大米淀粉物化特性与糊化曲线的相关性研究

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. l 21, N o . 6

Dec . 2006

大米淀粉物化特性与糊化曲线的相关性研究

程科陈季旺许永亮赵思明

1211

(华中农业大学食品科技学院, 武汉 430070)

(武汉工业学院食品科学与工程学院, 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]

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) 丝苗米(I R) 余红米(I R) 金优207(I R) 培优29(I R) 东北粳米(J R ) 5优-C (J R) 小站米(J R ) 泰国糯米(GR)

生产厂家

湖南金健米业股份有限公司湖南金健米业股份有限公司湖南金健米业股份有限公司湖南金健米业股份有限公司沈阳隆迪粮食制品有限公司湖南金健米业股份有限公司天津市国瑞谷物发展有限公司武汉怡乐多贸易有限公司

。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

[2]

化特性的重要指标。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

[3-6]

力不同, 在糊化曲线上反映出不同的特性。

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

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 .

第21卷第6期1. 3 实验方法1. 3. 1 大米淀粉的制备

程科等大米淀粉物化特性与糊化曲线的相关性研究

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,

[7-8]

采用碱浸法提取大米淀粉备用。

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

, 粉碎过80目筛故酶解力较低。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

用酶水解-DNS 比色定糖法酶解力的大小。1. 3. 4 RVA 的测定

[10]

。以吸光值表示

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

[11]

法采用S td1升温程序进行测定。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) 余红米(IR) 金优207(I R ) 培优29(I R )

丝苗米(IR) 5优-C(J R) 小站米(J R) 东北粳米(J R) 泰国糯米(GR)

碘兰值0. 710. 690. 620. 610. 520. 310. 340. 05

酶解率0. 180. 250. 490. 680. 541. 671. 741. 44

图1 不同类型大米淀粉的RVA 图谱

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

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, [13]

且当支链淀粉外链较长时, 也可能形成较紧密的双

中国粮油学报

表3 大米淀粉糊化过程中的特征值

2006年第6期

淀粉来源余红米丝苗米金优207培优29东北粳米5优-C 小站米泰国糯米类型I R I R I R I R J R J R J R GR 糊化温度( )

78. 4674. 9277. 6376. 7268. 6069. 7567. 7571. 90峰值黏度(cp )

2104. 202566. 332492. 331574. 331221. 002957. 001313. 001765. 00最低黏度(cp)

1546. 201635. 331522. 331019. 00619. 00920. 67253. 00653. 00降落值(cp) 558. 00931. 00970. 00555. 33602. 002036. 331060. 001112. 00最终黏度(cp)

2900. 003782. 673018. 001927. 331129. 001994. 00687. 00829. 00回升值(cp)

1353. 802147. 331495. 67908. 33510. 001073. 33434. 00176. 00

表4 相关性分析

糊化温度

碘兰值酶解力

0. 6525

0. 0795

峰值黏度0. 54440. 1630-0. 7847 0. 0211**

最低黏度0. 79050. 0195**-0. 8794 0. 0040***

降落值-0. 11640. 7838 0. 1044

0. 8057

最终黏度0. 86530. 0055***-0. 8937 0. 0028***

回升值0. 8847

***

0. 0035

-0. 7473

0. 0331

-0. 8644

***0. 0056

为相关系数, 为显著性, ***即 0. 01, 为极显著相关, **即0. 01

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。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性差。

[15]

[14]

, 冷糊稳定

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

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a b 1b 2

显著性(F / )

糊化温度78. 240-0. 07463625. 25/0.000

峰值黏度26430-0. 341566. 68/0. 000

最低黏度270. 72. 4854063. 46/0.000

降落值1153. 2-0. 3479

014. 49/0.005

最终黏度525. 22. 5499048. 24/0. 000

回升值257. 42. 5976028. 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 1(1)

式中, y 表示糊化温度、峰值黏度、最低黏度等糊化特

b BV+b M J

征值, BV 表示碘兰值、M J 表示酶解力。a 、b 1、b 2为系数, b 1、b 2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 、b 1、b 2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b 1=0时, 糊化温度、峰值黏度的指数模型的显著性最好, 当b 2=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。

参考文献

1] 展. 与

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La 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 esearch 2001, (330):241-248

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及粮食贮藏加工中的应用. 仪器评价, 2002, (5) :39-41

