干法、半干法和湿法磨粉对糙米粉性质的影响

吴娜娜 彭国泰, 谭 斌 田晓红 吴卫国 李高阳 陈辉球 姜 平 翟小童

(国家粮食和物资储备局科学研究院1, 北京 100037)

(湖南农业大学食品科学与技术学院2,长沙 410128)

(湖南省农产品加工研究所3, 长沙 410125)

(东莞陈辉球米粉设备有限公司3, 东莞 523196)

糙米中含有丰富的膳食纤维、维生素等营养物质，但由于糙米皮层含有的膳食纤维等物质，导致其作为粒食米饭食用存在口感粗糙、难煮等问题。将糙米磨粉制成米制品是糙米利用的有效途径之一。

磨粉是稻米等谷物制成米制品的必经步骤，目前谷物磨粉主要有干法、半干法和湿法3种方式。干法磨粉是将谷物直接磨成谷物粉；湿法磨粉俗称水磨磨粉，将浸渍的谷物加水磨成浆，再经脱水干燥所得的粉即为湿磨粉；半干法磨粉是先将谷物用水浸渍，产生润湿的作用，然后再磨成粉[1]。

磨粉方式和磨粉工艺直接影响谷物粉的性质，特别是磨粉过程中由于机械力的作用必然会产生损伤淀粉。损伤淀粉的概念是1879年由Brown和Heron两位学者提出的，认为损伤淀粉是由于机械方法造成颗粒结构变化而形成，这种变化能造成该类淀粉对酶解反应的抵抗力降低[2]。小麦、稻米、杂粮等谷物经过磨粉后，由于磨粉过程中产生的机械力而使谷物中的淀粉粒造成损伤，谷物淀粉的结构、晶型、吸水率、糊化性质等物理化学性质发生变化，从而影响谷物制品的品质。目前，国内外研究最多的是小麦磨粉淀粉的损伤对小麦粉性质及面制品品质的影响[3-5]，关于米淀粉损伤对米粉性质影响的研究还比较少，尤其是不同磨粉方式产生的糙米粉淀粉损伤对糙米粉性质的影响还鲜见报道。

本研究采用干法、半干法和湿法3种方式对糙米进行磨粉，研究3种磨粉方式对糙米粉损伤淀粉含量、平均粒径、微观结构、水合特性、热焓特性和流变特性的影响，为糙米制品的品质控制提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

早籼稻谷2014年收获，产地江西，常温25 ℃储藏。本研究进行的时间是2016年12月。将原料早籼稻垄谷，得到的糙米总淀粉质量分数(78.44±0.66)%，粗蛋白(9.99±0.07)%，粗脂肪(2.17±0.01)%，粗纤维(2.69±0.00)%，直链淀粉质量分数(22.62±1.30)%(结果以干基计算)。

Megazyme直链淀粉试剂盒；Megazyme总淀粉试剂盒；Megazyme损伤淀粉试剂盒；其余试剂均为分析纯。

1.2 主要仪器与设备

WF-20B高效粉碎机；超微粒度粉碎仪；Malvern2000型马尔文粒度分析仪；200FC型差示扫描量热仪(DSC)；S-3000N型扫描电子显微镜；AR-2000型动态流变仪；SC-3610型低速离心机。

1.3 方法

1.3.1 糙米粉的制备

干法磨粉糙米粉：将稻谷中的碎石等杂质去除后垄谷，得到糙米。采用高效粉碎机对糙米进行粗粉碎，然后采用超微粒度粉碎仪将粗粉碎的糙米粉分别粉碎至不同的颗粒细度。设置粉碎频率为0、10、20、30、40 Hz，粉碎时间为10 min。将得到糙米粉收集，在4 ℃冰箱中保存备用。

半干法磨粉糙米粉：将稻谷中的碎石等杂质去除后垄谷，得到糙米。将水分加入籼糙米中，使糙米含水量分别为糙米干质量的20%、25%、30%、35%。将糙米和水充分搅拌均匀，盖上保鲜膜。润米12 h，于高效粉碎机粉碎，烘干水分至12%左右，收集后4 ℃冰箱中保存备用。

湿法磨粉糙米粉：将稻谷中的碎石等杂质去除后垄谷，得到糙米。加入水分于籼糙米中，使其料液比分别为1∶1、1∶2、1∶3、1∶4。盖上保鲜膜，浸泡12 h，于高效粉碎机粉碎，烘干水分至12%左右，收集后4 ℃冰箱中保存备用。

