糯米淀粉的晶體性質和糊化特性

韓文芳 熊善柏 李江濤 趙思明 莫紫梅

（華中農業大學食品科學技術學院，武漢 430070）

糯米淀粉的晶體性質和糊化特性

韓文芳 熊善柏 李江濤 趙思明 莫紫梅

（華中農業大學食品科學技術學院，武漢 430070）

以不同產地、品種的糯米為原料，探討糯米淀粉晶體性質和糊化特性的差異，并進行相關性分析，以期為糯米食品加工的原料選擇提供參考。試驗結果表明，糯米淀粉的結晶度為16.4%～25.3%，糊化溫度為71.1～87.2℃，且結晶度和糊化溫度均以珍珠糯最高，禾勝糯1次之，揚豐糯最低。其中，結晶性質主要取決于品種，受產地影響相對較小，而產地、品種的差異極大地影響糯米淀粉的糊化性質。相關性分析表明，糯米淀粉的碘藍值、結晶度與糊化溫度三者之間呈極顯著正相關關系。因此，品種和產地對糯米淀粉的結晶性質和糊化特性均有較大影響。

糯米淀粉 秈米淀粉 晶體性質糊化特性

糯稻是稻米的黏性變種［1］，在我國有著悠久的種植和食用歷史。糯米不宜作為日常主食是因為支鏈淀粉含量極高且其分子量可達數億［2］，這使得蒸煮后的糯米凝膠黏度大、酶水解率極低［3］，難以被消化吸收。但糯米凝膠柔軟細膩、香糯黏滑，是制作湯圓、團糕、粽子等特殊風味食品的重要原料。

淀粉是稻米的主要成分，其自身組成、物化性質是影響大米食用品質和加工特性的重要因素［4－5］。由于品種、生長環境和栽培因素等差異［5－7］，導致稻米 淀 粉 的 化 學 組 成［7－9］及 熱 特 性［8，10］、顆 粒 特性［4－5］、糊化［5－8］和流變特性［9－10］等物化性質差別很大。因而，不同品種、產地的糯米所制作淀粉質食品的外觀、口感、風味等品質均存在著很大區別。

本試驗通過分析8種不同來源糯米淀粉的晶體性質和糊化特性的差異，以期為糯米食品加工原料的選擇提供理論參考。試驗另以3種秈米淀粉作為比較，進一步探討糯米、秈米淀粉晶體及糊化特性的差異，旨在為糯米質新產品開發提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及儀器

糯米：湖北省豪豐米業有限公司；秈米：湖北省福娃集團。

3D型快速黏度分析儀（RVA）：澳大利亞Newport Scientific公司；Rigaku D/Max－RA型 X－射線衍射儀（XRD）：日本理學公司。

1.2 淀粉的提取及基本指標的測定

大米膠稠度按 GB/T 22294—2008的方法測定［11］。按許永亮等［12］的方法提取大米淀粉，并測定大米及其淀粉的碘藍值［13］。將原料大米和淀粉經粉碎過100目后待測，蛋白質含量采用 GB/T 5511—1985的凱氏定氮法測定［14］，脂肪含量采用GB/T 5512—1985的索氏抽提法測定［15］，灰分含量采用 GB/T 5505—1985的直接灰化法測定［16］。大米中淀粉含量采用GB/T 5513—2008的酸水解法測定［17］，提取淀粉中淀粉含量的計算為100%減去蛋白質和脂肪含量計。以上均為干基含量。

1.3 淀粉晶體性質的表征

X—射線衍射是研究淀粉結晶特性的最直接和最有效的方法，淀粉的結晶特性在室溫下采用步進掃描法測定［18］。測試條件：Cukα輻射，管壓40 kV，管流 50 mA，掃描區域 2θ為 5°～50°，掃描速度0.02（°）/s，步寬0.02°，射線波長 λ＝0.154 nm。

