以優(yōu)糖米為原料的初加工產(chǎn)品開發(fā)研究

楊瑞芳 樸鐘澤 萬常照 王 亞 李剛燮 白建江

(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物育種栽培研究所1，上海 201403) (河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所2，鄭州 450002) (韓國農(nóng)村振興廳農(nóng)業(yè)技術(shù)學(xué)院3, 水原 441857)

抗性淀粉(Resistant Starch, RS)又稱抗酶解淀粉及難消化淀粉，在小腸中不能被酶解，但是可以在大腸中發(fā)酵降解成一系列短鏈不飽和脂肪酸[1]?？剐缘矸劬哂泻苤匾纳砉δ?，如控制人體餐后血糖、防治腸道疾病、降脂、控制體重以及促進(jìn)礦物質(zhì)的吸收等功能[1-3]。

近年來，抗性淀粉已經(jīng)成為功能稻米研究的熱點(diǎn)，引起了國內(nèi)外水稻育種家的廣泛關(guān)注[4-7]。日常食用的稻米被認(rèn)為是高血糖指數(shù)(Glycemic index, GI)食物，市售優(yōu)質(zhì)大米的抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.1%～0.5%。“降糖稻1號(hào)”是上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主選育的富含抗性淀粉的粳稻品種，其抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)10%以上，是普通稻米的數(shù)十倍，其商品名為優(yōu)糖米。前期研究結(jié)果表明優(yōu)糖米飯的GI為(48.53±17.94)，是一種低GI食物，適合糖尿病人食用[8]。普通大米則易消化，GI指數(shù)高(>80)，不適合糖尿病人食用[9]。食用優(yōu)糖米的Ⅱ型糖尿病人的餐后血糖值顯著低于一般稻米，而且長期食用優(yōu)糖米能顯著改善Ⅱ型糖尿病人的糖化血紅蛋白(HhALC),總膽固醇(TG)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)、高密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)[8]。

盡管優(yōu)糖米在控制餐后血糖水平上顯示出了巨大的功能，但是由于優(yōu)糖米直鏈淀粉含量高、米飯質(zhì)地硬、口感較差，這些都限制了它的推廣利用。前期研究通過以不同配比混配優(yōu)糖米和普通稻米來優(yōu)化口感，雖然米飯的食味得到改善，但是抗性淀粉含量下降顯著，控制餐后血糖的功能減弱[10]。所以，本實(shí)驗(yàn)以優(yōu)糖米為原料，研究不同含水量優(yōu)糖米對(duì)制備的熟米粉的抗性淀粉的影響，初步開發(fā)出高抗性淀粉含量優(yōu)糖米的加工食用方法，新開發(fā)的優(yōu)糖米熟粉口感更容易讓人接受，克服了優(yōu)糖米的口感差的問題，同時(shí)該米粉可以作為代餐粉、能量棒等適合控制血糖人群食用食品的主要基料。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

“優(yōu)糖稻2號(hào)”是上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物育種栽培研究所以自主選育的高抗性淀粉含量水稻資源“降糖稻1號(hào)”為母本與“秀水123”雜交，利用系譜法選育而成的一個(gè)富含抗性淀粉的功能水稻新品種，2018年4月獲得植物新品種權(quán)證書(品種權(quán)號(hào)：CNA20150659.3)，2019年5月通過上海市農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，其抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)13.1%，商品名為優(yōu)糖米。

1.2 方法

1.2.1 優(yōu)糖米品質(zhì)分析

稻米直鏈淀粉含量的測定參照GB/T 15683—2008，膠稠度測定參照GB/T 22294—2008,堿消值參照NY/T 83—2017米質(zhì)測定方法測定。

1.2.2 優(yōu)糖米食味品質(zhì)測定

采用My BoyII食品物性分析儀類似咀嚼的物理方式，測量食物的物理值和感官值之間的物理相關(guān)性，通過分析獲得的數(shù)據(jù)判定優(yōu)糖米飯的食味品質(zhì)。食品物性分析儀可以直接測試出米飯的硬度、彈性、附著性、黏性和綜合評(píng)價(jià)總得分，綜合評(píng)價(jià)總得分由程序中的公式計(jì)算得出。該測定器將日本新瀉“越光”大米的總評(píng)分設(shè)為100分，其中“越光”大米的硬度、彈性、附著性和黏性數(shù)值均設(shè)置為50分。

1.2.3 熟米粉制備

洗米：大米在水槽中沖洗3遍去除泥沙及其他雜物。洗過的大米倒入浸米桶中，用清水浸泡，40 ℃烘箱中梯度烘干取樣，用MB90水分測定儀測定含水量。優(yōu)糖米生米的含水量分別為13%、15%、17%、19%、25%、27%、32%和38%。

