蒸煮条件及回生处理对方便米饭消化特性的影响

龙　杰　吴凤凤　金征宇　徐学明

(江南大学食品学院，无锡　214122)

水稻是世界范围内的主要农作物,并且米饭是亚洲人主要的碳水化合物来源。由于米饭具有较高的血糖指数(GI)，且近年来全球肥胖和糖尿病例逐渐增加，食物中的淀粉消化率已经成为人们越来越感兴趣的课题[1]。基于淀粉水解酶在20 min和120 min内的水解程度，体外消化实验可以将淀粉分为快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)三部分，其中RDS与食物的血糖指数呈正相关[2]。许多方式已尝试用于降低米饭较高的淀粉消化率，包括选择淀粉消化率较低的大米品种及改进加工方式等[3]。过去的研究表明直链淀粉含量和淀粉的化学结构及淀粉消化率相关[4]。此外，研究表明双重螺旋或淀粉-脂质复合物的形成与加工方式相关，因此加工方式的差异也会影响大米的淀粉水解率。

方便米饭作为一种全新的方便食品，在现代快节奏生活中正受到越来越多的关注。目前市场上的方便米饭的GI值差别较大[5]，肥胖及糖尿病患病人群对于减少这些食品中的淀粉消化率的需求也越来越强烈[6]。

蒸煮及冷却为方便米饭制作过程中至关重要的步骤，米饭在蒸煮的过程中，水分逐渐扩散到淀粉颗粒内部，使得大米内核膨胀，淀粉颗粒经历结构及生化性质的转换。Briffaz等[7]发现，与75 ℃下的糊化速率相比，淀粉在95 ℃下的糊化速率要快3倍，表明水渗入米粒的速率取决于蒸煮温度。米粒在过量的水中煮沸形成完全的半透明状态过程中，其膨胀率为约3～3.5倍，表明米粒可吸收高达2～2.5倍的水。

方便米饭制备过程中，常规沸水蒸煮和专用电设备蒸煮是主要的两种蒸煮方法。利用电饭锅蒸煮方式制备的米饭则往往需要浸泡预处理，并且在蒸煮完后还需要水洗处理，但是利用常规煮沸方法制备的米饭并不需要这种水洗处理，因为米饭没有凝结成块[8]。另外，应注意的是，在合适的贮藏温度下(约4 ℃)，淀粉将发生回生，导致食物的质构变硬。在回生过程中，淀粉分子链重组形成更有序或结晶度更高的结构，不易受到酶攻击，而糊化淀粉由于分子间和分子内氢键被破坏，因而容易受到酶的攻击，因此，回生淀粉的GI值通常较低[9]。

如今由饮食不当而患慢性疾病的人群较多，淀粉消化率低的方便米饭，对肥胖、高血糖等慢性疾病的预防和治疗有一定的积极作用。虽然水稻品种、蒸煮条件及淀粉的回生都影响方便米饭的淀粉消化率，但目前鲜见相关报道研究这些因素的影响。由于大米是亚洲国家的主食，因此，采用一种经济及便利的方法来生产具有较低淀粉消化率的方便米饭产品具有潜在商业价值。本研究的目的是通过探索米粒的最佳蒸煮条件使得传统方便米饭拥有较低的淀粉消化率，并且对3种常见适用于方便米饭制作的水稻品种进行回生处理以进一步降低其方便米饭的淀粉消化率。通过在蒸煮过程中降低水分扩散速率，并且辅助回生手段处理米粒，将使得淀粉分子发生重结晶从而最终降低淀粉消化率。

1　材料与方法

1.1　试验材料

大米品种：非蜡质低直链淀粉含量粳米(秋光，辽宁)，非蜡质低直链淀粉含量籼米(云辉290，云南)，非蜡质高直链淀粉含量籼米(优优128，广东)：来源于无锡稻谷种子交易市场；葡萄糖氧化酶/过氧化物酶试剂盒：爱尔兰Megazyme公司；淀粉转葡萄糖苷酶：Sigma上海有限公司；其余试剂均为分析纯:国药集团化学试剂有限公司。

1.2　仪器与设备

MB-WFS4017TM美的电饭煲：美的集团有限公司；DZQ400-1D型立式压力蒸汽灭菌锅：上海中安医疗器械厂；LD2X-50KBS型单室真空封口机：无锡三联包装有限公司；TA.XTPlus物性分析仪：英国Stable Micro Systems公司；FA25快速均质机：德国FLUKO公司。

