超微粉碎处理对糙米粉理化性质的影响

彭国泰，吴娜娜，谭 斌，吴卫国

（1．湖南农业大学食品科学与技术学院，湖南长沙 410128；2．国家粮食局科学研究院，北京 100037）

超微粉碎处理对糙米粉理化性质的影响

彭国泰1，2，吴娜娜2，谭 斌1，2，吴卫国1

（1．湖南农业大学食品科学与技术学院，湖南长沙 410128；2．国家粮食局科学研究院，北京 100037）

研究了超微粉碎处理对糙米粉理化性质的影响。选取经过超微粉碎频率0～40处理的糙米粉为原料，以损伤淀粉含量、粒度分布、水合特性、糊化性质为分析指标，比较不同超微粉碎强度处理的糙米粉物理化学性质的差异性。结果显示，随着超微粉碎频率的增大，糙米粉损伤淀粉含量从7．84%上升到14．58%；粒径D［4，3］从171 μm下降到11 μm；吸水指数、膨胀势上升，水溶性先上升后下降。RVA结果显示，糙米粉的峰值粘度、谷值粘度、崩解值、最终粘度、回生值均上升，初始糊化温度下降。扫描电镜结果显示，淀粉颗粒破碎、断裂形成许多无规则小碎片，且表面有凹坑。

超微粉碎；糙米粉；损伤淀粉；糊化性质；粒径；微观结构

糙米含有丰富的膳食纤维、维生素以及微量元素等，有的学者认为糙米制品将成为21世纪人们的主要食物，糙米可以制作成调味料、糙米面包、糙米卷等米制品［1］，市场潜力巨大。但糙米制品的原料选择指标如颗粒细度、损伤淀粉等尚无统一标准，糙米制品的品质也有很大差异。1879年，Brown和Heron首次提出了损伤淀粉这一概念［2］：淀粉在加工过程中，受到剪切、摩擦、挤压等外力作用，造成淀粉颗粒组织结构被破坏，这种在制粉过程中受到机械力作用而损伤的淀粉颗粒即为损伤淀粉［3］。损伤淀粉的产生往往伴随着粒度变化，粒度越细，将产生更多的损伤淀粉。损伤淀粉颗粒会使粉团的理化性质发生改变［4－5］，如吸水性增强、对酶的敏感性增强、粘度下降等，同时也与米制品的蒸煮品质密切相关［6］。由于米制品加工过程中都会产生损伤淀粉，且其对米制品品质有影响，因此对损伤淀粉和制粉工艺的研究具有重要意义。

目前，众多学者通过不同的制粉方法得到不同损伤淀粉含量的大米粉，对比其差异，证明了损伤淀粉对大米粉理化性质有一定影响［7－8］。但这类研究大多数以白米为原料，很少有研究糙米粉的粒度和损伤淀粉含量对糙米粉性质的影响，糙米制品的适口性等问题也尚未解决。

本实验以糙米为原料，旨在研究不同的超微粉碎强度对糙米粉损伤淀粉含量的影响以及对糙米粉理化性质的影响。通过快速粘度仪（RVA）和水合特性测定不同损伤淀粉含量糙米粉的糊化特性，使用粒径分析仪分析粒径变化，并通过电镜观察其微观结构。通过降低糙米粉的粒度来改善糙米制品的品质，为制作良好的糙米制品提供理论依据。

1 材料与方法

1．1 材料

安徽糙米：购于安徽省桐城市（总淀粉含量为80．19%，直链淀粉含量为14．07%，粗蛋白含量为9．01%，粗脂肪含量为2．73%，水分含量为12．61%，粗纤维含量为2．69%）；损伤淀粉试剂盒：Sigma公司；总淀粉试剂盒：Megazyme公司；其余试剂均为分析纯。

1．2 仪器与设备

Super－3快速粘度仪（RVA）：澳大利亚Newport科学分析仪器有限公司；Malvern2000粒度分析仪：英国马尔文仪器有限责任公司；电子分析天平：瑞士梅特勒托利多公司；T6－紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；FW－100高速万能粉碎机：北京中兴伟业仪器有限公司；超微粒度粉碎仪：正远粉体工程有限责任公司。

