不同储藏时间米糠制备膳食纤维对米粉糊化和凝胶性质的影响

吴 伟 付旭恒 吴晓娟

(中南林业科技大学食品科学与工程学院;稻谷及副产物深加工国家工程实验室，长沙 410004)

米糠是稻米加工的副产物，我国米糠资源丰富，脱脂米糠中膳食纤维质量分数可达30%～50%，其中米糠不溶性膳食纤维(rice bran insoluble dietary fiber，RBIDF)占到 90% 以上［1］。RBIDF 具有良好的功能性质，可作为一种理想的膳食纤维添加到米制品中，膳食纤维的添加量、结构特征和功能性质都会对米制品品质产生重要影响［2］。

米糠在综合利用之前应进行稳定化处理，但部分稻谷加工工厂缺乏米糠稳定化设备，米糠在稳定化之前就可能发生了一定程度的酸败［3］。前期研究表明，当新鲜米糠在室温条件下储藏10 d时，米糠毛油酸值和过氧化值分别增加8.98倍和5.49倍，米糠蛋白羰基含量增加6.51倍，表明米糠储藏过程中米糠脂质逐渐水解和氧化，形成的脂质氧化产物导致米糠蛋白氧化［3］。此外，米糠酸败形成的脂质氧化产物还会改变RBIDF的功能性质［4］。目前鲜见米糠酸败程度对添加米糠膳食纤维食品品质影响的报道。将新鲜米糠储藏不同时间得到不同酸败程度的米糠，经稳定化和脱脂处理后制备RBIDF，并添加到米粉中，研究不同酸败程度米糠制备的RBIDF对米粉糊化和凝胶性质的影响，为进一步开发和应用米糠膳食纤维以及提高米糠综合利用价值提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜米糠:湖南长沙霞凝国家粮食储备库;米粉(湘早籼6):金健米业股份有限公司;碱性蛋白酶(200 000 U/g):北京索莱宝科技有限公司;α－淀粉酶(40 000 U/g):国药集团化学试剂有限公司;其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

Sorvall LYNX 6000高速冷冻离心机:美国Thermo Fisher公司;Super4－RVA快速黏度分析仪:澳大利亚新港公司;DHR－2流变仪:美国TA公司;TA.XT Plus质构仪:英国 Stable Micro System公司。

1.3 方法

1.3.1 米糠预处理

参考吴伟等［5］米糠预处理方法。新鲜米糠过40目筛，含水量为12%，在室温下分别储藏0、1、3、5、10 d，得到不同酸败程度的米糠，采用双螺杆挤压机稳定化，稳定化条件为:喂料量为15 kg/h，含水量为16%，双螺杆挤压机二区至六区温度依次为70、120、120、70和60℃，然后干燥、粉碎过40目筛，随后在室温条件下与正己烷按1∶4(m∶V)料液比混合脱脂，振荡30 min后抽滤得到滤饼，滤液旋转蒸发回收正己烷，如此重复脱脂3次，最后将滤饼置于通风橱中风干后得脱脂米糠。

1.3.2 RBIDF 的制备

参考李伦等［6］方法制备RBIDF。将脱脂后的米糠按照1∶10(m/V)料液比与去离子水混合，40℃条件下用2 mol/L NaOH调节pH，稳定至9.0，搅拌4 h后将悬浮液在4℃条件下8 000 r/min离心20 min，将沉淀以1∶12(m/V)料液比与去离子水混合并搅拌均匀，45℃条件下用2 mol/L NaOH调pH至10.0，加入碱性蛋白酶(添加量250 U/g)，酶解2 h，将水浴锅温度升至90℃进行预糊化，糊化时间20～25 min，然后在60℃条件下用2 mol/L HCl调pH至6.5，加入高温α－淀粉酶(添加量200 U/g)，酶解30 min，升温至95℃保持5 min灭酶，冷却至室温后在4℃条件下8 000 r/min离心20 min，水洗沉淀后将沉淀物在45℃条件下鼓风烘干，得到RBIDF。

