1、糙米浓浆制备及其稳定性和消化性研究 1李娟 1,2 何雪丹 1,2 陈正行 1,2* 詹锦玲 1 余培斌 1 鲁振杰 1,2 （江南大学 食品学院 1，江苏省 无锡市 214122）（江南大学 粮食发酵工艺与技术国家工程实验室 2，江苏省 无锡市 214122）摘 要 通过比较研究不同的粉碎方式并，制备和优化出口感细腻且稳定性好的糙米浓浆产品。实验结果表明，经高压微通道微粉碎技术 35 Mpa 处理 2 次后的糙米浓浆平均粒径（ D50）最小（24 m） 。添加0.05%（w/v）羧甲基纤维素钠和 0.15%（w/v）黄原胶的糙米浓浆具有最好的悬浮稳定性，且糙米浓浆的血糖生成指数（GI 值）为
2、 40.28，属于低血糖食品。关键词 高压微通道超细微粉碎技术（HMUG） 糙米浓浆 粒径 稳定性 血糖生成指数（GI ）中图分类号：S2 文献标识码：A 文章编号：20180377Preparation and Research on Brown Rice Thick Paste of Stability and DigestibilityJuan Li1,2 Xuedan He1,2 Zhengxing Chen1,2* Jinling Zhan1 Peibing Yu1 Zhengjie Lu1,2(School of Food Science and Technology1, Jian
3、gnan University, Wuxi, Jiangsu 214122)(National Engineering Laboratory for Cereal Fermentation Technology2, Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu 214122)Abstract In this study, three different crushing methods were proposed to prepare brown rice thick paste, so as to optimize a processing method with f
4、ine taste, good stability. The experimental results showed that the average particle size (D50) of brown rice thick paste can be as low as 24 m after being treated twice with high pressure micro-channel ultra-fine pulverization technology (35 MPa). With 0.05 % (w/v) CMC-Na and 0.15 % (w/v) XG as sta
5、bilizers, the suspension stability has been significantly improved. The glycemic index (GI) of the brown rice thick paste is 40.28.Key words high-pressure micro-channel ultrafine grinding technique(HMUG), thick brown rice; particle size, stability, glycemic index (GI)糙米是稻谷脱壳后的稻米籽粒，是一种 100%的全谷物，富含维生素
6、、矿物质和必需氨基酸 1，其中60%-70%都聚积于糙米外层的米糠中，具有高营养价值。但米糠是一种柔性致密物料，难以进行细微粉碎，限制了糙米在食品深加工领域的应用和推广。因此本研究探求一种高效的粉碎技术，将糙米加工成为糙米浓浆，实现糙米的食品化利用，从根本上解决糙米难粉碎的问题。目前谷物浓浆的加工工艺主要有传统加工工艺、挤压膨化工艺和乳酸菌发酵工艺 2，本研究中采用的是传统加工工艺。传统食品领域常采用干法粉碎和湿法粉碎进行加工，在动齿和定齿的部件间隙中受到挤压、摩擦与剪切从而达到粉碎效基金项目：国家自然科学基金青年项目（编号：31501407） ；江南大学自主科研计划青年基金项目（编号：JUS
