以优糖米为原料的初加工产品开发研究

杨瑞芳 朴钟泽 万常照 王 亚 李刚燮 白建江

(上海市农业科学院作物育种栽培研究所1，上海 201403) (河南省农业科学院粮食作物研究所2，郑州 450002) (韩国农村振兴厅农业技术学院3, 水原 441857)

抗性淀粉(Resistant Starch, RS)又称抗酶解淀粉及难消化淀粉，在小肠中不能被酶解，但是可以在大肠中发酵降解成一系列短链不饱和脂肪酸[1]。抗性淀粉具有很重要的生理功能，如控制人体餐后血糖、防治肠道疾病、降脂、控制体重以及促进矿物质的吸收等功能[1-3]。

近年来，抗性淀粉已经成为功能稻米研究的热点，引起了国内外水稻育种家的广泛关注[4-7]。日常食用的稻米被认为是高血糖指数(Glycemic index, GI)食物，市售优质大米的抗性淀粉质量分数仅为0.1%～0.5%。“降糖稻1号”是上海市农业科学院自主选育的富含抗性淀粉的粳稻品种，其抗性淀粉质量分数高达10%以上，是普通稻米的数十倍，其商品名为优糖米。前期研究结果表明优糖米饭的GI为(48.53±17.94)，是一种低GI食物，适合糖尿病人食用[8]。普通大米则易消化，GI指数高(>80)，不适合糖尿病人食用[9]。食用优糖米的Ⅱ型糖尿病人的餐后血糖值显著低于一般稻米，而且长期食用优糖米能显著改善Ⅱ型糖尿病人的糖化血红蛋白(HhALC),总胆固醇(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、高密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)[8]。

尽管优糖米在控制餐后血糖水平上显示出了巨大的功能，但是由于优糖米直链淀粉含量高、米饭质地硬、口感较差，这些都限制了它的推广利用。前期研究通过以不同配比混配优糖米和普通稻米来优化口感，虽然米饭的食味得到改善，但是抗性淀粉含量下降显著，控制餐后血糖的功能减弱[10]。所以，本实验以优糖米为原料，研究不同含水量优糖米对制备的熟米粉的抗性淀粉的影响，初步开发出高抗性淀粉含量优糖米的加工食用方法，新开发的优糖米熟粉口感更容易让人接受，克服了优糖米的口感差的问题，同时该米粉可以作为代餐粉、能量棒等适合控制血糖人群食用食品的主要基料。

1 材料与方法

1.1 实验材料

“优糖稻2号”是上海市农业科学院作物育种栽培研究所以自主选育的高抗性淀粉含量水稻资源“降糖稻1号”为母本与“秀水123”杂交，利用系谱法选育而成的一个富含抗性淀粉的功能水稻新品种，2018年4月获得植物新品种权证书(品种权号：CNA20150659.3)，2019年5月通过上海市农作物品种审定委员会审定，其抗性淀粉质量分数高达13.1%，商品名为优糖米。

1.2 方法

1.2.1 优糖米品质分析

稻米直链淀粉含量的测定参照GB/T 15683—2008，胶稠度测定参照GB/T 22294—2008,碱消值参照NY/T 83—2017米质测定方法测定。

1.2.2 优糖米食味品质测定

采用My BoyII食品物性分析仪类似咀嚼的物理方式，测量食物的物理值和感官值之间的物理相关性，通过分析获得的数据判定优糖米饭的食味品质。食品物性分析仪可以直接测试出米饭的硬度、弹性、附着性、黏性和综合评价总得分，综合评价总得分由程序中的公式计算得出。该测定器将日本新泻“越光”大米的总评分设为100分，其中“越光”大米的硬度、弹性、附着性和黏性数值均设置为50分。

1.2.3 熟米粉制备

洗米：大米在水槽中冲洗3遍去除泥沙及其他杂物。洗过的大米倒入浸米桶中，用清水浸泡，40 ℃烘箱中梯度烘干取样，用MB90水分测定仪测定含水量。优糖米生米的含水量分别为13%、15%、17%、19%、25%、27%、32%和38%。

