大米糊化特性及回生机理研究

1、大米糊化特性及回生机理研究谭 薇,李 珂,卢晓黎 *(四川大学食品工程系, 四川成都610065摘要 :采用显微观察和 DSC 差热分析方法对样品进行颗粒特性分析及大米糊化特性研究。当米粉(质量记为 100% 的水分含量分别为 80%、100%、150%时,其晶体融化的起始温度 T 0、顶点温度 T p 和终点温度 T c 基本相同,米 粉的融化热焓逐渐升高;水分含量在 50%时,其晶体融化的起始温度 T 0、顶点温度 T p 和终点温度 T c 基本不变, 相对于其他水分含量的样品明显偏低,水分难以与米粉充分混合并完全糊化;水分含量在 200%时,其晶体融化的 起始温度 T 0、顶点温度 T

2、 p 和终点温度 T c 有显著降低,米粉的融化热焓亦降低。糊化米粉的结晶熔融起始温度 T 0、 顶点温度 T p 及终止温度 T c 基本不随时间而变化;而回生度则在 4下冷藏时间越长,其值越大。 关 键 词 :大米;糊化特性;回生;差热分析;显微观察GelatinizationPropertiesandResuscitationMechanicsofRiceRetrogradationTANWei,LIKe,LUXiao-li*(DepartmentofFoodEngineering,SichuanUniversity,Chengdu610065,ChinaAbstract :Thepar

3、ticlebehaviorofricewasobservedbymicroscope,andthegelatinizationpropertiesofriceweretestedand analyzedbyDSC.Theresultsshowedthattheinitialtemperature(T 0,vertextemperature(T p andfinaltemperature(T c of differentsamples,whichhavedifferentratiosofwaterandricepowderas80%(W/W,100%(W/W,150%(W/Wrespective

4、ly, werebasicallyidentical;andthemeltingenthalpyofrice-powderincreasedgraduallywiththeincreaseofwatercontent;sample whosewatercontentwas50%hassimilarT 0,T p ,T c ,andthelowestmeltingenthalpyamongtheexperimentedsamples,themoisture wasdifficulttomixedintorice-powderandwascompletelygelatinized;samplewh

5、osewatercontentwas200%hasthelowest T o ,T p ,T c ,andthemeltingenthalpyofrice-powderwasdecreased.Fromthestudyoftheresuscitationmechanismofricepowder, itwasfoundthat,forthegelatinizedrice-powder,thecrystallizationandmelttemperatureofT 0,T p ,T c hadalmostsimilartendency indifferentstoringtime.Asthege

6、latinizedrice-powderwasstoredat4fordifferenttime,itsresuscitationdegreeswere different,thelongeritwasstored,thehighertheresuscitationdegreewas.Keywords :rice ; gelatinizationproperties ; resuscitation ; DSC ; microscopeobserve中图分类号 :TS210.1文献标识码 :A文章编号 :1002-6630(200803-0167-05收稿日期:2007-11-30作者简介:谭薇

7、(1982-,女,硕士研究生,研究方向为食品加工与保藏应用技术。nancytan520 大米是我国的主要粮食作物之一。大米经熟化制成 的食品,冷却后由于淀粉发生老化,而使食品的质构 与消化性变差。如米饭放置一段时间后会变硬回生,以大米为主要原料制成的糕点类食品其品质降低的主要表 现也是硬化回生,黏弹性降低,这些都是大米中淀粉 老化等因素引起的。因此,防止或延缓淀粉老化课题 一直是国内外学者研究的难题和热点,目前在该领域的 研究主要是将大米中的淀粉提取纯化后,研究其淀粉的 糊化特性及回生机理。本实验以大米全粉为原料,研 究其糊化特性及回生机理,旨在以所得结论对大米食品 品质的进行改良,提供理论依

8、据和技术参考。1材料与方法 1. 1材料选取成都互利达实业有限公司生产的“谷之源天津小站米(籼米”为实验原料。用粉碎机粉碎后,过 80目筛,经热风干燥,制成米粉。原料大米的主要成 分含量见表 1。成分 水分 蛋白质 脂肪 淀粉 支链淀粉/(% (% (% (% 直链淀粉 含量表 1原料大米主要成分Table 1 Primary components of testing rice1. 2主要试剂0.2mol/L碘液(根据 GB601-2002标准配制; 单蒸蒸 馏水(pH5.3。1. 3主要仪器德国 N E T Z S C H D S C 200P C 差示扫描量热仪、 OLYMPUSCHB-

9、F3N 显微镜、FW177型粉碎机、101A-2型电热热风干燥箱、TG-328B 分析天平、MP5002电 子天平,YA-ZD-5不锈钢电热蒸馏水器、电热蒸煮器、 冷 藏 箱 等 。1. 4方法1. 4. 1米团制备称取干燥米粉样品 10g 于模具盒中,加入一定量的 蒸馏水搅拌均匀。电热蒸煮器蒸制 40min 后取出,制成 熟 化 米 团 。1. 4. 2熟化米团淀粉颗粒观察分析熟化米团放置在冷藏箱内,在 4下分别存放 1、 3、5、7和 14d 。将米团切片,置于载玻片上,加一 滴 0.2mol/L 碘液,静置 3min,用 OLYMPUSCHB-F3N 显微镜放大 100倍观察、照相。1.

