不同品种糯米的粉质特性分析及对其冰点温度的影响

李 真，梁静静，安 阳，黄忠民，艾志录,

（1.河南农业大学食品科学技术学院，河南郑州 450002；2.农业农村部大宗粮食加工重点实验室，河南郑州 450002）

目前，城市化步伐的加快和人们消费习惯的改变，增加了消费者对方便食品的需求。汤圆是人们喜爱的传统糯米制品[1]，虽已被消费者广泛接受，但速冻汤圆加工过程中仍存在诸多问题，例如：汤圆速冻后易出现塌陷、扁平、偏馅、漏馅、形状不规则、色泽灰暗、无光泽等，经过一段时间的冻藏后，还易出现不同程度的龟裂甚至开裂现象[2−4]。更需要注意的是，速冻食品冻结温度低、冻结时间长、贮藏温度较低，导致速冻食品生产和贮藏总体能耗较高。因此，有必要寻求一种既能保持速冻汤圆的优良品质又能节能降耗的新工艺来加工汤圆等面米制品。本团队前期研究结果表明（未发表），与速冻汤圆相比，冰点冷冻汤圆的整体品质与其差异不大，且由于冰点冷冻和冻结比传统汤圆冻结和贮藏温度均高很多，所以与传统速冻汤圆相比，冰点温度冻结的加工与贮藏过程中能耗降低，符合我国节能减排的政策措施要求，具有开发成为短保且节能减排的新型冻结食品的巨大潜力。

糯米粉是制作汤圆的主要原料之一。目前对于糯米粉的研究主要集中在糯米粉改良添加剂的研制[5−6]、复合糯米粉的调制等方面[7−8]，以及不同品种糯米粉特性与速冻汤圆品质之间的关系等[9]，而目前对于糯米粉冰点温度及其与理化指标相关性的研究还未见报道。

因此，本文从不同糯米粉原料特性出发，以25种糯米粉为试验材料，对它们的基本成分、理化指标、热特性、冰点温度等进行测定，并与冰点温度进行相关性分析和主成分分析，确定影响糯米粉冰点温度的关键指标，为后期冰点温度冻结和贮藏技术在汤圆中的应用及实际生产中冰点温度冻结汤圆原料的选择提供理论依据，也为传统冷冻食品寻找既能保持产品品质又可达到节能降耗效果的新技术奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

糯优2 号、优糯6211、绍糯9714、血糯、嘉糯1 优6 号、皖垦糯、武育糯16 号、苏御糯、丹旱稻53、连糯1 号、南粳46 由河南农业大学农学院赵全志老师提供；东北粳糯、江西籼糯、安徽粳糯、信阳籼糯、浙江籼糯、2014 越南籼糯、吉林粳糯、湖南水磨籼糯米粉、泰国水磨糯米粉、河北粳糯水磨粉、半干法黑糯米纯粉、黑糯米纯粉、半干法辊磨粳糯米、预糊化糯米粉 由河南黄国粮业股份有限公司提供；硼酸、硫酸、乙醚、硫代硫酸钠、氢氧化钠、硫酸钾 均为化学纯，国药集团化学试剂有限公司；碘化钾 化学纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；乙醇 化学纯，天津市富宇精细化工有限公司；盐酸 优级纯，洛阳昊华化学试剂有限公司；硫酸铜 化学纯，天津市凯通化学试剂有限公司。

SZF-06A 脂肪测定仪 乐清市精诚仪器仪表有限公司；KJELTEC 2300 全自动凯氏定氮仪 丹麦福斯公司；Y410020 破损淀粉测定仪 北京天翔飞域科技有限公司；RVA4500 快速黏度分析仪 瑞典波通仪器公司；DSC 214 Polyma 差示扫描量热仪 德国耐驰公司；Rise-2008 激光粒度分析仪 济南润之科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 水磨糯米粉的制备 将水稻脱壳后清水洗涤，浸泡1 h，粉碎，胶体磨二次研磨制浆，4800 r/min 离心10 min，弃去上清液，沉淀物45 ℃干燥24 h，研磨后过100 目筛备用。