1.3.2 损伤淀粉含量测定

采用Megazyme试剂盒法，具体参考 AACC方法76-31[6]。

1.3.3 糙米粉的粒度测定

采用Malvern2000激光粒度分析仪的干法进样对糙米粉进行粒度测定。测量完毕后仪器得出d(0.1)、d(0.5)、d(0.9)、D[3,2]、D[4,3]等粒度数据。每个样品重复测定3次。

1.3.4 糙米粉微观结构

采用S-3000N扫描电镜观察糙米粉经干法、半干法和湿法磨粉后的微观结构特征。取少量样品均匀散布于导电胶上，将样品固定并喷金300 s，在12 kV加速电压下，放大适当倍数观察。

1.3.5 水合特性分析

参照Heo[7]方法对糙米粉的水合特性分析，有改动。称取0.5 g样品，加入20 mL去离子水，充分摇匀，置于50 ℃和100 ℃水浴锅中加热30 min，每隔10分钟摇匀搅拌一次。再置于离心机中以4 000 r/min离心15 min，取出上清液于105 ℃烘干至恒重，质量为m1；离心管中膨胀淀粉质量为m2；样品干质量为m。水合特性按照公式计算：

吸水指数(WAI)=m2/m；

水溶性(WS)=m1/m×100%；

膨胀势(SP)=m2/[m×(1-WS/100)]

1.3.6 热焓特性(DSC)

参照田晓红等[8]的方法并加以改动，称取5 mg糙米粉样品于铝盒中，使用微量注射器向铝盒中加入10 μL水，将铝盒密封，置于室温下过夜平衡，测定温度从25 ℃升至120 ℃，升温速度为10 ℃/min。

1.3.7 流变特性

参照Cham等[9]和高晓旭等[10]方法测定不同磨粉方式的糙米粉流变性质。称取2 g糙米粉加水配成干基为10%糙米粉溶液，充分混匀。使用动态流变仪以及φ40 mm的不锈钢平行板，应变和频率分别为1%和1 Hz。取2 mL溶液滴于控温下板的中心位置，开始测试，转子周围涂上硅油密封。测定程序为两个阶段，第一个阶段以2 ℃/min的升温速率从45 ℃加热到85 ℃，平衡10 s，第二阶段以2 ℃/min速率从85 ℃降到25 ℃，测定糙米粉在升温与降温过程中弹性模量G′与黏性模量G″的变化。

1.4 数据统计与分析

用Excel软件整理数据和绘图。使用SPSS 18.0软件对数据进行方差和相关性分析，方差分析选取Duncan检验，在P<0.05检验水平上对数据进行统计学分析。

2 结果与分析

2.1 干法、半干法和湿法磨粉的糙米粉损伤淀粉含量

图1为干法、半干法和湿法磨粉的糙米粉损伤淀粉含量。半干法磨粉和湿法磨粉的糙米粉损伤淀粉含量显著低于干法磨粉的损伤淀粉含量，并且随着半干法磨粉含水量的增加，损伤淀粉含量降低，但湿法磨粉糙米粉中损伤淀粉质量分数稳定在4%左右。对于干法磨粉，孙宇等[11]研究结果表明即随着机械粉碎强度的增加，小麦损伤淀粉质量分数增加了5.52%。Ngamnikom等[12]研究了冷冻、干法和湿法3种磨粉工艺对大米粉性质的影响，其得到的干法和湿法磨粉的大米粉损伤淀粉含量与本研究相似。因此，应通过适当的磨粉方式控制糙米粉的损伤淀粉含量，进而得到预期良好品质的糙米制品。

注：0为对照样品；不同小写字母代表样品间存在显著差异性(P<0.05)。图1 干法、半干法和湿法3种磨粉方式糙米粉的损伤淀粉含量

2.2 干法、半干法和湿法磨粉的糙米粉粒度分析

干法、半干法和湿法磨粉的糙米粉粒径如表1所示。随着干法磨粉强度的增加，糙米粉粒径d(0.1)、d(0.5)、d(0.9)、D[3, 2]和D[4, 3]显著下降；半干法和湿法磨粉对糙米粉粒径影响较小。干法磨粉过程中由于淀粉分子受到的机械力，其空间结构被破坏，可能形成了不完整的粒径较小的淀粉颗粒，同时，损伤淀粉含量增加(见图1)。湿法和半干法磨粉过程中采用高效粉碎机粉碎，与对照样品所用同一个磨粉机，由于水分的存在，半干法和湿法磨粉的糙米粉平均粒径稍高于对照糙米粉，同时，水分的存在也减少了磨粉过程中淀粉颗粒的破损(见图1)。

