【摘要】：凍融穩(wěn)定性差、消化性過高分別是冷凍米制品和普通米制品的主要問題。擠壓技術(shù)作為一種新型米制品加工手段,不僅可用來生產(chǎn)上述兩種米制品,還能有效利用碎米等農(nóng)副產(chǎn)物。然而,擠壓加工對米制品凍融穩(wěn)定性和消化性的影響尚不清楚。因此,本論文以擠壓加工為手段,采用單獨擠壓、擠壓聯(lián)合化學改性、擠壓聯(lián)合酶改性三種方式來改善米制品的凍融穩(wěn)定性和消化性。為拓展擠壓技術(shù)的應用提供理論基礎,為主食功能和營養(yǎng)優(yōu)化提供技術(shù)方案。圍繞上述目標,本文開展了以下幾部分研究工作。首先,針對冷凍米制品品質(zhì)變差的問題,利用擠壓改性就能提高大米淀粉凍融穩(wěn)定性,可作為改善淀粉凍融穩(wěn)定性的新型方法;另一方面,改良了米粒模擬體外方法,對擠壓質(zhì)構(gòu)化米粒的消化性進行測定,發(fā)現(xiàn)其消化性比精白米略低;接著,評估了大米中內(nèi)源性成分對淀粉消化性的影響,試圖解釋擠壓質(zhì)構(gòu)化米降低消化性原因,但發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性成分降低淀粉消化性的幅度仍有限;最后,采用了擠壓聯(lián)合檸檬酸化學改性以及擠壓聯(lián)合酶法改性來降低淀粉消化性,以期通過系統(tǒng)的研究指導制備一種慢消化擠壓質(zhì)構(gòu)米,為滿足糖尿病人主食需求提供技術(shù)方案。通過開展上述幾部分研究內(nèi)容得到以下主要結(jié)論。采用改良擠壓技術(shù)(IECT)對冷凍米制品的大米淀粉進行物理改性,探究IECT改性對大米淀粉凍融穩(wěn)定性的影響。經(jīng)1次凍融循環(huán)后,析水率從原淀粉的31.4%降到IECT改性后的27.5%。此外,IECT改性后其微觀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)孔洞更小,孔壁更薄;并且凍融循環(huán)過程的流變學參數(shù)的變化小于原淀粉。這些結(jié)果表明IECT改性的大米淀粉比原淀粉具有更好的凍融穩(wěn)定性。X-射線衍射(XRD)和碘結(jié)合力分析顯示,IECT處理抑制了大米淀粉的重排。另外,在IECT改性大米淀粉的XRD圖譜中約20~o處有衍射峰,其證實了在IECT改性過程中形成了直鏈淀粉-脂質(zhì)復合物。這些結(jié)果表明,IECT改性可以提高大米淀粉的凍融穩(wěn)定性,歸因于IECT處理抑制淀粉老化回生,尤其是直鏈淀粉老化。針對普通米制品,大部分通常是以米粒形式食用�；诖�,初步建立一種適合米粒消化的模擬體外胃腸道(GIT)消化的新方法,包括模擬的口腔、胃和小腸相三步消化。在GIT結(jié)束時,質(zhì)構(gòu)米飯的淀粉最終水解程度(%)略低于普通米飯,可能是因為其較高的抗性淀粉含量。此外,在小腸相中質(zhì)構(gòu)米的淀粉水解速率明顯慢于普通大米(低約2倍)。質(zhì)構(gòu)分析表明擠壓質(zhì)構(gòu)米有著更緊實的的結(jié)構(gòu)。SDS-PAGE和微觀結(jié)構(gòu)分析還表明,質(zhì)構(gòu)米米粒中的蛋白質(zhì)在淀粉周圍形成交聯(lián)網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可能延遲了消化酶接觸淀粉的能力,從而降低了水解速率�；跀D壓質(zhì)構(gòu)米的消化性可能受到食物基質(zhì)和組成的影響,探究了內(nèi)源蛋白質(zhì)和脂質(zhì)對大米粉中淀粉消化率的影響,重點是闡明其潛在的理化機制。去除蛋白質(zhì)、脂質(zhì)或脂質(zhì)和蛋白質(zhì)后,觀察到淀粉消化率顯著增加。盡管蛋白質(zhì)含量是脂質(zhì)含量的10倍左右,但去除蛋白質(zhì)的大米粉的淀粉消化率略低于去除脂質(zhì)的大米粉。微觀結(jié)構(gòu)分析表明蛋白質(zhì)和脂質(zhì)通常附著在天然大米粉中淀粉的顆粒表面上,從而抑制它們與消化酶的接觸。另外,蛋白質(zhì)和脂質(zhì)限制了淀粉顆粒的溶脹,這可能通過減少其表面積而降低了淀粉的消化。此外,在大米粉中檢測到了直鏈淀粉-脂質(zhì)復合物,也能減緩淀粉消化。雖然研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性組分能降低淀粉消化性,但其作用效果仍有限,因此本文繼續(xù)采用了擠壓聯(lián)合化學改性以及擠壓聯(lián)合酶法改性進一步降低淀粉的消化性。首先,使用一步反應擠壓法合成檸檬酸淀粉酯,然后測量檸檬酸酯化淀粉的消化率、結(jié)構(gòu)變化以及理化性質(zhì)。體外消化研究表明,酯化顯著提高了樣品中抗性淀粉(RS)含量。紅外光譜(FT-IR)圖在1730 cm~(-1)附近出現(xiàn)新的峰,證實了檸檬酸和淀粉之間發(fā)生了酯化。XRD表明檸檬酸酯化會降低淀粉的結(jié)晶度。另外,檸檬酸淀粉酯的溶脹能力和溶解度均低于未加檸檬酸處理的擠壓淀粉。濁度結(jié)果表明,在儲存期間檸檬酸淀粉酯分子間重新結(jié)合速率較慢。這些結(jié)果表明,檸檬酸酯化促進了淀粉內(nèi)的交聯(lián),顯著降低了其消化率。另一方面,使用了擠壓聯(lián)合酶法改性來降低大米淀粉消化性。淀粉顆粒先在不同喂料水分含量下通過擠壓活化,然后進行β-淀粉酶水解處理。研究發(fā)現(xiàn)擠壓過程中喂料水分含量的增加會增加淀粉糊化度,導致更完全的β-淀粉酶水解。對于β-淀粉酶水解后的樣品,其體外淀粉消化率顯著降低,歸因于β-淀粉酶處理后抗性淀粉(RS)含量增加。XRD結(jié)果表明,在β-淀粉酶處理之后,擠壓淀粉中的晶體結(jié)構(gòu)部分或完全消失。FTIR分析顯示,β-淀粉酶處理后的擠壓淀粉中存在更高含量的無定形區(qū)�？傊�,用β-淀粉酶對擠壓淀粉進行酶處理增加了無定形區(qū)的比例以及抗性淀粉含量,從而減緩了淀粉消化。這些結(jié)果對于開發(fā)更健康的淀粉類食品具有重要意義。綜上所述,擠壓技術(shù)可提高冷凍米制品的凍融穩(wěn)定性以及聯(lián)合其它改性技術(shù)降低普通米制品淀粉的消化性,以期生產(chǎn)出慢消化擠壓質(zhì)構(gòu)米。本論文對于提高產(chǎn)品品質(zhì)、改善產(chǎn)品營養(yǎng)特征以及開發(fā)具有較低血糖指數(shù)的淀粉類食品具有重要意義。
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TS235.1
【圖文】：

