大米淀粉物化特性與糊化曲線的相關(guān)性研究

1、2006年12月第21卷第6期中國糧油學(xué)報Journal o f the Ch i n ese C erea ls and O ils A ssoc i a ti o nVo.l21,N o.6Dec.2006大米淀粉物化特性與糊化曲線的相關(guān)性研究程 科1 陳季旺2 許永亮1 趙思明1(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院1,武漢 430070(武漢工業(yè)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院2,武漢 430023摘 要 以不同品種的大米淀粉為原料,采用快速黏度分析儀(RVA研究不同品種大米淀粉的糊化曲線的差異,碘蘭值和酶解力等物化特性對糊化特性的影響。結(jié)果表明,不同品種大米淀粉的碘蘭值、酶解力存在差異,以秈米淀粉的碘蘭值

2、最大,其次是粳米淀粉和糯米淀粉。粳米淀粉和糯米淀粉酶解力相對較大。糊化溫度、最終黏度、最低黏度、回升值與碘蘭值均呈不同程度的正相關(guān)。峰值黏度、最低黏度、最終黏度、回升值、糊化溫度與酶解力呈不同程度的負相關(guān)。采用碘蘭值、酶解力的指數(shù)模型描述大米淀粉的糊化特性可達到很高的擬合精度。關(guān)鍵詞 大米淀粉 物化特性 糊化曲線大米是世界半數(shù)以上人口的主要糧食,也是我國的重要農(nóng)產(chǎn)品。近幾年來,我國稻谷年產(chǎn)量連續(xù)穩(wěn)定在1.82.0億噸,占全國糧食總產(chǎn)量的40%1。大米的主要成分為淀粉和蛋白質(zhì),其中淀粉含量約80%左右。碘蘭值和酶解力是研究淀粉物化特性的重要指標(biāo)2。按傳統(tǒng)的方法大致將大米分為秈米、粳米和糯米三種類

3、型。不同類型的大米淀粉的碘蘭值和酶解率存在較大的差異,大米淀粉的碘蘭值、酶解力與淀粉直鏈和支鏈的比例、分子量大小、顆粒的結(jié)構(gòu)等有著密切的關(guān)系。這些差異導(dǎo)致在糊化的升溫過程中直鏈淀粉溶出的難易程度不同,在冷卻過程中淀粉分子重新締合形成凝膠的能力不同,在糊化曲線上反映出不同的特性3-6。本研究以不同品種大米為原料,采用堿法得到了高純度大米淀粉,對不同來源的大米淀粉分別進行理化指標(biāo)的測試,比較它們在碘蘭值、酶解力上的差異,使用快速黏度分析儀(RVA測試不同類別的大米淀粉的糊化特性曲線即RVA圖譜,研究淀粉的碘蘭值、酶解力對糊化過程中的糊化溫度、峰值黏度、最低黏度、降落值、最終黏度、回升值的影響。為探

4、尋大米淀粉糊化、老化的機理,抑制和利用大米淀粉糊化、老化特性提供理論依據(jù)。收稿日期:2005-10-15作者簡介:程科,女,1980年出生,碩士,食品大分子功能及特性通訊作者:趙思明,女,1963年出生,教授,食品大分子功能及特性1 材料與方法1.1 實驗材料與化學(xué)試劑1.1.1 實驗材料原料品種、類型及生產(chǎn)廠家見表1。表1 實驗原料品種(類型生產(chǎn)廠家絲苗米(I R湖南金健米業(yè)股份有限公司余紅米(I R湖南金健米業(yè)股份有限公司金優(yōu)207(I R湖南金健米業(yè)股份有限公司培優(yōu)29(I R湖南金健米業(yè)股份有限公司東北粳米(J R沈陽隆迪糧食制品有限公司5優(yōu)-C(J R湖南金健米業(yè)股份有限公司小站米(

5、J R天津市國瑞谷物發(fā)展有限公司泰國糯米(GR武漢怡樂多貿(mào)易有限公司注:I R表示秈型,J R表示粳型,GR表示糯型。1.1.2 化學(xué)試劑碘化鉀:分析純,武漢市江北化學(xué)試劑廠生產(chǎn);碘:分析純,武漢市江北化學(xué)試劑廠生產(chǎn);3,5 二硝基水楊酸:分析純,中國醫(yī)藥化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn);淀粉酶:無錫酶制劑廠生產(chǎn);1.2 主要儀器與設(shè)備BS210S型分析天平:Sartori u s Instrum ents Ltd. Ger m any生產(chǎn);722S可見光分光光度計:上海精密儀器有限公司生產(chǎn);3D型快速黏度分析儀:澳大利亞Ne w port Sc i entfic Pty.Ltd生產(chǎn)。第21卷第6期程 科

