（农产品加工及贮藏工程专业论文）米粉中淀粉凝胶的研究.pdf

湖南农业大学硕士学位论文摘要 摘要 米粉主要是以早籼米为原料，经过浸泡、粉碎或磨浆、糊化、挤丝或切条等一系列工序生 产而成。米粉制作的过程主要是大米淀粉凝胶化的过程，凝胶品质的优劣直接影响米粉的品质。 本试验试图通过对原料标准及其影响因素的研究来找到米粉凝胶的最佳条件，从而生产出高品 质的米粉。 首先，对米粉原料进行分析，发现大米的凝胶特性与淀粉的直链淀粉含量、糊化粘度有相 关性。直链淀粉含量2 7 3 2 ：最高粘度为1 8 0 2 5 0 ( r v l 1 ) ：保持粘度为1 5 0 2 0 0 ( r v u ) ：最 终粘度为3 0 0 3 s 0 ( r v u ) 最适合制作米粉。 其次，对新米和陈米进行对比研究，结果表明陈谷加工米粉的品质要比新米加工的米粉好。 新米在加工过程中表面凝胶粘，米粉软，而一定陈化程度的大米加工的米粉其凝胶更有韧性， 延伸性且不易粘手。 再者，通过对米粉：j - v 工艺的研究，确定粉坯含水量控制在5 5 ，凝胶时问3 0 m i n ，凝胶 温度2 0 时加工而成的米粉凝胶品质的最佳方案。 第四，通过正交试验得出变性淀粉，f p 0 3 6 0 的添加量为2 o ，保湿凝胶时间3 0 m i n ， 米粉含水量5 5 ，所得的产品品质优良。 最后，通过对自然发酵和浸泡过程中大米化学成分变化的检测，发现微生物发酵显著地改 变了大米粉各化学成分的含量。自然发酵能够显著地降低大米中的蛋白、脂肪和灰分的含量， 从而使与之结合的淀粉释放出来而改变了大米的性质。最佳发酵时间8 1 2 h ，最佳发酵温度 4 2 4 4 。 关键词：米粉：淀粉；凝胶；变性淀粉；发酵 湖南农业大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t r i c en o o d l ei sm a i n l ym a d ef r o me a r l yn o n g l u t i n o u sr i c e ，i t sp r o c e s s i n gi n c l u d e ss t e e p i n g ， m i l l i n g ，s t e a m i n ga n ds h a p i n ge t c ，a n dr i c es t a r c hw i l lb eg e l a t i n i n gd u r i n gt h i sp r o c e s s s ot h e c o n d i t i o no ff l e es t a r c hg e l a t i nc a ni n f l u e n c et h eq u a l i t yo fi n s t a n t 矗e s hr i c en o o d l eg r e a t l y i nt h i s t e s t , s o m ef e a s i b l em e t h o d sw i l lb ep r o v i d e dt oi m p r o v et h eq u a l 姆o fi n s t a n tf r e s hr i c en o o d l ef r o m s t u d y i n gt h el a wm a t e r i a la n do t h e l f a c t o r s f i r s t l y , t ol a wm a t e r i a l s t a n c l a 】r d , t h e r ew a sar e l a t i v i t yt ot h ev a l u eo fa m y l a s e ，a n d v i s c o s i t y t h e s u i t a b l es t a n d a r dw a s ：c o n t e n to fa m y l o s e 2 7 3 2 ，t h em a x i m u m v i s c o s i t y 18 0 - - 2 5 0 ( r v u ) ，t h ec o n t i n u ev i s c o s i t y1 5 0 2 0 0 ( r v u ) ，t h ef i n a lv i s c o s i t y3 0 0 3 5 0 ( r v l 0 s e c o n d l y ，t h eq u a l i t yo f r i c en o o d l ew h i c hm a d ef r o ms t o r e dp a d d yw f l sb e t t e rt h a nt h a tf i o m t h ef r e s h d u r i n gt h ep r o c e s s , t h e $ u r f a e eo fr i c en o o d l ew h i c hf r o mf r e s hr i c ew a s s t i c k ya n ds o f t , w h i l et h a tf r o mt h es t o r e