糙米发芽前后营养成分的变化及其对发芽糙米糊化特性的影响

吴晓娟,从竞远,吴 伟*,吴 跃

(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,湖南 长沙 410004)

摘 要:选用24 个糙米品种为原料制备发芽糙米,研究发芽过程中主要营养成分的变化,以及营养成分变化对发芽糙米糊化特性的影响。结果表明,糙米发芽后,总淀粉含量极显著下降(P<0.01),可溶性蛋白、纤维素和γ-氨基丁酸的含量极显著上升(P<0.01),直链淀粉、总蛋白和粗脂肪含量变化不显著(P>0.05)。发芽糙米峰值黏度、最低黏度、最终黏度和回生值与直链淀粉含量呈极显著的正相关(P<0.01),与支链淀粉含量、支链淀粉/直链淀粉呈极显著的负相关(P<0.01);峰值时间也与直链淀粉含量呈极显著的正相关(P<0.01),与支链淀粉、支链淀粉/直链淀粉呈显著负相关(P<0.05)。此外,发芽糙米峰值黏度与总蛋白含量呈极显著的负相关(P<0.01),最低黏度、最终黏度和回生值也与总蛋白的含量呈显著负相关(P<0.05)。

关键词:发芽糙米;糙米品种;营养成分;糊化特性

稻谷是中国最重要的粮食作物之一,是中国65%以上人口的口粮[1]。发芽糙米是稻谷去除颖壳后,在适当温度和湿度条件下,经发芽、干燥等工序所得制品[2]。由于具有比糙米和精白米更多的营养成分,发芽糙米及其制品在保健食品和未来主食领域具有更大的市场潜力,如生产γ-氨基丁酸营养粉、功能饮料、方便米饭等[3-4]。糙米发芽过程中,由于内源酶被激活,部分蛋白质、淀粉、植酸等营养素被降解,γ-氨基丁酸、γ-谷维素、肌醇六磷酸、谷胱甘肽、烟酸吡哆素等生理活性成分增加,使其营养组成和感官品质都得以改善。但是,目前关于糙米发芽前后营养成分变化的研究往往只选用了一个或几个稻谷品种[5-7],关于品种间的差异对发芽糙米品质特性的影响鲜有报道。已有研究表明,稻米品种的特性差异对米制食品品质具有较大影响,尤其与蛋白质含量、直链淀粉含量、脂肪含量、游离氨基酸组成和含量、糊化特性、胶稠度等因素密切相关[8-10]。本研究采用24个糙米品种为原料,在相同工艺下制备发芽糙米,考察糙米发芽前后主要营养成分含量的变化,以及营养成分含量变化对发芽糙米糊化特性的影响,以期为发芽糙米及其制品的原料选择提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

早籼糙米(湘早籼45、湘早籼46、中嘉早17、中嘉早32、株两优173、株两优189、荣优9号) 湖南粮食集团长沙储备分公司;晚籼糙米(湘晚籼12、农香19、金优207、黄华占、玉针香) 湖南省水稻研究所果园基地;晚籼糙米(星2号、湘晚籼13)、粳糙米(稻花香2号) 金健米业股份有限公司;早籼糙米(株两优4026)、晚籼糙米(丰两优6号、扬两优6号、五丰优569、两优培九、丰优香占)和粳糙米(长粒香、五优稻3号、武运粳7号) 益阳兰溪粮食市场。

盐酸、氢氧化钠、正庚烷、硝酸、无水乙醇、石油醚、碘化钾、碘等(均为分析纯) 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

AUY220分析天平 日本UIBLOC公司;CR-50发芽罐南京珵儒机械科技有限公司;202-2AB型烘箱 天津泰斯特仪器有限公司;Super4快速黏度分析仪 澳大利亚New port Scientific Pty公司;QE-200万能粉碎机 浙江屹立工贸有限公司;722s分光光度计 上海精密科学仪器有限公司;MIR-250A微生物培养箱 上海SANTN有限公司。

1.3 方法

1.3.1 发芽糙米制备

将糙米放入发芽罐中,2 7 ℃浸泡2 h,然后于32 ℃发芽24 h,换水间隔设置为2 h,换气间隔设置为20 m in,并通入臭氧进行灭菌。发芽结束后,在40 ℃条件下烘干至水分质量分数13%左右,即得发芽糙米。