1.3　试验方法

1.3.1方便米饭的制备

原料大米在去除碎米后，淘洗3次沥干，洗去米粒表面的灰尘及杂质后蒸煮，采用最佳蒸煮条件得到淀粉消化率较小的方便米饭，接着进行回生处理。首先，采用秋光稻米品种进行优化实验，得到方便米饭最佳蒸煮条件。称取20 g大米(含水量约14%)漂洗并在蒸煮前浸泡1 h，然后将米粒沥干[吸收约35%水分(m/m)]，并加入到预热的水中，蒸煮22～33 min，根据前期实验选择加热温度为83～89 ℃，最少蒸煮时间定义为完全蒸煮米粒(通过感官评定判定，米饭有嚼劲，粘弹性好，口感良好，无夹生感)所需的最少时间，最佳蒸煮条件为所制备米饭含有最低量RDS和最高量SDS时的蒸煮条件，以电饭锅蒸煮的米饭作为对照。电饭锅的升温过程为前15 min内将温度从25 ℃上升至100 ℃，然后再在100 ℃下保持15 min。米饭煮熟后装入聚乙烯袋中于4 ℃下回生0、1、2或3 d，然后于常温贮藏。

1.3.2总直链淀粉含量的测定[10]

准确称取500 mg经脱脂及水分平衡后的样品于500 mL锥形瓶中，依次加入5.0 mL 95%乙醇润湿，及45.0 mL氢氧化钠(1 mol/L)溶液，摇匀后在沸水浴中加热10 min，然后冷却至室温，转入500 mL容量瓶中，定容至刻度并剧烈摇匀。吸取25 mL上述样液于另一500 mL容量瓶中(预先加入大约250 mL水)，然后加入5.0 ml 1 mol/L的乙酸溶液并摇匀，再加入10.0 mL碘试剂，加水定容至刻度并剧烈摇匀，静置10 min后在620 nm波长下测定其光密度值，由标准曲线计算样品中总直链淀粉含量。

1.3.3米饭品质的测定

蛋白质含量采用凯氏定氮仪测定；水分含量依照GB 5009.3—2010测定。

1.3.4糊化温度的测定

大米经粉碎后，过100目筛，然后准确称取2 g样品，加入25 mL蒸馏水后转移至铝盒中，采用RVA动态流变仪测得流变曲线。使用标准2分析程序，采用设定程序加热淀粉悬浊液：首先以6 ℃/min的速率从50 ℃加热至95 ℃，在95 ℃保持5 min后以6 ℃/min的速率降至50 ℃，然后保持1 min。通过黏度计自动绘制的流变曲线得到糊化温度。

1.3.4DSC法测定淀粉的回生度

根据Liu等[11]略有修改。取一定量的方便米饭，粉碎，过100目筛。取4 mg置于铝盒中，加12 μL去离子水，密封保存，25 ℃下平衡15 h。标准铟校准，用密封空铝盒作参比。初始温度25 ℃，终止温度100 ℃，升温速率15 ℃/min。所得曲线用软件分析。回生度用焓的变化值(ΔH)表示。ΔH值越大，回生程度就越高。

1.3.5质构特性的测定[12]

采用物性测试仪测定方便米饭的质构特性。在不同部位取样，每个样品测试8次后，去掉最大值及最小值后取平均值。测定参数设定为：P/25柱形探头，测量前探头下降及测试速度为0.5 mm/s，测量后探头回程速度为1.0 mm/s，压缩比例为90%，触发力值为Auto-5g，数据采集速率为200 pps。

1.3.6RDS、SDS及RS含量的测定[2]

取一定量(50 mg)的方便米饭，置于30 mL的圆底烧瓶内；加入10 mL pH 1.5的HCl-KCl缓冲液，并且利用快速均质机搅拌均匀。加入0.2 mL 0.01%的胃蛋白酶溶液(pH 1.5的HCl-KCl缓冲液配制)，40 ℃水浴振荡，保温60 min，然后加入15 mL pH 6.9的Tris-马来酸缓冲液。加入5 mL pH 6.9含有2.6 IU单位α-淀粉酶的Tris-马来酸缓冲液，37 ℃保温水解淀粉。前20 min内释放的葡萄糖含量为RDS组分，在随后的100 min内释放的葡萄糖含量为SDS组分，不被酶解的组分为RS组分，通过酶水解释放的葡萄糖使用葡萄糖氧化酶/过氧化物酶试剂盒。