dr i c ew o bf l e x i l ea n dl o wv i s c o s i t y t h i r d l y , t h e b e s tp r o j e c to f r i c en o o d l eg e l a t i ni sw a t e a c o n t e n t5 5 t i m e3 0 m i na n d2 0 f o u r t h l y , ap r e d i c tq u a l i t yr i c en o o d l ec o u l db ep r o d u c e dt h r o u g ht h eo r t h o g o n a ld e s i g n m e t h o d o l o g y , t h ea p p r o p r i a t ep a r a m e t e r sw e 阳t h ep e r c e n to fm o d i f i e ds t a r c hh p - c f p 0 3 6 02 o t h e t i m e o f k e e p i n gh u m i d i t yg e l a t i n3 0 m i n , a n d t h ec o n t e n to f w a t e r5 5 f i n a l l y ，t h ec h a n g eo f r i c ec o m p o n e n td u r i n g x e n o g e n e t i cf e r m e n ta n ds o a k a g ew a s e x a m i n e dt h a tm i c r o b ef e r m e n tc o u l dc h a n g et h ec h e m i c a lc o n s t i t u e n t sr e m a r k a b l y a tt h es a m et i m e ， t h ec o n t e n to f p r o t e i n , f a ta n da s hc o u l dr e d u c eg r e a t l yi nx e n o g e n e t i cf e r m e n ta n dt h eq u a l i t yo f f i c e w a sa l s oc h a n g e d a i li na l l4 2 4 4 。8 1 2 hw a st h eb e s tf e r m e n tc o n d i t i o n k e yw o r d s ：d e en o o d l e ；s t a r c h ，g e l a t i mm o d i f i e ds t a r c h ；f e r m e n t a t i o n 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得湖南农业大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：一= 蹄云瓯时间：7 年臼矿日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解湖南农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意湖南农业大学可以用不同方式 在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：垄车主观 时问：。，夕年彳月2 日 导师签名：豁茏主一 时同： 沙- 7 年6 月日 湖南农业大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 l 米粉的发展现状 我国幅员辽阔，各地饮食习惯不同，北方人偏爱面食，南方人喜好米食。我国南方诸省， 尤其使广东、广西、湖南、湖北、云南、贵州、江西等省，人们习惯并喜欢吃米粉。南方早餐 以米粉作为主食，像桂林、昆明等地一日三餐喜食米粉。据调查，仅湖南与广东两省，每个省 米粉的市场需求量均在5 0 0 吨天以上，全年约1 5 - 3 0 万吨。仅南方几省，年需求量就在1 0 0 万吨左右。我国大陆地区每年用于米粉加工的大米约1 0 0 万吨，占食品加工用米总量的三分之 一左右。 面食类面条、方便面已畅销全国，仅方便面2 0 0 6 年销量超过5 0 0 亿包，占世界总销量的 三分之一。但油炸方便面在口感、营养等方面不尽如人意，而且产品经高温油炸不但含油量高 但o 煳，而且高温油炸不可避免会产生一些有害或间接有害物质，另外高含油食品易哈败变质。 针对传统方便面在满足不同消费者需要时暴露出来的缺点，近年来随着食品加工技术的发展， 日本、韩国相继研制成功可以保存三个月以上的速食煮面，速食煮面属高水分食品，具有新鲜、 非油炸、食味好，食法多，可保存的特点，其油脂含量低，未经油炸，不会因油炸而产生一些 对人体健康不利的物质，开袋即可食用。目前我国北京等地已开始批量生产。与工业化生产比 较成熟的面条、方便面相比，我国南方人喜爱的米粉、米粉的工业化生产就慢了许多。