接种发酵对阴米粉物化特性及米粉粉条品质的影响

褚乾梅,李书艺,胡 贝,王雯雯,谢笔钧,孙智达

(华中农业大学食品科学技术学院,湖北武汉 430070)

接种发酵对阴米粉物化特性及米粉粉条品质的影响

褚乾梅,李书艺,胡 贝,王雯雯,谢笔钧,孙智达*

(华中农业大学食品科学技术学院,湖北武汉 430070)

本实验以接种发酵方式制得阴米,对发酵条件下阴米粉物化特性及阴米米粉粉条蒸煮特性和质构特性的改变进行了研究。结果表明:发酵使阴米粉蛋白质、脂肪、总淀粉含量显著降低(p<0.05),直链淀粉含量显著升高(p<0.05),溶解度、膨润力、吸水率显著降低(p<0.05)；与传统米粉相比,阴米粉基本结构和晶型未发生改变,仅结晶度降低。阴米米粉粉条和传统米粉粉条相比,短条率和蒸煮损失率显著减小(p<0.05),拉伸距离显著增大(p<0.05),米粉粉条品质明显改善。综合分析后认为,以接种发酵方式所制得的阴米粉更适合制作米粉粉条。

接种发酵,阴米米粉粉条,物化特性,蒸煮特性,拉伸距离

米粉粉条是以大米为原料,经过浸泡、粉碎或磨浆、糊化、切条或挤丝等一系列工序制成的截面积为圆形或矩形的条状米制品。米粉粉条在我国南方及东南亚地区有着广阔的市场,人们通常使用直链淀粉含量中高的大米生产米粉。但传统方式所制作的米粉缺乏韧性和滑爽的口感,溶出率高,易断条。因此,寻找适宜的大米改性方法来提高米粉的品质已成为重要的研究课题。发酵是加工谷物类食品的传统方法,可用来改变产品的质构特性,改进或改善产品的风味和口感[1-2]。前人研究发现,大米经过适度发酵后制作米粉,其品质特性有较大改善,米粉不易糊汤,口感更加筋道爽滑[3]。阴米是我国南方的一种传统食品,通常以糯米为原料,经过发酵、蒸煮、晾干等过程制成[4]。本实验将传统制作阴米的方法进行改进,通过接种发酵方式制得新型阴米。新型阴米与传统阴米相比,带有芳香气味,产品质量稳定,生产周期短,安全性提高,且针对这一突破,本文对大米经过接种发酵后其理化性质、溶解性质、晶体特性的变化展开了深入的研究,比较了阴米米粉粉条和传统米粉粉条的蒸煮特性和质构特性,并对发酵改善米粉粉条品质的机理进行了探讨,以期为提高我国传统发酵米粉生产技术,实现大规模工业化生产提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

两优287、金优1130水稻 购于湖北省种子公司；双歧杆菌菌粉 购于北京川秀科技有限公司；活性干酵母、甜酒曲菌粉 均购于安琪酵母股份有限公司；葡萄糖淀粉酶(货号A7095) 美国Sigma公司；乙醚、NaOH、盐酸、分析纯 国药集团化学试剂有限公司。

LT-JM 160锋速精米机 上海青浦绿洲检测仪器有限公司；JP-100A-2型高速多功能粉碎机 上海市久品工贸有限公司；TDL-5离心机 上海安亭科学仪器厂；D/max-RaⅢ X-射线衍射仪 日本理学公司；Nicolet Nexus 470红外光谱仪 美国尼高力公司；TA-XT2i型质构仪 英国Stable Micro System公司。

1.2 实验方法

1.2.1 传统米粉的制备 取精米机去壳后的洁净大米250g,平铺在方盘中,在40℃热风干燥箱中烘12h,然后用粉碎机将其粉碎,过100目筛制得传统米粉,自封袋密封后干燥器中保存。

1.2.2 新型阴米粉的制备

1.2.2.1 阴米的发酵 取无菌大米250g,放入已灭菌的装有750mL无菌水的烧杯中,接入0.5‰的双歧杆菌,0.5‰的活性干酵母,2‰的甜酒曲菌粉,搅拌均匀,然后将烧杯密封,在25℃下培养发酵48h。