1．3 方法

1．3．1 水分测定

参照AACC44－19，135℃烘箱干燥法［9］。

1．3．2 总淀粉测定

采用Megazyme总淀粉试剂盒法测定。

1．3．3 不同损伤淀粉含量糙米粉的制备

糙米经高速万能粉碎机粉碎，过120目筛，再经超微粒度粉碎仪粉碎，粉碎频率为0、10、20、30、40。粉碎时间10 min。4℃保存备用［10］。

1．3．4 损伤淀粉含量测定

采用Megazyme试剂盒法，具体参考AACC方法76—31［11］：准确称取（100±10）mg样品于圆底玻璃离心管中，加入1．0 mL于40℃保温5 min的真菌α－淀粉酶（50 u／mL），立刻在涡旋混匀器上振荡5 s，然后在40℃的水浴摇床中放置10 min，从真菌α－淀粉酶加入开始计时，再加入8 mL的稀硫酸溶液终止反应，充分混匀后转移悬浮液于2 mL的离心管中，并于10 000 r／min下离心5 min，准确移取0．1 mL上清液于反应试管底部，向试管中加入0．1 mL（2单位）淀粉转葡萄糖苷酶，放在40℃的水浴保温10 min再加入4．0 mL D－葡萄糖用葡萄糖氧化酶／过氧化物酶制剂（GOPOD），40℃下显色20 min，然后于510 nm处测定吸光度值。

1．3．5 粗脂肪测定

参照GB／T 5512—2008进行测定［12］。

1．3．6 粗蛋白测定

参照GB／T 24318—2009杜马斯燃烧法进行测定［13］。

1．3．7 水合特性测定

水合特性参照Heo［14］方法，稍作改动，称取0．5 mg样品，加入20 mL去离子水，充分摇匀，置于30℃水浴锅中加热30 min，每隔10 min摇匀搅拌一次。再置于离心机中以4 000 r／min，离心15 min，取出上清液于105℃烘干至恒重，质量为m1；离心管中膨胀淀粉质量为m2；样品干重为m。吸水指数（WAI）＝m2／m；水溶性（WS，%）＝100×m1／m；膨胀势（SP）＝m2／［m×（1－WS%／100）］。

1．3．8 粒度测定

称取一定量的样品放入粒度分析仪的进料口中，调节进料速度，开启空压机，启动马尔文激光粒度仪SOP（标准操作程序），点击开始测定。颗粒在管道中被分散进入样品窗。来自激光器的激光束经扩散、滤波、汇聚后照射到测量区，测量区中的待测颗粒群在激光的照射下产生散射谱。测量完毕后仪器得出d（0．1）、d（0．5）、d（0．9）、D［3，2］、D［4，3］数据。每个样品连续测定三次以保证数据准确。

1．3．9 糊化特性的测定

参照GB／T24852—2010的方法［15］，以湿基12%为基准，称取（25±0．1）g水，加入（3±0．01）g样品粉，将样品搅拌均匀，放入快速粘度分析仪（RVA）中进行测定。采用升温／降温循环，糊化程序为：50℃开始升温，3．75 min内加热至95℃，保湿2．5 min，3．85 min内冷却至8．5℃，保温1．4 min，旋转桨在起始10 s内旋转速度为960 r／min，以后保持160 r／min至结束，测定其粘度及回生值等指标。

1．3．10 电镜观察

采用S－570扫描电镜观察糙米粉经超微粉碎后微观结构特征。取少量样品均匀散布于导电胶上，使其固定易于观察。将样品固定并喷金300 s，在12 kV加速电压下，放大适当倍数观察。

1．4 数据处理

数据统计采用Microsoft Office、SPSS 17．0进行分析处理，图像制作采用Origin7．5进行处理，显著性分析采用Ducan’s多重检验，P＜0．05判断为显著，实验结果以平均值±标准偏差表示。

2 结果与分析

2．1 超微粉碎糙米粉的损伤淀粉含量组成

损伤淀粉是在制粉过程中，淀粉受到摩擦、剪切、挤压等外力作用，完整淀粉颗粒结构被破坏形成的，损伤淀粉是影响米粉特性、食品品质的一个重要指标［16］。从图1可以看出，超微粉碎强度为0的糙米粉损伤淀粉含量为7．84%，超微粉碎强度为超微10、20、30、40的糙米粉损伤淀粉含量分别为10．36%、11．34%、13．59%、14．58%。结果说明糙米粉的损伤淀粉含量与超微粉碎强度成正比，超微粉碎强度0与超微粉碎强度10的糙米粉损伤淀粉含量相差2．50%左右，而其余各超微粉碎强度的糙米粉损伤淀粉含量相差在1%～2%，说明制粉方式和制粉强度是影响糙米粉损伤淀粉含量的主要因素，选取适当的制粉工艺可有效的控制损伤淀粉含量。