方便米 粉主要是相对方便面而言，以含淀粉为主要原料如大米制作的一类方便食品，是继方便面大量 占有市场后，近年来新型拓展的方便食品。由于方便面在油炸过程中不可避免地会产生含毒性 的多环芳烃类物质的缺陷。而米粉是广大南方地区最喜欢吃的食物之一，因此开发方便米粉类 食品就形成研究和开发的热潮【l j 。 由于面粉中含有面筋，所以加工成的方便面具有很好的筋力。而大米中不含面筋，加工而 成的米粉的主要成分是淀粉，因此米粉所表现的性质也就是淀粉的性质。淀粉经过糊化后，能 形成具有一定弹性和强度的半透明凝胶。凝胶是胶体质点或高聚物分子互相联结，搭起架子所 形成的多维网状结构，它是胶体的一种特殊存在形式，其性质介于固体与液体之间。凝胶的粘 弹性、强度等特性对凝胶体的加工、成型性能以及米粉的口感、速食性能等都有较大影响。了 解凝胶现象的机理，考察各种因素对淀粉凝胶的影响，在米粉品质改良方面具有重要意义 2 1 。 2 大米淀粉的形态和结构 大米的主要成分是淀粉，因此，大米淀粉的性质直接影响大米及其加工制品的性质。影响 大米淀粉性质的因素有两个，即淀粉分子结构和淀粉分子间的相互作用。淀粉是人类主要的能 量来源。虽然淀粉仅有葡萄糖构成，似乎十分简单，然而至今人们对淀粉的基本结构尚未弄清 唧。淀粉的结构复杂，人类现有的研究手段还难于从根本上了解淀粉的分子结构、分子问关系 和淀粉粒结构及解释淀粉的功能特性。 2 i 大米淀粉的结构 淀粉粒是淀粉的储藏形态，单个的大米淀粉粒为多角形，直径3 , - - g t t m ，是天然淀粉粒中 湖南农业大学硕士学位论文第一章绪论 粒度最小的。大米淀粉一般由2 0 - 4 5 0 个单个淀粉粒聚合而成复合淀粉粒，其形态有多种，直径 7 - 3 9 9 m 。一般认为，淀粉粒是具有非结晶区，部分结晶区和结晶区的聚合物1 4 j 。 淀粉粒是由许多排列成放射状的微晶柬构成的，微晶束由长短不同的直链淀粉和支链淀粉 分子相互采取平行位置以氢键彼此结合而成，晶柬的大小以及密度也不一样，支链和直链淀粉 分子参加微晶束的构造并不是整个分子全部都参加一个微晶束里，而是一个淀粉分子以其长链 的各部分、或支链淀粉的各个分支参加多个微晶束的组成之中，分子上也有些部分并未参与微 晶束的组成，这一部分也就无定形状态，淀粉粒的外膜是由一种聚合度很大的支链淀粉分子( 占 9 0 左右) 与直链淀粉( 占1 0 左右) 联合组成。淀粉与其他多糖的最大区别在于其具有淀粉 粒结构。 2 2 大米淀粉的组成 大米淀粉粒由直链淀粉和支链淀粉组成，二者的基本成分都是葡萄糖。直链淀粉由a - d 葡萄糖以洳l ，4 糖苷键联结而成，分子量约为1 0 x l o l 2 5 1 0 5 。最新的研究发现直链淀粉也 有少量分支。支链淀粉由a - d 葡萄糖以小l ，4 糖营键联结而成主链及争1 ，6 糖营键联结葡萄 糖成支链共同形成的聚合物，支链淀粉高度分支，9 6 的伽l ，4 糖苷键，4 的肛l ，6 糖苷键。 目前广泛接受的模型是n i k t m i 和f r e n c h 的束模型。该模型由m a n n e r sa n dm a t h e s o n 提出，并 有h i z u k u r i 加以修正，其分子可能含有1 0 0 0 0 - 1 0 0 0 0 0 个单链，每个束有约2 2 2 5 个链构成颗 粒的结晶区。在蜡质大米中，8 0 - - 9 0 的支链淀粉可能构成单束，其余1 0 - - 2 0 形成束间联结。 其b - 淀粉酶水解率为5 6 - 5 9 ，平均链长2 0 - - 2 5 个葡萄糖单位，( 聚合度) d p n 变化很大，籼 米约为4 7 0 0 ，而粳米可达1 2 8 0 0 ，而蜡质大米约1 8 5 0 0 ，分子量为3 0 x l o 匕1 o 1 0 s l ”。 淀粉凝胶由连续相( - - i 溶性直链淀粉和可溶性支链淀粉以分子态分散) 和分散相( 膨胀的 淀粉颗粒，主要是不可溶的支链淀粉) 组成。研究认为淀粉凝胶的力学行为主要受连续相的直 链淀粉的硬化和糊化的淀粉颗粒性质的影响，仅由直链淀粉形成的凝胶决定于其浓度与链长。 糊化颗粒中残余的未溶出的直链淀粉和支链淀粉的结晶部分增加了颗粒的硬度，因而加强了直 链淀粉连续相网络的强度。也有研究认为膨胀颗粒的可塑性及体积对凝胶的流变性具有更重要 的作用。支链淀粉分子结构和分子大小比含量对流变性的影响更大。支链淀粉分支数多、分支 链长者，老化较慢1 6 - 7 1 。 2 3 大米淀粉的性质 大米淀粉为高结晶性淀粉，属于a 型衍射图谱。在偏振光下观察，具有双折射现象；淀 粉颗粒在光学显微镜图示偏光十字。大米淀粉粒具有渗透性，水和溶液能够自由渗入颗粒内部。 工业上应用化学方法生产变性淀粉就是加试剂于淀粉悬浮液中，是利用颗粒渗透性，水起着载 体作用。淀粉颗粒内部有结晶和无定形区域，后者有较高的渗透性，化学反应主要发生在此区 域。大米淀粉的水吸收率和溶解度在6 0 8 0 间缓缓上升，在9 0 x ) 5 * c 间急剧上升。大米淀粉 粒不溶于一般的有机溶剂，但能溶于二甲亚砜和二甲亚酰胺，淀粉结构紧密程度与酶溶解度呈 负相关嘲。 大米淀粉最重要的性质是糊化和老化。