10、 4. 3差示扫描量热仪(DSC测定糊化和回生度 1-2用分析天平称取 4. 0m g 米粉于铝制坩埚中,按 m 样品 :m 蒸馏水 =1:1的比例加入单蒸蒸馏水,密封后隔夜放 置平衡,用差示扫描量热仪进行糊化测试:扫描温度从 20上升到 100,然后从 100冷却到 20,扫描速 率为 10/min,保护气为氮气,流速为 20ml/min。 回生度测定前将上述密封隔夜放置后的样品蒸制 40min,保证其完全糊化,冷却后在 4下分别存放 1、 3、5、7和 14d ,用差示扫描量热仪进行回生度测定, 测定条件与糊化测试相同。2结果与分析2. 1熟化米团淀粉颗粒观察分析由于受空间尺寸的限制,熟化

11、米团中淀粉颗粒呈有 限膨胀状态,见图 1。从显色结果可知,支链淀粉在 有限膨胀后不能分散,仍为颗粒或团块,遇碘后显紫 色或紫红色(支链淀粉团块的含水量和透明度较低,在 图 1中为深色 ;而直链淀粉则溶出颗粒,与碘结合而 显蓝色(直链淀粉的含水量和透明度高,在图 1中为浅 色 。从淀粉颗粒中溶出的直链淀粉大多分布在支链淀 粉颗粒(团块周围。2. 2水分含量对米粉糊化的影响以米粉的质量记为 100%,研究 50%、80%、 100%、150%和 200%水分含量下的米粉糊化冷却后的质 构,显微镜观察米粉糊化质构情况如图 26所示。 分析图 26可知,水分含量不同,米粉的糊化程图 1熟化米团中淀粉颗

12、粒的有限膨胀Fig.1 Limited distensibility of curing rice-dumplings图 2水分含量 50%米粉糊化质构Fig.2 Gelatinization texture of rice powder of water content at 50%图 3水分含量 80%米粉糊化质构Fig.3 Gelatinization texture of rice powder of water content at 80%图 4水分含量 100%米粉糊化质构Fig.4 Gelatinization texture of rice powder of water co

13、ntent at 10 0%图 5水分含量 150%米粉糊化质构Fig.5 Gelatinization texture of rice powder of water content at 150%度亦不同。含水量为 50%时,米粉糊化困难,显微镜 视野中有大量未糊化的淀粉颗粒存在;水分含量为 80%时,仍可见到部分未糊化的淀粉颗粒,但较 50%水分 含量的样品有明显的减少;水分含量达到 100%时,基 本没有未糊化的淀粉颗粒;水分含量为 150%和 200%时,米粉采用抹片方式观察到米粉已完全糊化。 2. 3米粉的糊化特性 3米粉的糊化即是颗粒状淀粉在水中因受热吸水膨 胀,分子间和分子内氢

14、键断裂,淀粉分子扩散的过程。 在此过程中有序的晶体向无序的非晶体转化,伴随有能 量的变化,其在 D S C 分析图谱上表现为吸热峰。此时, 淀粉糊化的融化热焓为 H,其糊化过程中晶体融化的 起始、顶点和终止温度相应地表示为 T 0、T P 、T C 。图 711分别为米粉在 50%、80%、100%、150%和 200%(米粉质量记为 100%水分含量下糊化的 DSC 分析 曲线。表 2为不同水分含量米粉相应的 D S C 参数。图 6水分含量 200%米粉糊化质构Fig.6 Gelatinization texture of rice powder of water content at20

15、 0%图 7水分含量 50%米粉糊化曲线Fig.7 Gelatinization curve of rice powder of water content at 50% 放 热温度( 图 8水分含量 80%米粉糊化曲线Fig.8 Gelatinization curve of rice powder of water content at 80% 放 热温度( 图 9水分含量 100%米粉糊化曲线Fig.9 Gelatinization curve of rice powder of water content at 100% 放 热温度( 图 10水分含量 150%米粉糊化曲线Fig.10

16、 Gelatinization curve of rice powder of water content at150% 放 热温度( 图 11水分含量 200%米粉糊化曲线Fig.11 Gelatinization curve of rice powder of water content at200% 放 热温度( 7654321 水分含 DSC参数量(% T 0( T P ( T C ( H(J/g 50表 2DSC 测定不同水分含量米粉糊化热力学参数Table 2 Gelatinization thermodynamics parameters of rice powderat dif

17、ferent water contents with DSC testing分析图 711和表 2可知,当米粉的水分质量分数 为 50%时,其晶体融化的起始温度 T 0,顶点温度 T P 和 终止温度 T C 基本不变,水分质量分数为 50%的米粉的融化热焓 H 明显大幅度低于其他水分质量分数的米 粉。由于样品处理方式为密封放置 24h,目的是为了使 水在微量样品中分散均匀,与此同时,米粉在水分质 量分数较高的环境中,米粉中的淀粉颗粒在常温下发生 一定程度的溶涨,分子间氢键作用力相对减弱,同样造 成 DSC 测定时其融化热焓的降低和晶体融化的起始温度 T 0、顶点温度 T p 以及终止温度 T