2.3 干法、半干法和湿法磨粉的糙米粉电镜观察分析

3种磨粉方式糙米粉的电镜图显示(见图2)，干法磨粉随着粉碎强度增加，糙米粉大颗粒减少，小颗粒增多，对照样品的糙米粉部分结构遭到破坏但还具有完整的淀粉颗粒轮廓，淀粉颗粒表面较光滑且具有少量刮痕，随着粉碎强度的增加，糙米粉具有明显的刮痕、断层、凹坑，淀粉颗粒出现裂痕，表面断层附近的残缺淀粉颗粒剥落形成许多不规则的颗粒碎片。半干法和湿法磨粉的糙米粉粒径显示完整淀粉颗粒的轮廓，淀粉颗粒之间有明显的孔洞出现。说明半干法和湿法粉碎淀粉颗粒损伤较少，可以较完整地保持淀粉颗粒的结构[13]。磨粉方式是影响淀粉结构的主要因素之一，应根据糙米粉的用途选取适当的磨粉方式和磨粉工艺条件[14-17]。

表1 干法、半干法和湿法3种磨粉方式糙米粉平均粒径

注：所有结果以平均值±标准偏差表示，同一列不同字母代表样品间存在显著差异性(P<0.05)。余同。

注：放大3 000倍；从左至右，依次为干法超微粉碎对照、粉碎强度0、20、30、40 Hz糙米粉观察图，半干法对照、含水量20%、25%、30%、35%的糙米粉观察图，湿法对照、料液比1∶1、1∶2、1∶3、1∶4的糙米粉观察图。图2 干法、半干法和湿法3种磨粉方式糙米粉电镜观察图

表2干法、半干法和湿法3种磨粉方式糙米粉50 ℃及100 ℃水合特性

磨粉方式及磨粉条件样品吸水指数50 ℃100 ℃水溶性50 ℃100℃膨胀势50 ℃100 ℃干法粉碎强度/Hz对照3.06±0.05b7.48±0.05d7.41±0.08c15.27±0.25c3.30±0.05b8.82±0.03d103.15±0.12ab7.38±0.12d9.32±0.30a19.91±0.18a3.47±0.13a9.14±0.17c203.17±0.03ab7.78±0.18c8.37±0.20b16.30±0.19b3.46±0.03a9.30±0.19bc303.19±0.06ab8.28±0.04b6.01±0.12d12.17±0.25e3.40±0.06ab9.42±0.06b403.25±0.07a8.61±0.08a7.34±0.06c14.05±0.30d3.50±0.80a10.01±0.12a半干法水分调节含量/%对照3.06±0.05a7.48±0.05a7.41±0.08a15.27±0.25a3.30±0.05a8.82±0.03a203.04±0.03a7.19±0.44a4.74±0.25c7.56±0.22d2.89±0.03b6.65±0.42b252.69±0.05b7.00±0.26a4.04±0.16b7.66±0.24cd2.59±0.04c6.46±0.23b302.95±0.04a7.33±0.23a4.88±0.29b8.18±0.19b2.80±0.03b6.73±0.2b352.98±0.11a7.25±0.14a4.17±0.06c8.03±0.11bc2.86±0.10b6.67±0.12b湿法料液比对照3.06±0.05a7.48±0.05c7.41±0.08a15.27±0.25a3.30±0.05a8.82±0.03a1∶13.07±0.02a8.29±0.04a3.04±0.09b7.66±0.11b2.98±0.02b7.65±0.04b1∶23.12±0.08a7.67±0.48bc2.99±0.05b6.89±0.26c3.03±0.08b7.14±0.43c1∶33.18±0.1a7.67±0.19bc3.08±0.25b6.93±0.40c3.08±0.09b7.14±0.15c1∶43.14±0.09a7.96±0.19ab2.92±0.1b7.46±0.05b3.04±0.09b7.37±0.18bc