焙炒：采用家用小型炒货机，温度控制在130～150 ℃，不同含水量的优糖米生米焙炒至米粒颜色金黄。

粉碎：焙炒熟优糖米室温放凉，采用电动粉碎机粉碎，粉碎后过80目筛，备用。

1.2.4 优糖米熟粉不同食用方法处理

按照米粉∶水=1∶3配比，采用沸水直接冲泡、开水煮沸2 min、微波加热2 min这3种食用方法进行处理。

1.2.5 抗性淀粉检测

RS的含量用Megazyme RS含量测定试剂盒进行测定。具体步骤为：准确称取100 mg样品，小心放入带螺旋盖的塑料试管中，依次加入α-胰淀粉酶反应液和淀粉葡萄糖苷酶(AGM)，37 ℃振荡孵育16 h，非RS被水解成D-葡萄糖；孵育结束后加入99%乙醇终止反应；离心后弃上清，底部残留絮状团即为样品中的RS，再用50%乙醇洗涤沉淀；倒置离心管，沉淀干燥后用2 mol/L氢氧化钾溶解沉淀，并加入AGM，置于50 ℃水浴中孵育20 min，最后用D-葡萄糖用葡糖氧化酶/过氧化物酶试剂盒(GOPOD)测定葡萄糖含量，并计算RS含量。

1.2.6 优糖米熟粉相对结晶度测定

采用RigakuDmax-2500 X射线衍射仪测量优糖米熟粉(焙炒前优糖米生米含水量为19%)的淀粉晶体特性，以优糖米生米粉为对照。测量条件为Cu_Kβ辐射，电压40 kV，电流100 mA，扫描速度10(°)/min，起始角5°，终止角90°。分别得到优糖米焙炒前后的X射线衍射曲线，利用MDI Jade软件对曲线进行非晶体衍射区和亚微晶区背景去除，相对结晶体度计算参照陈玲等[11，12]的方法。

1.2.7 扫描电镜观察

分别取不同含水量优糖米焙炒后的精米粒，用镊子直接掰断。断面在40 mA下喷金25 s，双面胶带固定在FEI Nova NanoSEM430扫描显微电镜下，置于载物台上观察不同含水量优糖米籽粒焙炒后淀粉颗粒结构的差异。

1.2.8 风味成分测定

采用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对未焙炒及焙炒熟化米粉的风味物质进行提取、鉴定和分析。色谱柱为HP-5MS(30 m×0.25 mm×1 μm)，升温程序：起始温度保持3 min，然后以 6 ℃/min的速率升至250 ℃，保持5 min。采集到的质谱图利用NIST谱库进行检索，鉴定样品中的挥发性成分，并利用面积归一化法分析各成分的相对含量。

1.2.9 微生物检测

测定室温存放1个月后优糖米熟粉的微生物指标，包括：菌落总数(GB 4789.2—2016)、金黄色葡糖球菌检测(GB 4789.10—2016)、霉菌和酵母计数(GB 4789.15—2016)、大肠菌群(GB 4789.3—2016)、沙门氏菌(GB 4789.4—2016)、志贺氏菌检测(GB 4789.5—2016)和β型溶血性链球菌落(GB 4789.11—2014)。

1.2.10 数据统计分析

每次实验重复3次，取平均值，实验数据以平均值±标准差表示。用Excel绘制图表，用SPSS17软件进行数据显著性分析。

2 结果与分析

2.1 优糖米品质特征

直链淀粉含量、碱消值和胶稠度是评价稻米蒸煮食味品质的重要指标。测定结果显示优糖稻2号直链淀粉质量分数31.3%，碱消值7.0，胶稠度74 mm。有研究表明直链淀粉含量与蒸煮大米的黏度呈负相关，而与硬度呈正相关，直链淀粉含量越高，稻米的食味品质越差，感官食味值就越低[13，14]