6、等 大米淀粉物化特性與糊化曲線的相關(guān)性研究1.3 實驗方法1.3.1 大米淀粉的制備采用堿浸法提取大米淀粉7-8,粉碎過80目篩備用。1.3.2 碘蘭值的測定采用文獻9的方法。1.3.3 酶解力的測定用酶水解-DNS比色定糖法10。以吸光值表示酶解力的大小。1.3.4 RVA的測定按照國際谷物科學(xué)與技術(shù)協(xié)會(I CC Standard N o.162和美國谷物化學(xué)家協(xié)會的(AACC66-21方法采用S td1升溫程序進行測定11。1.4 數(shù)據(jù)處理采用SAS8.1相關(guān)性分析和回歸分析。每組數(shù)據(jù)均做3個平行取平均值分析計算。2 結(jié)果與分析2.1 大米淀粉的物化特性表2 不同品種大米淀粉的碘蘭值和酶

7、解力品種(類型碘蘭值酶解率余紅米(IR0.710.18金優(yōu)207(I R0.690.25培優(yōu)29(I R0.620.49絲苗米(IR0.610.685優(yōu)-C(J R0.520.54小站米(J R0.311.67東北粳米(J R0.341.74泰國糯米(GR0.051.44碘蘭值和酶解力是國際上常來表示大米淀粉物化特性的指標(biāo)。表2為不同品種大米淀粉的碘蘭值和酶解力大小。由表2可以看出余紅米、金優(yōu)207和培優(yōu)29、絲苗米四種秈米淀粉的碘蘭值(0.61 0.71要比5優(yōu)-C、東北粳米和小站米三種粳米淀粉(0.310.52以及糯米淀粉(0.05的高。可以說明秈米淀粉的直鏈淀粉含量要比粳米淀粉多,糯米淀

8、粉幾乎不含直鏈淀粉。小站米淀粉和東北粳米淀粉的酶解力較高,都在1.60以上,5優(yōu)-C米淀粉的酶解力低,僅為0.54。糯米淀粉的酶解力為1.44。四種秈米淀粉的酶解力都很低(0.180.68,最小的為余紅米淀粉,酶解力為0.18。淀粉酶很難與結(jié)晶態(tài)淀粉作用。通常直鏈淀粉是以緊密的雙螺旋結(jié)構(gòu)存在于淀粉顆粒中,而支鏈淀粉主要是其外鏈通過微晶束形成淀粉的骨架,晶體結(jié)構(gòu)較為松弛,易被水解。余紅等秈米淀粉直鏈含量高,晶體結(jié)構(gòu)緊密,故酶解力較低。而糯米淀粉、粳米淀粉中直鏈淀粉含量相對較低,易于酶解,酶解力較大。2.2 黏度曲線圖1 不同類型大米淀粉的RVA圖譜圖1為不同大米淀粉的RVA圖譜,表3為不同大米淀

9、粉糊化過程中糊化溫度、峰值黏度、最低黏度等特征值。由圖1和表3可知,大米淀粉的糊化溫度在6779 之間。糊化溫度因直鏈淀粉含量、結(jié)晶度和支鏈淀粉結(jié)構(gòu)等的不同而存在差異。一般來說,直鏈含量高、結(jié)晶度高、支鏈外鏈較長的淀粉晶體結(jié)構(gòu)緊密,晶體熔解所需熱量大,導(dǎo)致糊化溫度較高12。秈米淀粉的直鏈含量高,其糊化溫度均在74 以上,粳米直鏈淀粉含量相對較低,糊化溫度在6770 之間。盡管糯米的直鏈淀粉含量很少,但通常糯米淀粉的分子量較粳米和秈米的大很多13,且當(dāng)支鏈淀粉外鏈較長時,也可能形成較緊密的雙螺旋結(jié)構(gòu),導(dǎo)致糊化溫度較粳米淀粉高。當(dāng)溫度高于糊化溫度時晶體崩解,淀粉顆粒開始溶脹,黏度突然升高,并逐漸達

