigma公司；无水乙醇、苯酚、氯化钠(分析纯) 上海凌峰试剂有限公司；碘、碘化钾(分析纯) 阿拉丁试剂有限公司。

X射线仪X’Pert PRO 荷兰PANalytical公司；质构仪TA-XT plus 英国Stable Micro System公司；快速粘度分析仪RVA(Rapid Viscosity Analysis) 瑞典Perton仪器公司；电脑数显横流泵DHL-B 上海嘉鹏科技有限公司；电饭煲CF J302 Haier集团。

1.2实验方法

1.2.1 淀粉的分离和纯化 对于十种粳米淀粉的提取,参照Yang等[3]碱浸法,具体方法如下：取一定量粳米,用0.4%的NaOH溶液浸泡24h粉碎,重复浸泡24h后盐酸中和,水洗5次,4000r/min离心10min,取下层淀粉,自然风干,过100目筛。

1.2.2 直链淀粉(AM)含量的测定 参照GB/T 15683-1995稻米直链淀粉含量的测定。

1.2.3 支链淀粉的分支链链长分布

1.2.3.1 支链淀粉分离和去分支 参照芦鑫等[4]的方法,分离提取支链淀粉,并用异淀粉酶去分支。

1.2.3.2 去分支的支链淀粉凝胶层析和聚合度测定 参照蔡一霞等[5]的方法进行实验,对去分支的支链淀粉采用Sephadex G-75层析柱(1.6cm×80cm)进行凝胶层析,聚合度(DP)为每管中的总糖与还原值的比值。可溶性总糖测定采用苯酚-硫酸法[6],还原值利用3,5-二硝基水杨酸比色法[6]进行测定。

1.2.4 淀粉结晶度的测定 采用X’Pert PRO X射线仪,参照Cooke[7]等的方法对粳米粉进行测定。实验波长为1.54埃,衍射角2θ的旋转范围为4°～40°。

1.2.5 淀粉的RVA糊化特性 采用快速粘度分析仪RVA,参照中华人民共和国国家标准(GBT 24852-2010)进行测定。糊化特性参数用峰值粘度(PV),热浆粘度(TV),崩解值(峰值粘度-热浆粘度)(BD),冷浆粘度(FV),回升值(冷浆粘度-热浆粘度)(SB),糊化温度(PTM)来表示。粘度单位为cP。

1.2.6 米饭食用性能的测定

1.2.6.1 感官评价 参照国家标准GB/T 15682-2008,称取粳米200g,淘洗两次,置于电饭煲中,加入240mL(质量比1∶1.2)蒸馏水浸泡30min进行蒸煮实验,跳阀保温20min后翻匀进行感官品评实验,品评小组由受过感官品评培训的20人组成,男女各10人,年龄分布在20到30岁之间。评分规则如表1所示,将各项得分相加即为综合评分。

表1 米饭感官评价评分表

1.2.6.2 米饭质地测定 采用TA.XT plus质构仪在TPA模式下对十种粳米米饭的质地进行测试。测试参数：测前速度1.0mm/s,测试速度0.5mm/s,测后速度1.0mm/s,间隔时间5s,触发力5g,探头类型P25(圆柱形,直径25mm)。

1.2.7 数据处理方法 采用SPSS17.0软件对数据进行单因素方差分析,分析淀粉特性与糊化特性的相关性,通过逐步回归分析建立淀粉特性与食用性能的回归方程。

表2 不同粳米的直链淀粉含量,结晶度和支链淀粉链长分布(%)

注：表中数据表示“平均值±标准差”。标有不同字母的数据表示存在显著差异(p<0.05),表3、表5同。

表3 十种粳米淀粉的RVA特征参数

2 结果与分析

2.1不同粳米的淀粉特性

直链淀粉(AM)是粳米淀粉的重要组成部分,从表2可以看出,供试粳米的直链淀粉含量的变化范围为14.8%～20.8%。各供试品种的结晶度的差异较小,辽粳294的结晶度最低,为29.6%,楚粳31号的最高,达到40.2%。