糊化是指淀粉在一定温度和水分含量的条件下，发 2 湖南农业大学硕士学位论文 第一章绪论 生的一系列不可逆变化：双折射现象消失，结晶崩溃，形态改变，产生吸热变化，淀粉溶胀， 溶出等。糊化温度受淀粉来源、添加剂、水分和处理方式等因素的影响。淀粉的老化是指糊化 淀粉从无定形态转变到有序结晶态的过程。其主要表现在淀粉凝胶硬度的提高，保水力的下降 和结晶的重组等方面。研究证明，支链淀粉不但参与老化，而且在一些淀粉质食品的老化中还 可能起到重要作用。支链淀粉老化速度慢，其结晶的熔融温度接近原淀粉的糊化温度，是热可 逆的结晶；直链淀粉老化生成的结晶在1 0 0 1 6 3 。0 才能重新熔融，是热不可逆的【9 】。 3 国内外研究现状分析 3 1 影响淀粉凝胶形成的因素 3 1 1 淀粉种类对凝胶特性的影响 不同品种的大米淀粉，其中的直链淀粉与支链淀粉的比例各不相同。 3 1 1 1 直链的淀粉凝胶特性 k e e t e l s 等考察了直链淀粉的凝胶特性。作为线性高分子，直链淀粉结晶趋热性很强，在 水溶液中直链淀粉分子快速凝聚并超过胶体尺寸，从而导致沉淀或形成凝胶；其凝胶趋势依赖 于分子尺寸、浓度、温度、p h 值和其它化学物质的存在【l o 】。一般来讲，凝胶的直链淀粉由结 晶区与无定形区混合组成。结晶区可抵抗酸解与酶解，并可高达体系总量的6 5 ，晶粒由直 链淀粉分子双螺旋组成。直链淀粉在水中加热糊化后，是不稳定的，会迅速老化而逐步形成凝 膨阵。这种凝胶体较硬，需在1 1 5 1 2 0 0 的温度才能向反方向转化【1 l 】。 2 0 0 3 年，孙秀萍等在发表于化学通报中的论文指出：直链淀粉含量的增加导致淀粉结 晶片层增加、颗粒中结晶减少、大分子结晶结构的改变；直链淀粉含量的不同导致了结构的改 变，从而引起热力学性质的不同；直链淀粉含量增加使结晶度降低，熔融温度增大，但熔融焓 与不同种类淀粉中直链淀粉含量的关系并不清晰【1 2 j 。现在可以明确的是，通常情况下低温焓 值是结晶薄层熔融的结果，高温峰是由直链淀粉一类脂化合物和单螺旋分解引起的。2 0 0 5 年， 丁文平等对米粉的研究表明，米粉凝胶的强度和耐热性主要是由直链淀粉形成的凝胶网络来维 持的1 1 3 1 。 3 1 1 2 支链淀粉凝胶特性 h i z u k u r i 在1 9 8 6 年构想的支链淀粉模型中表述，若短链含量较多，将形成较多晶粒，有 利于后续结晶都分的堆积，因而产生较高结晶度【1 4 】。第二年g i d l e y 与b u l p i n 进一步阐明，要 形成结晶体，链长至少要在l o 个单元以上，以形成双螺旋结构【i 习；ycs h i 等提出6 - 9 个单 元的短链会阻滞凝胶【1 6 】。因而，支链的长短与分布对其凝胶特征有着重要的影响。支链淀粉 在水溶液中稳定，发生凝胶作用的速率比直链淀粉缓慢得多，且凝胶柔软。 丁文平等在2 0 0 3 年的研究论文中指出，支链淀粉形成的凝胶其强度随温度的变化是可逆 的。后期储藏过程中，支链淀粉的重结晶是凝胶硬度增大的主要因素，直链淀粉的存在加速了 支链淀粉的重结晶，但不影响支链淀粉的最终结晶程度；支链的重结晶则是一个长期的有序化 过程 1 7 j $ 1 。 3 1 2 外因对淀粉凝胶的影响 3 湖南农业大学硕士学位论文 第一章绪论 3 1 2 1 水分对淀粉凝胶的影响 水作为一种增塑剂，它影响糊化后淀粉分子链的迁移，决定淀粉分子链重新聚合的速率。 丁文平等在近来的试验中发现，水分含量较低时，淀粉分子链的迁移困难；水分含量较高时， 虽然淀粉分子链迁移速率提高，但由于浓度的降低，淀粉分子交联缠绕和聚合有序的机会减少 【1 9 l 。因此水分含量过高和过低都会抑制淀粉分子的交联缠绕和结晶重排。4 下储藏，体系水 分含量在6 0 时，大米支链淀粉最易重结晶。糊化时水分含量越低，形成的直链脂质复合物 解体温度越高l 。 s i l v a 等用核磁共振法对淀粉的淀粉水体系研究发现，凝胶值随着温度和水分的升高而增 加。试验表明：5 5 水分含量是淀粉完全凝胶的最小水分含量【2 0 】。 3 1 2 2 温度对淀粉凝胶的影响 o r f o r d 等发现大米淀粉糊化后的冷却凝胶过程中，在8 0 9 5 淀粉分子链通过氢键交联 聚合，直链含量越高，生成的氢键越多，这些氢键的形成使得凝胶的硬度和弹性增大【2 。丁 文平等在研究温度对大米淀粉凝胶的影响中发现，2 5 时形成的大米淀粉凝胶比4 时形成的 凝胶柔软而富有弹性，电镜分析显示其网络结构比4 c 时的网络结构更均匀致密，4 时淀粉 回生速率较快，支链淀粉晶核的生长方式为一次成核；2 5 ( 2 时淀粉回生速率较慢，支链淀粉晶 核的生长方式为不断成核圈。 3 1 2 3 盐类对淀粉凝胶的影响 盐类的作用取决于它本身的性质和浓度。盐的存在能够引起凝胶化温度和焓变的升高或降 低，且相应地增加或降低凝胶化和凝沉的速率和程度，影响溶胀性质、贮存模量、凝胶尺寸和 不同方式下的凝胶速率常数。 2 0 世纪8 0 年代早期，o o s t e n 揭示淀粉在凝胶过程中是以弱酸离子形式存在，且阳离子倾向 于保护颗粒结构稳定；而阴离子是凝胶化剂，使氢键破裂【2 3 j 。