赵黎平 1，韩永斌 1，*，胡秋辉 2，方 勇 2，顾振新 1
（1.南京农业大学食品科技学院，江苏南京210095；2.南京财经大学食品科学与工程学院，江苏南京210046）
摘要：研究发芽对糙米（品种：武运粳46）淀粉组分及含量、流变、凝胶、热力学和加工特性的影响。提取发芽0、24、48、72、96、120h的糙米中的淀粉，用流变仪测定淀粉的动态流变学特性，质构仪测定淀粉凝胶的质构特性，并分析发芽对淀粉差示扫描量热（differential scanning calor imetry，DSC）图谱和加工性质的变化。结果表明：发芽后糙米中淀粉和直链淀粉含量均呈下降趋势；随发芽时间的延长，糙米中的淀粉在升温过程中弹性模量（G'）和黏性模量（G”）的峰值增加，淀粉糊化变性时的温度下降，糙米淀粉的弹性和黏性得到改善；发芽对淀粉凝胶质构特性有不同程度的影响，其中凝胶强度、凝胶硬度、弹性、胶黏性、咀嚼性均在72h达到最大值；DSC扫描图谱表明发芽使糊化焓增加，提高了其稳定性和结晶度，对淀粉的相转变温度（T o、T p、T c）无显著影响（P＞0.05）；发芽改善了淀粉的乳化性和乳化稳定性；发芽后淀粉的持水性没有显著（P＞0.05）变化，持油性整体呈上升趋势。发芽在一定程度上改变了糙米淀粉的功能性质。
关键词：发芽；糙米淀粉；流变学特性；质构性质；热力学性质
淀粉是植物能量贮存的形式之一，在生物界食物链的传递中发挥重要作用，是人类食物的重要来源，同时是一种重要的工业原料。除食品工业外，淀粉在化工、纺织、造纸、石油以及医药等领域有广泛的应用 ［1-5］。淀粉是重要的天然聚合物，主要来源于谷物，植物的根、茎。米淀粉是一种重要的谷物淀粉，它作为大米中最主要的成分，含量高达65%以上 ［6］。和玉米淀粉、薯类淀粉相比，米淀粉的生产和深加工相对比较落后。随着淀粉应用领域的不断拓展以及对米淀粉研究的不断深入，研究者发现米淀粉具有一些特殊的理化性质及生理功能，如可作为脂肪替代品 ［5］、易消化、其结合蛋白完全非过敏等 ［7］。
为使淀粉能够满足一些特殊应用的需求如生产多孔淀粉、抗消化淀粉、模拟脂肪 ［5］、明胶替代物等，通常需要对其进行改性 ［7］，目前淀粉改性的方法有物理改性、化学改性、生物改性（酶法改性）和复合改性。发芽是目前被广泛应用的能够提高种子营养成分的生物利用率的成熟手段 ［8］，种子在发芽过程中，淀粉分子不断的降解与合成，淀粉衍生物的特性发生了变化，可能会影响其理化及功能特性等。研究表明，发芽可以改善高粱的乳化活性 ［9］、改善淀粉的成膜性 ［10］、降低淀粉的回生程度 ［11］、改善糙米淀粉的理化性质 ［12］等。目前糙米发芽过程中淀粉流变、凝胶、热力学及加工性质的影响尚缺乏研究。本实验以武运粳46为试材，研究了发芽对糙米淀粉流变、凝胶、热力学等功能性质的影响。旨在探索糙米发芽过程中淀粉性质的变化，为简化淀粉改性方法和糙米淀粉的应用提供理论依据。
1.1 材料与试剂
“武运粳”稻谷，购自南京溧水，经垄谷、色选获得糙米于4℃避光保存。
氢氧化钠（分析纯） 广东汕头市西陇化工厂；次氯酸钠（分析纯） 国药集团化学试剂有限公司；色拉油（食品级） 中粮集团。
1.2 仪器与设备
FSD-100A型电动粉碎机 台州市新恩精密粮仪有限公司；HH-6型数显恒温水浴锅 常州国华电器有限公司；TDL-40B离心机 上海安亭科学仪器厂；DHG-9030A型电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司；MCR301流变仪 奥地利Anton Paar公司；TA-XT2i质构仪 美国Stab Microsystems公司；MC-DSC扫描仪 美国TA公司；FLUKO均质机 德国Fluko公司。
1.3 方法
1.3.1 糙米发芽的生产工艺及淀粉的提取
发芽工艺参照文献［13］，稍作修改。糙米经脱壳、除杂、色选后，准确称取1kg样品，将其漂洗干净，于体积分数为1%的次氯酸钠溶液中浸泡30min，用去离子水冲洗数次至中性，于30℃黑暗条件下浸泡3h，断水15min，再浸泡，共12h，在32.9℃黑暗条件下通气培养（通气量为1.2L/min），每隔12h用去离子水清洗种子数次，每隔24h取样，50℃热风干燥后储存于-20℃冰箱中备用。
提取淀粉参照Yanez等 ［14］的方法：将干燥的发芽糙米粉碎，过60目筛。取适量的发芽糙米粉，用5倍体积的质量分数为0.25%的NaOH处理4h，倾去上清液；重新加入0.25%NaOH处理3h后，在彻底清洗至无NaOH，过100目的滤布，得到提取粗淀粉浆。将粗淀粉浆静置过夜后分层，倾去上层，下层沉淀物在4000r/min条件下离心10min。倾去上清液，下层淀粉50℃热风干燥。干燥后的淀粉块粉碎，过60目筛，包装置于干燥器中贮藏。
1.3.2 常规指标测定
淀粉含量参照GB/T5009.9—2003《食品中淀粉的测定》 ［15］测定；直链淀粉参照GB7648—87《水稻、玉米、谷子籽粒直链淀粉测定法》 ［16］测定。