1.3.2 糙米和发芽糙米主要营养成分测定

测定2 4 个不同品种的糙米及其发芽糙米的主要营养成分,每个样品平行测定3 次。水分含量的测定:直接干燥法,GB 5009.3—2010《食品中水分的测定》[11];总淀粉含量的测定:酸水解法,GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的测定》[12];直链淀粉含量的测定:GB/T 15683—2008《大米 直链淀粉含量的测定》[13];支链淀粉含量由总淀粉含量减去直链淀粉含量算出;总蛋白含量的测定:凯氏定氮法,GB 5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》[14];可溶性蛋白含量的测定:双缩脲比色法,根据张群[15]的方法测定;粗脂肪含量的测定:索氏抽提法,GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的测定》[16];纤维素含量的测定:硝酸-乙醇法,根据王林风等[17]的方法测定;γ-氨基丁酸含量的测定:Berthelot比色法,根据Johnson等[18]的方法测定。

1.3.3 发芽糙米糊化特性测定

参考GB/T 24852—2010《大米及米粉糊化特性测定快速粘度仪法》[19]方法测定。

1.3.4 数据处理

所有实验平行测定3 次,先采用M icroso ft Excel 2003对数据进行处理,结果用±s表示,再采用SPSS 18.0进行数据间的相关性分析。

2 结果与分析

2.1 糙米主要营养成分的测定

2 4 个糙米品种主要营养成分如表1所示,水分质量分数为1 1.6 7%~1 4.4 5%,总淀粉质量分数为7 0.4 4%~7 6.5 9%,直链淀粉质量分数为15.67%~25.89%,总蛋白质量分数为5.63%~11.41%,可溶性蛋白质量分数为0.15%~0.33%,粗脂肪质量分数为1.61%~3.40%,纤维素质量分数为1.34%~2.77%,γ-氨基丁酸含量为0.07~0.99 m g/g。其中,‘稻花香2号’的总淀粉含量最高,‘丰两优6号’的总淀粉含量最低;‘中嘉早32’的直链淀粉含量最高,‘丰两优6号’的直链淀粉含量最低;‘五丰优569’的总蛋白含量最高,‘中嘉早32’的总蛋白含量最低;‘荣优9号’的可溶性蛋白含量最高,‘丰优香占’的可溶性蛋白含量最低;‘武运粳7号’的粗脂肪含量最高,‘稻花香2号’的粗脂肪含量最低;‘扬两优6号’的纤维素含量最高,‘湘早籼45’的纤维素含量最低;‘星2号’的γ-氨基丁酸含量最高,‘中嘉早32’的γ-氨基丁酸含量最低。γ-氨基丁酸、粗脂肪、可溶性蛋白、纤维素、总蛋白、直链淀粉等主要营养成分的相对标准偏差分别为76.61%、23.74%、22.55%、19.84%、17.98%、16.12%,数值较大,说明糙米品种间差异明显,有利于研究结果的可靠性。

表1 糙米的主要营养成分
Tab le 1 Nutrient contents o f brow n rice

注:同一列中不同肩标小写字母表示差异显著(P<0.05),下表同。

2.2 发芽糙米主要营养成分的测定

2 4 个品种发芽糙米的主要营养成分如表2所示,水分质量分数为1 2.79%~13.34%,总淀粉质量分数为66.22%~74.22%,直链淀粉质量分数为14.56%~23.19%,总蛋白质量分数为4.25%~11.20%,可溶性蛋白质量分数为0.39%~0.99%,粗脂肪质量分数为1.71%~3.40%,纤维素质量分数为2.25%~3.99%,γ-氨基丁酸含量为0.35~2.42 m g/g。结果显示,糙米发芽后,总淀粉质量分数极显著下降(P<0.01),可溶性蛋白、纤维素和γ-氨基丁酸的含量极显著上升(P<0.01),直链淀粉、总蛋白和粗脂肪质量分数变化不显著(P>0.05)。其中,‘两优培九’发芽糙米的总淀粉质量分数变化最大,由74.39%下降到69.44%,降幅达6.65%;‘中嘉早17’发芽糙米的直链淀粉质量分数变化最大,由25.44%下降到22.01%,降幅达13.48%;‘湘晚籼13’发芽糙米的总蛋白质量分数变化最大,由7.10%下降到4.25%,降幅达40.14%;‘玉针香’发芽糙米的可溶性蛋白质量分数变化最大,由0.22%上升到0.99%,增幅达3.50倍。‘株两优189’发芽糙米的纤维素质量分数变化最大,由2.07%上升到3.99%,增幅达92.75%;‘扬两优6号’发芽糙米的γ-氨基丁酸含量变化最大,由0.62 m g/g上升到2.42 m g/g,增幅达2.90倍。24个品种中,‘扬两优6号’、‘星2号’和‘丰两优6号’的发芽糙米γ-氨基丁酸含量都高达2 m g/g以上,适宜生产γ-氨基丁酸营养粉及其功能性食品。