e v a n s 等在f l o 铲h u g g i l l s 理论方 程基础上提出不同溶质对凝胶化温度影响的相对值【2 4 】。 后来j a n e 又把盐溶液中淀粉凝胶化作用的机制归因于结构形成和结构破裂对盐和淀粉中 羟基之间水及静电反应相互作用的影响【2 5 l 。2 0 0 3 年，孙秀萍等指出，盐对凝胶化过程的影响 与大多数络合物及非离子溶剂( 如蔗糖) 不同。盐对淀粉凝胶化起作用主要归因于其对淀粉结 构、水合作用及水性质的影响，盐的存在减小了水对凝胶作用过程的有效值。凝胶化温度增加 是由于溶质的活性减小了水对淀粉的有效性，降低了水的化学势。但是糖和盐对淀粉凝胶作用 的影响不仅仅是由于水的可利用性降低，因为凝胶作用能量并没有随着液相中糖和氯化钠的量 而有规律减小【埘。 3 1 2 4 其它共存物 糖、酸碱、单甘醋等用来改善食品风味和口感的物质，通过改变或参与淀粉大分子之间的 相互作用而对淀粉凝胶的力学性能的改善做出贡献。有关糖类对淀粉凝胶的影响中外的科学家 都作了大量的研究，他们的结论为，每种糖分子中由于与糖环相连的羟基的平均数目不同，导 致对凝胶力学性能的影响不同。果糖、葡萄糖，蔗糖均可提高淀粉的凝胶强度，其提高顺序为： 4 湖南农业大学硕士学位论文第一章绪论 果糖 葡萄糖 蔗糖：三种糖均可以提高淀粉的凝胶弹性，但影响的程度基本相同：随着糖浓 度的增加，凝胶的温度会升高 2 6 2 8 1 ，糖和盐共同作用有合加效果【2 9 i ；蔗糖对凝胶温度的影响 比葡萄糖明显【3 0 1 。糖类对玉米凝胶性能影响很小，但电解质对淀粉凝胶性能有一定影响【3 “。 关于单甘酯对淀粉凝胶力学性能的影响杜先锋等的结论是：单甘酯主要是通过改变直链淀粉分 子之间的相互作用而对其凝胶力学性能产生影响；支链淀粉分子对淀粉凝胶力学性能的贡献基 本不受单甘醋的影响t 2 6 。乳化剂浓度低于o 6 时，不能影响d s c 淀粉凝胶的温度 3 0 l 。x i a o m i n g l i a n g 在博士论文指出脂质和表面活性剂的加入能使淀粉的凝胶温度增加，除去蛋白质后的面 粉的凝胶温度降低嗍。 b r y a n t 等在分析石灰对玉米淀粉的膨胀能力、持水能力和凝胶程度影响中得出：当石灰含 量在0 2 附近对，玉米淀粉的膨胀能力、持水能力和凝胶程度均增强，而当石灰含量在此浓 度基础上增加时，这些指标则会降低。凝胶温度随着石灰含量的增加是升高的【3 3 】。 3 1 2 5 其它情况 m a r s h a l l 用d s c 对研磨粒度不同的大米样品研究发现，能通过改变粒度和研磨程度来改 变淀粉的凝胶状况0 4 1 。较低的淀粉分离温度和较低的冷冻干燥峰温对d s c 测得的凝胶特性有 较大影响，而冷冻储藏后的研磨温度对凝胶特性无影响 3 5 】。 3 2 影响米粉凝胶形成的因素 3 2 1 原料米的选择 对制作米粉的原料研究表明，制作米粉用陈化半年或一年的早籼米搭配部分晚籼为宜。有 研究发现储藏过程中酶的作用使支链淀粉含量下降，直链淀粉含量上升。这一变化导致了淀粉 的糊化老化特性的改变，有利于米粉凝胶的形成。k o h l w e y 等【3 6 】研究认为米粉生产应采用中、 高直链淀粉含量的大米，直链淀粉含量高于2 2 为宜，与成明华【3 7 1 的研究结果要求不低于2 0 0 , 4 基本一致。 3 2 2 浸泡或发酵工艺 浸泡与磨粉时损伤淀粉含量的关系较大，浸泡不充分会导致磨粉时淀粉损伤，使米粉发粘， 烹煮溶出加大。温度和时问是决定浸泡效果的两个重要因素，浸泡吸水在常温下主要发生在无 定形区 3 5 , 3 9 ，淀粉的完整构造不会因水合作用而改变，与糊化吸水有本质的不同。常温下米粉 达到平衡吸水率的时间约为3 h ，此时磨粉损伤淀粉含量较低，不会影响米粉的品质，一般生 产采用这一时间。 3 2 3 制粉方式 制粉方式显著影响大米粉的颗粒尺寸和功能特性，粒度越细，损伤淀粉越高，吸水率越大 , u - 4 2 , 4 3 1 ，对米粉生产带来不利影响。由于干磨产生较多的损伤淀粉，制作米粉采用湿磨方法所 得米粉口感最好p “1 1 。 3 2 4 粉坯水分含量 制作米粉的加水量多少对米粉成品品质影响极大，在要求淀粉能充分糊化的前提下，凝胶 相中不能有过多的游离水分，否则将会影响米粉的粘弹性。d o n o v a n 等5 1 指出淀粉在仅发 湖南农业大学顶士学位论文 第一章绪论 生糊化现象时淀粉与水的当量反应比例为每个葡萄糖单元1 4 个水分子。s h a ws w a n g 等 4 6 1 通过计算机模拟验证了这一点，并求出淀粉体系完全糊化的临界水分含量为6 0 6 1 ( 湿基) 。 高品质米粉要求既要淀粉充分糊化，又没有游离水。 3 2 5 加热因素 淀粉的加热糊化是形成凝胶的必要条件，米粉生产一般为两步加热，第一次加热成型( 预 糊化1 ，然后再加热以完全糊化。未完全糊化的米粉拉伸性差、外观发白不透明。但糊化过度 会引起淀粉水解，对品质也造成不良影响。 3 2 6 挤压成形 挤压成形时，预糊化的粉坯受机械剪切力的作用可能发生一定程度的降解，降解程度与挤 压机的模头长径比、温度、螺秆转速、水分含量、筛板的孔径大小与分布等有很大关系【4 7 】。 