焙炒：采用家用小型炒貨機(jī)，溫度控制在130～150 ℃，不同含水量的優(yōu)糖米生米焙炒至米粒顏色金黃。

粉碎：焙炒熟優(yōu)糖米室溫放涼，采用電動(dòng)粉碎機(jī)粉碎，粉碎后過80目篩，備用。

1.2.4 優(yōu)糖米熟粉不同食用方法處理

按照米粉∶水=1∶3配比，采用沸水直接沖泡、開水煮沸2 min、微波加熱2 min這3種食用方法進(jìn)行處理。

1.2.5 抗性淀粉檢測

RS的含量用Megazyme RS含量測定試劑盒進(jìn)行測定。具體步驟為：準(zhǔn)確稱取100 mg樣品，小心放入帶螺旋蓋的塑料試管中，依次加入α-胰淀粉酶反應(yīng)液和淀粉葡萄糖苷酶(AGM)，37 ℃振蕩孵育16 h，非RS被水解成D-葡萄糖；孵育結(jié)束后加入99%乙醇終止反應(yīng)；離心后棄上清，底部殘留絮狀團(tuán)即為樣品中的RS，再用50%乙醇洗滌沉淀；倒置離心管，沉淀干燥后用2 mol/L氫氧化鉀溶解沉淀，并加入AGM，置于50 ℃水浴中孵育20 min，最后用D-葡萄糖用葡糖氧化酶/過氧化物酶試劑盒(GOPOD)測定葡萄糖含量，并計(jì)算RS含量。

1.2.6 優(yōu)糖米熟粉相對(duì)結(jié)晶度測定

采用RigakuDmax-2500 X射線衍射儀測量優(yōu)糖米熟粉(焙炒前優(yōu)糖米生米含水量為19%)的淀粉晶體特性，以優(yōu)糖米生米粉為對(duì)照。測量條件為Cu_Kβ輻射，電壓40 kV，電流100 mA，掃描速度10(°)/min，起始角5°，終止角90°。分別得到優(yōu)糖米焙炒前后的X射線衍射曲線，利用MDI Jade軟件對(duì)曲線進(jìn)行非晶體衍射區(qū)和亞微晶區(qū)背景去除，相對(duì)結(jié)晶體度計(jì)算參照陳玲等[11，12]的方法。

1.2.7 掃描電鏡觀察

分別取不同含水量優(yōu)糖米焙炒后的精米粒，用鑷子直接掰斷。斷面在40 mA下噴金25 s，雙面膠帶固定在FEI Nova NanoSEM430掃描顯微電鏡下，置于載物臺(tái)上觀察不同含水量優(yōu)糖米籽粒焙炒后淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的差異。

1.2.8 風(fēng)味成分測定

采用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用技術(shù)對(duì)未焙炒及焙炒熟化米粉的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行提取、鑒定和分析。色譜柱為HP-5MS(30 m×0.25 mm×1 μm)，升溫程序：起始溫度保持3 min，然后以 6 ℃/min的速率升至250 ℃，保持5 min。采集到的質(zhì)譜圖利用NIST譜庫進(jìn)行檢索，鑒定樣品中的揮發(fā)性成分，并利用面積歸一化法分析各成分的相對(duì)含量。

1.2.9 微生物檢測

測定室溫存放1個(gè)月后優(yōu)糖米熟粉的微生物指標(biāo)，包括：菌落總數(shù)(GB 4789.2—2016)、金黃色葡糖球菌檢測(GB 4789.10—2016)、霉菌和酵母計(jì)數(shù)(GB 4789.15—2016)、大腸菌群(GB 4789.3—2016)、沙門氏菌(GB 4789.4—2016)、志賀氏菌檢測(GB 4789.5—2016)和β型溶血性鏈球菌落(GB 4789.11—2014)。

1.2.10 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

每次實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。用Excel繪制圖表，用SPSS17軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)糖米品質(zhì)特征

直鏈淀粉含量、堿消值和膠稠度是評(píng)價(jià)稻米蒸煮食味品質(zhì)的重要指標(biāo)。測定結(jié)果顯示優(yōu)糖稻2號(hào)直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)31.3%，堿消值7.0，膠稠度74 mm。有研究表明直鏈淀粉含量與蒸煮大米的黏度呈負(fù)相關(guān)，而與硬度呈正相關(guān)，直鏈淀粉含量越高，稻米的食味品質(zhì)越差，感官食味值就越低[13，14]

2.2 優(yōu)糖米食味品質(zhì)

利用食品物性分析儀分析優(yōu)糖米食味品質(zhì)，結(jié)果顯示優(yōu)糖米硬度75.20、彈性39.21、附著性1.62、黏性2.59，綜合得分僅有34.11分。圖1為優(yōu)糖米測試的雷達(dá)圖，可以看出，優(yōu)糖米的總體硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于“越光”大米，附著力和黏性非常低接近于0。優(yōu)糖米飯團(tuán)口感硬，黏度小，口感差。