1.2.2.2 阴米粉的加工 大米发酵后,用蒸馏水冲洗3遍,然后将湿大米平铺在方盘中,在40℃热风干燥箱中烘12h,再用粉碎机将大米粉碎,过100目筛制得阴米粉,自封袋密封后干燥器中保存。

1.2.3 米粉粉条的制备 米粉(100目)→加水调浆(1∶1.2)→摊粉→蒸粉(10min)→冷却(4℃,2h)→切条→干燥(40℃,2h)→成品。

1.2.4 米粉基本成分的测定 蛋白质含量的测定:参照GB 5009.5-2010；脂肪含量的测定:参照GB/T 5009.6-2003；直链淀粉含量的测定:参照GB/T 15683-2008；总淀粉含量的测定:参照文献[4]介绍的方法。

1.2.5 米粉溶解性质的测定

1.2.5.1 米粉溶解度和膨润力的测定[5]准确称取0.1g米粉悬浮于10mL蒸馏水中,于100℃下加热搅拌25min,取出在4000r/min下离心30min,沉淀物直接称重,上清液在105℃烘箱中烘至恒重称重。

溶解度(g/g,%)=A/W×100

膨润力(g/g,%)=P×100/[W(100-S)]

式中:A-上清液蒸干恒重后的质量数；W-绝干样品质量；P-离心后沉淀物质量。

1.2.5.2 米粉吸水率的测定 参照SN/T 0800.10-1999。

1.2.6 米粉晶体特性的测定 X-衍射分析[6]:采用广角X射线衍射仪测量2g米粉的淀粉晶体特性。测量条件为电压40kV,电流40mA,扫描速度10edg/min,起始角度4°终止角度60°,步宽0.02°,得到一条米粉的广角X射线衍射曲线,用 MDI Jade 5.0 软件对曲线进行非晶衍射区和亚微晶区的背景去除,计算结晶度。

红外光谱分析:分别取干燥的米粉干燥的KBr粉末混合研磨后压片,置于红外光谱仪内全波段扫描,扫描范围4000～400,4cm-1分辨率,得到样品的红外光谱图。

1.2.7 米粉粉条蒸煮特性的测定 米粉粉条短条率和膨胀率的测定:参照QB/T 2652-2004。

米粉粉条蒸煮损失率的测定:称取样品5g,放入200mL已沸腾的开水中,继续煮沸3min,用筷子捞起全部米粉粉条,用玻璃棒搅匀米粉粉条汤,量取米粉粉条汤总量的1/20,放入已恒重的称量器中,然后放入105℃的烘箱中烘至恒重,称取干物质质量。

蒸煮损失率(%)=(m2-m1)/m×20×100

式中:m-米粉粉条质量(g)；m2-干燥后试样与称量器的总质量(g)；m1-干燥前称量器的质量(g)。

1.2.8 米粉粉条质构特性的测定 米粉粉条质地特性的测定[7]:取10g样品,放入250mL已沸腾的开水中,继续煮沸3min,用筷子捞起米粉粉条,再用滤纸吸干表面水分。然后取3根无物理损伤、粗细均匀的米粉粉条并排放在质构仪平台的固定位置。选用P/35探头,设定测前速度1.00mm·s-1,测中速度0.5mm·s-1,测后速度1.00mm·s-1,应变75%,停留时间为1s,触发力为5g。每个样品测定10次,去除最大和最小值后取平均值。

米粉粉条拉伸特性的测定[8]:样品处理如上。取无表面物理损伤,长度约15cm,且粗细均匀的米粉粉条1根。选用A/SPR探头,设定初始距离5mm,测前速度1mm·s-1,测中速度3mm·s-1,测后速度10mm·s-1,触发力3g。每个样品测定10次,去除最大和最小值后取平均值。

1.3 数据分析

各指标平行测定3次,作图软件为Origin 8.0,显著性分析和相关性分析使用SPSS软件。

2 结果与讨论

2.1 接种发酵对米粉基本成分的影响

米粉主要由淀粉、蛋白质、脂肪等成分组成,米粉的构成成分对米粉粉条的品质有着重要的影响。由表1可以看出阴米粉与传统米粉相比,蛋白质、脂肪含量显著降低(p<0.05)。接种发酵后两优287和金优1130的蛋白质含量分别降低了14.63%和19.05%,可能是由于接种发酵过程中蛋白质浸泡溶出和微生物生长消耗所造成的。发酵前后,两优287和金优1130的脂肪含量分别减少了64.47%和84.54%,脂肪含量相差很大。这可能是由于游离脂肪酸浸泡溶出和微生物所产脂肪氧化酶的分解作用。