1.3.7淀粉体外消化测定

方便米饭的体外消化参考Goni等[13]方法。取一定量(50 mg)的方便米饭，置于30 mL的圆底烧瓶内；加入10 mL pH 1.5的HCl-KCl缓冲液，并且利用快速均质机(FLUKO,model FA25)搅拌均匀。加入0.2 mL 0.01%的胃蛋白酶溶液(pH 1.5的HCl-KCl缓冲液配制)，40 ℃水浴振荡，保温60 min，然后加入15 mL pH 6.9的Tris-马来酸缓冲液。加入5 mL pH 6.9含有2.6 IU单位α-淀粉酶的Tris-马来酸缓冲液，37 ℃保温水解淀粉。每隔30 min取出0.1 mL的溶液，并立即沸水煮沸5 min灭酶，直至反应至3 h。依次加入1 mL 0.4 mol/L的乙酸钠缓冲液(pH 4.75)和30 μL的淀粉转葡萄糖苷酶，60 ℃保温45 min，完全水解米饭中的可溶性淀粉。利用葡萄糖氧化酶/过氧化物酶试剂盒测定30、60、90、120、150和180 min葡糖糖浓度。

淀粉水解速率按照以下公式计算：

C=C∞(1-e-kt)

(1)

式中，C为t时间的淀粉水解百分比；C∞为平衡浓度，为180 min时的淀粉水解百分比；k为动力学常数/min-1；t为消化时间/min。

水解曲线面积(AUC)根据以下公式计算：

(2)

式中:t1为最终消化时间(180 min)；t0为起始时间(0 min)；水解指数(HI)为样品的淀粉水解曲线下面积与参比物(白面包)淀粉水解曲线下面积的比值。血糖指数GI根据公式计算：

GI=39.71+0.549HI

(3)

1.3.8数据处理与结果分析

所有试验平行测定3次。采用Origin Pro 8.5软件进行相关数据分析、统计、绘图。

2　结果与讨论

2.1　不同品种稻米理化特性

不同品种稻米理化特性如表1所示，所选的不同品种稻米的理化特性之间存在差异。优优128稻米总直链淀粉含量最高，其次为秋光及云辉290，其蛋白质及大米水分含量均显著高于其他两个品种大米(P<0.05)，然而优优128稻米糊化温度显著低于其他两个品种。秋光稻米品种水分含量及糊化温度均显著高于其他两个稻米品种(P<0.05)。

表1　不同品种稻米理化特性

注：表中数据为平均值±标准差；同列不同小写字母表示不同处理之间在0.05水平存在显著差异(n=3)；表2～表4，图1～图4同。

2.2　蒸煮条件的优化

2.2.1蒸煮方法对方便米饭硬度和黏度的影响

采用秋光稻米品种确定最佳蒸煮条件。表2显示了不同蒸煮方式对秋光稻米方便米饭硬度和粘度的影响。明显地，蒸煮方式的不同可以影响方便米饭的质构特性。常规蒸煮方式制备的新鲜米饭硬度和黏度要明显的高于利用电饭锅制备的新鲜米饭。Tester等[14]认为米饭的质构特性与浸出淀粉的数量和组成有重大关联。常规蒸煮时间为22～33 min，而电饭锅蒸煮米饭时间为30 min。据Chiang等[15]报道可知，更长时间的蒸煮会产生更多的浸出淀粉，这些浸出淀粉主要由不同比例的直链淀粉和支链淀粉组成。一般而言，支链淀粉的含量要高于直链淀粉，而短链支链淀粉是支链淀粉的主要组成，短支链淀粉和直链淀粉共同决定了米饭的硬度和黏度特性[16]。因此，不同的蒸煮方式制备的方便米饭表现出不同的质构特性。

表2　不同蒸煮方式制备方便米饭的质构特性

2.2.2蒸煮条件对方便米饭消化率的影响

不同温度下煮熟米粒所需的最低蒸煮时间及水与米的比例见图1a。较高的蒸煮温度下所需的蒸煮时间较少，并且蒸煮速率与加水量成正比，特别是在86 ℃条件下，蒸煮速率在这个温度下最敏感。随着加水量的增加，更多的水渗透到米粒中从而减少蒸煮时间。水分有助于淀粉熔融，因此淀粉糊化受水分的影响。Briffaz等[7]指出水稻浸泡的机制在于热和水促进淀粉的溶胀，导致颗粒溶胀并释放其内容物。当米饭在煮熟时，水分扩散速率随着温度的升高而增加，从而导致更大的程度的淀粉糊化。