2.3 含水量對(duì)焙炒后優(yōu)糖米抗性淀粉含量的影響

為提高優(yōu)糖米的食用品質(zhì)，前期研究了多種改善優(yōu)糖米食用品質(zhì)的預(yù)處理方法，包括與普通稻米按不同比例混配后經(jīng)蒸煮、膨化、米粉及發(fā)酵等加工方式，但是結(jié)果表明優(yōu)糖米中抗性淀粉含量隨著加工溫度和壓力的提高而顯著降低，優(yōu)糖米不宜高溫高壓蒸煮、膨化、加工米粉和發(fā)酵食品[10]。焙炒是一種傳統(tǒng)的可以使得物料迅速熟化、實(shí)現(xiàn)增香手段食品加工工藝，夏凡等[15]和徐清榮等[16]研究也發(fā)現(xiàn)糙米在焙炒后香味物質(zhì)明顯增加。焙炒工藝操作簡單，已廣泛應(yīng)用于谷物、豆類等加工制品。

通過梯度烘干獲得8個(gè)具有不同含水量的優(yōu)糖米米樣，分別進(jìn)行焙炒磨粉，測定抗性淀粉含量。結(jié)果如表1所示，焙炒前優(yōu)糖米的含水量對(duì)焙炒后優(yōu)糖米的抗性淀粉含量影響比較大，隨著含水量的增加，焙炒后抗性淀粉含量逐漸增加，含水量控制為19%的優(yōu)糖米焙炒后獲得的優(yōu)糖米熟粉的抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)21.77%，接近優(yōu)糖米生米粉抗性淀粉含量的2倍，但是隨著含水量的繼續(xù)增加，抗性淀粉含量又開始下降(表1)。食物中抗性淀粉含量不僅僅受原料的影響，也與烹飪方式和加工處理?xiàng)l件、貯藏條件等因素相關(guān)[17]。該研究結(jié)果表明濕熱處理對(duì)焙烤稻米抗性淀粉含量的影響與水分緊密相關(guān)，隨著焙炒前含水量的增加，淀粉內(nèi)部分子鏈重排可能使晶體矩陣更加有序，采用X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)焙炒后優(yōu)糖米熟粉(焙炒前優(yōu)糖米含水量控制為19%)的淀粉相對(duì)結(jié)晶度為46.68%，比焙炒前淀粉相對(duì)結(jié)晶度41.36%略有提高(圖2)，所以導(dǎo)致抗性淀粉含量相對(duì)進(jìn)一步提高。但是當(dāng)含水量達(dá)到一定臨界值后，稻米的淀粉糊化度會(huì)增加，導(dǎo)致優(yōu)糖米抗性淀粉含量開始下降。

表1 優(yōu)糖米不同含水量在焙炒后的抗性淀粉含量

圖2 優(yōu)糖米焙炒前后淀粉的X-衍射圖譜

2.4 不同含水量優(yōu)糖米焙炒后淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的變化

圖3 不同含水量優(yōu)糖米焙炒后掃描電鏡分析(標(biāo)尺=10 μm)

優(yōu)糖米富含抗性淀粉，生米淀粉顆粒棱角不分明，粒間結(jié)構(gòu)疏松，透光性不好(圖3a)。本研究通過梯度烘干檢測了不同含水量優(yōu)糖米焙炒后抗性淀粉含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)優(yōu)糖米焙炒后抗性淀粉含量與生米含水量有很大關(guān)系。圖3可以看出隨著含水量的增加淀粉顆粒結(jié)構(gòu)仍然保持結(jié)構(gòu)松散無定型特征，但是淀粉顆粒表面發(fā)生了明顯變化，27%含水量炒熟米的淀粉顆粒存在明顯的爆裂紋，38%含水量的炒熟米淀粉顆粒沒有爆裂紋，但是淀粉顆粒平均整體變大。結(jié)果表明不同含水量優(yōu)糖米焙炒后淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，淀粉在焙炒過程中會(huì)發(fā)生糊化，也會(huì)發(fā)生少量降解，結(jié)構(gòu)差異明顯。