1.1 大米概述1.1.1 大米分類及分布大米（Oryza sativa L.）作為主要的谷類作物，是世界一半人口的主要食物來源，為人類提供了約 21%的能量[1]。截至 2018 年 12 月，全球各地有 132,000左右的大米品種被國際大米研究機構(gòu)（IRRI，International Rice Research Institute）收錄。在眾多的大米品種中，有兩個栽培稻種，即源自亞洲濕潤熱帶的栽培稻（Oryza sativa）和源自西非的非洲栽培稻（O.glaberrima）。亞洲栽培稻又可分為兩個生態(tài)地理品種（秈稻 indica 和粳稻 japonica）。這兩個亞種又可分為多種亞群，亞群通常又根據(jù)表觀特性進行分類：按基因型可分為秈米、粳米和糯米；按顆粒形態(tài)可分為長粒型和短粒型；按顆粒顏色分類可分為白米、紅米、紫米等；按收獲季節(jié)可分為早米和晚米；按儲藏時間長短可分為新米和陳米。目前，科學研究和生產(chǎn)銷售中最常用的大米分類方法如圖 1.1 所示[2]。

第 1 章 前言稻（稻屬 Oryza）耐荒漠、炎熱、濕潤、水淹、干旱和涼爽條件，能在鹽、堿和酸性土壤中生長。除了南極洲之外，世界上幾乎大部分地方都有稻米生長。美國農(nóng)業(yè)部（USDA）統(tǒng)計了南極洲外六大洲的 421 個主要品種的大米分布情況（圖 1.2）。如圖所示，大米品種在亞洲、北美地區(qū)分布豐富多樣，低緯度地區(qū)以秈米為主，而粳米則主要生長于高緯度地區(qū)。

圖 1.3 2017 年世界稻谷產(chǎn)量總體分布（來源 FAO）Figure 1.3 Overall distribution of world rice yield in 2017 (Source from FAO)1.1.2 大米主要組成成分1.1.2.1 淀粉淀粉，大米的最主要組成成分，占大米干重的 90%左右，是由直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種不同的 D-葡萄糖高聚物所組成的 -葡聚糖。大多數(shù)天然原淀粉中，直鏈淀粉含量為 20-30%[3]。直鏈淀粉的相對分子量（Mw，Weight-averagemolecular weight）范圍約為 1×105-1×106g/mol[4]，平均聚合度（DP，Degree opolymerization）為 1500-6000[5]。直鏈淀粉被定義為線形鏈狀分子，其 -D-吡喃葡萄糖基單元通過 -1,4 糖苷鍵連接，但現(xiàn)在研究認識到一些直鏈淀粉分子被少量（0.1%）的 -1,6 鍵輕微支化[6]。支鏈淀粉作為大多數(shù)淀粉的主要成分，是一種高度樹形分支結(jié)構(gòu)的大分子多糖。支鏈淀粉相對分子量較大，其分子量（Mw）范圍約為 1×107-1×109g/mol[4]，平均聚合度（DP）為 3×105-3×106 [5]。支鏈淀粉

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