7、RP11705） 收稿日期：2018-06-20作者简介：李娟，女，1982 年出生，副研究员，博士，粮食精深加工通信作者：陈正行，男，1960 年出生，教授，博士，粮食精深加工果，存在设备易损耗、卫生条件差、难控制出粉粒径等问题。高压微通道微粉碎技术（HMUG ）是物料在高速剪切效应、流道瞬时压降产生的空穴效应、物料与管壁的高能冲撞以及物料间的相互碰撞和摩擦作用三重作用下，产生高密度聚集的能量来实现对物料的高效粉碎。不仅能避免传统粉碎方式的问题，还具有能耗低、处理量大、安全卫生等优点 3。根据我国谷物饮料的行业标准 QB/T 4221-2011，谷物浓浆归属于谷物饮料，是指以谷物为原料，经加
8、工调配制成的含有较多的总固形物和总膳食纤维的饮料。其中谷物添加量不少于 4%（w/w ） 、总固形物含量10 g/100 g、总膳食纤维含量0.3 g/100 g 的一类谷物产品。目前，韩国和日本在糙米饮料产业发展较快，例如：早在 2003 年，韩国的“熊津”牌糙米浓浆就在中国达到了 1 亿瓶的销售量。但是，国内尚没有成熟的糙米浓浆产品。因此，本研究探求一种高效的粉碎技术，将糙米制备成糙米浓浆，从根本上解决糙米难粉碎的问题。此外，对减少粮食副产物的产生和粮食浪费，保全糙米营养价值，具有重要意义。1 材料与方法1.1 材料与仪器1.1.1 材料与试剂糙米，购于盘锦运通米业有限公司（水分 13.1
9、8%0.00%；灰分 1.26%0.01%；蛋白质8.02%0.06%；脂肪 2.02%0.11%；淀粉 73.90%0.04%） ；其他试剂 CaCl2、醋酸钠、- 淀粉酶和羧甲基纤维素钠等均购于国药公司。1.1.2 仪器与设备QSWR 电热恒温鼓风干燥箱；SYF 系列多功能干湿法粉碎机；直立式多功能粉碎机； KD-L50F 胶体磨；BT-9300s 型激光粒度分布仪；高压微通道超细微粉碎机；HYP-314 消化炉；KDN-103F 自动定氮仪；LXJ-IIB 型离心机。1.2 方法1.2.1 糙米浓浆制备1.2.1.1 糙米预处理选取优质的实验原料，洗净后 105C 烘烤 2 h。烘烤结束
10、冷却至室温，备用。1.2.1.2 干法粉碎法预处理后的糙米用磨粉机粉碎，得到干磨粉，1:2 料水比混合，加入耐高温 -淀粉酶 4，加酶量 15 U/g5，于 90C 下酶解，酶解 30 min6，得到糙米浓浆，于 115C 下灭菌，时间 15 min7，灭菌后灌装于已灭菌的塑料瓶中。1.2.1.3 湿法粉碎法浸泡糙米，料水比为 1:2，常温浸泡 24 h（60C 浸泡 1 h 或夏季常温浸泡 12-18 h 或冬季浸泡 18-24 h） 8使糙米组织软化。浸泡完成后进行粗粉碎（胶体磨 1 次） ，之后酶解，条件如 1.2.1.2 所示。然后进行细粉碎（胶体磨处理）得到糙米浓浆，后灭菌、灌装，同
11、 1.2.1.2。1.2.1.4 高压微通道微粉碎法糙米进行粗粉碎（多功能干湿法粉碎机，频率 40 Hz） ，按照料水比 1:2 混合后酶解，条件如 1.2.1.2所示。浆液冷却至室温，用高压微通道微粉碎机进行微粉碎，得到糙米浓浆，后灭菌、灌装，同1.2.1.2。1.2.2 糙米浓浆成分测定水分含量测定：105C 恒重法参照 GB 5009.3-2010；粗灰分含量测定：干法灰化法参照 GB 5009.4-2010；蛋白质含量测定：凯氏定氮法参照 GB 5009.5-2010；粗脂肪含量测定：索氏抽提法参照 GB/T 5009.6-2003；淀粉含量测定：酸水解法参照 GB/T 5009.9-