1.3.3 添加RBIDF米粉的制备

将制备不同储藏期的RBIDF过100目筛，根据人们日常对膳食纤维摄入量的需求及米制主食品的食用量，选择米糠膳食纤维最高添加量为12%［7］。以米粉质量为基础，分别以4%、6%、8%、10%、12%的RBIDF置换等量的米粉，制备混合粉各500 g，混合均匀，置于密封袋中，4℃条件下保存备用。

1.3.4 米粉糊化性质测定

参照美国谷物化学家协会(AACC61－02)关于稻米淀粉糊化特性操作规程进行测定。快速黏度分析仪参数设置如下:50℃保持1 min，以12℃/min上升到95℃(3.75 min)，95℃条件下保持2.5 min，然后以12℃/min下降到50℃(3.75 min)，50℃保持1.4 min。搅拌器起始10 s内转动速度为960 r/min，以后保持在 160 r/min［8］。

1.3.5 米粉凝胶形成过程中动态流变学性质测定

称取添加RBIDF的米粉1 g倒入30 mL超纯水中，沸水浴搅拌加热制成米粉糊，然后另取4 g待测混合粉倒入米粉糊中，并补足蒸发掉的水分，搅拌均匀，静置30 min，待水分分布均匀后进行测试。模具选用直径为40 mm的平板，狭缝间隙设置为1.0 mm，形变为2%，角频率为5 rad/s，从20℃升温到100℃，然后温度从100℃降到20℃，升、降温速率均为5℃/min，最后在20℃下进行频率扫描，扫描范围0～16 Hz，测定米粉凝胶形成过程中储能模量和损耗角正切［9］。

1.3.6 米粉凝胶质构特性测定

将制备的含RBIDF的米粉与超纯水按1∶1.5的比例混合均匀，倒入规格为7 cm×3.5 cm的圆柱形铝盒中，蒸5 min后取出，冷却至室温，进行测定［10］。采用物性测试仪中TPA模式测定，测前速度、测试速度均为2 mm/s，测后速度为5 mm/s，压缩率50%，探头为 P/0.5R［9］。

1.3.7 数据处理与统计分析

所有实验平行测定3次。数据采用Microsoft excel 2003和Origin 7.5进行处理，结果用平均值±标准差的形式表示，指标比较采用最小显著差异法，取95%置信度(P＜0.05)。各参数间相关系数采用SPSS12.0 分析。

2 结果与分析

2.1 米糠储藏不同时间制备RBIDF添加对米粉糊化性质的影响

吴伟等［11］研究发现新鲜米糠储藏 0、1、3、5、10 d制备的米糠毛油酸值在我国生产的绝大部分米糠毛油酸值范围(15 ～40 mgKOH/g)内［12］，且酸值分布较为均匀，表明本实验将新鲜米糠储藏不同时间得到的不同酸败程度米糠可反映我国米糠的酸败程度，同时制备的RBIDF也具有较大程度的代表性。

由图1可知，当米糠储藏时间相同时，随着RBIDF添加量的增多，米粉的峰值黏度逐渐下降，这是由于RBIDF会与米粉中的淀粉分子竞争水分子［13］，随着RBIDF添加量的增多，淀粉颗粒的膨胀程度和聚合物向颗粒外浸出的数量减小［14］。此外，由于RBIDF添加量的增加，米粉中淀粉的绝对含量减少，从而导致米粉的峰值黏度随着RBIDF添加量的增多而降低。当RBIDF添加量相同时，随着米糠储藏时间的延长，米粉的峰值黏度呈先上升后略微下降的趋势，在米糠储藏第5天时达到最大值。随着米糠储藏时间的延长，米糠氧化酸败产生的脂质氧化产物作用于RBIDF，结合水力逐渐下降，米淀粉能接触吸收更多的水分［4］，使得米淀粉糊化过程中更多的直链淀粉溶出，从而导致米粉的峰值黏度呈现上升趋势;随着米糠储藏时间的进一步延长，RBIDF结构展开，在一定程度上降低了溶出直链淀粉溶液的连续性［4，15］，从而导致米粉的峰值黏度随着米糠储藏时间的延长呈略微下降的趋势。

