大米淀粉物化特性与糊化曲线的相关性研究

1、2006年12月第21卷第6期中国粮油学报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大米淀粉物化特性与糊化曲线的相关性研究程 科1 陈季旺2 许永亮1 赵思明1(华中农业大学食品科技学院1,武汉 430070(武汉工业学院食品科学与工程学院2,武汉 430023摘 要 以不同品种的大米淀粉为原料,采用快速黏度分析仪(RVA研究不同品种大米淀粉的糊化曲线的差异,碘兰值和酶解力等物化特性对糊化特性的影响。结果表明,不同品种大米淀粉的碘兰值、酶解力存在差异,以籼米淀粉的碘兰值

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对较大。糊化温度、最终黏度、最低黏度、回升值与碘兰值均呈不同程度的正相关。峰值黏度、最低黏度、最终黏度、回升值、糊化温度与酶解力呈不同程度的负相关。采用碘兰值、酶解力的指数模型描述大米淀粉的糊化特性可达到很高的拟合精度。关键词 大米淀粉 物化特性 糊化曲线大米是世界半数以上人口的主要粮食,也是我国的重要农产品。近几年来,我国稻谷年产量连续稳定在1.82.0亿吨,占全国粮食总产量的40%1。大米的主要成分为淀粉和蛋白质,其中淀粉含量约80%左右。碘兰值和酶解力是研究淀粉物化特性的重要指标2。按传统的方法大致将大米分为籼米、粳米和糯米三种类

3、型。不同类型的大米淀粉的碘兰值和酶解率存在较大的差异,大米淀粉的碘兰值、酶解力与淀粉直链和支链的比例、分子量大小、颗粒的结构等有着密切的关系。这些差异导致在糊化的升温过程中直链淀粉溶出的难易程度不同,在冷却过程中淀粉分子重新缔合形成凝胶的能力不同,在糊化曲线上反映出不同的特性3-6。本研究以不同品种大米为原料,采用碱法得到了高纯度大米淀粉,对不同来源的大米淀粉分别进行理化指标的测试,比较它们在碘兰值、酶解力上的差异,使用快速黏度分析仪(RVA测试不同类别的大米淀粉的糊化特性曲线即RVA图谱,研究淀粉的碘兰值、酶解力对糊化过程中的糊化温度、峰值黏度、最低黏度、降落值、最终黏度、回升值的影响。为探

4、寻大米淀粉糊化、老化的机理,抑制和利用大米淀粉糊化、老化特性提供理论依据。收稿日期:2005-10-15作者简介:程科,女,1980年出生,硕士,食品大分子功能及特性通讯作者:赵思明,女,1963年出生,教授,食品大分子功能及特性1 材料与方法1.1 实验材料与化学试剂1.1.1 实验材料原料品种、类型及生产厂家见表1。表1 实验原料品种(类型生产厂家丝苗米(I R湖南金健米业股份有限公司余红米(I R湖南金健米业股份有限公司金优207(I R湖南金健米业股份有限公司培优29(I R湖南金健米业股份有限公司东北粳米(J R沈阳隆迪粮食制品有限公司5优-C(J R湖南金健米业股份有限公司小站米(

5、J R天津市国瑞谷物发展有限公司泰国糯米(GR武汉怡乐多贸易有限公司注:I R表示籼型,J R表示粳型,GR表示糯型。1.1.2 化学试剂碘化钾:分析纯,武汉市江北化学试剂厂生产;碘:分析纯,武汉市江北化学试剂厂生产;3,5 二硝基水杨酸:分析纯,中国医药化学试剂有限公司生产;淀粉酶:无锡酶制剂厂生产;1.2 主要仪器与设备BS210S型分析天平:Sartori u s Instrum ents Ltd. Ger m any生产;722S可见光分光光度计:上海精密仪器有限公司生产;3D型快速黏度分析仪:澳大利亚Ne w port Sc i entfic Pty.Ltd生产。第21卷第6期程 科

6、等 大米淀粉物化特性与糊化曲线的相关性研究1.3 实验方法1.3.1 大米淀粉的制备采用碱浸法提取大米淀粉7-8,粉碎过80目筛备用。1.3.2 碘兰值的测定采用文献9的方法。1.3.3 酶解力的测定用酶水解-DNS比色定糖法10。以吸光值表示酶解力的大小。1.3.4 RVA的测定按照国际谷物科学与技术协会(I CC Standard N o.162和美国谷物化学家协会的(AACC66-21方法采用S td1升温程序进行测定11。1.4 数据处理采用SAS8.1相关性分析和回归分析。每组数据均做3个平行取平均值分析计算。2 结果与分析2.1 大米淀粉的物化特性表2 不同品种大米淀粉的碘兰值和酶