1.3.3 动态流变学性质分析
采用MCR301流变仪，49mm平板，平行板间距0.5mm，盖上盖板用硅油密封防止水分蒸发，平衡后在线性黏弹区内做25～95℃的动态温度扫描，得到弹性模量（G'）和黏性模量（G”）随温度变化的规律 ［17］。
1.3.4 凝胶性质测定
样品处理 ［18］：称取一定量的淀粉样品，用蒸馏水调配成一定浓度的均一溶液，取20mL转移至25mL玻璃烧杯中，（95±1.0）℃条件下水浴10min，冷却至室温后在4℃条件下冷却18h。之后将淀粉悬浮液置于室温下2h，形成凝胶。
检测条件 ［19］：采用TA-XT2i质构仪，探头型号为P/50，感应力10g；冲压速率：压前速率为1mm/s，冲压速率为0.5mm/s，压后速率为1mm/s；两次下压间隔5.0s；试样受压变形为75%。测定淀粉凝胶的凝胶强度（gel strength）、硬度（hardness）、黏性（adhesiveness）、弹性（springiness）、黏着性（cohesiveness）、胶黏性（gumminess）、咀嚼性（chewiness）、回弹性（resilience）。
1.3.5 差示扫描量热（differential scanning calorimetry，DSC）测定
参照Koo等 ［20］的方法，并加以改进。将3g样品与去离子水按照1∶2混匀置于安剖瓶中，测试条件为温度范围25～95℃，升温速率2℃/min，平衡时间60s。测定样品的糊化起始温度T o（onset temperature）、峰值温度T p（peak temperature）、终止温度T c（conclusion temperature）和糊化焓ΔH g（enthalpy of gelatinization）。
1.3.6 持水性和持油性测定
参照文献［9］，称量0.20g的样品，放入干燥的5mL离心管中，加入3mL水（或油），漩涡混匀，静置30min，然后在4000r/min离心30min，将水（或油）倒掉，准确称量离心管和沉淀质量。
式中：m 0为样品干质量/g；m 1为离心管加干样品质量/g；m 2为离心管加沉淀质量/g。
1.3.7 乳化性和乳化稳定性测定
参照文献［9］，乳化液的制备：将2.00g样品、20mL去离子水（4℃冷却）和20mL色拉油加入100mL的离心管中，经高速均质机（20000r/min）分散1min后，在4000r/min条件下离心10min。
乳化稳定性：将离心后的乳化液在80℃水浴条件下加热30min，冷却到室温（25±2）℃，4000r/min离心10min。
1.4 数据统计与分析
实验设3次重复，结果以
的形式表示。通过SPSS18.0在0.05水平上进行显著性分析。
2.1 糙米发芽过程中淀粉和直链淀粉含量的变化
表1 糙米发芽过程中淀粉和直链淀粉含量的变化
Table1Changes in starch and amylase contents during BR germinationation
指标发芽时间/h 024487296120淀粉含量/%79.11±1.45 a78.87±2.06 a75.81±0.75 b72.03±1.76 c69.33±0.51 d68.82±1.80 d直链淀粉含量/%22.51±1.14 a18.82±1.34 b16.36±0.41 c15.40±0.67 cd14.01±0.83 d14.43±0.46 d
注：同行不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。表2同。
由表1可知，糙米发芽过程中，在淀粉酶的作用下，总淀粉和直链淀粉含量均呈下降趋势，发芽120h后，淀粉含量从79.11%降为68.82%，直链淀粉由原来的22.51%降为14.43%，分别下降了13.00%和35.51%，这与Wu Fengfeng等 ［21］的研究结果一致，种子在发芽初期优先利用小分子糖 ［22］，所以发芽24h内淀粉含量变化不明显，随着发芽时间的延长，淀粉含量降低，不断降解以满足种子萌发和生长的物质和能量的需要。
2.2 发芽对糙米淀粉动态流变学特性的影响
淀粉的动态流变学关系到产品的加工过程和最终品质。在实际使用淀粉糊过程中，由于温度、压力等加工条件（如温度、压力等）的变化，淀粉糊处于动态变化中，考察淀粉糊在动态变化过程中的特性就显得尤为重要。在动态流变特性的测量过程中，弹性模量（G'）表示的是当物质受到力的作用时的物质变形程度，G'越大，物质受到力时变形程度越小。黏性模量（G”）表示的是物质受到力的作用时，阻碍物质流动的特性，G”越大，表明受到力时，物质越不易流动 ［23］。
图1 升温过程中发芽对糙米淀粉G'的影响
Fig.1Effect of germination on G'of BR starch as a function of temperature