[15] 张凯, 李新华, 赵前程. 不同品种玉米淀粉糊化特性比

较. 沈阳农业大学学报, 2005, 36(1):107-109

The Relati onsh i p bet w een Physi coche m ical Property and

Pasti n g Curve of R i ce Starch

Cheng K e Chen Ji w ang Xu Y ong li ang Zhao Si m i ng

(Co llege o f Food Sc ience and Technology , H uazhong AgriculturalUn i v ersity , W uhan 430070) (Co llege of Food Science and Techno logy , W uhan Polytechnic U niversity , 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

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. l 21, N o . 6

Dec . 2006

大米淀粉物化特性与糊化曲线的相关性研究

程科陈季旺许永亮赵思明

1211

(华中农业大学食品科技学院, 武汉 430070)

(武汉工业学院食品科学与工程学院, 武汉 430023)

[1]

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) 丝苗米(I R) 余红米(I R) 金优207(I R) 培优29(I R) 东北粳米(J R ) 5优-C (J R) 小站米(J R ) 泰国糯米(GR)

生产厂家

。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

[2]

[3-6]

力不同, 在糊化曲线上反映出不同的特性。

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

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 .

第21卷第6期1. 3 实验方法1. 3. 1 大米淀粉的制备

程科等大米淀粉物化特性与糊化曲线的相关性研究

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,

[7-8]

采用碱浸法提取大米淀粉备用。

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

, 粉碎过80目筛故酶解力较低。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

用酶水解-DNS 比色定糖法酶解力的大小。1. 3. 4 RVA 的测定

[10]

。以吸光值表示

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

[11]

法采用S td1升温程序进行测定。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) 余红米(IR) 金优207(I R ) 培优29(I R )

丝苗米(IR) 5优-C(J R) 小站米(J R) 东北粳米(J R) 泰国糯米(GR)

碘兰值0. 710. 690. 620. 610. 520. 310. 340. 05

酶解率0. 180. 250. 490. 680. 541. 671. 741. 44

图1 不同类型大米淀粉的RVA 图谱

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

[12]

。籼米淀粉的直链含量高, 其糊化温度均在

当温度高于糊化温度时晶体崩解, 淀粉颗粒开, [13]

且当支链淀粉外链较长时, 也可能形成较紧密的双

中国粮油学报

表3 大米淀粉糊化过程中的特征值

2006年第6期

淀粉来源余红米丝苗米金优207培优29东北粳米5优-C 小站米泰国糯米类型I R I R I R I R J R J R J R GR 糊化温度( )

78. 4674. 9277. 6376. 7268. 6069. 7567. 7571. 90峰值黏度(cp )

2104. 202566. 332492. 331574. 331221. 002957. 001313. 001765. 00最低黏度(cp)

1546. 201635. 331522. 331019. 00619. 00920. 67253. 00653. 00降落值(cp) 558. 00931. 00970. 00555. 33602. 002036. 331060. 001112. 00最终黏度(cp)

2900. 003782. 673018. 001927. 331129. 001994. 00687. 00829. 00回升值(cp)

1353. 802147. 331495. 67908. 33510. 001073. 33434. 00176. 00

表4 相关性分析

糊化温度

碘兰值酶解力

0. 6525

0. 0795

峰值黏度0. 54440. 1630-0. 7847 0. 0211**

最低黏度0. 79050. 0195**-0. 8794 0. 0040***

降落值-0. 11640. 7838 0. 1044

0. 8057

最终黏度0. 86530. 0055***-0. 8937 0. 0028***

回升值0. 8847

***

0. 0035

-0. 7473

0. 0331

-0. 8644

***0. 0056

为相关系数, 为显著性, ***即 0. 01, 为极显著相关, **即0. 01

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

[15]

[14]

, 冷糊稳定

2. 3 碘兰值和酶解力对淀粉糊化特性的影响

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

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a b 1b 2

显著性(F / )

糊化温度78. 240-0. 07463625. 25/0.000

峰值黏度26430-0. 341566. 68/0. 000

最低黏度270. 72. 4854063. 46/0.000

降落值1153. 2-0. 3479

014. 49/0.005

最终黏度525. 22. 5499048. 24/0. 000

回升值257. 42. 5976028. 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

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 1(1)

式中, y 表示糊化温度、峰值黏度、最低黏度等糊化特

b BV+b M J

征值, BV 表示碘兰值、M J 表示酶解力。a 、b 1、b 2为系数, b 1、b 2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 、b 1、b 2值见表5。

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

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K ey w ords rice starch , physicoche m i c al pr operties , pasti n g curve

大米淀粉物化特性与糊化曲线的相关性研究

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