大米淀粉结构组成与其品质特性关系的研究进展

大米淀粉结构组成与其品质特性关系的研究进展

Advanced in Research of Relationship between the Composition of Rice

Starch Structure and its Quality Characteristic

【摘 要】概括了大米的理化特性及其对食用品质的影响 , 对指导大米食品的加工、食品品质的控制等都有较大意义。淀粉是大米的主要组成成分, 其含量及性质直接影响了大米的食用和加工品质。研究表明, 通过对大米淀粉的结构组成进行分析可以推断大米原料的品质及加工特性。通过对大米淀粉的结构组成、直/支链淀粉协同互作作用、淀粉颗粒大小及淀粉陈化作用等方面的研究成果进行综述, 提出大米淀粉加工过程中需要考虑的与品质改变相关的关键控制点, 归纳大米淀粉结构变化影响机制, 为进一步系统了解大米淀粉结构变化对其品质特性的影响提供研究思路。

【关键词】大米 ; 食用品质 ; 营养品质; 直链淀粉; 支链淀粉

1大米的营养品质

大米的营养品质指大米中蛋白质、氨基酸及各种主要矿物质元素的含量高低。所说的优质大米就是指具有良好的外观 , 蒸煮、食用以及营养品质都较高的大米。

1.1 大米蛋白质 蛋白质含量为大米营养品质的主要指标 , 大米蛋白质 具有优良的营养品质 , 主要表现在以下 3 个方面 :

①大米蛋白中的赖氨酸含量高。大米蛋白的组成中含赖氨酸高的碱溶性谷蛋白占 80 %。因此 , 其赖氨酸含量比其他一些谷物种子高。

②大米蛋白氨基酸组成比较合理。大米蛋白的氨基酸组成 , 仅赖氨酸和苏氨酸较欠缺 , 其分别为第一限制性氨基酸和第二限制性氨基酸。

③蛋白质利用率高。对于蛋白质营养价值的评价 , 不 仅要注意其蛋白质含量和氨基酸组成 , 而且要了解它的利 用率。

大米蛋白主要含有 4 种蛋白质 : 清蛋白、醇溶蛋白、 谷蛋白和球蛋白。一般使用 011mol/ L 氢氧化钠溶液溶解大米蛋白质 , 其他溶剂包括亚硫酸盐或巯基乙醇其溶解效果都较差。谷蛋白 (米谷蛋白) 是主要成分 , 不溶于水、中性盐溶液及乙醇溶液中 , 但溶于稀酸及稀碱溶液 , 加热凝固 , 谷蛋白也仅仅存在于谷物籽粒中 , 常常是与醇溶谷 蛋白分布在一起 ; 清蛋白溶于水 , 其溶解度不受盐浓度的影响 , 加热易凝固 , 为强碱、金属盐类或有机溶剂所沉 淀 , 能被饱和硫酸铵盐析 , 其等电点一般在 pH 值 415～ 515 ; 球蛋白是不溶于纯水而溶于中性盐稀溶液的一类蛋 白质 , 它不溶于高浓度的盐溶液 , 加热凝固 , 为有机溶剂所沉淀 , 添加硫酸铵至半饱和状态时则沉淀析出 , 其等电点一般在 pH 值 515～615 , 这类蛋白质表现出典型的盐溶和盐析特性 ; 醇溶蛋白类蛋白质不溶于水及中性盐溶液 , 可溶于 70 %～90 %乙醇溶液 , 也可溶于稀酸及稀碱溶液 , 加热凝固。

1.2 大米淀粉

大米淀粉粒是已知谷物中淀粉颗粒最小的 , 直径为 3 ～8μm。淀粉是由葡萄糖组成的多糖 , 可分为直链淀粉和支链淀粉。粳米的淀粉由 17 %的直链淀粉

和 83 %的支链 淀粉构成。直链淀粉是由葡萄糖苷以α- 1 ,4 糖苷键连接而成的线性长链多糖分子 ; 支链淀粉由葡萄糖苷以α- 1 ,4和 5 %～6 %的非自由分布的α- 1 ,6 糖苷键连接而成的多分支多糖分子 , 其中分支点由α- 1 ,6 糖苷键连接。大米淀粉在细胞质体中形成 , 淀粉分子是以淀粉粒的形式存在 , 在天然大米淀粉颗粒中 , 直链淀粉不能形成结晶 , 而是以单螺旋结构掺入支链淀粉分子形成的疏密相间的结晶区和无定形区间。