因此在研究发酵米粉的流变特性时，米粉成型采用摊浆的方式，以减少干扰因素，提高试验的 准确性。 3 2 7 冷却老化 冷却的主要目的是使米粉迅速老化而定型，并获得理想的强度。传统生产经验表明，冷却 水温越低，越有助于米粉骤冷收缩而增加强度。米粉生产中，淀粉在结构上最显著的变化就是 糊化和老化，糊化是条件，老化是所要达到的目标。淀粉只有充分的糊化，才会有最大限度的 老化 4 8 - 4 9 1 。 3 2 8 添加剂的影响【1 ，5 0 。5 2 玉米淀粉：可使断条率下降，更洁白，提高熟度。原因是其淀粉纯度高，因此可改善凝胶性； 颗粒大糊化温度低，使米粉糊化度提高；直链淀粉含量高，回生更快。一般用量为2 5 。用 量过高，反而造成强度差、易糊汤，不耐煮，没有咬劲。 马铃薯变性淀粉：其糊化温度低、粘度低，不易老化，柔软透明有光泽，口感滑爽有咬劲。 一般添加2 - 1 0 ，有助于提高米粉的弹性，筋力，咬劲，并延长保质期，使表面更有光泽。 粉头子：有助于提高米粉的强度。用水泡透蒸软后在蒸粉时加入，搅拌均匀后再开始蒸粉。 以3 8 为宜。 食盐：作用机理尚不清楚，可能是其持水性。根据生产季节不同，以o 1 - 4 ) 5 为宜。过量 使用会使产品交脆，易吸湿。 米粉中加入明矾是利用明矾的持水作用，可使米粉在干燥后仍保持一定的水分，从而增加韧 性，避免过干而变得硬脆。 复合磷酸盐：主要是磷酸氢二钠或焦磷酸钠。也是一种营养强化剂。其作用机理是随着温度 的升高，促进淀粉可溶性物质的渗出，增强淀粉之间的粘结力，具有鳌合作用，增加抗拉强度， 改善色泽，降低断条率。加入量0 1 o 4 ，过量使用会使颜色变黄。 蒸馏单硬脂酸甘油酯：常温时以b 态晶体存在，加热后变为活化的a 态起作用。可使大米粉 未的表面形成均匀的单甘酯乳化层，迅速封闭大米粉粒对水分子的吸附能力，阻止水分进入淀 粉，限制可溶性淀粉的溶出，有效地降低粘度。还可与直链淀粉形成复合物，其形成是一个不 6 湖南农业大学顾士学位论文第一章绪论 可逆的过程，可防止老化，缩短复水时间，常用于方便米粉。加入时用冷水浸透后加热至糊状， 加量0 3 加6 。过量会使米粉条变黄，筋力差。 焦亚硫酸钠( 亚硫酸钠) ：主要用于漂白。大米湿法磨粉时，加入磨浆用水内。 醋酸( 醋精) ：主要成份是食用醋酸，含量在5 - - 3 0 之间。作为调节p h 用，大米粉浆由于酸 度提高，糊化后可加速老化过程。 4 淀粉凝胶形成机理 人们对淀粉凝胶形成机制的认识，是随着研究的深入而变化的。早期的r i n g 等人认为， 糊化后的淀粉糊可以看作渗析出来的直链淀粉形成的凝胶网络包裹着充分水化膨胀的淀粉粒， 淀粉粒内为支链淀粉聚集区；淀粉凝胶的强度与直链凝胶网络和水化膨胀的淀粉粒强度有关 【5 3 】。上世纪9 0 年代末，f r e d r i k s s o n 通过对淀粉凝胶分子水平的研究得出，淀粉的凝胶主要是 直链淀粉分子的缠绕和有序化，即糊化后从淀粉粒中渗析出来的直链淀粉，在降温冷却的过程 中以双螺旋形式互相缠绕形成凝胶网络，并在部分区域有序化形成微晶 s 4 1 。 5 淀粉凝胶的测定 5 1 差示扫描量热法( d s c ) d s c 可以测定晶体熔融时的吸热和晶体形成时的放热。通过热焓的比较来测定晶体的含 量，样品热焓越大，晶体含量越高。具体操作为：用样品铝盒称取4 0 m g 左右的样品一批( 精 确到o 1 m g ) ，按i n ( 样品) ：m ( 水产1 ：2 的比例加入去离子水，密封后隔夜放置平衡。用差示 扫描量热仪( d s c ) 进行糊化和凝胶测试。扫描温度从2 0 c 到1 0 0 ，然后从1 0 0 ( 2 冷却到2 0 ， 扫描速率为1 0 r a i n l 5 ”。 5 。2 动态流变仪法 这是将合成高分子物性测试手段成功引入食品生物大分子研究领域的一个范例。动态流变 仪测定中，储藏模量g 的变化可以反映出凝胶硬度和强度的变化，g 值越大，说明形成的凝 胶硬度和强度越高。t a n 8 的变化则可反映凝胶弹性的变化。t a n 8 值越低，说明凝胶的弹性组分 越高，粘性组分越低；反之，则说明弹性组分少，粘性组分多。具体操作为：称取淀粉5 0 9 ， 先将1 o g 淀粉倒入1 0 m l 去离子水中，沸水浴搅拌加热制成淀粉糊，然后将剩余淀粉倒入淀 粉糊中，搅拌均匀，静置3 0 m i n 待水分分布均匀后进行淀粉糊化和凝胶测试 6 2 - - 6 6 。 5 3 物性测试仪法 物性测试仪通过更换不同的测试探头可以测定：( 1 ) 米粉的延伸性：包括拉力、延伸距离； ( 2 ) 米粉的抗剪切性：包括剪切力、剪切时间、咀嚼面积。这些指标能够很好的反映米粉的物 理性质。并且具有操作简便，速度快等优点，在试验室较常用 6 7 - 7 0 1 。 5 4 核磁共振法( n m r ) 由于液相中质子的弛豫时间高于固相中质子的弛豫时间，可利用脉冲核磁共振( n m r ) 的 自由衰减( f i d ) 信号，将固相与液相中的质子相对量求算出来，并以此表征淀粉糊的糊化或凝 胶。也可利用二维固态n m r 在毫秒级，几十毫秒级，秒级等时闻标尺下，考察多糖分子链段 的迁移特征。