2.5 優(yōu)糖米熟粉不同食用方法抗性淀粉含量比較分析

優(yōu)糖米抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.1%,經(jīng)過常規(guī)的蒸煮獲得的優(yōu)糖米飯抗性淀粉含量下降明顯，約為9.2%。優(yōu)糖米熟粉抗性淀粉含量是優(yōu)糖米飯的2倍多，而且加工方法簡單、口感香醇、食用方便，加入調(diào)味料或者與其他代餐混合后用沸水?dāng)嚢杓纯墒秤?。但是，在調(diào)查食用優(yōu)糖米熟粉的人群時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分體驗(yàn)者喜歡把米粉倒入沸水煮沸幾分鐘，也有部分體驗(yàn)者喜歡加溫水?dāng)嚢韬笪⒉t加熱。對(duì)比不同食用方法對(duì)抗性淀粉含量影響，發(fā)現(xiàn)優(yōu)糖米熟粉用開水直接沖泡后抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.38%，與優(yōu)糖米熟粉相比，略有下降，但是經(jīng)過沸水煮沸2 min或者微波加熱2 min，2種食用方法處理的優(yōu)糖米熟粉的抗性淀粉含量大大降低(表2)。結(jié)果表明在食用經(jīng)過焙炒熟化的優(yōu)糖米熟粉時(shí)應(yīng)該避免煮沸或者微波加熱，以減少進(jìn)一步糊化對(duì)抗性淀粉含量的影響。

表2 優(yōu)糖米熟粉不同食用方法抗性淀粉含量測定

2.6 焙炒對(duì)優(yōu)糖米風(fēng)味成分的影響

采用GC-MS對(duì)焙炒前及焙炒熟化的優(yōu)糖米熟粉的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行提取、鑒定和分析，結(jié)果見表3。焙炒前和焙炒后熟化的優(yōu)糖米熟粉中共鑒定出66種揮發(fā)性物質(zhì)，優(yōu)糖米焙炒前生米粉中共鑒定出31種，焙炒熟化的優(yōu)糖米熟粉鑒定出41種。焙炒熟化的優(yōu)糖米熟粉中吡嗪類和呋喃類物質(zhì)大大增加，與優(yōu)糖米焙炒前相比呋喃類質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.6%提高到6%，吡嗪類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0提高到39.18%。吡嗪是美拉德反應(yīng)的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[18]，焙炒后增加的主要是2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2-乙基-3-甲基吡嗪、2-乙烯基-6-甲基-吡嗪3-乙基-2,5-甲基吡嗪、2-甲基-6-(1-丙烯基)-吡嗪。

表3 優(yōu)糖米焙炒前后揮發(fā)性風(fēng)味成分及其相對(duì)含量對(duì)比

續(xù)表3

2.7 微生物含量檢測

以室溫下存放1個(gè)月的優(yōu)糖米熟粉為檢測對(duì)象，按照GB 19640—2016對(duì)其微生物情況進(jìn)行檢測，分別檢測熟米粉中的菌落總數(shù)，大腸菌群、霉菌和酵母計(jì)數(shù)、金黃色葡萄糖球菌、沙門氏菌、志賀氏菌以及β型溶血性鏈球菌，檢測結(jié)果如表4所示，產(chǎn)品中菌落總數(shù)、大腸菌群、霉菌和酵母菌等常規(guī)食品污染程度指示菌含量極低。此外，其他的致病微生物均未檢出，完全滿足GB 29921—2013糧食制品中致病菌限量要求，說明常溫貯藏30 d后優(yōu)糖米熟粉其微生物數(shù)量極低，這主要是因?yàn)榻?jīng)高溫焙炒對(duì)微生物具有很強(qiáng)殺滅效果，同時(shí)炒制后米粉中含水量少，故其水分活度低，能夠有效抑制產(chǎn)品在貯藏過程中微生物生長與繁殖，說明經(jīng)過高溫長時(shí)間焙炒的優(yōu)糖米熟粉，在室溫下貯藏1個(gè)月后仍可安全食用。

表4 微生物檢測結(jié)果

3 結(jié)論

通過控制優(yōu)糖米生米含水量，采用傳統(tǒng)工藝焙炒方法開發(fā)出口感風(fēng)味更容易被消費(fèi)者接受的高抗性淀粉含量加工產(chǎn)品優(yōu)糖米熟粉，其抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過20%。由于不同食用方法對(duì)抗性淀粉含量也有影響，為了發(fā)揮優(yōu)糖米熟粉對(duì)控制餐后血糖的最佳效果，優(yōu)糖米熟粉應(yīng)避免長時(shí)間煮沸或者微波爐加熱等方法,用沸水直接沖泡食用效果最好。焙炒熟化后的優(yōu)糖米熟粉風(fēng)味物質(zhì)種類顯著增加，尤其是呋喃和吡嗪等雜環(huán)物質(zhì)。優(yōu)糖米熟粉可以直接用開水沖服，口感香醇，食用方便，克服了高抗性淀粉含量優(yōu)糖米傳統(tǒng)蒸煮口感硬的問題。代餐作為一種替代正餐的飲食干預(yù)方式，也正逐漸受到學(xué)者關(guān)注，本研究開發(fā)的優(yōu)糖米熟粉也可以作為基本材料，與其他五谷配成低GI的代餐粉。