直链淀粉和支链淀粉由于组成和结构的不同 , 性质也有很大差异。直链淀粉与碘能形成螺旋形络合物结构 , 呈深蓝色 , 所以常用碘液鉴定淀粉。支链淀粉与碘形成紫红色复合物。直链淀粉难溶于水 , 溶液不稳定 , 凝沉性强。支链淀粉易溶于水 , 溶液较稳定 , 凝沉性弱。用直链淀粉能制成强度高、柔软性高的纤维和薄膜 , 具有纤维素制品的性质 ; 用支链淀粉却不能制成上述制品。大米中直链淀 粉和支链淀粉的含量因品种、气候等不同而异 , 一般可根据二者的含量将大米区分为糯米和非糯米。糯米含有较高 的支链淀粉 (约 99 %) , 非糯米根据所含直链淀粉的多少 , 可分为低直链淀粉 (9 %～20 %) 大米、中直链淀粉 (20 %～25 %) 大米及高直链淀粉 ( ≥25 %) 大米等 , 目前还没有大米中含很高直链淀粉 (40 %～80 %) 的报道。糯性大米可用于制糖、甜食和色拉调味汁。低直链淀粉可用作婴儿食品、早餐大米片和发酵米糕。中直链淀粉大米 可用于制作发酵大米饼和罐头汤 ; 高直链淀粉是理想的米粉丝原料。

糊化温度是指大米淀粉在加热的水中开始发生不可逆 的膨胀 , 丧失其双折射性和结晶性的临界温度。大米的糊 化温度通常在 50 ～ 80 ℃, 在加工上一般分为低 ( 74 ℃) 3 级 , 糊化温度 直接影响煮饭时米的吸水率、膨胀容积和伸长程度 , 糊化 温度高的米比糊化温度低的米在蒸煮时需要添加更多的水分 , 且要延长蒸煮的时间 , 这对米粉、方便米饭等的生产是很重要的。

1.3 大米脂类

大米中的脂类可分为淀粉脂类和非淀粉脂类。淀粉脂类可分为非极性脂类 ( 9 %) 糖脂 ( 5 %)和磷 脂 (86 %) 。磷脂是最主要的淀粉脂类 , 在淀粉脂类的磷脂中 , 溶血卵磷脂占有很大的比例 (85 %) 。淀粉脂类在糯 米淀粉粒中含量最低 (不足 012 %) , 高直链淀粉米中含 量较低 , 中直链淀粉米中含量最高 (110 %) 。从大米中用 石油醚萃取的脂肪酸 , 有约 20 %不饱和脂肪酸、亚油酸 和亚麻酸组成。脂肪在胚乳中的分布是不均匀的 , 外层含量较高 , 中心部位含量最低。整 粒 米 的 脂 肪 含 量 为 013 %～015 % , 随大米精度的提高而下降 , 实际上可用脂类含量来测定大米的加工精度。

磷脂同属甘油脂类 , 故具有油脂的一般营养特性。从营养性质来看 , 磷脂和油脂一样 , 能提供甘油和脂肪酸等成分 , 此外还提供磷酸、胆碱和肌醇等成分 , 并具有水溶性维生素的某些性质 ; 在能量方面 , 由于磷脂分子中有磷 酸和胆碱等存在 , 其含量略低于油脂 ; 就必需脂肪酸含量而言 , 植物性磷脂要优于动物性磷脂。磷脂是动植物、神 经组织和内脏器官中不可缺少的组成部分 , 是生理膜的主要组分 , 对幼龄动物的生长发育非常重要 ; 磷脂有助于脂 肪的消化、吸收、转运和形成 , 并能防止脂肪肝的产生 ; 磷脂还可降低动物肌体内氮氨酸和能量的消耗。