2．2 超微粉碎糙米粉的粒度分析

米粉的粒度分布和损伤淀粉含量是影响大米粉理化性质和加工性能的两个重要因素［17－18］。

糙米粉粒径变化如表1所示，随着磨粉强度的增加，糙米粉粒径呈明显下降趋势，损伤淀粉含量也相应增加。这是因为随着磨粉强度的增加，淀粉颗粒受到的摩擦力、分子间的挤压力和空气的剪切力增大，淀粉分子空间结构被破坏，大分子淀粉颗粒破碎、分离，形成许多粒径更小而不完整的淀粉颗粒，同时增加了损伤淀粉含量。糙米粉从超微粉碎强度0到超微粉碎强度40，粒径D［4，3］从171 μm到11 μm下降了大约160 μm，但是粒径大幅度的下降主要集中在超微粉碎强度0到超微粉碎强度10这一阶段，粒径从171．47 μm下降到74．18 μm，超微粉碎强度10到超微粉碎强度20这一阶段粒径下降明显减缓，粒径从74．18 μm下降到30．37 μm，而超微粉碎强度20到超微粉碎强度40阶段，粒径变化则趋于平缓，粒径只从30．37 μm减少到了11．67 μm，仅变化了约19个μm。结果说明粒度的变化总是伴随损伤淀粉含量的变化，二者呈负相关。制粉方式和强度是影响糙米粉粒度的主要因素，同一制粉方式下糙米粉在粉碎达到一定程度后，粒径减少趋于平缓。

图1 超微粉碎糙米粉的损伤淀粉含量

表1 超微粉碎糙米粉平均粒径分布

图2 超微粉碎糙米粉粒径体积分布图

2．3 超微粉碎糙米粉的水合特性分析

水合特性是研究大米粉理化性质的一个重要指标，可以体现大米粉中淀粉的糊化特性［19］等。

5种不同超微粉碎强度处理的糙米粉水合特性如表2所示。超微粉碎强度从0增加到40，在50℃条件下，糙米粉的吸水指数从3．06上升到3．25。水溶性呈先上升后下降趋势，膨胀势从3．30上升到3．50。在100℃条件下，糙米粉的吸水指数从7．48上升到8．61，水溶性先上升后下降，膨胀势从8．82上升到10．01。二者变化趋势相似，但各指标数值大幅增长，这可能是因为在100℃下，糙米粉淀粉颗粒吸水溶胀破裂，淀粉糊化更加完全造成的［20］。糙米粉的吸水能力和膨胀势随着超微粉碎强度的增加而上升，这可能与损伤淀粉含量的升高和淀粉颗粒粒度变小有关［21］，损伤淀粉会大大提高糙米粉的保水力，较小的颗粒粒度使得颗粒表面积增大，与水分子接触更完全，水分子与淀粉颗粒结合得更紧密。水溶性的变化可能与糙米中含有的粗脂肪、粗纤维有关［22］，糊化时易与淀粉形成脂质—淀粉复合体，易老化，影响糙米粉的水溶性。

表2 超微粉碎糙米粉水合特性

2．4 超微粉碎糙米粉的糊化特性分析

淀粉的糊化是食品制品应用的基本步骤，糊化过程实质是淀粉微晶的熔融过程，淀粉分子颗粒在一定水和热的作用下，颗粒从有序状态转变到无序状态［23］。米制品基本都要经过糊化过程，淀粉糊的糊化程度，对米制品的风味品质有非常大的影响［24－25］。

从表3中可以看出，经过不同超微粉碎强度处理的糙米粉糊化曲线变化趋势相似，但是糊化特性存在显著差异（P＜0．05）。RVA快速粘度分析显示，超微粉碎强度从0增加到40，糙米粉的峰值粘度从860 cp上升到1 699 cp，谷值粘度从746 cp上升到853 cp，崩解值由114 cp上升到836 cp，最终粘度从1 754 cp上升到2 062 cp，回生值从51．5 cp上升到61．5 cp，米粉糊粘度的上升，可能是因为随着淀粉粒度的减小，淀粉颗粒与水分子接触的表面积增大，吸水充分，糊化更加完全，从而粘度上升［5］。峰值时间变化不明显，初始糊化温度从79．6℃下降到75．2℃，可能是米粉粒度减小，越容易结合水膨胀，初始糊化所需的热量能量减少，因此糊化温度降低［26］。实际应用中，糊化度与产品诸多性质呈显著性相关，这可能表明适当的降低原料粒度可以减少生产能源的消耗，改善产品品质。