2.2 优糖米食味品质

利用食品物性分析仪分析优糖米食味品质，结果显示优糖米硬度75.20、弹性39.21、附着性1.62、黏性2.59，综合得分仅有34.11分。图1为优糖米测试的雷达图，可以看出，优糖米的总体硬度远远高于“越光”大米，附着力和黏性非常低接近于0。优糖米饭团口感硬，黏度小，口感差。

2.3 含水量对焙炒后优糖米抗性淀粉含量的影响

为提高优糖米的食用品质，前期研究了多种改善优糖米食用品质的预处理方法，包括与普通稻米按不同比例混配后经蒸煮、膨化、米粉及发酵等加工方式，但是结果表明优糖米中抗性淀粉含量随着加工温度和压力的提高而显著降低，优糖米不宜高温高压蒸煮、膨化、加工米粉和发酵食品[10]。焙炒是一种传统的可以使得物料迅速熟化、实现增香手段食品加工工艺，夏凡等[15]和徐清荣等[16]研究也发现糙米在焙炒后香味物质明显增加。焙炒工艺操作简单，已广泛应用于谷物、豆类等加工制品。

通过梯度烘干获得8个具有不同含水量的优糖米米样，分别进行焙炒磨粉，测定抗性淀粉含量。结果如表1所示，焙炒前优糖米的含水量对焙炒后优糖米的抗性淀粉含量影响比较大，随着含水量的增加，焙炒后抗性淀粉含量逐渐增加，含水量控制为19%的优糖米焙炒后获得的优糖米熟粉的抗性淀粉质量分数高达21.77%，接近优糖米生米粉抗性淀粉含量的2倍，但是随着含水量的继续增加，抗性淀粉含量又开始下降(表1)。食物中抗性淀粉含量不仅仅受原料的影响，也与烹饪方式和加工处理条件、贮藏条件等因素相关[17]。该研究结果表明湿热处理对焙烤稻米抗性淀粉含量的影响与水分紧密相关，随着焙炒前含水量的增加，淀粉内部分子链重排可能使晶体矩阵更加有序，采用X射线衍射分析发现焙炒后优糖米熟粉(焙炒前优糖米含水量控制为19%)的淀粉相对结晶度为46.68%，比焙炒前淀粉相对结晶度41.36%略有提高(图2)，所以导致抗性淀粉含量相对进一步提高。但是当含水量达到一定临界值后，稻米的淀粉糊化度会增加，导致优糖米抗性淀粉含量开始下降。

表1 优糖米不同含水量在焙炒后的抗性淀粉含量

图2 优糖米焙炒前后淀粉的X-衍射图谱

2.4 不同含水量优糖米焙炒后淀粉颗粒结构的变化

图3 不同含水量优糖米焙炒后扫描电镜分析(标尺=10 μm)

优糖米富含抗性淀粉，生米淀粉颗粒棱角不分明，粒间结构疏松，透光性不好(图3a)。本研究通过梯度烘干检测了不同含水量优糖米焙炒后抗性淀粉含量，结果发现优糖米焙炒后抗性淀粉含量与生米含水量有很大关系。图3可以看出随着含水量的增加淀粉颗粒结构仍然保持结构松散无定型特征，但是淀粉颗粒表面发生了明显变化，27%含水量炒熟米的淀粉颗粒存在明显的爆裂纹，38%含水量的炒熟米淀粉颗粒没有爆裂纹，但是淀粉颗粒平均整体变大。结果表明不同含水量优糖米焙炒后淀粉结构发生变化，淀粉在焙炒过程中会发生糊化，也会发生少量降解，结构差异明显。

