蒸煮工藝對(duì)米飯中淀粉消化性能的影響

1、蒸煮工藝對(duì)米飯中淀粉消化性能的影響張習(xí)軍熊善柏周威趙思明*(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,武漢湖北430070摘要:用四種工藝蒸煮米飯,采用胰酶和糖化酶法體外模擬米飯淀粉消化,研究蒸煮工藝對(duì)米飯中淀粉消化特性的影響,為米飯的營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)和新型炊具的開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明,蒸煮工藝對(duì)米飯酶解后還原糖和葡萄糖的含量有較大影響。用較高溫度、較長(zhǎng)時(shí)間制作的米飯中淀粉的消化速度較快,酶解程度較高。以高壓鍋制作的米飯,其淀粉最易消化,酶解生成還原糖和葡萄糖最高。且不同米飯的消化特性有差異。建立的基于葡萄糖含量的消化動(dòng)力學(xué)指數(shù)方程具有較高的擬和精度。關(guān)鍵詞:米飯,蒸煮工藝,淀粉,消化特性Effect of Co

2、oking Technologies on in vitro Starch Digestibility of Cooked RiceZhang Xi-jun Xiong Shan-bai Zhou Wei Zhao Si-ming* (College of Food Science & Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan , Hubei 430070, China Abstract: To examine the effect of four cooking technologies on in vitro starc

3、h digestibility of cooked rice, a simulative digestion procedure was measured by the in vitro simulative digestion method with pancreatic enzyme and glucoamylase. The content of reduce sugar and glucose were influenced by cooking technologies. The higher the cooking temperature was, the higher the d

4、igestion rate and the hydrolyzing degree of cooked rice would be. The cooked rice could be hydrolyzed more easily and more reduce sugar and glucose could be obtained when rice was cooked by autoclave. Difference of digestibility could be obtained from different rice types. It was found that the expo

5、nential regression equation fit the dynamic response of glucose well.Key words: cooked rice, cooking technology, starch, digestibility碳水化合物是生命細(xì)胞結(jié)構(gòu)的主要成分及主要供能物質(zhì),膳食中碳水化合物的來(lái)源主要是糧谷類和薯類食物1。米飯中含有80%左右的淀粉,根據(jù)中國(guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量計(jì)算,每天攝入400500g米飯,能提供人體每天所需能量的25%35%,基本滿足人體所需碳水化合物的需要量2。小腸消化和大腸發(fā)酵為碳水化合物的特有吸收方式2,單糖是人體吸收利

6、用碳水化合物的最終形式1。米飯中淀粉的消化,須經(jīng)消化道內(nèi)水解酶作用,最終水解成葡萄糖被人體吸收1。淀粉的來(lái)源3、化學(xué)結(jié)構(gòu)4,5、加工條件6等均影響淀粉的消化特性,從而影響最終被人體吸收的葡萄糖量1。因此一些研究者常采取體外酶消化法模擬人體小腸內(nèi)環(huán)境,測(cè)定淀粉類食物的碳水化合物水解率7、快消化淀粉與總淀粉比值的大小8等體外消化指標(biāo),研究淀粉類食物的消化特性,并證明這些指標(biāo)與血液中葡萄糖濃度有很大的相關(guān)性9-12。本文以三種大米為原料,用不同的蒸煮工藝制作米飯,采用體外模擬消化法,研究蒸煮工藝對(duì)米飯中淀粉消化特性的影響,為米飯的營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)和新型炊具的開(kāi)發(fā)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。1 材料與方法1.1 材料大米:

7、晶針雪(秈型,湖北福娃集團(tuán)有限公司提供;桃花香米(秈型香米和貢米(粳米市售,均由湖南金健米業(yè)股份有限公司生產(chǎn)。主要化學(xué)試劑:葡萄糖試劑盒,上海名典生物工程有限公司生產(chǎn);糖化酶,無(wú)錫酶制劑廠生產(chǎn);胰酶,北京拜爾迪生物公司生產(chǎn);濃硫酸、氫氧化鈉、碘、碘化鉀等其他試劑均為分析純。1.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器YH40B型機(jī)械煲、FC40E型電腦煲、PCS40型高壓鍋、FZ40H型微壓力鍋,均由廣東美的電器股份有限公司提供;Agilent 34970A 溫度數(shù)據(jù)采集儀,美國(guó)安捷倫公司生產(chǎn)。1.3 米飯的蒸煮工藝米飯蒸煮時(shí),米水比為1:1.3,按各蒸煮工藝的給定方法蒸煮,蒸煮結(jié)束后保溫15min 。四種蒸煮工藝分

8、別對(duì)應(yīng)使用機(jī)械煲、電腦煲、高壓鍋和微壓力鍋,四種蒸煮工藝的溫度變化曲線見(jiàn)圖1。用溫度數(shù)據(jù)采集儀測(cè)定米飯的蒸煮過(guò)程的溫度曲線。從圖1可看出,工藝1蒸煮時(shí),沒(méi)有低溫保持段,快速升溫后直接進(jìn)入高溫段,米飯的最高溫度為100,燜飯段的時(shí)間較短;工藝2蒸煮時(shí),緩慢升溫至50左右,進(jìn)入短時(shí)間的低溫保持,然后快速升溫至105左右,燜飯段的時(shí)間較長(zhǎng);工藝3蒸煮時(shí),沒(méi)有低溫保持段,米飯的最高溫度為120,燜飯段的時(shí)間較短;而以工藝4蒸煮時(shí),有低溫保持段,米飯的最高溫度為110,燜飯段的時(shí)間較長(zhǎng)。 204060溫度/圖1 四種蒸煮工藝下米飯的溫度變化1.4 米飯中淀粉的消化參考文獻(xiàn)13方法。稱取米飯w g (約2

9、.5g于碾缽中,加入少量 pH 為6.9的磷酸鹽緩沖液,研成均勻的糊狀,轉(zhuǎn)入50 mL 比色管中,用pH 為6.9的磷酸鹽緩沖液定容至25 mL 。并于37下預(yù)熱5min ,然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的糖化酶和胰酶各3.5mL ,分別在37水浴水解一定時(shí)間,沸水浴滅酶5min ,將酶解液于6000r/min 下離心10min ,得水解液V ml 。取v 0 mL 水解液,加蒸餾水稀釋c 0倍。吸取稀釋樣0.5mL 測(cè)定吸光值A(chǔ) 0,從標(biāo)準(zhǔn)曲線(A 0 = 0.0015x - 0.0365,R 2 = 0.9929;其中x 代表還原糖濃度g / mL ,A 0代表樣品吸光值算出對(duì)應(yīng)的還原糖濃度,以每

10、克絕干淀粉產(chǎn)生還原糖含量(mg/g 計(jì)。還原糖含量采用下式計(jì)算:(g /mg 1000100××××=dw w V c x 還原糖含量 式中,x 水解液中還原糖濃度,g / mL ;c 0 稀釋倍數(shù)(根據(jù)水解液中還原糖濃度不同,確定c 0=250;V 水解液總體積,ml ;w 米飯重量,g ;w 0 米飯水分含量,%,濕基;d 米飯中淀粉含量,%。1.5ml 于試管中,與水解液稀釋液同時(shí)放入37恒溫水浴鍋中保溫10min ,然后吸取10L 水解液稀釋液到加有葡萄糖試劑盒的單試劑的試管中,輕輕搖勻,于37下反應(yīng)10min ,于500nm 波長(zhǎng)處測(cè)吸光值A(chǔ)

11、1。以10L 蒸餾水代替樣品做空白。以葡萄糖試劑盒的標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖試劑代替樣品測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖試劑吸光值A(chǔ) 2。葡萄糖含量以每克絕干淀粉產(chǎn)生葡萄糖含量(mg/g 計(jì)。葡萄糖含量用下式計(jì)算:(g mg dw w A V c c A /10211×××××=葡萄糖含量 式中,A 1 樣品吸光值;A 2 標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖試劑吸光值;c 標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖試劑濃度,c=5.25mmol/L ;c 1 稀釋倍數(shù)(根據(jù)水解液中葡萄糖濃度不同,確定090min 時(shí),c 1=2,120240min 時(shí),c 1=5;V 水解液總體積,ml ;w 米飯重量,g ;w 0 米飯水分含量