表3 超微粉碎糙米粉的糊化特性

2．5 超微粉碎糙米粉的电镜观察分析

在超微粉碎过程中，淀粉颗粒受到力的作用由外向内逐步脱落，形成无数不规则的碎片。这些小颗粒又聚合在一起形成多孔疏松的颗粒［27］。

图3为超微粉碎强度0至40的糙米粉颗粒形貌图。结果显示，在放大500倍观察下，随着超微粉碎强度增加，大颗粒淀粉数量减少而小颗粒数量增多，可能是在外力的作用下，淀粉结构被破坏，大颗粒淀粉分解成更多的小颗粒淀粉，小颗粒又重新聚合形成多孔疏松的颗粒。在放大3 000倍观察下，超微粉碎强度0制得的糙米粉部分结构虽然遭到破坏但还具有完整的淀粉颗粒轮廓，淀粉颗粒表面较光滑而且具有少量刮痕；超微粉碎强度20制得的糙米粉具有明显的刮痕、断层、凹坑，淀粉颗粒内部也出现裂痕，糙米粉结构开始被大幅破坏；超微粉碎强度达到40时，糙米粉已无法看出完整淀粉颗粒轮廓，表面断层附近的残缺淀粉颗粒剥落形成许多不规则的颗粒碎片［28］。制粉工艺是影响淀粉结构的主要因素之一，选取适当的制粉工艺对糙米粉结构的破坏尤为重要。

图3 超微粉碎糙米粉电镜观察图

3 结论

制粉工艺是影响损伤淀粉含量和粒度的主要因素之一，随着超微粉碎强度增加，糙米粉粒径D［4，3］从171 μm下降到11 μm，损伤淀粉含量从7．84%增加14．58%，粒度越细，损伤淀粉含量越高。RVA粘度分析显示，峰值粘度、谷值粘度、最终粘度、崩解值、回生值均明显上升，峰值时间无显著差异，初始糊化温度下降。淀粉颗粒的吸水力和膨胀力上升，水溶性先上升后下降。电镜结果显示，粒度越细的糙米粉表面具有更多的裂痕和凹坑，淀粉大颗粒被分解成许多不规则碎片。改变糙米粉的颗粒细度，可以明显地影响糙米粉的理化性质，从而在实际应用中改善糙米制品的品质，糙米粉颗粒细度和损伤淀粉含量对糙米制品品质的影响及糙米制品品质的改良是今后重点研究的方向。

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Study on the effect of superfine grinding on physicochemical properties of brown rice flour

PENG Guo－tai1，2，WU Na－na2，TAN Bin1，2，WU Wei－guo1
（1．College of Food Science and Technology，Hunan Agricultural University，Changsha Hunan 410128；2．Academy of State Administration of Grain，Beijing 100037）

The effect of superfine grinding process on the physicochemical properties of brown rice flour was studied．Taking the samples of brown rice flour treated with different superfine grinding frequencies of 0～40 as raw materials，the damage starch content，particle size distribution，hydration characteristics and gelatinization properties as indexes，the differences of physicochemical properties of these samples were compared．The results showed that with the increase of crushing frequency，damage starch content of brown rice flour increased from 7．84%to 14．58%；particle size of D［4，3］decreased from 171 μm to 11 μm；the water absorption index and swell power increased，water solubility increased at first and then decreased．The results of RVA showed that peak viscosity，trough viscosity，breakdown value，final viscosity and setback increased，initial gelatinization temperature decreased．The results of scanning electron microscopy showed that the starch granules were crushed to form irregular fractionlet with pits on the surface．

superfine grinding；brown rice flour；damaged starch；gelatinization property；particle size； microstructure

TS 213．3

A

1007－7561（2017）02－0017－05

2016－11－23

中央级公益性科研院所基本科研业务费（ZX1511）

彭国泰，1992年出生，男，硕士研究生．

谭斌，1972年出生，男，博士，研究员．