图2升温过程中发芽对糙米淀粉G”的影响
Fig.2Effect of germination on G”of BR starch as a function of temperature
图1 和图2为不同发芽时间的糙米淀粉在升温过程中动态流变学特性的变化情况。当温度低于69℃时，G'和G”近似相等，随着温度的升高，在很窄的温度范围内，G'迅速增大，当升高到一定值，淀粉的网络结构已因淀粉糊化变性而形成后，G'开始缓慢下降；G”与G'呈现相似的变化规律，但G'始终大于G”；淀粉在升温过程中G'和G”的峰值随发芽时间的延长而增加，并分别在88.4、82.1、78.9、80.5、80.5、82.1℃时达到最大值，即随着发芽时间的延长，淀粉糊化变性时的温度不断降低。G'的迅速增大反映了淀粉的糊化 ［24］，淀粉颗粒吸收水分逐渐膨胀，淀粉颗粒裂解，与周围水的界限消失，最终和水形成稳定的凝胶，在温度升高的过程中，直链淀粉分子间相互缠绕并逐渐有序化，链与链间的氢键进一步形成，淀粉粒之间的碰撞变缓，淀粉凝胶体系的弹性增大，因此G'值升高 ［25］。而G”的上升与淀粉的溶胀有关 ［26］。G'和G”的峰值随发芽时间的延长而增加，说明发芽后淀粉溶胶形成的结构更加稳定。
2.3 发芽对糙米淀粉凝胶性质的影响
凝胶硬度是指压缩凝胶的厚度至50%所达到的力；黏性反映凝胶对与之接触物体的黏附性；弹性指凝胶受到挤压后恢复到原来高度的能力；黏着性反映凝胶内部黏结的紧密程度和抵抗外界破坏的能力；胶黏性反映凝胶咀嚼过程中由固体转变为半固体时的黏性；咀嚼性反映凝胶粉碎时所需要的力；回弹性反映凝胶恢复形变的能力；凝胶强度反映使凝胶崩裂的单位面积所受到的力。Biliaderis等 ［27］认为淀粉凝胶是一个非平衡系统，淀粉凝胶在贮藏的过程中会发生重结晶。淀粉乳浓度、直链淀粉含量、颗粒大小和分布、溶胀程度、颗粒硬度以及分子链缠绕状态等都会影响淀粉凝胶的形成速率和黏弹性。
表2糙米发芽过程中淀粉凝胶性质的变化
Table2Change in thermal stability of starch during BR germination
24487296120凝胶强度14.08±2.94 bc12.14±0.33 c16.16±0.39 a16.86±1.12 a15.95±0.57 a14.83±0.46 ab硬度/g254.71±13.88 bc224.42±6.83 c238.55±2.04 bc298.42±14.45 a262.82±2.85 abc272.62±36.42 ab黏性/（g·s）118.72±9.63 a120.17±34.10 b61.87±6.31 d80.78±5.28 c90.83±5.77 bc77.13±4.13 c弹性0.82±0.01 a0.66±0.13 b0.85±0.02 a0.86±0.03 a0.85±0.02 a0.85±0.01 a黏着性0.82±0.01 b0.90±0.05 a0.85±0.02 b0.85±0.01 b0.86±0.01 ab0.86±0.01 ab胶黏性209.19±10.02 bc193.36±8.91 c201.54±4.11 c251.67±11.67 a228.33±3.31 b256.79±16.29 a咀嚼性171.55±7.76 c154.95±11.82 c170.97±4.15 c211.49±12.00 ab194.71±7.98 b221.09±15.41 a回弹性0.48±0.01 c0.63±0.04 ab0.61±0.02 ab0.60±0.00 b0.60±0.01 ab0.62±0.01 a指标发芽时间/h 0
由表2可知，随着发芽时间的延长，糙米淀粉的凝胶强度先降低后增加，在72h达到最大值，24h最小；凝胶硬度和胶黏性整体上升趋势，都在72h达到最大值，
24h最小，可能与发芽过程中直链淀粉的含量的下降有关，可能是因为凝胶形成过程中，线性直链淀粉分子的部分链段平行取向发生结晶（老化作用） ［27］。黏性呈显著（P＜0.05）下降趋势，并在48h达到最小，为对照的
0.52 倍；弹性在发芽24h时下降，其他发芽阶段与对照相比无显著变化；发芽后糙米淀粉凝胶的黏着性均呈现不同程度的增加；咀嚼性整体呈上升趋势，并在72h和
120h达到最大，分别为对照的1.23、1.29倍；不同发芽阶段的淀粉凝胶回弹性较对照组有显著的上升，为NG
的1.22～1.37倍，但发芽不同阶段的回弹性无明显变化（P＞0.05）。凝胶强度、凝胶硬度、弹性、胶黏性、咀嚼性均在72h达到最大值，发芽72h可能是发芽的转折点。
2.4 发芽对糙米淀粉热力学性质的影响
表3糙米发芽过程中淀粉热力学性质的变化
Table3Changes in thermaldynamic properties of starch during BR germination