10、到峰值黏度。由圖5中國糧油學(xué)報2006年第6期表3 大米淀粉糊化過程中的特征值淀粉來源類型糊化溫度( 峰值黏度(cp最低黏度(cp降落值(cp最終黏度(cp回升值(cp余紅米I R78.462104.201546.20558.002900.001353.80絲苗米I R74.922566.331635.33931.003782.672147.33金優(yōu)207I R77.632492.331522.33970.003018.001495.67培優(yōu)29I R76.721574.331019.00555.331927.33908.33東北粳米J R68.601221.00619.00602.00112

11、9.00510.005優(yōu)-C J R69.752957.00920.672036.331994.001073.33小站米J R67.751313.00253.001060.00687.00434.00泰國糯米GR71.901765.00653.001112.00829.00176.00表4 相關(guān)性分析糊化溫度峰值黏度最低黏度降落值最終黏度回升值碘蘭值 0.65250.54440.7905-0.11640.86530.8847 0.0795*0.16300.0195*0.78380.0055*0.0035*酶解力 -0.7473 -0.7847 -0.8794 0.1044-0.8937 -0.

12、8644 0.0331*0.0211*0.0040*0.80570.0028*0.0056*為相關(guān)系數(shù), 為顯著性,*即 0.01,為極顯著相關(guān),*即0.01< <0.05,為顯著性相關(guān),*即0.05 <0.1為有影響1和表3可知,5優(yōu)-C淀粉的峰值黏度最大,東北粳米淀粉的峰值黏度最小。這可能是由于在升溫過程中5優(yōu)-C淀粉顆粒膨脹程度最大,東北粳米淀粉膨脹程度最小所致。在保溫期,吸水溶脹后的淀粉顆粒變軟,在高溫和機械剪切力的作用下破碎,使黏度下降14。降落值反映淀粉的熱糊穩(wěn)定性,由表3可知,東北粳米淀粉和四種秈米淀粉的降落值較小,表明其溶脹后的淀粉顆粒強度大,不易破裂,導(dǎo)致其

13、熱糊穩(wěn)定性好。其他兩種粳米(5優(yōu)-C、小站米淀粉及糯米淀粉降落值相對較大,熱糊穩(wěn)定性較差。回升值反映淀粉冷糊的穩(wěn)定性和老化趨勢。由表3可知,淀粉的回升值以糯米淀粉最小,其次為粳米(除5優(yōu)-C外淀粉,秈米淀粉的回升值最大。5優(yōu)-C 淀粉的回升值較培優(yōu)29淀粉大,這與它們的直鏈淀粉的聚合度和支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)有關(guān),直鏈淀粉聚合度高,支鏈淀粉外鏈長的淀粉易于老化15,冷糊穩(wěn)定性差。2.3 碘蘭值和酶解力對淀粉糊化特性的影響將不同品種大米淀粉的碘蘭值、酶解力與其糊化溫度、峰值黏度、降落值、最低黏度、最終黏度和回升值進行相關(guān)性分析。結(jié)果如表4所示。圖2、圖3分別顯示了碘蘭值、酶解力與最終黏度、最低黏度和回升

14、值的關(guān)系。從表4或圖2、圖3可以看出糊化溫度與碘蘭值呈正相關(guān),與酶解力呈顯著負相關(guān)。碘蘭值大、直鏈淀粉含量高、晶體結(jié)構(gòu)緊密的淀粉的糊化溫度較高。酶解力大、晶體結(jié)構(gòu)松散的淀粉的糊化溫度較低。峰值黏度與碘蘭值無相關(guān)性,與酶解力呈顯著負相關(guān)。酶解力大、晶體結(jié)構(gòu)松散的淀粉在糊化過程中,顆粒膨脹程度較小,峰值黏度小。最低黏度與碘蘭值呈顯著正相關(guān), 與酶解力呈極顯著圖2 碘蘭值與部分糊化特征值之間的關(guān)系6第21卷第6期程 科等 大米淀粉物化特性與糊化曲線的相關(guān)性研究表5 碘蘭值和酶解力與糊化過程中特征值的回歸性分析項目糊化溫度峰值黏度最低黏度降落值最終黏度回升值a78.242643270.71153.25