加热条件对淀粉消化率的影响如图1b所示。当米粒在86 ℃条件下蒸煮时，其含有最低含量的RDS及最高含量的SDS。Kasai等[17]运用核磁共振表明，80～100 ℃温度下水分扩散到米粒中的速率急速增大。在本实验中，与在83 ℃下煮熟的米粒相比，在86 ℃下煮熟的米粒含有更高的RDS含量及更低的SDS含量。这可能是由于较高的温度提高了水分扩散速率，导致更高程度的淀粉糊化和浸出，从而得到更高的RDS含量及更低的SDS含量。当水米比为1.0:1.1时，在83 ℃下煮熟的米粒与在89 ℃下煮熟的米粒的RDS含量没有显着差异。而当水米比为1.0:1.2时，在所有蒸煮温度下都出现了RDS含量增加及SDS含量降低的现象。而在86 ℃蒸煮温度下，当水米比为1:1.0时，获得最低RDS含量及最高SDS含量的米饭。因此，为得到含有最低量RDS及最高量SDS米饭，其最佳蒸煮条件为：水米比1:1.0，86 ℃下蒸煮28 min。

图1　不同水米比对最少蒸煮时间、RDS及SDS含量的影响

2.3　不同品种稻米淀粉消化率

电饭锅蒸煮(TEC，含水量57.9%～58.3%)及常规蒸煮(OP，在最佳蒸煮条件下，含水量56.8%～57.5%)得到的3种米饭的淀粉消化率见图2。3种米饭中，采用常规方式蒸煮的米饭的RDS含量均显著低于电饭锅蒸煮的米饭，而其SDS及RS含量均显著高于电饭锅蒸煮的米饭(P<0.05)，表明在降低淀粉消化率方面，常规蒸煮方式更适用。在3种常规蒸煮得到的米饭中，优优128品种米饭比秋云及云辉290品种米饭显示出更低的淀粉消化率，这可能是由于优优128品种稻米含有更高含量的总直链淀粉，这与前人的研究结果一致[4]。然而，常规蒸煮方式得到的3种米饭的RDS含量差别不大。在使用电饭锅蒸煮大米时，蒸煮温度在15 min内由室温上升至100 ℃。由于在蒸煮过程中，水分的扩散速率取决于蒸煮温度，更高的温度导致更快及更高程度的淀粉糊化，因此，使用电饭锅蒸煮将使得米饭具有更高的淀粉消化率。虽然常规蒸煮的温度低于电饭锅蒸煮，但是此温度仍然足够煮熟米粒并使其表面变得光滑。常规蒸煮米饭时，较小的淀粉消化率可能是通过减少水分扩散到淀粉颗粒内部，从而减少淀粉颗粒破裂实现。

注：1～6分别表示秋云-OP、秋云-TEC、云辉290-OP、云辉290-TEC、优优128-OP、优优128-TEC。图2　不同蒸煮方式对三种米饭的淀粉组分含量的影响

2.4　回生处理降低淀粉消化率

回生处理下方便米饭的快消化淀粉含量如图3所示。3个品种的未回生方便米饭的快消化淀粉含量均高于回生1天的方便米饭，表明回生处理能有效降低米饭的淀粉消化率。回生处理效果在云辉290品种稻米中最显着。

在回生过程中，淀粉分子的重新取向和结晶构象归因于淀粉颗粒内淀粉分子链之间的相互作用[18]。米粒蒸煮及回生时，其含水量为56.0%～57.8%。高含水量(>30%)下的常温贮藏(<55 ℃)有助于无定形和结晶区内淀粉链相互作用，增加结晶构象，从而降低淀粉消化率[19]。并且，常温贮藏时的退火行为导致淀粉颗粒的无定形区融合到结晶区。

当方便米饭不进行回生处理时，其RDS含量高于回生米饭，表明单独的退火处理并未能有效降低米饭的快消化淀粉含量。回生1 d的方便米饭的RDS含量的降低可能是由于结晶结构的重新取向，包括成核及晶核的生长和成熟等。Robin等[20]研究也表明，在1 ℃下冷却米饭的过程有利于糊化及脱支淀粉中的晶核的成核和生长。在本实验中，蒸煮米饭在4 ℃储存促进了淀粉分子的成核，并在随后的常温贮藏期间重组为更稳定的结构。因此，在回生过程中会导致晶核的成核，并且，其随后的常温贮藏过程促进了晶核的生长，使得方便米饭快消化淀粉含量降低。