2.4 干法、半干法和湿法磨粉的糙米粉水合特性分析

3种磨粉方式的糙米粉水合特性见表2。50 ℃条件下，干法磨粉糙米粉的吸水指数高于半干法和湿法磨粉糙米粉；100 ℃条件下，干法和湿法磨粉的吸水指数高于半干法磨粉。在50 ℃和100 ℃条件下，干法磨粉糙米粉的水溶性最高，其次为半干法磨粉糙米粉，湿法磨粉糙米粉水溶性最低。在50 ℃和100 ℃条件下，干法磨粉糙米粉膨胀势最高，其次为湿法磨粉，半干法磨粉糙米粉膨胀势最低。干法磨粉糙米粉的吸水指数、水溶性和膨胀势均高于湿法和半干法磨粉糙米粉。这可能与糙米粉磨粉的颗粒细度和损伤淀粉含量有关[1]。

2.5 干法、半干法和湿法磨粉的糙米粉热焓特性分析

干法磨粉的糙米粉糊化焓值均低于对照样品的糊化焓值(表3)，这可能与干法磨粉的糙米粉颗粒细度较小有关，糙米粉粒度减小，损伤淀粉含量增加，越容易结合水膨胀，糊化所需的热量能量减少，因此糊化温度和糊化焓值降低。半干法磨粉的糙米粉糊化焓值和糊化峰值温度均比对照样品低，说明相同糊化加水量条件下，半干法磨粉糙米粉糊化所需能量较低。

表3 干法、半干法和湿法3种磨粉方式糙米粉的热焓特性

湿法磨粉中，随着液料比的增加，糊化焓值呈现降低的趋势。半干法和湿法磨粉糙米粉随着含水量的增加，糊化焓值降低。半干法和湿法磨粉随着含水量和液料比的增加，颗粒细度的降低，因此更易吸水，导致糊化焓值和糊化温度的降低。另外，湿法磨粉的糙米粉由于破损淀粉含量低，淀粉颗粒完整，颗粒破坏直至结晶结构溶解过程吸热就较大。这与高晓旭等[10]的研究结果一致。米制品的加工基本都要经过糊化过程，淀粉的糊化程度，对米制品的品质有非常大的影响。在实际应用中，糊化度与产品诸多性质呈显著性相关，说明适当的降低原料粒度及控制原料粉的损伤淀粉含量可以改善产品品质[18,19]。

2.6 干法、半干法和湿法磨粉的糙米粉流变特性分析

随着干法粉碎强度、半干法水分调节含量和湿法液料比的增加，糙米粉的最大弹性模量和最大黏性模量先增加后降低，但半干法和湿法糙米粉大于干法糙米粉的最大弹性模量和最大黏性模量(表4)。这可能与糙米粉的颗粒细度与损伤淀粉含量有关，干法磨粉粉碎强度较大，糙米粉颗粒细度较小，损伤淀粉含量较高(大于10%)，导致其高温条件下的吸水指数较高(表2)。这与Hasjim等[20]的研究结果一致，较多的损伤淀粉可能会破坏淀粉凝胶结构的形成，导致干法磨粉糙米粉低于半干法和湿法磨粉的凝胶最大弹性模量和最大黏性模量。

表4 干法、半干法和湿法3种磨粉方式糙米粉的流变特性

3 结论

研究干法、半干法和湿法3种磨粉方式对糙米粉性质的影响，结果表明：干法糙米粉随着超微粉碎频率的增大，损伤淀粉含量增加，平均粒径下降，淀粉颗粒破碎、断裂形成许多无规则小碎片，糊化焓值下降。湿法和半干法糙米粉随着含水量的增加，损伤淀粉含量下降，平均粒径下降，糙米粉表面有清晰的淀粉颗粒轮廓，糊化焓值下降。干法糙米粉在100 ℃的吸水指数和膨胀势显著大于湿法和半干法糙米粉，但干法糙米粉凝胶的最大弹性模量和最大黏性模量均小于湿法和半干法糙米粉。干法磨粉与湿法、半干法磨粉得到的糙米粉性质具有明显差异，因此，应根据糙米制品的品质指标要求，选择相应的糙米粉磨粉方式。湿法和半干法磨粉得到的糙米粉具有类似的性质，湿法磨粉由于耗能高，产生大量废水，半干法磨粉可作为糙米粉湿法磨粉的替代方法。