注：同列不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。
发芽时间/hT o/℃T p/℃T c/℃ΔH/（J/g）065.04±0.02 a71.22±0.45 a82.13±0.17 b7.42±0.26 e2465.53±0.03 a71.22±0.05 a83.32±0.23 a7.51±0.16 e4865.51±0.06 a71.21±0.75 a83.78±0.84 a9.39±0.05 b7265.57±0.14 a71.88±0.94 a83.01±0.29 a9.21±0.08 c9665.01±0.05 a71.22±0.09 a83.22±1.32 a9.61±0.10 a12065.58±0.02 a71.22±0.53 a82.79±0.92 a7.78±0.07 d
由表3可知，T o、T p和T c基本没有变化，说明发芽对糙米淀粉的相转变温度影响不大。T o、T p和T c的大小是由结晶区的分子构造决定的，它和支链淀粉短链分布相对应 ［28］。T o、T p和T c反映了淀粉的凝胶范围温度，即发芽对糙米淀粉的凝胶温度范围没有显著的影响，这与Wu Fengfeng等 ［21］的研究结果一致。焓值（ΔH）通常用于衡量打开分子内化学键所需要的能量，ΔH越大表示化合物的稳定性越好，结晶度越大 ［29］。由表3可知，糙米发芽后的淀粉糊化焓较对照组增大，在48h后有上升趋势，96h达到最大，说明发芽后淀粉糊化需要消耗更多的能量，淀粉的稳定性和结晶度提高，在120h时又下降，可能是因为随着发芽时间的延长，淀粉过度分解，导致结晶结构的破坏。
2.5 发芽对糙米淀粉持水性和持油性的影响
图3糙米发芽过程中淀粉持水性和持油性的变化
Fig.3Changes in water-binding and oil-holding capacity of starch during BR germination
由图3可知，发芽使糙米淀粉的持水性降低，持油性增加。随着发芽时间的延长持油性呈先增加后降低再增加的趋势，并在发芽24h达到最大值，是对照组的2.2倍，不同发芽时间淀粉的持水性没有显著（P＞0.05）差异。发芽过程中淀粉持水性的降低可能是因为发芽过程中的淀粉酶活性增加，分解淀粉，使淀粉颗粒减小，结合水的能力降低 ［11］。发芽糙米淀粉的持油性在24h达到最大值后降低，并在48h达到最小值，之后呈上升趋势。持油性的变化可能与发芽过程中淀粉表面裂纹和空洞的增加，淀粉颗粒的平均尺寸降低有关。
2.6 发芽对糙米淀粉乳化性和乳化稳定性的影响
图4糙米发芽过程中淀粉乳化性及乳化稳定性的变化
Fig.4Changes in emulsifying activity and emulsion stability of starch during BR germination
淀粉的乳化性以乳化层的高度表示，其值越大，表明其乳化性越强。由图4可知，随着发芽时间的延长，糙米淀粉的乳化性和乳化稳定性均呈现上升趋势，并在48h和96h达到最大值，与对照相比分别提高了50.82%和30.26%，在72h出现转折。发芽后淀粉乳化性及其乳化稳定性与对照均有所提高，可能是因为发芽后淀粉酶解，引起直链长度降低，在水包油的体系中更易分散，且不易发生重排和聚集 ［30］，也可能是发芽改变了淀粉的疏水基团在水油界面上的分布，形成具有较高界面黏弹性的界面膜 ［31］，使乳胶粒发生碰撞聚结的空间位阻加大，有利于乳胶粒的稳定 ［32］。
糙米发芽过程中，淀粉在内源酶的作用下分解为小分子糖，使淀粉和直链淀粉的含量下降，从而引起淀粉功能性质 的改变。发芽后淀粉糊化变性时的温度不断降低，淀粉的G'和G”的峰值增加，淀粉糊溶胶形成的结构更加稳定；发芽后糙米淀粉的凝胶强度先降低后增加，凝胶硬度和胶黏性整体呈上升趋势，黏性呈显著下降趋势，弹性没有明显变化，黏着性增加，咀嚼性整体呈现上升趋势，凝胶回弹性较对照有显著的上升，但各个阶段之间变化不明显，且凝胶强度、凝胶硬度、弹性、胶黏性、咀嚼性均在72h达到最大值，发芽72h可能是发芽的转折点；发芽使糙米淀粉的糊化焓增大，提高了糙米淀粉的稳定性和结晶度，对凝胶温度范围没有显著的影响；持油性、乳化及乳化稳定性都得到改善，但持水性降低。
因此，发芽对糙米动态流变特性、糊化特性及热力学加工性质都有一定影响，在一定程度上改善了糙米淀粉的功能特性，为糙米淀粉的进一步研究和工业应用提供了理论基础。
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Effect of Germination on Functional Properties of Brown Rice Starch
ZHAO Liping
1，HAN Yongbin
1，*，HU Qiuhui
2，FANG Yong
2，GU Zhenxin