图3　三种方便米饭回生与未回生处理的RDS含量

2.5　稻米品种对方便米饭消化率的影响

2.5.1稻米品种对方便米饭RDS、SDS及RS含量的影响

不同稻米品种回生方便米饭RDS、SDS及RS含量见表3。未回生处理下，RDS含量为秋云>云辉290>优优128，SDS含量为优优128>云辉290>秋云，3种方便米饭的RS质量分数均<10%。不同稻米品种回生处理的效果也不一样。秋云品种方便米饭回生1天后其RDS含量下降，SDS含量上升。而对于云辉290稻米品种，其回生后RDS含量的下降由RS上升引起，其SDS含量并未发生变化。优优128品种方便米饭回生1 d后其RDS含量并未发生变化，伴随着SDS含量的下降及RS含量的上升。除了回生2 d之后优优128中RS含量增加，延长回生天数对方便米饭的RDS、SDS及RS含量并未见显著影响。根据Englyst等[2]报道，总淀粉含量被定义为RDS、SDS及RS含量之和，因此，回生后RDS或SDS含量的下降将导致SDS和/或RS的补偿性增加。1 d(即短期)回生有助于淀粉内直链淀粉的结晶。线性直链淀粉分子在蒸煮过程中从溶胀的颗粒中扩散，并在淀粉回生期间与直链淀粉或支链淀粉相互作用形成结晶结构。淀粉的回生为一种自发的过程，在蒸煮后储存过程中发生，能将淀粉分子重组为更紧凑和稳定的结构，并降低酶的可接触性从而降低淀粉的消化性。因此，在本实验中，RDS的减少及SDS和RS的增加可能由回生期间晶体构象的形成引起。相关研究表明[21]，结晶的稳定性和完美性影响了酶对淀粉的敏感性。其中，淀粉类食物的SDS组分为不完美结晶，抗酶解的RS组分为完美结晶。

表3　不同稻米品种方便米饭不同回生时间下的RDS、SDS及RS含量

注：a表示品种之间的差异性，A表示天数之间的差异性；不同字母表示不同处理之间在0.05水平存在显著差异(P<0.05,n=3)。

2.5.2稻米品种对方便米饭体外淀粉消化率的影响

图4分析比较了3种方便米饭回生1 d后的体外淀粉消化率。明显地，在消化的前30 min内，3种稻米制备的米饭淀粉水解速度都很快，最终在30 min达到平衡。首先，云辉290方便米饭消化率要高于其他两种方便米饭，说明云辉290方便米饭的RDS含量更高，这与表3结果吻合。其次，优优128方便米饭消化率最低，这可能与其直链淀粉含量较高有关，直链淀粉分子在回生过程中与直链淀粉或支链淀粉相互作用形成结晶结构，从而导致其米饭消化率较低。

图4　三种方便米饭的总淀粉水解率

表4为3种回生方便米饭的其他品质特性指标变化。综合而言，优优128方便米饭的平衡浓度C∞、水解指数HI和血糖指数GI等指标略低于其他两种方便米饭，而云辉290方便米饭饱和浓度C∞、水解指数HI和血糖指数GI等指标略高于其他两种方便米饭，这与体外淀粉消化率的结果相吻合。这表明，经过回生处理制备的方便米饭促进了其晶核的成核及生长，使得米饭中快消化淀粉含量降低，慢消化淀粉及抗性淀粉含量上升，这与RDS、SDS及RS含量测定结果一致。

表4　三种方便米饭品质指标比较

3　结论

以适宜制备方便米饭的不同品种大米作为研究对象，考察了蒸煮和回生处理对方便米饭体外消化率的影响。研究结果表明，控制米:水比为1:1，86 ℃煮沸28 min制备得到的方便米饭RDS含量得到极大的降低，SDS含量明显的升高。回生处理能有效降低米饭的淀粉消化率，而延长回生时间并未见其淀粉消化率有显著变化。不同品种的大米，回生后含有的SDS、RDS和RS相对比例也不一样。体外消化实验表明，优优128方便米饭消化率最低，这可能与其直链淀粉含量较高有关。通过本制备工艺，低直链淀粉含量品种大米制备的方便米饭中RDS含量可以降低到高直链淀粉含量品种大米制备的方便米饭水平。另外，实验发现，秋云品种稻米比较适合制备含有高SDS的方便米饭，而云辉290品种稻米则更适合制备含有高RS的方便米饭。

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