糙米发芽后,总淀粉和直链淀粉质量分数下降可能是由于发芽激活了糙米中的淀粉酶,如α-淀粉酶、β-淀粉酶、脱支酶、α-葡萄糖苷酶等,这些酶可使淀粉降解成寡糖,提供部分糖类作为种子发芽所需能量来源[20]。总蛋白质量分数下降和可溶性蛋白质量分数成倍增加的原因可能是,发芽前期糙米中蛋白酶活力增强,使得溶解性较差的谷蛋白水解为可溶性的低分子质量蛋白或氨基酸[21]。纤维素质量分数增加可能是因为糙米中还含有纤维素酶、半纤维素酶、脂肪酶等,在这些酶共同作用下,纤维素等贮藏性大分子物质被部分水解而释放出来[22]。而大量研究已表明,非蛋白氨基酸γ-氨基丁酸成倍增加的原因是,发芽处理激活了糙米中的谷氨酸脱羧酶,谷氨酸脱羧酶以糙米自身所含的以及蛋白质不断水解形成的谷氨酸为底物,形成大量的γ-氨基丁酸[7]

不同品种的糙米发芽后,γ-氨基丁酸、可溶性蛋白、粗脂肪、总蛋白、纤维素、直链淀粉等主要营养成分的相对标准偏差分别为62.16%、31.58%、23.60%、22.54%、16.13%、15.24%,这表明不同品种的发芽糙米的营养组成仍然具有十分明显的差异。

表2 发芽糙米的主要营养成分质量分数
Tab le 2 Nutrient contents o f germ inated brow n rice

2.3 发芽糙米糊化特性的测定

稻米及其制品的糊化特性一直是反映其食用品质的重要指标之一,发芽糙米的糊化特征数据如表3所示,不同品种发芽糙米的最低黏度、回生值、最终黏度、衰减值、峰值黏度的相对标准偏差分别为45.22%、44.30%、44.21%、31.59%、31.02%,品种间差异十分显著,而不同品种发芽糙米的峰值时间和糊化温度差异较小。其中,‘中嘉早32’发芽糙米的峰值黏度和最低黏度最大,分别为1 941 cp和1 500 cp;‘五丰优569’发芽糙米的峰值黏度、最低黏度和最终黏度最小,分别为615、280 cp和719 cp;‘株两优173’发芽糙米的最终黏度最大,为3 210 cp。衰减值是峰值黏度与最低黏度的差值,可以反映淀粉或米粉的热糊稳定性;回生值是最终黏度与最低黏度的差值,可以反映淀粉或米粉的冷糊稳定性。‘两优培九’发芽糙米的衰减值最大,为890 cp,表明其热糊稳定性较差;而‘五丰优569’发芽糙米的衰减值最小,为355 cp,表明其热糊稳定性相对较好。‘株两优173’发芽糙米的回生值最高,为1 800 cp,表明其冷糊稳定性差,易于老化;而‘五丰优569’、‘星2号’和‘湘晚籼12’等品种的发芽糙米回生值都在500 cp以下,表明其冷糊稳定性好,不易老化,适于制作方便米饭等食品。

表3 发芽糙米的糊化特征值
Tab le 3 Pasting characteristics of starch from germ inated brow n rice

2.4 发芽糙米糊化特性与其淀粉组成的相关性分析

淀粉是稻米中最主要的营养成分,质量分数达70%以上,与稻米及其制品的糊化特性和食味品质有密切关系[23-24]。由表4可知,发芽糙米的峰值黏度、最低黏度和最终黏度与直链淀粉含量呈极显著的正相关(P<0.01),与支链淀粉含量、支链淀粉/直链淀粉呈极显著的负相关(P<0.01),这与已有研究报道的大米淀粉或发芽糙米淀粉的黏度与淀粉组成的关系截然不同。已有研究表明,大米淀粉或发芽糙米淀粉的峰值黏度与直链淀粉含量是呈负相关的,而与支链淀粉/直链淀粉呈正相关,即直链淀粉含量越低,支链淀粉/直链淀粉越大,峰值黏度越高[25-26]。这可能是由于发芽糙米或者大米的糊化特性除了受淀粉组成影响外,也与蛋白质、脂类或内源酶活性等因素有关[7]