7、解力品种(类型碘兰值酶解率余红米(IR0.710.18金优207(I R0.690.25培优29(I R0.620.49丝苗米(IR0.610.685优-C(J R0.520.54小站米(J R0.311.67东北粳米(J R0.341.74泰国糯米(GR0.051.44碘兰值和酶解力是国际上常来表示大米淀粉物化特性的指标。表2为不同品种大米淀粉的碘兰值和酶解力大小。由表2可以看出余红米、金优207和培优29、丝苗米四种籼米淀粉的碘兰值(0.61 0.71要比5优-C、东北粳米和小站米三种粳米淀粉(0.310.52以及糯米淀粉(0.05的高。可以说明籼米淀粉的直链淀粉含量要比粳米淀粉多,糯米淀

8、粉几乎不含直链淀粉。小站米淀粉和东北粳米淀粉的酶解力较高,都在1.60以上,5优-C米淀粉的酶解力低,仅为0.54。糯米淀粉的酶解力为1.44。四种籼米淀粉的酶解力都很低(0.180.68,最小的为余红米淀粉,酶解力为0.18。淀粉酶很难与结晶态淀粉作用。通常直链淀粉是以紧密的双螺旋结构存在于淀粉颗粒中,而支链淀粉主要是其外链通过微晶束形成淀粉的骨架,晶体结构较为松弛,易被水解。余红等籼米淀粉直链含量高,晶体结构紧密,故酶解力较低。而糯米淀粉、粳米淀粉中直链淀粉含量相对较低,易于酶解,酶解力较大。2.2 黏度曲线图1 不同类型大米淀粉的RVA图谱图1为不同大米淀粉的RVA图谱,表3为不同大米淀

9、粉糊化过程中糊化温度、峰值黏度、最低黏度等特征值。由图1和表3可知,大米淀粉的糊化温度在6779 之间。糊化温度因直链淀粉含量、结晶度和支链淀粉结构等的不同而存在差异。一般来说,直链含量高、结晶度高、支链外链较长的淀粉晶体结构紧密,晶体熔解所需热量大,导致糊化温度较高12。籼米淀粉的直链含量高,其糊化温度均在74 以上,粳米直链淀粉含量相对较低,糊化温度在6770 之间。尽管糯米的直链淀粉含量很少,但通常糯米淀粉的分子量较粳米和籼米的大很多13,且当支链淀粉外链较长时,也可能形成较紧密的双螺旋结构,导致糊化温度较粳米淀粉高。当温度高于糊化温度时晶体崩解,淀粉颗粒开始溶胀,黏度突然升高,并逐渐达

10、到峰值黏度。由图5中国粮油学报2006年第6期表3 大米淀粉糊化过程中的特征值淀粉来源类型糊化温度( 峰值黏度(cp最低黏度(cp降落值(cp最终黏度(cp回升值(cp余红米I R78.462104.201546.20558.002900.001353.80丝苗米I R74.922566.331635.33931.003782.672147.33金优207I R77.632492.331522.33970.003018.001495.67培优29I R76.721574.331019.00555.331927.33908.33东北粳米J R68.601221.00619.00602.00112

11、9.00510.005优-C J R69.752957.00920.672036.331994.001073.33小站米J R67.751313.00253.001060.00687.00434.00泰国糯米GR71.901765.00653.001112.00829.00176.00表4 相关性分析糊化温度峰值黏度最低黏度降落值最终黏度回升值碘兰值 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*为相关系数, 为显著性,*即 0.01,为极显著相关,*即0.01< <0.05,为显著性相关,*即0.05 <0.1为有影响1和表3可知,5优-C淀粉的峰值黏度最大,东北粳米淀粉的峰值黏度最小。这可能是由于在升温过程中5优-C淀粉颗粒膨胀程度最大,东北粳米淀粉膨胀程度最小所致。在保温期,吸水溶胀后的淀粉颗粒变软,在高温和机械剪切力的作用下破碎,使黏度下降14。降落值反映淀粉的热糊稳定性,由表3可知,东北粳米淀粉和四种籼米淀粉的降落值较小,表明其溶胀后的淀粉颗粒强度大,不易破裂,导致其