12、,%,濕基;d 米飯淀粉含量,%。1.5 數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Office Excel 、SAS 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,模型參數(shù)的估計(jì)采用最小二乘法。所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)兩次。2 結(jié)果與分析2.1 酶解過(guò)程中還原糖含量的變化米飯中淀粉經(jīng)胰酶和糖化酶作用,測(cè)定水解后的還原糖量即可確定米飯中淀粉的消化程度和進(jìn)程14。圖2顯示了米飯酶解過(guò)程中還原糖含量的變化趨勢(shì)。在酶解初期,還原糖含量快速增加。在酶解終了時(shí)還原糖量為581.98 mg 767.22 mg ,與文獻(xiàn)15的報(bào)道相似。 800060120180240酶解時(shí)間/min 還原糖含量/m g圖2 蒸煮工藝對(duì)還原糖含量的影響從圖2可知,以工藝3

13、蒸煮的米飯淀粉的還原糖含量上升最快,酶解后還原糖含量最多,其次依次為工藝4蒸煮、工藝2蒸煮、工藝1蒸煮,表明溫度越高,還原糖生成速率和最終含量越高。較高的溫度8,16作用后淀粉的糊化程度較大,增加了酶與淀粉分子的接觸機(jī)會(huì),從而加快了淀粉的酶解。Sagum 等的研究也發(fā)現(xiàn)高溫處理可以提高稻米碳水化合物的體外酶解率17。工藝4蒸煮和工藝2蒸煮在50左右均有較短時(shí)間的保溫過(guò)程,低溫短時(shí)保溫有利于米飯中淀粉的糊化,提高淀粉的酶解率18, 因此還原糖生成速率和最終含量均高于工藝1蒸煮。長(zhǎng)時(shí)間燜飯也使得米粒中淀粉進(jìn)一步吸水糊化,故工藝4蒸煮的米飯較工藝3蒸煮的米飯還原糖生成量稍高。一般認(rèn)為,較高直鏈淀粉含

14、量的秈型稻米的淀粉酶解速度慢3,19,本研究也顯示,金健貢米的酶解終點(diǎn)的還原糖含量稍高于桃花香米和晶針雪。2.2 酶解過(guò)程中葡萄糖含量的變化葡萄糖可以直接能被人體吸收,在同一時(shí)間段,米飯淀粉被酶解出的葡萄糖含量越高,說(shuō)明米飯?jiān)饺菀妆幌铡?60120180240酶解時(shí)間/min 葡萄糖含量/m g 依次為工藝4蒸煮、工藝2蒸煮、工藝1蒸煮,表明溫度越高,具有一定低溫保溫和燜飯過(guò)程的工藝制作的米飯酶解過(guò)程產(chǎn)生的葡萄糖含量較多。三種米飯的葡萄糖含量隨酶解時(shí)間的上升趨勢(shì)與圖2中還原糖相似。酶解終點(diǎn)時(shí)金健貢米的葡萄糖含量稍高于桃花香米和晶針雪,這是由于貢米中的支鏈淀粉含量較高,而支鏈淀粉較直鏈淀粉

15、易于酶解15所致。2.3 基于葡萄糖含量的消化動(dòng)力學(xué)模型根據(jù)圖3中不同酶解時(shí)間下葡萄糖含量的變化趨勢(shì),采用模型(1描述酶解過(guò)程中葡萄糖含量變化規(guī)律。1(1(210t b e b b x =式中,x 葡萄糖的含量,mg ;b 0 葡萄糖的生成極限量,當(dāng)t 時(shí),葡萄糖的極限含量為 x= b 0,mg ;b 1 與葡萄糖的含量初始值有關(guān)的參數(shù),當(dāng)t =0時(shí),葡萄糖的初始含量為 x= b 0(1- b 1;b 2 速率常數(shù),min -1;t 酶解時(shí)間,min 。 采用圖3數(shù)據(jù),對(duì)酶解進(jìn)程中葡萄糖含量進(jìn)行非線性回歸分析,得到3種大米不同蒸煮工藝下方程(1的參數(shù)值b 0、b 1、b 2見(jiàn)圖4。 不同條件下