在一维图谱中，由于固体的存在使谱线变宽，样品在一定时间间隔( k ，混合时 7 湖南农业大学硕士学位论文第一章绪论 间) 后重复测试，再将数据代入二维图形，可看出链段不同运动方式( 大角度迁移，无规则运动 等) 发生的频率。核磁共振法的优越之处是可明确分子链段即时的迁移特征，并由此与该时刻 的凝胶特征相关联f ”l 。 5 5 感官评定法 制定出合理的感官评分标准，评分员经专业培训后，选1 2 人每个人分别对样品凝胶品质 打分，去掉最高和最低分，取l o 人分数的平均值。 这里需着重指出的是，各种测定方法均是对淀粉凝胶过程中某一方面物化性质改变的反映。一 般情况下，这些物化性质的变化相互之间呈正相关，但在某些场合，由于影响因素的复杂性， 会导致同一过程中不同物化性质之间缺乏相关性，甚至呈负相关。因此，给出一个体系的凝胶 特征时，必须指明测定方法。另外，通过考察同一过程中各种物化性质变化的相关性，可更加 深入地探讨淀粉凝胶过程机理。 6 本课题研究的目的、意义和主要内容 6 1 研究意义和目的 大米是人们的主食，在以大米为原料的食品中，米粉是主要产品之一。它质地柔韧、爽滑 可口，是南方数省人们经常食用的米制品。米粉生产与面条不同，面条生产的抗拉强度主要依 靠面粉蛋白质形成的面筋网络结构来支撑，而大米蛋白质不会形成面筋，必须依靠大米淀粉糊 化后凝胶化来完成。米粉的主要成分是大米淀粉，米粉的诸多性质自然地主要来自大米淀粉的 行为表现。米粉制作的过程主要是大米淀粉凝胶化的过程，凝胶品质的优劣直接影响米粉的品 质。凝胶是胶体质点或高聚物分子互相联结，所形成的多维网状结构，它是胶体的一种特殊存 在形式，其性质介于固体与液体之间。由凝胶形成的力学味觉与糖、无机盐、酸碱等所引起的 化学味觉完全不同，它能使食品的粘弹性、硬度和粗糙感等发生变化。研究凝胶的条件及机理， 提高米粉及其它米制品的质量，无论是对食品体系品质的改良，还是对淀粉理论的发展，都具 有重要意义。 本课题采用现代仪器和感官评定相结合的方法首次比较系统地分析各种因素对大米淀粉 凝胶特性的影响，力图使淀粉凝胶化达到最佳状态，改良米粉的品质。 6 2 本课题的主要研究内容， 6 2 1 大米原料对米粉凝胶品质影响的研究 大米的主要成分是大米淀粉，米粉条的诸多性质自然地主要来自于大米淀粉的性质。通过 对大米直链淀粉含量的测定、糊化特性的分析、胶稠度的分析来对淀粉凝胶性的评判，从而确 定米粉形成良好凝胶的原料标准。 6 2 2 陈化对米粉凝胶品质的影响 分别测定新米和陈米的直链淀粉含量、糊化特性和蛋白质的区别，比较制成米粉的凝胶优 劣，确定制作米粉要形成良好的凝胶要用储存的陈米。 6 - 2 3 加工工艺参数对米粉凝胶品质影响的研究 对米粉的加工工艺参数粉坯的含水量、凝胶温度、凝胶时间做正交试验，确定形成良好米 8 湖南农业大学硕士学位论文第一章绪论 粉凝胶的最佳条件。 6 - 2 4 变性淀粉对米粉凝胶品质的影响研究 对t e 在粉坯中加入各种变性淀粉后米粉形成凝胶的效果，确定最适的变性淀粉种类。对 粉坯的含水量、变性淀粉加入量、凝胶时间做正交试验确定形成良好米粉凝胶的最佳条件。 6 2 5 发酵对米粉凝胶品质的影响研究 研究发酵前后大米成分的变化，对比发酵大米和末发酵大米制的米粉凝胶品质的优劣，确 定做米粉最好用经发酵的大米。 9 湖南农业大学顼士学位论文 第二章原料对凝胶品质影响的研究 第二章原料对凝胶品质影响的研究 引言 生产米粉的主要原料是大米。大米原料中淀粉含量占其干重的8 5 以上，它的特性直接 影响米粉的质量。没有品质优良的大米，就不可能生产出优良的米粉。在传统的作坊式生产中 常常将大米制作成米饭，经过感官品尝来判断是否能作为米粉生产的原料，这种方法经验性很 强，一般人很难把握。对于工业化方便米粉的生产，必须从大米的内在品质出发，了解不同大 米的理化指标与米粉品质之问的关系，借以建立科学的原料选用标准。这样才能保证产品质量 的稳定性f 7 6 】。 大米的主要成分是大米淀粉，米粉条的诸多性质自然地主要来自于大米淀粉的性质。米粉 生产过程中的实质是大米淀粉凝胶化的过程，并且米粉的质量决定于淀粉凝胶的质量，所以大 米淀粉的凝胶情况可以通过米粉的质量来判断。在本试验中着重研究不同大米的直链淀粉含 量、糊化特性、胶稠度等指标，及它们对米粉凝胶的影响。进而得出形成较好米粉凝胶的原料 标准。如籼米含直链淀粉明显高于粳米和糯米，在米粉的加工过程中含直链淀粉高的产品有利 于淀粉凝胶强度的形成，加工后的产品在耐咀嚼性、拉伸性方面明显高于直链淀粉偏低的产品。 