垂直于晶面的微晶尺寸（L，單位為nm）的計算：

式中：k為 0.89；β為半高寬/°；θ為衍射角度/°。

1.4 淀粉RVA曲線的測定

參考Chang等［19］的方法。精確稱取3 g淀粉加入25 mL蒸餾水，攪拌均勻制得測試樣品。測試過程的溫度設定如下：50℃下保持1 min；以12℃/min的速率上升到95℃（3.75 min）；95℃下保持2.5 min；以12℃/min下降到50℃（3.75 min）；50℃下保持1.5 min，整個測定過程歷時12.5 min。攪拌器在起始10 s內轉動速度為960 r/min，之后保持在 160 r/min。

RVA特征參數采用TCW（Thermal Cycle forWindows）配套軟件進行分析。糊化溫度（PT）：黏度開始增長時的溫度；峰值黏度（PV）：升溫環節中黏度的最大值；保持黏度（HV）：95℃時的最終黏度；最終黏度（FV）：50℃時的最終黏度；降落值（BV）：PV－HV；回升值（SV）：FV－HV。黏度單位為mPa·s。

1.5 數據分析

本試驗中各指標均測定3次重復、3次平行，試驗數據采用SAS 9.3軟件進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 大米及其淀粉的基本理化指標

大米的主要成分、碘藍值等基本理化指標見表1。大米淀粉的產地信息、主要純度指標及碘藍值見表2。

由表1可知，不同來源大米的粗脂肪質量分數為0.7%～1.5%，灰分質量分數大多在0.2%～0.35%，其粗蛋白質量分數除在雜交糯和桂朝13中可達10%以上，在其他糯米和秈米質量分數為6%～7.5%。與秈米相比，糯米的淀粉含量普遍更高，膠稠度更大，屬于軟膠稠度，其碘藍值遠小于秈米，這與糯米淀粉僅含極少量的直鏈淀粉有關。從表2可以看出，本試驗所提取的淀粉純度較高，淀粉質量分數均在98%以上。

試驗以種植于不同區域的荊糯和禾勝糯2個品種為代表探討品種和產地對糯米品質的影響。結果表明，產地和品種的差異對糯米的粗蛋白、粗脂肪含量及碘藍值均有較大影響，而淀粉含量主要由糯米品種所決定，受產地差異的影響較小。其中，荊糯較禾勝糯的淀粉含量低、蛋白質含量稍高，而應城產地的糯米粗脂肪含量明顯高于云夢產地的糯米。

表1 大米的基本理化指標（n＝3，±std）

表1 大米的基本理化指標（n＝3，±std）

注：表1中揚兩優、豐兩優和桂朝13為本試驗的對照秈米品種；不同小寫字母表示同列數據之間有顯著差異（P＜0.05）。

樣品名 粗蛋白/% 粗脂肪/% 淀粉/% 碘藍值/A/g 灰分/% 膠稠度/mm荊糯1 7.22±0.02d 1.12±0.03c 86.65±0.16c 0.751±0.001f 0.33±0.02c 126.8±6.7e荊糯2 6.95±0.06c 0.96±0.01b 87.10±0.76c 0.700±0.002d 0.58±0.03d 126.5±4.0e荊糯3 7.50±0.05f 1.39±0.06d 87.68±0.23c 0.621±0.001a 0.16±0.01a 106.0±4.3c禾勝糯1 6.43±0.03a 1.29±0.03d 92.32±0.17e 0.670±0.003c 0.28±0.03b 113.7±2.3d禾勝糯2 6.68±0.01b 0.78±0.05a 92.76±0.23e 0.645±0.003b 0.13±0.01a 114.2±1.8d珍珠糯 7.34±0.01e 1.41±0.06e 90.22±0.69d 0.643±0.002b 0.31±0.01c 120.0±3.3e雜交糯 11.10±0.01h 1.54±0.02f 82.89±0.48b 0.705±0.001d 0.23±0.00b 116.8±4.0d揚豐糯 6.38±0.04a 1.15±0.11c 87.48±0.31c 0.732±0.001e 0.35±0.02c 118.8±8.7d揚兩優（秈） 6.74±0.06b 1.04±0.04b 82.61±0.28b 7.053±0.002g 0.27±0.02b 87.8±2.5b豐兩優（秈） 7.22±0.06d 1.23±0.07d 81.34±1.66a 8.249±0.003h 0.29±0.03b 82.5±2.5b桂朝13（秈） 10.00±0.03g 1.27±0.02d 83.90±0.36b 8.041±0.003i 0.29±0.05b 63.4±2.4a