1.2.2 基本成分 糯米粉中水分、灰分、蛋白质、脂肪、淀粉等指标分别采用国标方法GB 5009.3-2016、GB 5009.4-2016、GB 5009.5-2016、GB 5009.6-2016、GB 5009.9-2016 进行测定。

1.2.3 破损淀粉含量 使用损伤淀粉测定仪对糯米粉破损淀粉含量进行测定。在样品杯内加入3.0 g硼酸、3.0 g 碘化钾、120 g 蒸馏水，摇晃均匀，再加入1 滴0.1 mol/L 的硫代硫酸钠溶液，摇匀，将反应杯放进仪器卡槽内。称取1 g 样品放入样品池中，开始测定，破损淀粉含量用碘吸收率（%）表示。

1.2.4 理化性质的测定

1.2.4.1 粒径 使用Rise-2008 激光粒度分析仪对糯米粉粒径大小与分布进行检测。测验范围：0.01～3000 μm，使用仪器自带分析软件对数据进行分析。仪器会自动记录待测样品D50、Dav 等数据[10]。

1.2.4.2 溶解度与吸水率 称取1 g（干基）糯米粉样品于已知质量P1的离心管中，加水定容至50 mL，25 ℃水浴锅振荡30 min，4800 r/min 离心15 min，上清液倒入已恒重的铝盒内，105 ℃烘干至恒重，得到溶解的粉的质量A。称取此时离心管质量P2，根据公式确定糯米粉的溶解度和吸水率[11]。

式中：S 表示溶解度，%；B 表示吸水率，%；A 表示滤液烘干恒重后的质量，g；W 表示样品干基质量，g。

1.2.4.3 胶稠度 胶稠度按照 GB/T 22294 -2008 进行测定。

1.2.4.4 膨胀能力 精确称量0.25 g 糯米粉样品（干基）于烧杯内，倒入25 mL 蒸馏水并不停搅拌，95 ℃水浴锅中加热30 min 后将淀粉溶液迅速倒入25 mL量筒中，室温下放置24 h，读出糯米粉粒在量筒中沉降的体积[12]，每克糯米粉的沉降颗粒所占的体积即为膨胀能力，即：

式中：E 表示膨胀能力，mL/g；v 表示沉降颗粒所占的体积，mL；m 表示样品质量，g。

1.2.5 糊化特性 使用快速粘度分析仪进行糯米粉糊化特性测定[13]，准确称取（2.50±0.01）g 糯米粉样品和（25.0±0.2）mL 蒸馏水于特制铝盒内，充分搅拌后，置于RVA 样品槽内，开始测试。测试程序如下：初始搅拌速率1000 r/min，时间5 s，使溶液充分搅拌均匀，起始温度50 ℃，以12 ℃/min 由50 ℃上升至95 ℃，并恒温5 min，以同样的速率由95 ℃下降至50 ℃，全过程总计13 min，测试结束。

1.2.6 冰点温度 采用差示扫描量热仪法测定糯米粉冰点温度，参考钟志友等[14]的方法稍有改进。称取一定量的糯米粉于10 mL 离心管中，按照粉体：水=1:3 的体积向离心管中加入蒸馏水，使用涡旋振荡器振荡15 s 使溶液混匀，使用移液枪精确吸取10 mg糯米粉溶液于特制的铝制坩埚中，用专用的压盖器将坩埚压盖紧，置于差示扫描量热仪炉体内，同时放入空白坩埚作为对照，温度程序设置：以5.0 ℃/min速率降温至−30.0 ℃；保持温度5.0 min；以5.0 ℃/min的速率升温至25 ℃，紧急复位温度为30 ℃，停止记录数据，取升温曲线峰值相变起始温度（即将结晶刚刚开始熔化的温度）定为冰点温度。

1.2.7 热力学特性 样品制备与1.2.6 相同。空白坩埚作为对照，设置扫描温度为25～135 ℃，升温速率为10 ℃/min，根据DSC 特性曲线分析峰的特征，进行热焓值（ΔH）测定[15−16]。