表1 米粉的基本成分Table 1 The chemical compositions of rice flour

注:同列不同小写字母代表差异显著(p<0.05),表2同。

表2 米粉吸水性质的测定Table 2 The water hydration properties of rice flour

通过表1还可以看出接种发酵后总淀粉含量显著降低(p<0.05),而直链淀粉含量显著升高(p<0.05),其中两优287直链淀粉含量上升幅度为19.66%,金优1130直链淀粉含量上升幅度为14.92%。直链淀粉含量的上升可能是由于微生物所产的酶作用于支链淀粉,使支链淀粉降解为直链淀粉。这与闵伟红所报道的大米经乳酸菌发酵后,直链淀粉含量升高,支链淀粉降解的结论一致[9]。接种发酵后两优287和金优1130的总淀粉含量分别降低了5.65%和2.71%,这可能是由于发酵过程中微生物产生了淀粉酶,使淀粉被分解,含量降低。

2.2 接种发酵对米粉溶解性质的影响

溶解度和膨润力反映了淀粉与水之间的相互作用,张喻等研究发现,淀粉的溶解度和膨润力对米粉煮沸损失和断条率有显著影响[10]。由表2可以看出,两优287传统米粉的膨润力和溶解度最大。两优287阴米粉的膨润力最小,金优1130阴米粉的溶解度最低。阴米粉与传统米粉相比,在100℃条件下其溶解度和膨润力都显著降低(p<0.05),这与熊柳所报道的发酵使豌豆淀粉的溶解度和膨润力降低的结论一致[11]。阴米粉的溶解度和膨润力降低,可能是由于在100℃高温条件下,淀粉发生糊化,而经过发酵后的阴米粉直链淀粉含量变高,容易发生老化,使淀粉无法再从重结晶状态转变为无序状态,因此溶解度和膨润力变小。

吸水率可以作为米粉粉条调浆加水量的依据,由表2可以看出,两优287传统米粉的吸水率最高,金优1130阴米粉的吸水率最低。与传统米粉相比,吸水率显著降低(p<0.05),可能是由于大米在接种发酵过程中发生了吸水溶胀作用,使阴米粉再次吸水的能力变弱。

2.3 接种发酵对米粉晶体特性的影响

传统淀粉颗粒结构可以划分为非结晶结构(无定形区)、亚微晶结构和微晶结构(结晶区),它们具有不同的X射线衍射特征及性质。其中结晶区主要是支链淀粉,结晶部分的构造可以用X射线衍射来确定[12]。梁兰兰等研究发现,大米淀粉的结晶度与米粉条的品质特性显著相关[13]。杨超等研究发现天然大米淀粉的X射线衍射图呈A型模式,在2θ为15.1°、17.2°、18.1°和23.2°有强衍射峰[4]。

从图1和图2可以看出,大米经过接种发酵后,晶型没有发生改变,传统米粉和阴米粉的衍射图谱都是典型的A型图谱。由表3可以看出,阴米粉与传统米粉相比,结晶度降低,两优287的结晶度降低6.13%,金优1130的结晶度降低7.88%。结晶度降低,可能是由于接种发酵过程中,微生物作用于米粉的结晶区,使支链淀粉降解。该结论与闵伟红的研究结果一致[9],但与鲁战会、李亚军等人的研究结论相反[14-15]。造成这种现象的原因是发酵与微生物种类、发酵条件和淀粉来源等因素都有关,菌种不一样,淀粉来源不同,得出的结论可能就会有差异。从表3中还可以看出,4种米粉都是在23°时相对结晶度最大。

图1 两优287传统米粉和阴米粉的X-衍射图谱Fig.1 X-diffraction spectra of fermented and non-fermented rice flours of liangyou 287

图2 金优1130传统米粉和阴米粉的X-衍射图谱Fig.2 X-diffraction spectra of fermented and non-fermented rice flours of jinyou 1130

