大米淀粉物化特性与糊化曲线的相关性研究(精)

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 n
Vo.l21,N o.6
Dec.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1.8~2.0亿吨,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(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(IR0.610.68
5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(0.31~0.52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(0.18~0.68,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67~79 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67~70 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 R68.601221.00619.00602.001129.00510.00
5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 -0.8644
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
a78.242643270.71153.2525.2257.4 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度。

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Cheng 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 Techno logy,W uhan Polytechnic U niversity2,W uhan 430023
Abst 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 short g rain rice starch and g l u ti n ous rice starch;wh ile t h e enzy m e hydro lyze sensi b ility o f short gra i n rice starch and g l u ti n ous rice starch are h i g her t h an that of long grain rice starch.The pasting te m perature,fina l v iscosity,l o w est v iscosity,and setback exh i b it positive corre lation w ith the bl u e val u e;t h e pasting
te m perature,peak v iscosity,fi nal v iscosity,l o w est v iscosity,and set b ack exh i b it negati v e correlati o n w ith the enzy m e hydro lyze sensi b ility o f the rice starch.The relati o nships of t h e starch pasti n g pr operty w ith the b l u e value and the enzy m e hydro lyze sensibility can be descri b ed by an exponentialm ode.l
K ey w ords rice starch,physicoche m i c al pr operties,pasti n g curve
8。