12、2008；总膳食纤维测定：酶重量法参照 GB/T 5009.88；总固形物含量测定：参照 QB/T 4221-2011。1.2.3 糙米浓浆粒度测定将样品逐滴加入激光粒度分布仪样品池中直至仪器显示遮光度范围在 1525%之间，由系统给出粒子体积为权重的重量为平均粒径分布 9。激光功率为 75 mW，室温下测定，每个样品重复测量三次。1.2.4 糙米浓浆稳定性测定以稳定系数（R）和离心沉淀率（ SR）为指标，对选用的海藻酸钠、明胶、黄原胶和羧甲基纤维素钠4 种稳定剂进行单因素实验和正交实验，优化出最佳的稳定剂复配方案。1.2.4.1 稳定系数的测定样品稀释 10 倍，在 785 nm 波长下测定
13、其吸光度值 A 前 ，3000 r/min 离心 10 min，再次在 785 nm 波长下测定上清液的吸光度值 A 后 。R 越大，则所测定的料液越稳定。(1)R=A后 /A前1.2.4.2 离心沉淀率的测定准备离心管，称量其质量 m0。加入适量的样品，称量质量 m1，3500 r/min 离心 20 min。弃去上清液，再次准确称量沉淀和离心管质量记为 m2。SR 值越小，料液越稳定。(2)SR=(m2-m0)(m1-m0)1001.2.5 糙米浓浆消化特性和血糖生成指数（GI 值）测定配制酶液：4 mmol/L CaCl2 的 0.1 mol/L 的醋酸钠缓冲溶液，配制成最终酶活为猪胰
14、-淀粉酶 290 U/mL、 AMG 酶 15 U/mL 的粗酶液 10。高速震荡 10min，后置于 37C 水浴摇床中恒温活化 30 min。4500 r/min 离心 15 min，收集上清液（酶液）待用。1.2.5.1 体外消化实验准确称取 600 mg 糙米浓浆/200 mg 糙米粉于含 5 颗小玻璃珠的 50 mL 离心管中，加入 10 mL 混合酶液，置于 37C，185 r/min 的震荡水浴锅中开始反应并精确计时。水解 20 min 和 120 min 后分别准确吸取100 L 水解液加入含 900 L 无水乙醇的试管中灭酶。用葡萄糖氧化酶法（GOPOD）在 510 nm 的
15、波长下测定水解出的葡萄糖含量，并按以下公式进行分析计算。(3)RDS(%)=(G20-FG)0.9100/TS(4)SDS(%)=(G120-G20)0.9100/TS(5)RS(%)=1-RDS-SDSSDI= (RDS/TS)100% (6)式中：RDS ：快消化淀粉； SDS：慢消化淀粉；RS：抗性淀粉；G 20：水解 20 min 后样液中葡萄糖含量，mg；FG： 水解前样品的游离葡萄糖含量， mg；G 120：水解 120 min 后样液中的葡萄糖含量，mg；TS ：样品的总淀粉含量，mg；SDI ：淀粉消化指数。1.2.5.2 GI 值的测定血糖生成指数（GI 值）按照 Goni1
16、1-12等人建立的方法进行测量和计算。按照 1.2.5.1 的方法分别测定水解 10、20、30、40、60、90、120、180 min 之后样液中的葡萄糖含量，按照以下公式计算淀粉的水解率。(7)淀粉水解率 %=(取 样时间 点消化液中葡萄糖含量 0.9)总 淀粉含量 100%以淀粉水解率和消化时间分别作为横、纵坐标，绘制淀粉水解曲线。计算 AUC（曲线下面积） 13，并计算 GI 值。(8)GI=39.71+0.549HI(9)HI=AUC样 品 AUC参考食品（白面包）式中：HI ：水解指数（ %） ； AUC：水解曲线下方面积。1.2.6 数据统计与分析采用 origin 9.0 软
17、件对实验数据进行图形处理；采用 SPSS 18.0 和 Excel 软件对实验数据进行显著性分析，P0.01 为极显著，P 0.05 为显著。2 结果与讨论2.1 糙米浓浆成分测定糙米浓浆基本成分如表 1、2 所示，不同粉碎方式对糙米浓浆基本成分无明显影响。糙米浓浆中总固形物含量10 g/100 g；总膳食纤维含量0.3 g/100 g，符合我国行业标准 QB/T 4221-2011。表 1 糙米浓浆基本成分测定样品 水分（%） 灰分（%） 蛋白质（%） 脂肪（%） 淀粉（%）干法粉碎 68.040.01a 0.420.01a 2.780.06a 0.680.06a 8.540.16a湿法粉碎