表4 米粉粉条的蒸煮特性Table 4 Cooking qualities of rice noodles

注:同列不同小写字母代表差异显著(p<0.05)。 红外光谱是探讨分子结构的强有力手段,淀粉的傅里叶红外光谱对淀粉分子链的构象以及螺旋结构的改变十分敏感。图3和图4是两优287、金优1130阴米粉和传统米粉的红外光谱图。由图可见,阴米粉与传统米粉在4000～3000cm-1处的O-H,3300～2700cm-1处的C-H,1900～1650cm-1处的C=O,1300～1000cm-1处的C-O和C-C等特征基团的吸收峰位置、形状相差不大,未出现新的吸收峰,说明接种发酵过程中米粉的基本结构未发生明显变化,没有新的化合物产生。

表3 不同品种大米粉的结晶性质Table 3 The crystal properties of rice flour

图3 两优287传统米粉和阴米粉的红外图谱Fig.3 Fourier transform infrared spectroscopy of fermented and non-fermented rice flour of liangyou 287

图4 金优1130传统米粉和阴米粉的红外图谱Fig.4 Fourier transform infrared spectroscopy of fermented and non-fermented rice flour of jinyou1130

2.4 接种发酵对米粉粉条蒸煮特性的影响

短条率是衡量米粉粉条品质好坏的重要指标,短条率大表示米粉粉条在蒸煮过程中易碎,不易夹起,米粉粉条品质差。Kyoko O等研究发现,发酵后的米粉断条率降低[16],由表4可以看出,阴米米粉粉条与传统米粉粉条相比,短条率显著降低(p<0.05),米粉粉条品质变好。将米粉的物化特性与米粉粉条的短条率进行相关性分析,发现米粉的蛋白质含量与米粉粉条的短条率显著相关(r=0.961,p<0.05)。由此得出,阴米米粉粉条短条率降低很可能是由于接种发酵后蛋白质含量降低引起的。大米中的蛋白质存在于米粒细胞壁中和包裹在淀粉颗粒的外面,蛋白质含量越高,米粒结构越紧密,淀粉粒间的空隙越小,吸水速度就越慢,吸水量少,在蒸煮过程中不能够充分糊化,所形成的凝胶品质差,使得米粉粉条在蒸煮过程中易碎。此结论也与闵伟红所得出的蛋白质含量越少,米粉食用品质越好的结论相一致[9]。

蒸煮损失率反映米粉粉条的糊汤情况,蒸煮损失率越小,米粉粉条品质越好。周显青等研究发现,发酵后的米粉具有较小的蒸煮损失率[17],由表4可以看出,阴米米粉粉条的蒸煮损失率显著低于传统米粉粉条(p<0.05)。张喻等研究发现溶解度正向显著影响蒸煮损失[10]。本文研究表明,阴米粉溶解度低于传统米粉,阴米米粉粉条的蒸煮损失率小于传统米粉粉条,与其结论一致。但经过相关性分析并未发现溶解度和蒸煮损失率存在显著相关性,仅发现脂肪含量与蒸煮损失率显著相关(r=0.976,p<0.05)。这可能是由于溶解度、脂肪含量、直链淀粉含量等都影响米粉粉条的蒸煮损失,而在这4种米粉粉条中脂肪含量影响最大。大米中的脂肪含量虽少,但大多以与直链淀粉结合的双螺旋结构存在,当接种发酵后,脂肪含量减小,直链淀粉更易相互缠绕形成更强的凝胶网络,进而使米粉粉条的蒸煮损失变小。本结论也与鲁战会所报道的粉体中最终的脂肪含量越少,越有利于凝胶形成的结论相吻合[14]。

膨胀率反映米粉粉条的复水能力,膨胀率越大,米粉粉条复水能力越强,但是过高的复水率会导致米粉条太软和太黏。阴米米粉粉条与传统米米粉粉条相比,膨胀率显著减小(p<0.05),复水能力变差。这可能是由于直链淀粉增加,抑制了淀粉颗粒的吸水膨胀。