通过凝胶色谱法得到支链淀粉(AP)的链长分布情况,如表2所示,AP分支被分为四种链长类型,分别为A、B1、B2和B3+链,对应的链长聚合度(DP)分别为DP6-12,DP13-24,DP25-36和DP≥37。各粳米品种的短链部分A和B1链的含量较高,长链部分B2和B3+链所占的比例很小。不同粳米的A链和B1链所占比例的差异较大,而B2和B3+链差异很小。由表1可以看出,B1链含量较高的粳米其结晶度也相对较高,可以推测,B1链可能有利于AP形成更长的双螺旋结构,从而形成更高的结晶度。

2.2淀粉特性与其糊化特性的关系

十种粳米淀粉的RVA糊化参数列于表3,可以看出,不同粳米淀粉的糊化特性差异较大。崩解值和回升值通常用来反映米饭的食用品质,崩解值最大的粳米品种是绥粳4号(BD=1311cP),崩解值最小的是云粳26号(BD=367cP),两者相差944cP,差异显著。绥粳4号回升值最小,楚粳31号回升值(SB)最大,两者相差718cP,存在显著差异。十种粳米淀粉的糊化温度在72.6～84.5℃的范围内变化。

表4 粳米淀粉特性与其RVA特征参数的皮尔逊相关系数

注：*代表显著相关,0.01

表5 十种粳米的食用性能参数

表6 淀粉特性对粳米食用性能的回归分析

注：表中“C”代表结晶度。 AM含量对粳米淀粉糊化有重要的影响,从表4可以得到,AM含量与崩解值极显著负相关(r=-0.781),与FV、SB、PTM呈极显著正相关(r=0.842、0.810、0.798),因此在本实验范围内,直链淀粉含量越高的粳米,其崩解值越小,而糊化温度、冷浆粘度和回升值越大。

支链淀粉的分支链长分布影响加热升温过程中淀粉粒的膨胀、破裂程度和冷却后粘度的回升,不同粳米支链淀粉的分支链长、聚合度等不同,从而造成糊化特性的差异。由表4可以看出,结晶度、A链和B1链含量与糊化特性均极显著相关,而B2、B3+链与糊化特性的相关性不显著。B1链与峰值粘度、崩解值呈极显著负相关(r=-0.878、-0.924),与TV极显著正相关(r=0.822)；短A链与峰值粘度、崩解值呈极显著正相关(r=0.874、0.938),与TV极显著负相关(r=-0.844)。因此,在本实验研究范围内,淀粉中B1链含量较多,短A链较少的粳米品种,其淀粉的峰值粘度和崩解值较低,热浆粘度较高。这是因为支链淀粉中较长的B1链容易形成双螺旋结构,使淀粉分子间作用力增强,抑制淀粉的膨胀,从而导致峰值粘度降低[5]。在淀粉糊化达到峰值粘度时,淀粉颗粒膨胀至极限后破裂,淀粉分子被释放出来,在外界剪切力的作用下,粘度下降,这时淀粉中B1链的含量越多,分子间的作用力就越强,从而抑制了淀粉糊液粘度的下降,这样的粳米淀粉具有较高的热浆粘度。而崩解值是由峰值粘度(PV)减去热浆粘度(TV)得来的,从而B1链含量高的粳米淀粉崩解值较小。

根据表4可以得到,B1链与FV、SB极显著正相关(r=0.897、0.952),短A链与FV、SB极显著负相关(r=-0.895、-0.950),因此,粳米淀粉中B1链含量越高,A链含量越低,则其冷浆粘度和回升值越高。这是因为随着温度的降低,糊液中淀粉进行分子间的重排,支链淀粉分支链的B1链含量越高,淀粉分子链间越容易发生相互作用,分子之间结合得越紧密,导致冷浆粘度和回升值较高[2]。

2.3淀粉特性与食用性能之间回归模型的建立

硬度、粘着性、弹性、内聚性、咀嚼性和回复性等六项质构参数以及感官综合得分情况列于表5,可以看出,辽粳294的硬度(1092g)最小,而粘着性绝对值(29.41g·s)最大,楚粳31号的硬度最大,云粳26的粘着性绝对值最小。弹性的变化范围在0.72～0.97之间,感官评分的变化范围在71～92之间,其中绥粳4号的弹性最大,感官评分也最高,楚粳31号的感官评分最低。