1.3 数据分析

2 结果与分析

2.1 不同糯米粉基本成分分析

如表1 所示，整体来看，经过机器脱壳研磨过的糯米粉灰分含量集中在0.16%～1.22%，蛋白质含量分布在5.38%～9.15%之间，淀粉含量主要在83.31%～91.65%之间，脂肪含量为0.59%～3.18%。蛋白质含量最高可达9.15%（皖垦糯、丹旱稻53）；脂肪含量相对较低，大部分集中在1%左右，除血糯、半干法黑糯米纯粉、黑糯米纯粉以外其余糯米粉品种脂肪含量均不超过2%，灰分含量所占比例最低，基本不超过1%。由表1 可知，25 种糯米粉的破损淀粉含量分布在3.52%～6.51%区间。糯优2 号、绍糯9714、连糯1 号、预糊化糯米粉这4 种糯米粉的破损淀粉含量较低，均不到4%，由这几种粉揉制而成的粉团加工特性会更好。而武育糯16 号、苏御糯、信阳籼糯、湖南水磨籼糯米粉、泰国水磨糯米粉、河北粳糯水磨粉的破损淀粉含量较高，超出6%。Lin 等[17]通过分析破损淀粉对糯米粉性能和汤圆品质的影响发现，随着破损淀粉含量的增高，糯米粉制得的汤圆切面结构变得松散，水分流动性增强。因此，在糯米粉加工过程中，应当对糯米加工方法、研磨强度、温度、含水量等工艺参数进行优选，保护淀粉颗粒的完整性，降低破损淀粉含量，最终获得品质优质的糯米粉。

表1 不同糯米粉基本成分分析Table 1 Analysis of the basic components of different glutinous rice flour

2.2 不同糯米粉理化性质分析

（D90-D10）/D50代表了糯米粉粒径的分布宽窄度，数值越小，说明糯米粉的颗粒体积较集中。由表2可知，湖南水磨籼糯米粉、2014 越南籼糯、半干法辊磨粳糯米的粒径分布较窄，颗粒体积大小较集中，安徽粳糯、东北粳糯、苏御糯的颗粒体积大小分布相对较散。本试验范围内选用的糯米粉平均粒径数值主要分为两大类，一类糯米粉的平均粒径较小，主要集中在6.59～23.53 μm 之间，另一类糯米粉平均粒径较大，主要分布在38.61～88.05 μm 之间。血糯的平均粒径最小为6.59 μm，而预糊化糯米粉平均粒径最大为88.05 μm，制备工艺不同导致了不同品种糯米粉的平均粒径不同。

由表2 可知，糯米粉的胶稠度分布较分散，河北粳糯水磨粉胶稠度达到170.00 mm，优糯6211的胶稠度达162.20 mm，而南粳46、苏御糯、半干法辊磨粳糯米的胶稠度较低，仅有72.90、85.00、89.40 mm；不同品种糯米粉的膨胀能力数值相差较大，糯优2 号、优糯6211、丹旱稻53 的膨胀度分别为4.30、3.90、4.90 mL·g−1，而血糯、皖垦糯、武育糯16 号、连糯1 号、安徽粳糯的膨胀度较大，均达到30.00 mL·g−1以上。不同糯米粉溶解度差异较大，预糊化糯米粉、黑糯米纯粉达到2%以上，而武育糯16 号、连糯1 号溶解度在0.25%左右。吸水率方面只有预糊化糯米粉较大，达到6%以上，其余品种糯米粉吸水率较集中在2%左右。主要可能是和预糊化糯米粉水分含量最低有关（仅7.80%），宋莹莹[18]通过相关性分析表明，糯米粉的吸水率与初始水分含量呈负相关。