18、 68.060.02a 0.430.01a 2.790.01a 0.720.07a 8.220.18a高压微通道微粉碎 67.980.02a 0.420.01a 2.810.09a 0.740.14a 7.830.15a表 2 糙米浓浆其它成分测定样品 葡萄糖（% ） 总固形物（% ） 总膳食纤维（%）行业标准 - 10 0.3干法粉碎 3.320.01a 31.960.01a 1.420.29a湿法粉碎 3.330.07a 31.940.03a 1.350.10a高压微通道微粉碎 3.320.01a 32.020.03a 1.320.03a2.2 不同粉碎方式处理后粒径变化糙米经过干法粉碎处
19、理前后，平均粒径 D50 值的变化如图 1a 所示。随着粉碎时间的延长，当糙米粉碎量分别为 100 g、125 g、 250 g，糙米浓浆的平均粒径 D50 均有显著下降趋势（P0.05） 。由此可见，当糙米粉碎量为 100g，粉碎时间为 150s，所得的糙米平均粉碎粒径最小约为 106.40 m。图 1 不同粉碎方式对糙米浓浆粒径的影响a. 干法粉碎；b. 湿法粉碎；c. 高压微通道粉碎糙米平均粒径 D50 值随胶体磨粉碎次数和胶体磨辊磨之间的间隙的变化如图 1b 所示。随着粉碎次数的增加，糙米浓浆的粒径无显著变化（P0.05） ；随着胶体磨间隙的减小，糙米浓浆的粒径有显著减小的趋势（P 0
20、.05 ） 。此外，随着微通道压力从 30 Mpa 升至 35Mpa 时，糙米的平均粒径呈显著下降趋势（P 35Mpa）时，糙米的平均粒径下降不显著（P0.05） 。因此，当微通道粉碎压力为 35Mpa，且粉碎 2 次后，糙米的粉碎粒径最小可达 24.38 m 且粉碎最经济。综上所述，糙米经高压微通道微粉碎技术粉碎后（35Mpa，处理 2 次）所得的糙米浓浆平均粒径值最小（约 24 m） 。考虑到粉碎能耗和经济成本等因素，因此选择经高压微通道微粉碎技术粉碎后（35Mpa ，处理 2 次）所制备的糙米浓浆进行后续的稳定性实验和淀粉消化特性与血糖生成指数测定等实验。2.3 不同亲水胶体对糙米浓浆稳
21、定性的影响2.3.1 单因素实验四种不同稳定剂对糙米浓浆稳定性的影响如表 3 所示。黄原胶、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠的稳定系数 R 和离心沉淀率 SR 与空白对照都有显著性差异（ P0.05） 。表 3 单一稳定剂对糙米浓浆稳定性的影响稳定剂种类 使用量（%) 稳定系数 R 离心沉淀率 SR（% ）空白 空白 0.910.03d 19.19%0.06%a海藻酸钠 0.1 1.320.09c 15.91%0.27%b明胶 0.1 0.950.03d 18.78%0.12%a黄原胶 0.1 3.070.03a 15.74%0.69%b羧甲基纤维素钠 0.1 1.780.15b 14.81%1.23
22、%b2.3.2 正交实验选取单因素试验 2.3.1 中稳定效果最优的 3 种稳定剂进行正交实验。稳定剂复配实验设计方案和稳定剂正交复配如表 4、5 所示。表 4 稳定剂复配实验水平因素设计表因素水平A 羧甲基纤维素钠 B 海藻酸钠 C 黄原胶1 0 0 02 0.05% 0.05% 0.05%3 0.10% 0.10% 0.10%4 0.15% 0.15% 0.15%表 5 稳定剂复配 L16（4 3）正交实验结果实验号 A B C 稳定系数（R） 离心沉淀率（SR ）1 1 1 1 0.620.01k 19.69%0.02%a2 1 2 2 1.170.00j 8.37%0.11%de3 1
23、 3 3 2.640.14h 11.22%0.07%b4 1 4 4 3.330.01ef 10.08%0.03%c5 2 1 2 5.620.07b 6.10%0.03%ghi6 2 2 3 2.820.17gh 9.02%0.15%cd7 2 3 4 3.770.28de 6.15%0.01%ghi8 2 4 1 4.570.10c 5.64%0.13%i9 3 1 3 3.200.04fg 7.53%0.10%ef10 3 2 4 4.050.00d 7.64%0.02%ef11 3 3 1 4.120.06cd 7.14%0.13%fg12 3 4 2 2.480.22h 9.59%0