对粳米的淀粉特性与食用性能进行逐步回归分析,得到食用性能各个指标的标准回归方程,结果如表6所示。除了咀嚼性无法建立回归方程以外,其他食用性能指标的回归方程均极为显著。粘着度和感官得分均与B1线性负相关,内聚性与结晶度线性负相关。当粘着性>内聚性时,米饭颗粒易于粘牙,影响适口性,因此在品种选育中可选择内聚性较大的品种,即结晶度较小的的品种。综合分析表6中淀粉特性与粳米食用性能的回归方程可以得出,优良食用性能(硬度小、粘性大、适口性好、感官得分高)的粳米,其支链淀粉B1链含量和结晶度较低,通过粳米的淀粉特性可以对粳米的不同食用性能指标进行预测,为优良食用性能粳米的选育提供相关依据。

3 讨论

3.1粳米淀粉特性与其糊化特性的关系

直链淀粉作为粳米淀粉的重要组成部分,对粳米糊化特性有很大的影响。Vandeputte,G等[8]研究表明,PV随AM和AM-脂类复合物的增加而减少。Chung等[9]认为FV值和AM含量呈负相关,SB可能与浸出的AM分子量和数量、糊化淀粉的残余物有关。本研究表明在本实验范围内,直链淀粉含量越高的粳米,其淀粉的崩解值越小,而糊化温度和回升值越大,这与贾良等[10]的研究一致。

淀粉的分支链长是影响粳米糊化特性的重要因素,Patindol,J. A.[11]表明PV主要受到AP分子大小的影响。Hamaker等[12]研究表明分子量较大的AP和其他AP分子相互作用,不易分散,从而降低了BD值。本实验进一步表明淀粉中B1链含量较多、短A链较少的粳米,其淀粉峰值粘度和崩解值较低,热浆粘度、冷浆粘度和回升值较高。

3.2淀粉特性与粳米食用性能的关系

蔡一霞等[5]认为非糯稻米品种的支链淀粉长分支链比率高,则其米饭的硬性和凝聚性大、松弛性和黏附性小,米饭的口感较硬,咀嚼有渣感。Ramesh等[13]研究表明米饭的质地主要由淀粉分子的长链含量决定,包括直链淀粉在内的所有的长链都参与糊化过程中分子间的相互作用。本研究通过逐步回归分析建立了硬度、粘着性、弹性、内聚性、回复性和感官得分等食用性能指标的线性回归方程,通过回归方程对粳米的食用性能进行预测,得到优良食用性能(硬度小、粘性大、适口性好、感官得分高)的粳米,其支链淀粉B1链含量和结晶度较低。

一般崩解值大回生值绝对值小的米饭食味较佳，此类品种口感好，软而不粘[14]，根据淀粉特性与糊化特性的关系，直链淀粉含量和支链淀粉B1链含量较少、而短A链含量较多的粳米，其淀粉的崩解值越大，回升值越小。因此，食用性能较好的粳米直链淀粉和支链淀粉B1链含量较少，而短A链含量较多。

3.3食用性能的评价方法

通过测定与大米食味品质相关的特征性指标,利用数学方法建立评价模型进行大米食味评定,成为目前研究的热点。周晓晴[14]、张玉荣[15]等利用主成分分析法对大米的理化指标、蒸煮特性、质构特性等指标进行数据统计分析,构建食味品质预测评价模型,与感官评价法具有很好的一致性。本实验对粳米的淀粉特性与食用性能进行逐步回归分析,得出粳米的淀粉特性与食用性能的回归模型,对粳米的硬度、粘性、适口性和感官得分等食用性能指标进行初步预测,为优良食用性能的粳米选育提供相关的基础。

4 结论

通过粳米淀粉特性与其糊化特性的相关性分析,并建立淀粉特性与食用性能的回归方程,得到粳米食用性能主要受到直链淀粉含量、结晶度和B1链等因素的影响,且直链淀粉含量、B1链含量和结晶度较低的品种食用性能较好。利用粳米的淀粉特性与食用性能的回归模型,对粳米的食用性能进行初步预测,对于优质粳米的选育具有一定指导意义。

[1]Patindol J,Gu X,Wang Y J. Chemometric analysis of cooked rice texture in relation to starch fine structure and leaching characteristics[J]. Starch-Stärke,2010,62(3-4):188-197.

[2]金丽晨. 稻米淀粉理化特性及分子结构与食味品质的关系[D]. 南京:南京农业大学,2010.