2.5 优糖米熟粉不同食用方法抗性淀粉含量比较分析

优糖米抗性淀粉质量分数为13.1%,经过常规的蒸煮获得的优糖米饭抗性淀粉含量下降明显，约为9.2%。优糖米熟粉抗性淀粉含量是优糖米饭的2倍多，而且加工方法简单、口感香醇、食用方便，加入调味料或者与其他代餐混合后用沸水搅拌即可食用。但是，在调查食用优糖米熟粉的人群时发现，部分体验者喜欢把米粉倒入沸水煮沸几分钟，也有部分体验者喜欢加温水搅拌后微波炉加热。对比不同食用方法对抗性淀粉含量影响，发现优糖米熟粉用开水直接冲泡后抗性淀粉质量分数为16.38%，与优糖米熟粉相比，略有下降，但是经过沸水煮沸2 min或者微波加热2 min，2种食用方法处理的优糖米熟粉的抗性淀粉含量大大降低(表2)。结果表明在食用经过焙炒熟化的优糖米熟粉时应该避免煮沸或者微波加热，以减少进一步糊化对抗性淀粉含量的影响。

表2 优糖米熟粉不同食用方法抗性淀粉含量测定

2.6 焙炒对优糖米风味成分的影响

采用GC-MS对焙炒前及焙炒熟化的优糖米熟粉的风味物质进行提取、鉴定和分析，结果见表3。焙炒前和焙炒后熟化的优糖米熟粉中共鉴定出66种挥发性物质，优糖米焙炒前生米粉中共鉴定出31种，焙炒熟化的优糖米熟粉鉴定出41种。焙炒熟化的优糖米熟粉中吡嗪类和呋喃类物质大大增加，与优糖米焙炒前相比呋喃类质量分数由0.6%提高到6%，吡嗪类物质的质量分数由0提高到39.18%。吡嗪是美拉德反应的主要挥发性风味物质[18]，焙炒后增加的主要是2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2-乙基-3-甲基吡嗪、2-乙烯基-6-甲基-吡嗪3-乙基-2,5-甲基吡嗪、2-甲基-6-(1-丙烯基)-吡嗪。

表3 优糖米焙炒前后挥发性风味成分及其相对含量对比

续表3

2.7 微生物含量检测

以室温下存放1个月的优糖米熟粉为检测对象，按照GB 19640—2016对其微生物情况进行检测，分别检测熟米粉中的菌落总数，大肠菌群、霉菌和酵母计数、金黄色葡萄糖球菌、沙门氏菌、志贺氏菌以及β型溶血性链球菌，检测结果如表4所示，产品中菌落总数、大肠菌群、霉菌和酵母菌等常规食品污染程度指示菌含量极低。此外，其他的致病微生物均未检出，完全满足GB 29921—2013粮食制品中致病菌限量要求，说明常温贮藏30 d后优糖米熟粉其微生物数量极低，这主要是因为经高温焙炒对微生物具有很强杀灭效果，同时炒制后米粉中含水量少，故其水分活度低，能够有效抑制产品在贮藏过程中微生物生长与繁殖，说明经过高温长时间焙炒的优糖米熟粉，在室温下贮藏1个月后仍可安全食用。

表4 微生物检测结果

3 结论

通过控制优糖米生米含水量，采用传统工艺焙炒方法开发出口感风味更容易被消费者接受的高抗性淀粉含量加工产品优糖米熟粉，其抗性淀粉质量分数超过20%。由于不同食用方法对抗性淀粉含量也有影响，为了发挥优糖米熟粉对控制餐后血糖的最佳效果，优糖米熟粉应避免长时间煮沸或者微波炉加热等方法,用沸水直接冲泡食用效果最好。焙炒熟化后的优糖米熟粉风味物质种类显著增加，尤其是呋喃和吡嗪等杂环物质。优糖米熟粉可以直接用开水冲服，口感香醇，食用方便，克服了高抗性淀粉含量优糖米传统蒸煮口感硬的问题。代餐作为一种替代正餐的饮食干预方式，也正逐渐受到学者关注，本研究开发的优糖米熟粉也可以作为基本材料，与其他五谷配成低GI的代餐粉。