表2 糯米粉的理化性质Table 2 The physicochemical properties of glutinous rice flour

2.3 糊化特性

由表3 可知，泰国水磨糯米粉具有最大的峰值粘度为4019 mP·s，而丹旱稻53 与黑糯米纯粉峰值粘度最低分别为576.5 与573 mP·s，可能与泰国水磨糯米粉具有较大膨胀程度（其膨胀能力为28.40 mL·g−1），而丹旱稻53 与黑糯米纯粉膨胀度较小有关，它们的膨胀能力分别为4.90 和9.70 mL·g−1，但此两种糯米粉衰减值最小，分别为313.00、398.00 mP·s，说明其在热膨胀的过程中可以承受较大压力，不易破裂，具有更高强度，热糊稳定性好[19]，而预糊化糯米粉稳定性最差。半干法黑糯米纯粉的回生值最大，达到了1176.00 mP·s，其次是苏御糯回生值为463.50 mP·s，说明两种粉稳定性最好，不易老化，而黑糯米纯粉回生值只有76.5 mP·s，说明其最容易老化，稳定性差。

表3 糯米粉糊化特性分析Table 3 The pasting characteristics of the glutinous rice flour

2.4 糯米粉冰点温度与热特性分析

由图1、表4 可知，不同品种糯米粉的冰点温度范围在−1.35～−2.65 ℃之间，由于糯米粉品种不同，淀粉颗粒大小、形成的空间网状结构不同，内部水分结晶的快慢亦不同，所以冰点温度有细微差别。预糊化糯米粉的冰点温度最低（−2.65 ℃），其次是优糯6211和黑糯米纯粉的冰点温度，均在−2.55 ℃。不同品种糯米粉的糊化起始温度大多集中于60.00～70.00 ℃之间，优糯6211 和信阳籼糯起始糊化温度最高分别为74.60 和74.55 ℃。峰值温度则集中在65.00～80.00 ℃ 之间，半干法辊磨粳糯米峰值温度最高为81.25 ℃。糊化焓ΔH 大部分集中在1.00～3.00 J/g 之间，最低的泰国水磨糯米粉只有0.78 J/g，糊化焓值最大的糯米粉为糯优2 号，达到3.35 J/g。糯米粉中含有大量淀粉，而淀粉类食品的烹饪加工基本都是在高温条件下进行，测定糯米粉热特性尤其是对峰值温度、焓值的测定，有助于为食品的品质提升提供依据[20−21]。有研究[22−23]指出淀粉颗粒结构、淀粉-淀粉间的结构会影响到起始温度、峰值温度及终点温度，而直链淀粉含量则会影响糊化焓变[24]。

图1 部分糯米粉冰点测定DSC 曲线Fig.1 Freezing point of part of glutinous rice flour DSC curve

表4 糯米粉的冰点与热特性测定Table 4 The freezing point and thermal properties of glutinous rice flour

2.5 冰点温度与指标的相关性分析

由表5 可知，脂肪含量与冰点温度呈显著负相关（r=−0.30，P<0.05），即脂肪含量越高，冰点温度越低。这可能是由于脂肪中含有磷酸基团，可以与淀粉中的酯类物质相结合形成磷酸基复合物，而这些复合物可以促进淀粉颗粒吸水溶胀，使得细胞内水分较多，冻结结晶速度较慢，冰点也就越低[25]。也可能是由于脂肪与直链淀粉相结合形成聚合物，使得颗粒周围半固形区加速水解，水分可以更快进入淀粉颗粒内部，使得淀粉颗粒间自由水含量降低，从而导致结冰困难，从而冰点较低[26−27]。

表5 糯米粉冰点温度与理化性质的相关性分析Table 5 Correlation analysis between the freezing point and physicochemical properties of glutinous rice flour