[3]Yang C,Lai H,Lii C. The modified alkaline steeping method for the isolation of rice starch[J]. Food Science,1984,11:158-162.

[4]芦鑫,张晖,姚惠源. 不同提取方法对粳米淀粉结构的影响[J]. 食品科学,2008,29(1):102-106.

[5]蔡一霞,王维,朱智伟,等. 不同类型水稻支链淀粉理化特性及其与米粉糊化特征的关系[J]. 中国农业科学,2006,39(6):1122-1129.

[6]薛应龙,上海植物生理学会. 植物生理学实验手册[M]. 上海:上海科学技术出版社,1985.

[7]Cooke D,Gidley M J. Loss of crystalline and molecular order during starch gelatinisation:origin of the enthalpic transition[J]. Carbohydrate Research,1992,227:103-112.

[8]Vandeputte G,Derycke V,Geeroms J,etal. Rice starches. II. Structural aspects provide insight into swelling and pasting properties[J]. Journal of Cereal Science,2003,38(1):53-59.

[9]Chung H J,Liu Q,Lee L,etal. Relationship between the structure,physicochemical properties and in vitro digestibility of rice starches with different amylose contents[J]. Food Hydrocolloids,2011,25(5):968-975.

[10]贾良,丁雪云,王平荣,等. 稻米淀粉RVA谱特征及其与理化品质性状相关性的研究[J]. 作物学报,2008,34(5):790-794.

[11]Patindol J A,Gonzalez B C,Wang Y J,etal. Starch fine structure and physicochemical properties of specialty rice for canning[J]. Journal of Cereal Science,2007,45(2):209-218.

[12]Han X Z,Hamaker B R. Amylopectin fine structure and rice starch paste breakdown[J]. Journal of Cereal Science,2001,34(3):279-284.

[13]Ramesh M,Zakiuddin Ali S,Bhattacharya K. Structure of rice starch and its relation to cooked-rice texture[J]. Carbohydrate Polymers,1999,38(4):337-347.

[14]舒庆尧,吴殿星,夏英武,等. 稻米淀粉RVA谱特征与食用品质的关系[J]. 中国农业科学,1998,31(3):25-29.

[15]周晓晴,付桂明,刘成梅,等. 大米食味品质预测评价模型的建立及应用[J]. 食品工业科技,2013,34(2):94-96.

[16]张玉荣,张秀华,周显青,等. 主成分分析法综合评价大米的食味品质[J]. 河南工业大学学报:自然科学版,2008,29(5):1-5.

Study on japonica rice starch and its gelatinization properties and edible quality of cooked rice

MOXiao-yu,QUDao-feng,HANJian-zhong*

(Key laboratory of Food Safety of Zhejiang Province,Food Quality and Safety Department, Zhejiang Gongshang University,Hangzhou 310035,China)

To evaluate the relationship between starch and its gelatinization properties and edible quality of japonica rice,ten japonica rice were taken as materials. Amylose content,crystallinity and chain-length distribution of debranched amylopectin were measured. The pearson correlation between starch properties and gelatinization properties were analyzed. Linear regression equations of starch properties and eating quality of cooked rice were established. The results suggested that the negative correlation of AM content and the breakdown value was extremely significant(r=-0.781,p<0.01).The negative correlation of chain B1 with peak viscosity and breakdown value was extremely significant(r=-0.878、p<0.01；r=-0.924,p<0.01). The positive correlation of Chain A with peak viscosity and breakdown value was extremely significant(r=0.874、p<0.01；r=0.938,p<0.01). Chain B2 had significant correlation with trough viscosity and breakdown valne only,B3+ had no significant correlation with gelatinization properties. Linear regression equations of hardness,adhesiveness,springiness,cohesiveness,resilience and sensory score of cooked rice were established by stepwise regression analysis. The regression equations can predict the edible properties of japonica rice. Japonica rice with higher chain A content,lower amylose content,chain B1 content and crystallinity had better eating quality.

japonica rice;starch properties;amylopectin;chain-length;edible quality

2013-08-01 *通讯联系人

莫小玉(1989-)，女，硕士，主要从事食品品质与安全研究。

“食品质量与安全”浙江省十二五优势专业建设项目。

TS213.3

：A

：1002-0306(2014)01-0078-05