来源于动植物油脂的磷脂 , 其分子结构式与天然油脂相似 , 磷脂属于复合类脂 , 是一大类天然存在的磷酸甘油脂 , 它与脂肪不同之处在于第 3 个羟基被磷酸酯化而其他 2 个羟基则形成脂肪酸酯 。

2 大米的食用品质

关于大米食用品质的研究主要包括 3 个方面 , 一是研究大米直接蒸煮试验的标准和感官评定米饭品质的内容与定等方法 ; 二是寻找间接指标和分析方法 , 以便用少量样品和简易快速的方法来预测米饭的适口性 ; 三是研究大米 在蒸煮过程中的物理化学变化 , 进一步了解大米煮熟性能的本质。

大米的食用品质指大米在蒸煮和食用过程中所表现的各种理化及感官特性 , 如吸水性、溶解性、延伸性、糊化 性、膨胀性以及热饭及冷饭的柔软性、弹性、香、色、味 等。蒸煮品质主要指米饭的分散性、完整性、干湿、香 味、颜色和光泽等 , 决定食用品质的指标主要是淀粉的组 成及直链淀粉含量、直链淀粉的溶解性、支链淀粉的链 长、凝胶性、糊化温度等等。大米的食用品质主要从大米的直链淀粉含量、糊化温度、胶稠度、米粒延伸度、香味等几个方面来综合评定。前人已经开始利用大米理化指标 (如直链淀粉含量、胶稠度、糊化温度等) 对食用大米的食味品质进行间接评价。评价大米食味品质特性的最好方法是人的感官品尝 , 即官能鉴定。然而 , 由于官能鉴定不仅需要耗费大量的人力、物力 , 而且难以对大量样品进行快速有效的食味鉴定。一方面 , 大米食味品质主要取决于大米的物理特性和化学特性 , 而后两者与食味品质有很大的关系。因此 , 可采用客观的物理特性及化学特性指标来 间接反映大米的食味品质。围绕着大米蒸煮食味品质特性与食味的关系以及蒸煮食味品质特性间的相互关系 , 国外 已进行了大量的研究。在我国 , 至今仍然主要以直链淀粉含量、蛋白质含量、胶度及碱消值等几项理化特性来反映蒸煮食味品质的优劣。

2.1直链淀粉与食用品质的关系

直链淀粉含量是评价大米品质的一个重要指标 , 与食味品质的好坏有着密切的关系。大米直链淀粉含量与米饭的黏性、光泽等食味官能鉴定值、淀粉糊化特性值关系密切。 大米中含有 90 %的淀粉质量 , 而淀粉包括直链淀粉和支链淀粉 , 淀粉的比例不同将直接影响大米的食用品质。直链淀粉黏性小 , 支链淀粉黏性大。当大米中直链淀粉含量低于 2 %时 , 这种大米呈糯性 , 蒸煮时米饭很黏 ; 直链淀粉在 12 %～19 %的大米 , 蒸煮时吸水率低 , 蒸煮 的米饭柔软 , 黏性较大 , 涨性小 , 冷却后仍能维持柔软的质地 , 食味品质良好 ; 直链淀粉含量在 20 %～24 %的大 米 , 蒸煮时吸水率高 , 体积膨胀较大 , 糊化温度高 , 米饭 蓬松 , 较硬 , 冷却后变硬 ; 直链淀粉含量在 25 %以上的大米 , 蒸煮时米饭蓬松 , 硬 , 黏性差 , 冷却后米饭变得更 硬。因此 , 从食用角度看 , 低直链淀粉大米胀性小 , 其米饭很黏 , 含水多而软 , 较易消化 ; 中直链淀粉大米 , 其米饭有一定黏性、较蓬松而软。直链淀粉含量的高低与大米的蒸煮品质及食用品质呈负相关关系。从食品加工的角度 看 , 如果大米直链淀粉含量超过 25 % , 制成米饭后易出 现韧性差、易断粒、蒸煮后易回生等问题。另据曾庆孝等 人报道 , 直链淀粉含量与米饭的硬性成正相关关系 , 与大 米浸泡吸水率呈负相关关系 ; 直链淀粉含量高的大米浸泡 时吸水性较低 , 蒸煮的米饭口感较硬 , 保存期内较易回生 , 而选择直链淀粉含量稍低 ( 25 %) 。