发芽糙米的回生值与直链淀粉呈极显著的正相关(P<0.01),与支链淀粉、支链淀粉/直链淀粉呈极显著的负相关(P<0.01),与已有研究报道的大米及其制品的老化回生现象与淀粉组成的关系是一致的[27]。回生是淀粉分子从无序到有序的过程,加热糊化过程中,水分子和热的作用使有序的淀粉分子变得杂乱无序,而冷藏过程中,由于分子势能的作用,高能态的无序化逐步趋于低能态的有序化,已有研究表明,淀粉的短期回生主要是由直链淀粉分子的凝胶有序和脱水结晶引起的,因而直链淀粉含量高的发芽糙米容易老化回生[28]。同样的,峰值时间也是与直链淀粉呈极显著的正相关(P<0.01),与支链淀粉、支链淀粉/直链淀粉呈显著负相关(P<0.05),这表明发芽糙米的直链淀粉含量越高,支链淀粉含量越低,其从加热到开始达到峰值黏度的时间越长。

表4 发芽糙米的糊化特征值与淀粉组成的相关系数(r/P)
Tab le 4 Correlation coefficients betw een pasting characteristics and starch com position o f germ inated brow n rice (r/P)

注:r.变量间的线性相关系数;**.P<0.01,差异极显著;*.P<0.05,差异显著。下同。

2.5 发芽糙米糊化特性与其他营养成分的相关性分析

发芽糙米糊化特性与其他营养成分的相关性如表5所示,峰值黏度与总蛋白含量呈极显著的负相关(P<0.01),最低黏度、最终黏度和回生值也与总蛋白的含量呈显著负相关(P<0.05)。Tan Yifang[29]与Zhu Lijia等[30]的研究也发现蛋白质含量与米粉的峰值黏度成负相关性,且证实了米粉中蛋白质和淀粉酶活性是导致米粉与其对应的淀粉糊化特性差异的主要原因。大米蛋白中80%以上是非水溶性的米谷蛋白,卢薇等[31]向大米淀粉中添加米谷蛋白的实验也表明,蛋白质含量的增加会降低淀粉的黏度,可能是因为大米蛋白能与淀粉发生相互作用形成网状结构,填塞在淀粉颗粒间的蛋白质对淀粉颗粒膨胀起抑制作用,致使淀粉不能充分糊化,此外加热时二硫键增多,蛋白质分子聚合为大分子,导致熟化食品质地变硬。发芽糙米的糊化特性与可溶性蛋白无显著性关系,这可能是由于可溶性蛋白的含量较低。同样,发芽糙米的糊化特性与粗脂肪和纤维素也无显著性关系。2.6 发芽糙米糊化特性与显著影响因素的回归分析

表5 发芽糙米的糊化特征值与其他营养成分的相关系数(r/P)
Tab le 5 Correlation coefficients betw een pasting characteristics and con ten ts o f other nu tritients o f germ inated b row n rice (r/P)

在相关性分析基础上,对发芽糙米糊化特性峰值黏度(Y1)、最低黏度(Y2)、最终黏度(Y3)、回生值(Y4)、峰值时间(Y5)和影响显著的因素直链淀粉(X1)、支链淀粉(X2)、支链淀粉/直链淀粉(X3)、总蛋白(X4)之间进行多元线性回归分析,通过发芽糙米的营养组成对其糊化特性进行预测和控制。采用逐步回归法得到“最优”的回归方程如表6所示,其方差分析均满足F检验,模型极显著(P<0.01)。模型1~5的相关系数r2分别为0.737、0.580、0.594、0.587、0.510,说明峰值黏度、最低黏度、最终黏度、回生值和峰值时间50%以上的变异可由直链淀粉、支链淀粉、总蛋白的变化来解释[32],表6中方程能够较好地预测不同营养组成的芽糙米粉的糊化特性,为发芽糙米制品的原料选择提供一定的参考。

表6 发芽糙米的糊化特征值与关键营养成分的回归分析
Tab le 6 Regression analysis betw een pasting characteristics and the con ten ts o f selected nutrients in germ inated b row n rice