18、 c 的降低,过低的水分 不足以使上述糊化过程完成,虽然样品质量相同,但只 有部分淀粉颗粒在有限的水分下吸水膨胀,大部分不能 糊化,则淀粉融化热焓大大低于较高水分含量的样品。 当米粉的水分质量分数为 80%、100%和 150%时, 它们的晶体融化的起始温度 T 0、顶点温度 T P 和终止温 度 T c 基本相同,米粉的融化热焓 H 逐渐升高,这是 因为当体系中水分含量充足时,达到糊化温度后晶体与 水发生水合溶涨,大量氢键断裂,结晶融化崩溃 4-6, 水分含量越高,糊化越充分,米粉中淀粉的融化热焓 H 越 大 。 当米粉的水分质量分数为 200%时,晶体融化的起 始温度 T 0、顶点温度 T

19、 P 和终止温度均有明显的下降, 米粉的融化热焓 H 亦降低。这是因为水分过多,淀 粉发生水合溶涨后仍有富余水分,则造成在 DSC 测定封 闭体系中,温度升高,富余水分吸热,水的吸热曲线 与淀粉融化吸热曲线重合,从而减弱了淀粉吸热峰的成 峰趋势,表现为融化热焓 H 降低。 2. 4米粉的回生机理 回生是一个淀粉分子从无序到有序的过程。米粉加 热糊化过程中,水分子和热的作用,其中有序的淀粉 分子变得杂乱无序。在冷藏过程中,由于分子势能的 作用,高能态的无序化逐步趋于低能态的有序化。 一定水分含量的米粉糊化后,在 4冷藏箱中分别 存放 1、3、5、7和 14d 后的热特性曲线见图 1216, 热特

20、性参数见表 3。 分析图 1216和表 3可知,不同冷藏时间,糊化 米粉结晶熔融的起始温度 T 0、顶点温度 T p 及终止温度T c 基本一致。糊化后的米粉在 D S C 分析中不出现吸热 峰,但当其中的淀粉分子重排回生后便形成很多结晶结 构,要破坏这些晶体结构,使淀粉分子重新熔融,则 必须外加能量。因此,回生后的米粉在 D S C分析中应图 124条件下存放 1d 米粉回生曲线Fig.12 Resuscitation curve of rice powder stored in 1 day at 4D S C (m W /m g 温度( 放 热图 164条件下存放 14d 米粉回生曲线Fi

21、g.16 Resuscitation curve of rice powder stored in 14 day at 4D S C (m W /m g 温度( 放 热 图 154条件下存放 7d 米粉回生曲线Fig.15 Resuscitation curve of rice powder stored in 7 day at 4D S C (m W /m g 温度( 放 热图 144条件下存放 5d 米粉回生曲线Fig.14 Resuscitation curve of rice powder stored in 5 day at 4D S C (m W /m g 温度( 放 热图 134

22、条件下存放 3d 米粉回生曲线Fig.13 Resuscitation curve of rice powder stored in 3 day at 4D S C (m W /m g 温度( 放 热出现吸热峰,吸热峰的面积即为 H 。样品在等速加热(扫描过程中,在结晶熔融温度处产生一吸热峰,样品 因结晶熔融所吸收的热焓正比于结晶含量,设生米粉结 晶熔融焓为 H 1,回生结晶熔融焓为 H 2,则可定义 回生度= H 2/ H 1,或设 H 0为冷藏过程中结晶熔融 焓的稳定值,则回生度= H 2/ H 0。吸热峰的大小 随米粉的回生程度增加而增大,这就可以了解回生后米 粉的回生程度。可见,随着糊

23、化米粉在低温下放置的时 间不同,其回生度亦不同,时间越长,回生度越大。 分析文献68给出的淀粉在糊化与冷藏过程中的含 水量 -温度(湿热状态图可知, 米粉与淀粉的回生二者在 机理上是相一致的,米粉的糊化回生过程同样符合淀粉 在糊化与冷藏过程中的湿热状态图。冷藏时间的延长只 能导致淀粉结晶量的增加,结晶熔融所需要的热量增 加,表现为吸热焓的增高,即回生度亦增大,与结晶 熔融起始温度 T 0、顶点温度 T P 及终止温度 T c 无关。 3结论天数 DSC参数表 3 DSC 测定米粉糊化后不同冷藏时间的热力学参数Table 3 Gelatinization thermodynamics parameters of rice powder in different refrigeration time with DSC testing 3. 1米粉的含水量为 50%及以下时,水分难以与米粉充分混合并完全糊化;随着含水量的增加,米粉的糊化 程度逐渐提升,水分含量达到 80%时,则能够完全糊 化;水分含量高于 150%及以上时,米粉完全糊化后存 有富余水分。 3. 2一定水分含量的糊化米粉在 4下冷藏时间越长, 淀粉结晶越多,回生度越大,且回生度的变化与结晶 熔融起始温度 T 0、顶点温度 T