2.2 胶稠度与食用品质的关系

胶稠度是指米粒凝胶在平板上的流淌长度 , 是评价稻 米品质的一个指标。一般分 3 级 : 胶流长度 40mm 以下为 硬 , 40～60mm 为中 , 60mm 以上为

软。一般中或低直链 淀粉含量的品种都是软胶稠度 , 直链淀粉含量高的胶稠度大 , 一般糯米大于粳米 , 粳米大于籼米。其差异主要存在于高直链淀粉含量之间 , 同时 , 高直链淀粉含量品种中 , 以软胶稠度大米食味较好。胶稠度与米饭硬度也有很大关 系 , 胶稠度硬的食品 , 米饭也硬 , 这一趋势在高直链淀粉 大米中特别明显。硬的米饭往往也不黏 , 因此胶稠度能够 用来测定在米饭冷却过程中变硬的趋势。除了用来做米粉 面以外 , 一般均喜欢选用软胶稠度的大米。在中等直链淀粉的大米品种中 , 胶稠度较软的其米饭也比较软 , 在低直链淀粉的大米品种中大多数的碱扩散值也较低 , 硬的胶稠 度也和硬的米饭相联系。

2.3 磷脂与食用品质的关系

磷脂是生物体内的一种重要的成分 , 在生理上有重要的作用 , 对人体有相当的营养价值 , 对某些疾病有一定的疗效。大米中脂类含量是影响米饭可口性的主要因素 , 而且油酸含量较高 , 米饭光泽越好。据文献报道 : 米饭香味 与米粒所含不饱和脂肪酸有关。但是 , 油脂的水解和氧化 所产生的酸败 , 也是引起大米陈化和劣变的重要原因。

参 考 文 献

1 朱永才. 稻麦质量分析 〔M 〕. 北京 : 中国食品出版社. 19881

2 李敏. 大米品质及其营养卫生 〔J 〕. 武汉工业学院学报. 2003 , 22 (3) : 11～131 3 易翠平 , 姚惠源. 大米蛋白的研究进展 〔J 〕. 粮油加工与食品机械. 2003 , (8) : 53～541

4 朱永义等. 谷物加工工艺及设备 〔M 〕. 北京 : 科学出版社 , 20021

5 陈能等. 食用稻米米饭质地及适口性的研究 〔J 〕. 中国水稻科学 , 1999 , 13

(3) : 152～1561

6 金正勋等. 稻米蒸煮食味品质特性间的相关性研究〔J 〕. 东北农业大学学报 , 2001 , 32 (1) : 1～71

7 徐镇山等. 磷脂在水产养殖中的应用 〔J 〕. 中国饲料. 1998 , (13) : 20～221 8 David Grigg. The Pattern of World Protein Consumption. Geofo2 rum. 1995 : 1～171

9 G. E. Vandeputtea , et , al. Rice starches. I. Structural aspects provide insight into crystallinity characteristics and gelatinisation be2 haviour of granular starch. Journal of Cereal Science 2003 : 43～521

10 M. Martin , M. A. Fitzgerald. Proteins in Rice Grains Influence Cooking Properties. Journal of Cereal Science. 2002 : 285～2941

11 M. Ramesh , et , al. Structure of Rice Starch and its Relation to Cooked - rice Textureq. Carbohy dratePolymers. 1999 : 337 ～ 3471

12 Wanghai Hong , et , al. Effect of p H , Corn Sarch and Phosphates on the Pasting Properties of Rice Flour. Journal of Food Engineer2 ing. 1999 : 133～1381

13林亲录 , 肖华西 . 大米粉、大米淀粉及其磷酸酯淀粉的物性特

征研究 [J ]. 中国粮油学报 ,2010 ,25(2) :1 2 6.

14 NITHYA D J, SARAVANAN M, MOHAN R J, et al.Influence of moisture, particle size and pulse flour composition on phase transition behavior of rice flour[J]. Journal of Food Science and Technology, 2015, 52(4): 2485-2488.

15 TEERARAT L, PARICHAT H. Effect of storage proteinson pasting properties and microstructure of Thai rice[J]. Food Research International, 2010(43): 1402-1409.