图1 米糠不同储藏时间制备RBIDF添加对米粉RVA图谱中峰值黏度的影响

由图2可知，当米糠储藏时间相同时，随着RBIDF添加量的增多，米粉的回生值逐渐下降。这是由于，随着RBIDF含量的增多，添加RBIDF米粉中直链淀粉的绝对含量减少，导致米粉的回生值减小［16］。当RBIDF添加量相同时，随着米糠储藏时间的延长，米粉的回生值呈逐渐上升趋势，与峰值黏度变化趋势相反。淀粉糊化过程中峰值黏度越大，表明淀粉颗粒溶出的直链淀粉分子越多，溶出的直链淀粉分子在RVA测试降温阶段依靠氢键相互结合，从而导致淀粉老化，回生值增加，因此RVA图谱中峰值黏度与回生值变化趋势相反［17］。

图2 米糠储藏不同时间制备RBIDF添加对米粉RVA图谱中回生值的影响

由图3可知，当米糠储藏时间相同时，随着RBIDF添加量的增多，米粉的峰值时间呈先上升后下降的趋势，在添加量8%时达到最大。这是由于RBIDF添加量越多，竞争水分子的能力就增强，从而导致米粉RVA图谱中峰值时间增大;但RBIDF添加量越多，米粉中淀粉的绝对含量越少，糊化所需水分也减少，因而米粉糊化的进程加快，峰值时间减小［18］。当RBIDF添加量相同时，随着米糠储藏时间的延长，米粉的峰值时间呈先大幅度下降后略微上升的趋势，在米糠储藏第5天时达到最小值。这是由于随着米糠储藏时间的延长，RBIDF结合水力逐渐下降［4］，米粉能接触到更多的水分，从而导致米粉的峰值时间减小［8］;随着米糠储藏时间的进一步延长，空间结构展开的RBIDF分布在米淀粉颗粒周围，导致米淀粉颗粒吸水溶胀阻力增加，淀粉糊化速度减小，从而导致米粉的峰值时间有所回升。

图3 米糠储藏不同时间制备RBIDF添加对米粉RVA图谱中峰值时间的影响

由图4可知，当米糠储藏时间相同时，随着RBIDF添加量的增多，米粉的糊化温度呈逐渐上升的趋势。Aravind等［19］研究发现将不溶性膳食纤维添加到在小麦面条中能提高面条淀粉的糊化温度，这是由于随着RBIDF添加量的增多，淀粉溶胀受到的抑制，从而导致米粉的糊化温度升高［20］。当RBIDF添加量相同时，随着米糠储藏时间的延长，米粉的糊化温度呈先大幅度下降后略微上升的趋势，在米糠储藏第3天达到最小值，与峰值时间变化趋势非常类似，两者原因也是一样的。

图4 米糠储藏不同时间制备RBIDF添加对米粉RVA图谱中糊化温度的影响

2.2 米糠储藏不同时间制备RBIDF添加对米粉凝胶形成过程中流变性质的影响

如图5所示，RBIDF添加量相同时，随着米糠储藏时间的延长，米粉在升、降温过程中储能模量G'值的变化趋势一致:在升温糊化过程中，米粉的G'值随米糠储藏时间的延长先增大后减小，在米糠储藏第3 d时达到最大值。这是由于随着米糠储藏时间的延长，RBIDF结合水力逐渐下降［4］，米粉与水分子接触增多，从而导致升温过程中添加RBIDF米粉的G'值增大;随着米糠储藏时间的持续增加，RBIDF结构展开程度增加，在一定程度上破坏了淀粉凝胶网络的均一性和完整性［21］，从而导致升温过程中添加RBIDF米糠的G'值减小。在降温凝胶形成过程中，米粉的G'值随米糠储藏时间的延长而逐渐增大，这与前面RVA测试中回生值变化趋势一致。

如图6所示，当RBIDF添加量相同时，随着米糠储藏时间的延长，米粉凝胶的G'呈逐渐上升的趋势，这是由于随着米糠储藏时间的延长，RBIDF结合水力逐渐下降，米淀粉易于吸水糊化形成凝胶网络，从而增强了米粉的凝胶强度［4，9］;米粉凝胶的损耗角正切先下降后上升，在米糠储藏第5天时达到最小值，这是由于随着米糠储藏时间的延长，RBIDF结构逐渐展开，有更多的水分子透过，米粉与水分子的接触更充分，直链淀粉渗析出来形成的凝胶基质增多;但是随着米糠储藏时间的进一步延长，进一步展开结构的RBIDF可破坏米粉凝胶网络的均一性［21］，导致米粉凝胶的损耗角正切先下降后上升。