24、.07%c13 4 1 4 6.320.03a 5.84%0.05%hi14 4 2 1 1.880.11i 6.58%0.16%fghi15 4 3 2 2.390.07h 9.73%0.02%c16 4 4 3 3.730.18de 6.79%0.02%fgh图 2a, b 分别为三种稳定剂稳定系数和离心沉淀率的极差分析表。图 2 反映了三种稳定剂间复配方案的极差大小，进行可以得出不同稳定剂对糙米浓浆稳定系数和离心沉淀率的影响。由极差分析可得出 2组优化水平组合（表 6） ，分别是 A2B1C4 和 A2B2C。羧甲基纤维素钠对稳定系数和离心沉淀率的影响最大，综合平衡以确定最优工艺条件，可
25、以参考正交实验中羧甲基纤维素钠的添加量为 0.05%（w/v）的组别中的数据。最终确定最优方案为 A2B1C4，即稳定剂添加量为羧甲基纤维素钠 0.05%（w/v） ，黄原胶0.15%（ w/v） ，不添加海藻酸钠。以此方案添加的糙米浓浆离心沉淀率为 5.23%0.13%。图 2 稳定系数 R（a ）和离心沉淀率 SR（b）极差分析直观图表 6 优化水平组合分析表实验指标 主次顺序 优化水平组合稳定系数 R ACB A2B1C4离心沉淀率 SR ACB A2B2C42.4 消化特性与血糖生成指数测定结果2.4.1 体外消化实验高压微通道微粉碎处理后，糙米中的淀粉消化特性变化如表 7 所示。经过
26、微通道微粉碎后，慢消化淀粉比例有所下降，快消化淀粉含量增加。这可能是因为粉碎过程中破坏了淀粉的颗粒结构，产生破损淀粉 15，结构疏松，导致淀粉更容易被酶解，进而提高了淀粉的消化指数。表 7 高压微通道微粉碎对淀粉消化性的影响样品 快消化淀粉/% 慢消化淀粉/% 抗性淀粉/% 淀粉消化指数糙米 30.390.02b 55.620.02a 13.990.00b 30.39糙米浓浆 48.740.04a 22.520.01b 28.730.04a 48.742.4.2 血糖生成指数图 3 糙米浓浆与糙米、白面包的水解曲线根据图 3 糙米浓浆水解曲线图以及公式 6、7 和 8 计算可得 GI 值（表
27、8） 。将 GI 值曲线经过平滑处理，计算得糙米浓浆和糙米均为 GI 值低于 55 的低血糖食品，远低于人们常食用的大米饭的 GI 值 88。因此，糙米浓浆特别适合需要控制血糖的和控制体重的人群食用。表 8 糙米与糙米浓浆的 GI 值样品 GI 值大米饭 88.000.00a 75 高 GI 食品糙米 40.003.28b 55 低 GI 食品糙米浓浆 40.281.28b 55 低 GI 食品3 结论基于高密度能量聚焦粉碎原理的高压微通道超细微粉碎技术突破传统粉碎方式的局限性，显现出较好的粉碎优势。通过高压微通道微粉碎技术可显著降低糙米浓浆的平均粒径，最小粒径可达 24m 且制得的糙米浓浆感
28、官特性较好。本研究并对糙米浓浆中存在的主要问题即稳定性问题进行了深入研究。糙米浓浆中添加 0.05%（w/w）的羧甲基纤维素钠和 0.15%（w/w）的黄原胶可使糙米浓浆的离心沉淀率从19.69%降至 5.23%，显著提升糙米浓浆的悬浮稳定性，进而解决了糙米浓浆贮藏稳定性差的关键问题。最后对糙米浓浆的营养健康性进行了研究，实验结果表明糙米浓浆的 GI 值为 40.28，属于低血糖食品，特别适合需要控制血糖以及控制体重的人群食用。参考文献1 郭晓娜，朱永义，朱科学等. 主食糙米及其研制方法J. 粮食与饲料工业，2002，(11)：14-15Guo X, Zhu Y, Zhu K, et al.
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