表5 米粉粉条的质构参数Table 5 Tensile properties and TPA results of rice noodles

注:1-两优287传统米粉粉条;2-两优287阴米米粉粉条;3-金优1130传统米粉粉条;4-金优1130阴米米粉粉条；同列不同小写字母代表差异显著(p<0.05)。2.5 接种发酵对米粉粉条的质构特性的影响

表5为米粉粉条的质构特性。由表5可以看出,金优1130阴米米粉粉条拉伸性能最好,两优287传统米粉粉条拉伸性能最差。阴米米粉粉条与传统米粉粉条相比,拉伸距离显著增大(p<0.05),拉伸性变强,品质改善。将米粉的物化特性与米粉粉条的拉伸距离进行相关性分析,发现直链淀粉含量与米粉粉条的拉伸距离显著相关(r=0.916,p<0.05)。由此得出,阴米米粉粉条拉伸性能的改善很可能是由直链淀粉含量增加引起的,这与很多研究所报道的直链淀粉含量影响米粉品质的结论一致[18-20]。当直链淀粉含量增加时,所形成的直链淀粉凝胶网络结构更加致密,强度更大,因而米粉粉条所显现的拉伸性能就越好。

通过表5可以看出,阴米米粉粉条与传统米粉粉条相比,弹性、内聚性增强,硬度、咀嚼性降低。硬度减小说明米粉粉条变柔软,而弹性的增大,说明米粉粉条韧劲增强[21],因此阴米米粉粉条比传统米粉粉条更加柔韧,品质更佳。内聚性是指样品内部的粘合力,阴米米粉粉条与传统米粉粉条相比,内聚性增强,说明米粉粉条内部分子间结合力增强,不容易断条糊汤,这也与上述米粉粉条短条率、蒸煮损失率降低的结论相符。

综上所述,阴米米粉粉条与传统米粉粉条相比,短条率、蒸煮损失率显著减小,拉伸距离显著增大(p<0.05),品质得以改善。究其原因很可能是接种发酵改变了米粉的基本构成,使其蛋白质和脂肪含量下降,直链淀粉含量上升。但对于发酵是否改变了阴米中直链淀粉和支链淀粉的分子结构,进而影响米粉粉条的品质还需进一步研究。

3 结论

通过接种发酵所制得的阴米粉与传统米粉相比,其基本组成发生变化,蛋白质、脂肪、总淀粉含量显著降低,直链淀粉含量显著升高(p<0.05)。阴米粉的溶解性质与传统米粉相比也有较大变化,溶解度、膨润力、吸水率显著降低(p<0.05)。但阴米粉经过接种发酵后其基本结构未发生明显变化,仅结晶度降低。比较不同米粉粉条的蒸煮特性和拉伸性能,发现阴米米粉粉条的品质显著优于传统米粉粉条。由此得出,阴米粉比传统米粉更适合制作米粉粉条。

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Effect of inoculated fermentation on physicochemical characteristicsof Yinmi flour and quality of rice noodles

CHU Qian-mei,LI Shu-yi,HU Bei,WANG Wen-wen,XIE Bi-jun,SUN Zhi-da*

(College of Food Science and Technology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China)

In this paper,effects of inoculated fermentation on physicochemical characteristics of Yinmi flour and cooking qualities and tensile and TPA properties of rice noodles were studied.Results showed that the contents of crude protein,crude fat and total starch significantly declined(p<0.05),while the amylose content of Yinmi flour significantly increased by the fermentation(p<0.05).The solubility,swelling power and water uptake of Yinmi flour significantly declined(p<0.05).Compared with original rice,the structure and crystal type of Yinmi flour didn’t change,while the crystallinity declined.The broken ratio and loss ratio of Yinmi rice noodles significantly reduced(p<0.05),but the tensile length had a significant increase(p<0.05),and the quality of rice noodles had improved.It is concluded from inoculated fermentation Yinmi flour is more suitable for the rice noodles production than original rice flour.

inoculated fermentation;Yinmi rice noodles;physicochemical characteristics;cooking qualities;tensile properties

2014-02-17

褚乾梅(1989-)，女，硕士，研究方向：天然产物化学。

*通讯作者:孙智达(1968-)，男，博士，教授，研究方向：天然产物化学，食品安全。

湖北省农业科技创新岗位资助。

TS213.3

B

1002-0306(2015)03-0190-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.03.031