吸水率、溶解度与冰点温度呈极显著负相关（r=−0.41、r=−0.50，P<0.01），即吸水率、溶解度越大，冰点温度越低。吸水率与溶解度大的糯米粉品种，其内部淀粉分子结晶区域的氢键通常较弱，晶体结构易被破坏，外部游离水进入分子，吸水率变大，溶解度高，进入分子内部的水分越多，分子间自由水就越少，结冰也就越困难，从而导致冰点温度降低[16]。有研究[28−29]指出胶稠度与直链淀粉数量有关，且呈极显著负相关，当胶稠度越大时，直链淀粉数量较少。而由表5 得知，胶稠度与冰点温度呈极显著负相关（r=−0.44，P<0.01），即糯米粉胶稠度越大，冰点温度越低，这可能是由于糯米粉中的直链淀粉数量较少，支链淀粉含量较多，所形成的空间网状结构较疏松，水分流动受到的阻力较小流动较快，冻结成冰晶的速度较久，冰点温度较低。糯米粉平均粒径与冰点温度呈极显著负相关（r=−0.31，P<0.01），即糯米粉颗粒粒径越大，则冰点温度越低。曹松等[30]研究表明由于磨粉过程中粒度较大的淀粉颗粒比粒度小的淀粉颗粒有更好的保水性。而保水性强，抗冻性也是相对来说比较好，因此糯米粉颗粒粒径越大时使冻结较为困难，冰点温度降低。

由表5 可知，冰点温度与峰值温度、起始温度、终止温度均呈极显著负相关（r=−0.50、r=−0.52、r=−0.51，P<0.01），峰值温度、起始温度、终止温度越高，冰点温度越低。余世锋等[31]研究表明，糯米粉的热特性温度与淀粉颗粒的网状结构、聚合度，以及淀粉分子结构有关，淀粉颗粒之间空隙越小，网状结构越紧密，聚合度越大，则糊化需要的热量越高，峰值温度、起始温度及终止温度就越高。而淀粉颗粒间的空隙小、结构紧密，大分子物质以空间网状结构存在，游离水较少，不易流动水较多，冰晶形成会受到阻碍，冰点温度就会降低[32−33]。

2.6 影响糯米粉冰点温度的指标主成分分析

对不同品种糯米粉的基本成分、理化指标、热特性数据进行主成分分析，结果如表6。

表6 影响糯米粉冰点温度的指标主成分分析Table 6 Principal component analysis of indicators that affect the freezing point of glutinous rice flour

由表6 可知，6 个主成分的累计方差贡献率达到了81.99%，即涵盖了大部分信息，表明前6 个主成分能够代表所有原始指标来分析影响糯米粉冰点温度的因素。

表7 为原始载荷矩阵经正交旋转法得到的数据结果。在因子1 上载荷较大的为糯米粉平均粒径Dav 数据，其对冰点温度影响较大，主要反映的是糯米粉粒度对冰点温度的影响；因子2 上载荷较大的有峰值温度、起始温度、终止温度，主要反映的是糯米粉热特性对冰点温度的影响；因子3 上载荷较大的是谷值粘度与最终粘度，主要反映的是糯米粉糊化特性对冰点温度的影响；因子4 上载荷较大的是膨胀能力、衰减值；因子5 上载荷较大的是脂肪含量、溶解度；因子6 上载荷较大的是蛋白质含量。对各指标的总贡献率进行分析，得到影响糯米粉冰点温度的主要因素为糯米粉的平均粒径Dav、峰值温度、起始温度、终止温度、最终粘度、膨胀能力、粗脂肪含量、溶解度。

表7 影响冰点温度的指标正交旋转因子载荷Table 7 The orthogonal rotation factor load of the index that affects the freezing temperature

3 结论

不同糯米粉冰点温度分布在−1.35～−2.65 ℃之间，主要集中在−1.5～−2.5 ℃范围内，并在不同理化指标的测定结果基础上，基于相关性分析和主成分分析分析，影响糯米粉冰点温度的关键因素主要为糯米粉的糯米粉平均粒径、糯米粉的热特性（峰值温度、起始温度、终止温度）、最终粘度、粗脂肪含量和溶解度，而这些指标均与糯米粉团的冰点温度呈负相关。因此，实际应用冰点温度冻结和贮藏技术时，若想降低糯米粉团的冰点温度，可考虑减小糯米粉的平均粒径，增加糯米粉里的脂肪含量及其溶解度，亦可通过提高糯米粉的峰值温度、起始温度和终止温度来实现。若要提高其冰点温度，则相反。实验范围内，优糯6211、黑糯米纯粉、预糊化糯米粉较为适合制作冰点冷冻汤圆。