15、25.2257.4 b1002.4854-0.34792.5499 2.5976 b2-0.0746-0.34150000顯著性(F/ 3625.25/0.00066.68/0.00063.46/0.00014.49/0.00548.24/0.00028.23/0.001 表示顯著性,即 0.01為極顯著相關(guān)的負相關(guān)。碘蘭值大、直鏈淀粉含量高的淀粉糊化時直鏈淀粉會大量溶出,導(dǎo)致淀粉糊的凝膠強度大,最低黏度較大。酶解力大、晶體松弛的淀粉,顆粒易破碎,導(dǎo)致最低黏度小。降落值與碘蘭值和酶解力均無相關(guān)性。最終黏度和回升值與碘蘭值呈極顯著正相關(guān),與酶解力呈極顯著的負相關(guān)。碘蘭值大、直鏈淀粉含量高的淀粉糊

16、在冷卻過程中直鏈淀粉之間容易發(fā)生重排,凝膠強度大,使最終黏度和回升值大,冷糊穩(wěn)定性差。酶解力大,顆粒松,在低溫下,凝膠結(jié)構(gòu)不致密,強度小,使最終黏度和回升值小,冷糊穩(wěn)定性好。2.4 回歸分析采用指數(shù)模型描述糊化過程中的特征值糊化溫度、峰值黏度、最低黏度、降落值、最終黏度、回升值與碘蘭值、酶解力的關(guān)系:y=ae b1BV+b2M J(1式中,y表示糊化溫度、峰值黏度、最低黏度等糊化特征值,BV表示碘蘭值、M J表示酶解力。a、b1、b2為系數(shù),b1、b2分別反映了B V、M J對y的影響程度。經(jīng)回歸分析公式(1中的a、b1、b2值見表5。由表5可知,采用B V、M J的指數(shù)模型描述大米淀粉的糊化

17、特性可達到很高的擬合精度。當(dāng)b1=0時,糊化溫度、峰值黏度的指數(shù)模型的顯著性最好,當(dāng)b2=0時,最低黏度、降落值、最終黏度、回升值的 指數(shù)模型的顯著性最好。圖3 酶解力與部分糊化特征值的關(guān)系3 結(jié)論不同類型大米淀粉的碘蘭值、酶解力存在差異,以秈米淀粉的碘蘭值最大,其次是粳米淀粉和糯米淀粉;粳米淀粉和糯米淀粉酶解力相對較大。糊化溫度、最低黏度、最終黏度、回升值與碘蘭值均呈不同程度的正相關(guān)。糊化溫度、峰值黏度、最低黏度、最終黏度、回升值與酶解力呈不同程度的負相關(guān)。采用碘蘭值的指數(shù)模型描述大米淀粉的糊化溫度、峰值黏度,酶解力的指數(shù)模型描述大米淀粉的最低黏度、降落值、最終黏度、回升值可達到很高的擬合精

18、度。參 考 文 獻1 張暉.稻米資源綜合利用和深加工新進展.糧食科技與7中國糧油學(xué)報2006年第6期經(jīng)濟,2004,(2:38-402 H an j un T ang.Physicoche m i ca lP roperties and Struc t ure o fLa rge,M ed i u m and S m a ll G ranule Starches i n F rac tions o f N o r m al Barley Endo spe r m.Carbohydrate R esearch2001,(330:241-2483 隋炯明,李欣,嚴松.稻米淀粉RVA譜特征與品質(zhì)性狀

19、相關(guān)性研究.中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2005,38(4:657-663 4 Ji h-j ou Chen,V i v ian M. F.La,i Cheng-y i L i.i E ffec tso f Compositi onal and G ranular P roperti es t he P asting V i scosity o f R ice Starch B lends.Starch/S tarke2003,(55:203-2125 丁文平,王月慧,丁霄霖.大米淀粉理化指標(biāo)對其回生特性的影晌.鄭州工程學(xué)院學(xué)報,2003,24(1:39-426 范進填.淀粉糊化動力學(xué).食品機械,1991,

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22、陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2005,36(1:107-109The Relati onsh i p bet w een Physi coche m ical Property andPasti n g Curve of R i ce StarchCheng K e1 Chen Ji w ang2 Xu Y ong li ang1 Zhao Si m i ng1 (Co llege o f Food Sc ience and Technology,H uazhong AgriculturalUn i v ersity1,W uhan 430070(Co llege of Food Science and

23、Techno logy,W uhan Polytechnic U niversity2,W uhan 430023Abst ract Starch pasti n g curves of ei g ht different rice cu lti v ars w ere st u died by Rap i d V isco-Ana l y zer (RVA,and the relati o nships of the pasti n g property w ith blue val u e and enzym e hydrolyze sensi b ility of different rice starches w ere ana l y zed.The fo llo w ing are t h e resu lts:The b l u e va l u e of l o ng gra i n rice starch i s h i g her than that of s