1 材料与方法 1 1 试验材料 1 1 1 材料 表2 - t 大米来源及产地 t a b l e2 - 1r i c ep r o d u c i n ga r e a 1 1 2 试剂和药品 蒸馏水 氢氧化钠( 分析纯) 乙酸 1 0 试验室自制 上海化学试剂厂 上海化学试剂厂 湖南农业大学硕士学位论文 第二章原料对凝胶品质影响的研究 标准直链淀粉 标准支链淀粉 碘 碘化钾 无水乙醇 1 1 3 仪器及设备 7 5 5 b 型紫外可见光分光光度仪 删s 恒温水浴锅 1 0 1 1 型恒温干燥箱 m - 7 六联恒温磁力搅拌器 t 5 0 0 电子天平 s a r t o r i u s 电子天平 b c d - 2 8 6 e 型低温冰箱 j f s d 1 0 0 型粉碎机 l d 5 - 2 a 型低速离心机 r v a - 3 d 型快速粘度仪 9 1 0 0 谷物分析仪 1 2 试验方法 s i g m a 标准试剂公司 s i g m a 标准试剂公司 上海化学试剂厂 上海化学试剂厂 上海化学试剂厂 上海精密科学仪器有限公司 金坛市医疗器械厂 上海市试验仪器总厂 金坛市华峰仪器有限公司 常熟市双杰测试仪器厂 北京赛多利斯天平有限公司 中国海尔集团公司 上海嘉定粮油检测仪器厂 北京医用离心机厂 澳大利亚n e w p o r t 科学仪器公司 美国d i c k e y 公司 1 2 1 大米淀粉的制备方法 7 7 1 技术路线：大米一浸泡一磨浆一搅拌一离心一沉降物清洗一干燥一成品 浸泡用温度约为4 5 c 的温水浸泡4 h ，米粒易捏碎为止； 磨浆将泡好的大米用水清洗进行磨浆，要求磨过的浆细度在6 0 目以上； 搅拌将磨好的浆转入到带有搅拌翅的容器中，添加n a o h 溶液稀释，稀释后溶液的 n a o h 浓度应为4 0 ，并慢速搅拌，让大米细微颗粒与碱液充分接触，以利于蛋白质的溶出， 时间2 3 h ； 离心将充分搅拌后的悬浊液放入离心机进行分离，转速2 0 0 0 r r a i n ，分离后的固体物 主要成分为米淀粉，蛋白质则主要在碱液的浸泡过程中进入水溶液中，再将大米淀粉用水清洗， 然后离心，这样反复3 4 次，直至米淀粉呈现中性为止； 成品将离心后的淀粉在4 5 - 5 0 c 的温度下烘干，烘干至含水量1 3 左右，此即为本试 验中的成品。 1 2 2 大米直链淀粉含量的测定 7 6 , t g - s o 1 2 2 1 标准曲线的配制 准确称取纯直链淀粉1 0 0 0 0 m g ，用1 0 m l 无水乙醇润湿，再加入i m o f l n a o h 溶液9 0 m l ， 于沸水浴分散1 0 m i n ，迅速冷却后，配制成1 0 0 m l 的纯直链淀粉标准液。支链淀粉标准溶液 配制方法同上。取6 个1 0 0 m l 容量瓶，分别加入l m g m l 直链淀粉标准溶液o 0 0 m l 、0 2 5 m l 、 湖南农业大学硕士学位论文 第二章原辩对凝胶品质影响的研究 o 5 0 m l 、1 0 0 m l 、1 5 0 m l 、2 0 0 m l 再依次加入支链淀粉标准溶液5 0 0 m l 、4 7 5 m l 、4 5 0 m l 、 4 0 0 m l 、3 5 0 m l 、3 0 0 m l ，总量为5 0 0 m l 。另取1 个1 0 0 m l 容量瓶，加入o 0 9 m o l l 的n a o h 溶液作为空白对照样品。然后于各瓶中依次加入蒸馏水5 0 0 m l 、l m o l l h a c 溶液1 0 m l ，碘 试剂1 0 m l ，用水定容后显色1 0 m i n ，在6 2 0 n m 波长处读取吸光度。以直链淀粉浓度为横坐标， 吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。 1 2 2 2 样品直链淀粉含量的检测 准确称取样品1 0 0 0 0 m g ，加入无水乙醇1 0 m l 充分润湿，再加入i m o l l 的n a o h 溶液 9 0 m l ，于沸水浴中分散1 0 m i n ，迅速冷却后，配制成1 0 0 m l 的溶液。取5 0 m l 淀粉分散液于 1 0 0 m l 容量瓶中，加水5 0 0 m l ，再加入l m o l l h a c 溶液1 0 m l 及碘试剂1 0 m l ，定容，显 色1 0 m i n 后，在6 2 0 n m 处读取吸光度。 1 2 2 3 谷物分析仪测试分析 9 1 0 0 近红外系统提供有工厂标准校正曲线，如小麦，大米。此实验设备中为大米，预先 设有我国主要大米直链淀粉、总淀粉、蛋白质及脂肪、水分等指标的标准曲线。并且此仪器主 要测试整粒的大米。 操作方法如下： 开启9 1 0 0 近红外仪器，仪器进行自检。在操作之前，要求至少有4 5 m i n 的预热时间。 取2 0 0 9 样品，在分析前将杂质清除，如杂草，谷糠等。 在主菜单中按f i ，进入分析模式。按上、下键选择要分析的产品。按【s 】键并输入样品 编号。如不需编号，只需再按【s 】键。当出现 n os a m p l e 信息提示时，装入样品，仪器会自动 开始分析。 在分析结束后，在显示屏中显示结果。多余的样品在分析后会自动进入收集盒中。 按f 2 键( 存储) 将分析结果存储到分析程序的内存中。 1 2 3 大米糊化粘度的测定【7 6 1 操作方法如下： 开启快速粘度测定仪( r a p i dv i s c o s i t ya n a l y s i s ，r v a ) ，预热3 0 m i n 。开启联用的计算 机，运行r v a 控制软件并输入下述之测试程序。 量取2 5 0 m l 蒸馏水( 应按1 2 湿基根据试样水分补偿) 移入新样品筒中。 以称量皿称取3 0 0 9 粉碎的大米试样( 1 2 湿基) 并转移到样品筒内的水面