3 结 论

本研究选用了24 个糙米品种为原料,在相同工艺下制备发芽糙米,考察发芽过程中主要营养成分的变化,以及营养成分变化对其糊化特性的影响。结果显示,糙米发芽后,总淀粉含量极显著下降(P<0.01),可溶性蛋白、纤维素和γ-氨基丁酸的含量极显著上升(P<0.01),直链淀粉、总蛋白和粗脂肪含量变化不显著(P>0.05)。发芽糙米的糊化特性与淀粉组成密切相关,其峰值黏度、最低黏度、最终黏度和回生值与直链淀粉含量呈极显著的正相关(P<0.01),与支链淀粉含量、支链淀粉/直链淀粉呈极显著的负相关(P<0.01);峰值时间也与直链淀粉含量呈极显著的正相关(P<0.01),与支链淀粉、支链淀粉/直链淀粉呈显著负相关(P<0.05)。此外,发芽糙米的糊化特性还与总蛋白含量有关,峰值黏度与总蛋白含量呈极显著负相关(P<0.01),最低黏度、最终黏度和回生值也与总蛋白的含量呈显著负相关(P<0.05)。24个品种中,‘扬两优6号’、‘星2号’和‘丰两优6号’的发芽糙米γ-氨基丁酸含量较高,适宜生产γ-氨基丁酸营养粉及其功能性食品;‘五丰优569’、‘星2号’和‘湘晚籼12’的发芽糙米不易老化,适于制作方便米饭等食品。

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Nutritional Changes of Brown Rice during Germ ination and Their Effects on Pasting Properties of Germ inated Brown Rice

WU Xiao juan, CONG Jingyuan, WU Wei*, WU Yue
(National Engineering Laboratory for Rice and By-p roduct Deep Processing, Schoo l o f Food Science and Engineering, Center Sou th University o f Fo restry and Techno logy, Changsha 410004, China)

Abstract:Tw enty four brow n rice varieties w ere investigated for the changes in the contents of m ain nutrients during germ ination and their effect on the pasting properties of germ inated brown rice. The results indicated that germ ination of brown rice led to a significant decrease in total starch content (P < 0.01) and a significant increase in solub le protein, cellulose, and γ-am inobutyric acid contents (P < 0.01), w hile not significantly changing the contents of am ylose, total p rotein, and crude lip ids (P > 0.05). Peak viscosity, m inim um viscosity, final viscosity, and setback o f starch from germ inated brow n rice w ere significantly positively correlated w ith am ylose content (P < 0.01), and significantly negatively correlated w ith am ylopection content and the ratio of am ylopection to am ylose (P < 0.01). The peak tim e of starch from germ inated brown rice was significantly and positively correlated w ith am ylose content (P < 0.01), and negatively correlated w ith am ylopection content and the ratio of am ylopection to am ylase (P < 0.05). In addition, peak viscosity of germ inated brown rice was significantly negatively correlated w ith total p rotein content (P < 0.01). Minim um viscosity, final viscosity, and setback o f starch from germ inated b row n rice w ere negatively correlated w ith total p rotein content (P < 0.05).

Key words:germ inated b row n rice; b row n rice varieties; nutritional com position; pasting p roperties

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201718011

中图分类号:TS213.3

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2017)18-0067-06

引文格式:

吴晓娟, 从竞远, 吴伟, 等. 糙米发芽前后营养成分的变化及其对发芽糙米糊化特性的影响[J]. 食品科学, 2017, 38(18): 67-72. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201718011. h ttp://www.spkx.net.cn

WU Xiaojuan, CONG Jingyuan, WU Wei, et al. Nutritional changes of b row n rice during germ ination and their effects on pasting p roperties of germ inated brown rice[J]. Food Science, 2017, 38(18): 67-72. (in Chinese w ith Eng lish abstract)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201718011. http://www.spkx.net.cn

收稿日期:2016-07-11

基金项目:湖南省教育厅科研项目(17C1667);国家自然科学基金面上项目(31771918);公益性行业(农业)科研专项(201303071)

作者简介:吴晓娟(1984—),女,工程师,硕士,研究方向为粮油加工。E-m ail:w uw u.1221@163.com

*通信作者:吴伟(1981—),男,副教授,博士,研究方向为粮油加工。E-m ail:foodw uw ei@126.com