13、热糊稳定性好。其他两种粳米(5优-C、小站米淀粉及糯米淀粉降落值相对较大,热糊稳定性较差。回升值反映淀粉冷糊的稳定性和老化趋势。由表3可知,淀粉的回升值以糯米淀粉最小,其次为粳米(除5优-C外淀粉,籼米淀粉的回升值最大。5优-C 淀粉的回升值较培优29淀粉大,这与它们的直链淀粉的聚合度和支链淀粉的结构有关,直链淀粉聚合度高,支链淀粉外链长的淀粉易于老化15,冷糊稳定性差。2.3 碘兰值和酶解力对淀粉糊化特性的影响将不同品种大米淀粉的碘兰值、酶解力与其糊化温度、峰值黏度、降落值、最低黏度、最终黏度和回升值进行相关性分析。结果如表4所示。图2、图3分别显示了碘兰值、酶解力与最终黏度、最低黏度和回升

14、值的关系。从表4或图2、图3可以看出糊化温度与碘兰值呈正相关,与酶解力呈显著负相关。碘兰值大、直链淀粉含量高、晶体结构紧密的淀粉的糊化温度较高。酶解力大、晶体结构松散的淀粉的糊化温度较低。峰值黏度与碘兰值无相关性,与酶解力呈显著负相关。酶解力大、晶体结构松散的淀粉在糊化过程中,颗粒膨胀程度较小,峰值黏度小。最低黏度与碘兰值呈显著正相关, 与酶解力呈极显著图2 碘兰值与部分糊化特征值之间的关系6第21卷第6期程 科等 大米淀粉物化特性与糊化曲线的相关性研究表5 碘兰值和酶解力与糊化过程中特征值的回归性分析项目糊化温度峰值黏度最低黏度降落值最终黏度回升值a78.242643270.71153.25

15、25.2257.4 b1002.4854-0.34792.5499 2.5976 b2-0.0746-0.34150000显著性(F/ 3625.25/0.00066.68/0.00063.46/0.00014.49/0.00548.24/0.00028.23/0.001 表示显著性,即 0.01为极显著相关的负相关。碘兰值大、直链淀粉含量高的淀粉糊化时直链淀粉会大量溶出,导致淀粉糊的凝胶强度大,最低黏度较大。酶解力大、晶体松弛的淀粉,颗粒易破碎,导致最低黏度小。降落值与碘兰值和酶解力均无相关性。最终黏度和回升值与碘兰值呈极显著正相关,与酶解力呈极显著的负相关。碘兰值大、直链淀粉含量高的淀粉糊

16、在冷却过程中直链淀粉之间容易发生重排,凝胶强度大,使最终黏度和回升值大,冷糊稳定性差。酶解力大,颗粒松,在低温下,凝胶结构不致密,强度小,使最终黏度和回升值小,冷糊稳定性好。2.4 回归分析采用指数模型描述糊化过程中的特征值糊化温度、峰值黏度、最低黏度、降落值、最终黏度、回升值与碘兰值、酶解力的关系:y=ae b1BV+b2M J(1式中,y表示糊化温度、峰值黏度、最低黏度等糊化特征值,BV表示碘兰值、M J表示酶解力。a、b1、b2为系数,b1、b2分别反映了B V、M J对y的影响程度。经回归分析公式(1中的a、b1、b2值见表5。由表5可知,采用B V、M J的指数模型描述大米淀粉的糊化

17、特性可达到很高的拟合精度。当b1=0时,糊化温度、峰值黏度的指数模型的显著性最好,当b2=0时,最低黏度、降落值、最终黏度、回升值的 指数模型的显著性最好。图3 酶解力与部分糊化特征值的关系3 结论不同类型大米淀粉的碘兰值、酶解力存在差异,以籼米淀粉的碘兰值最大,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对较大。糊化温度、最低黏度、最终黏度、回升值与碘兰值均呈不同程度的正相关。糊化温度、峰值黏度、最低黏度、最终黏度、回升值与酶解力呈不同程度的负相关。采用碘兰值的指数模型描述大米淀粉的糊化温度、峰值黏度,酶解力的指数模型描述大米淀粉的最低黏度、降落值、最终黏度、回升值可达到很高的拟合精

18、度。参 考 文 献1 张晖.稻米资源综合利用和深加工新进展.粮食科技与7中国粮油学报2006年第6期经济,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,严松.稻米淀粉RVA谱特征与品质性状

19、相关性研究.中国农业科学,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.大米淀粉理化指标对其回生特性的影晌.郑州工程学院学报,2003,24(1:39-426 范进填.淀粉糊化动力学.食品机械,1991,

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22、阳农业大学学报,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