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（1.College of Food Science and Technology，Nanjing Agricultural University，Nanjing210095，China；2.College of Food S cience and Engineering，Nanjing University of Finance and Economics，Nanjing210046，China）
Abstract：The present work was designed to obtain information on the effect of germination on starch composition and rheological，gel，thermodynamic and processing properties of brown rice starch.Brown rice starch was extracted at different stages（0，24，48，72，96，and120h）of germination.The starch rheological properties were examined by a rheometer，the texture properties of starch gels were analyzed by texture analyzer and changes in thermodynamics and processing properties of starch during120h germination were also investigated.The results showed that the contents of total starch and amylase decreased over the germination period.With the extension of germination time，the peak values of G'and G”increased，denaturation temperature dropped and elasticity and viscosity went up.Germination had different impacts on the texture properties of starch gels.Gel strength，hardness，springiness，gumminess and chewiness reached a maximum level at72h.Differential scanning calorimetry（DSC）analysis showed that germination had little effect（P >0.05）on phase transition temperatures（T o，T p，T c）of starch，but the gelatinization enthalpy increased and the stability and crystallinity were improved.Moreover，the emulsification and emulsion stability were also enhanced.Little effect of germination on its water-binding capacity was found（P >0.05）；in contrast，oil-holding capacity was improved.Therefore，germination can improve the functional properties of brown rice starch to some extents.
Key words：germination；brown rice starch；rheological properties；texture properties；thermodynamic properties
中图分类号：TS235.1
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2015）05-0045-05
doi：10.7506/spkx1002-6630-201505009
收稿日期：2014-04-03
基金项目：粮食公益性行业科研专项（201313011）
作者简介：赵黎平（1989—），女，硕士研究生，研究方向为农产品加工与贮藏。E-mail：2012108025@njau.edu.cn
*通信作者：韩永斌（1963—），男，教授，博士，研究方向为农产品加工与综合利用。E-mail：hanyongbin@njau.edu.cn