图5 米粉添加米糠储藏不同时间制备的RBIDF凝胶形成过程中储能模量随时间的变化曲线

2.3 米糠储藏不同时间制备RBIDF添加对米粉凝胶质构性质的影响

由图7可知，当米糠储藏时间相同时，随着RBIDF添加量的增多，米粉凝胶的硬度、回复性、胶着性、咀嚼度逐渐减小，黏附性逐渐上升，这与王炜华等［13］研究结果一致。这是由于随着RBIDF添加量的增多，米粉中淀粉总量下降，且RBIDF的分支结构会使淀粉形成的凝胶结构更为疏松。当RBIDF添加量相同时，随着米糠储藏时间的延长，米粉凝胶的硬度、回复性、胶着性、咀嚼度先上升后下降，均在米糠储藏3 d时达到最大值，米粉凝胶的黏附性则先下降后上升，在米糠储藏3 d时达到最小值。这是由于随着米糠储藏时间的延长，RBIDF结合水力逐渐下降［4］，米淀粉能接触到更多的水分，糊化过程中能够析出更多的直链淀粉，冷却后有更多的直链淀粉老化，因而形成的米粉凝胶的硬度、回复性、胶着性、咀嚼度增加，黏附性减小;当米糠储藏时间进一步的延长，进一步展开结构的RBIDF降低糊化溶出直链淀粉的连续性［4］，因而冷却后直链淀粉重排程度下降，导致米粉凝胶的硬度、回复性、胶着性、咀嚼度减小，黏附性增加［7］。

图6 米粉添加米糠储藏不同时间制备的RBIDF形成凝胶后储能模量(实线)和损耗角正切(虚线)随频率的变化曲线

图7 米糠储藏不同时间制备RBIDF添加对米粉质构性质的影响

2.4 米粉糊化和质构性质与米糠储藏时间和RBIDF添加量的相关性分析

为了进一步明确米糠酸败程度、RBIDF添加量和米粉糊化、质构性质的关系，进行相关性分析，结果见表1。RBIDF添加量与米粉凝胶的硬度、回复性、胶着性、咀嚼度、峰值黏度和回生值呈极显著(P＜0.01)负相关，与黏附性呈显著(P ＜0.05)正相关，表明添加RBIDF会对米粉的糊化和质构性质产生显著影响，这与李安平等［22］研究结果相似。此外，米糠毛油酸值与添加RBIDF米粉的峰值黏度呈显著(P＜0.05)正相关，与峰值时间和糊化温度呈极显著(P＜0.01)负相关，与回生值和米糠储藏时间呈极显著(P＜0.01)正相关，表明米糠酸败会对含RBIDF米粉的糊化性质产生显著影响。

3 结论

本实验主要研究了不同储藏时间米糠制备的RBIDF对米粉糊化和凝胶性质的影响。当RBIDF添加量相同时，随着米糠储藏时间的延长，米粉的峰值黏度呈先上升后略微下降的趋势，回生值逐渐上升，峰值时间和糊化温度先大幅度下降后略微上升。米糠毛油酸值与添加RBIDF米粉的峰值黏度呈显著(P＜0.05)正相关，与峰值时间和糊化温度呈极显著(P＜0.01)负相关，与回生值和米糠储藏时间呈极显著(P＜0.01)正相关;储能模量在米粉凝胶形成阶段和米粉凝胶形成后阶段都呈上升趋势，损耗角正切在米粉凝胶形成后阶段先减小后增大，在米糠储藏5 d达到最小值;硬度、回复性、胶着性、咀嚼度先增大后减小，黏附性先减小后增大。表明一定酸败程度的米糠制备的RBIDF添加可在一定程度上改善米粉的糊化和凝胶性质，但添加过度酸败米糠制备的RBIDF则会使米粉的糊化和凝胶性质劣变。