16、方程(1的回歸平方和在152253.87426411.80之間,剩余平方和介于375.65 12031.31之間,剩余平方和比回歸平方和小很多,表明方程的擬合精度較高。 (a大米種類350400450500550桃花香米金健貢米晶針雪b 0/m g(c大米種類b 0反應(yīng)了淀粉的可消化程度,b 0越大則米飯消化程度越高。b 1反應(yīng)米飯酶解前的葡萄糖含量,b 1值越大表明蒸煮后葡萄糖量越少。b 2反應(yīng)了淀粉水解成葡萄糖的速度,b 2越大則米飯消化速度越快。由圖4可知,工藝3蒸煮的米飯?jiān)诿附膺^(guò)程中b 0、b 1、b 2值均最高,其次依次為工藝4、工藝2和工藝1。表明溫度越高,葡萄糖生成極限量越高、葡

17、萄糖初始值越小、酶解速率越快。以高壓鍋(工藝3蒸煮的米飯最易于消化。三種米飯的b 0、b 1、b 2值均有差別,以桃花香米制作的米飯的b 0值較高,金健貢米制作的米飯的b 1值較高,晶針雪制作的米飯的b 2值最高。 圖5葡萄糖含量的模擬值與實(shí)測(cè)值比較100200300400500600*240酶解時(shí)間/min接近,建立的基于葡萄糖含量的消化動(dòng)力學(xué)指數(shù)模型具有較高的擬和精度,能夠較精確的描述酶解進(jìn)程中葡萄糖含量變化的規(guī)律。3 結(jié)論蒸煮工藝對(duì)米飯淀粉消化特性有較大影響,蒸煮溫度高,具有一定低溫保溫過(guò)程和較長(zhǎng)蒸煮時(shí)間的工藝制作的米飯的淀粉的酶解速率較快,酶解后還原糖和葡萄糖含量較高。以高壓鍋蒸煮的米

18、飯最易于消化,其次依次為微壓力鍋、電腦煲、機(jī)械煲。不同種類的米飯消化特性有差異,金健貢米酶解后的還原糖和葡萄糖較桃花香米和晶針雪稍高。建立的基于葡萄糖含量的消化動(dòng)力學(xué)指數(shù)方程具有較高的擬和精度。參考文獻(xiàn)1 葛可佑.中國(guó)營(yíng)養(yǎng)科學(xué)全書(shū)(上冊(cè).北京:人民衛(wèi)生出版社,20043 Panlasigui L, Thomopson L, Juliano B, et al. Rice varieties with similar amylase content differ in starchdigestibility and glycemic response in human. Am. J Clin. N

19、utr,1991, 54: 871-8774 Tetens I, Biswas S, Glits L, et al. Physicochemical characteristics as indicators of starch availability frommilled rice. J Cereal Sci, 1997, 26: 355-3615 Bjorck I, Granfeldt Y, Liljerberg H , et al. Food properties affecting the digestion and absorption ofcarbohydrates. Am J

20、Clin Nutr, 1994, 59: 699-7057 Isabel G, Alejandra G, Fulgencio S. A starch hydrolysis procedure to estimate glycemic index. NutritionResearch, 1997,17(3: 427-43789-92.9 Englyst H, Kingsman S, Cummings J. Classification and measurement of nutritionally important starchfractions. Eur. J Clin Nutr.,1992, 46: 33-5010 Leinonen K, Liukkonen K, Poutanen K, et al. Rye bread decreases postprandial insulin response but does notalter glucose response in healthy Finnish subjects. Eur J Clin Nutr, 1999, 53: 262-26712 Jenkins D, Wolever T, Taylor R,. et al . Glyce