表2 大米淀粉來源信息及其基本理化指標（n＝3，±std）

表2 大米淀粉來源信息及其基本理化指標（n＝3，±std）

注：不同小寫字母表示中同列數據之間有顯著差異（P＜0.05）。

樣品名 產地 粗蛋白/% 粗脂肪/% 淀粉/% 碘藍值/A/g荊糯1 黃陂 0.85±0.03f 0.04±0.00a 99.11±0.03e 0.649±0.002c荊糯2 云夢 0.87±0.06f 0.08±0.01b 99.05±0.07d 0.665±0.002d荊糯3 應城 0.77±0.06e 0.21±0.01d 99.02±0.07d 0.754±0.002f禾勝糯1 應城 0.64±0.00c 0.38±0.01g 98.98±0.01c 0.787±0.001g禾勝糯2 云夢 0.66±0.03c 0.14±0.01c 99.19±0.05e 0.686±0.001e珍珠糯 應城 0.43±0.03a 0.33±0.02f 99.23±0.06f 0.828±0.003h雜交糯 漢川 1.57±0.03h 0.34±0.03f 98.06±0.07a 0.627±0.001b揚豐糯 京山 0.64±0.05c 0.31±0.02e 99.05±0.07c 0.478±0.006a揚兩優（秈） 京山 0.54±0.03b 0.36±0.01f 99.09±0.05e 6.546±0.003i豐兩優（秈） 京山 0.72±0.05d 0.29±0.02e 98.98±0.07c 8.145±0.003k桂朝13（秈） 沙市 1.00±0.03g 0.37±0.01g 98.62±0.05b 7.846±0.003j

2.2 大米淀粉的晶體特性

天然大米淀粉的X—射線衍射圖譜見圖1，圖譜中呈尖峰特征的為淀粉的結晶區，呈彌散特征的為非晶區，最強峰所相應的特征值見表3。

圖1 大米淀粉的X—射線衍射圖譜

由圖1和表3可知，糯米淀粉和秈米淀粉在衍射角 2θ分別為 15°，17°，18°和 23°有明顯的吸收峰，在17°和18°附近的衍射峰為相連的雙峰，呈谷物淀粉典型的A型晶體［20］。淀粉的晶體結構主要由支鏈淀粉分支的外鏈經氫鍵所形成的雙螺旋結構組成［20－21］，結晶度大小主要受直鏈淀粉含量、支鏈淀粉鏈長分布等因素所影響［22－23］。整體來看，大米淀粉的結晶度在16.4%～25.3%之間，以珍珠糯的結晶度為最高，禾勝糯1的次之，揚豐糯和桂朝13的最低，品種差異比產地差異對糯米淀粉的結晶性質有著更大的影響。較禾勝糯淀粉，荊糯淀粉有著較小的微晶尺寸和稍大的半高寬和結晶度。來源于不同產地的荊糯淀粉樣品間的結晶度差異較小，而禾勝糯淀粉樣品間的結晶度差異較大。

2.3 大米淀粉的RVA曲線

不同來源大米淀粉的RVA糊化曲線見圖2，相應的糊化溫度、峰值黏度等特征值見表4。

RVA曲線描述的是一定濃度的淀粉水懸浮液在升溫加熱、高溫保持和降溫冷卻過程中黏滯性的變化。開始加熱時，淀粉水體系的溫度低于糊化溫度，淀粉顆粒僅輕微吸水膨脹，此時黏度較低，黏度曲線平坦。當進一步加熱至糊化溫度時，高能量的熱水破壞了淀粉分子內部彼此之間氫鍵，淀粉晶體崩解，結晶區域大量吸收水分而發生急劇膨脹，支鏈淀粉微晶束首先熔融，淀粉分子結構得到伸展，懸浮液變為黏稠糊狀，黏度曲線迅速上升，當淀粉顆粒逐漸膨脹至最大時達到峰值黏度。由此，可根據黏度開始增長的時間點能夠推斷淀粉顆粒結構的致密性，而黏度曲線上升的斜率則與淀粉的晶體結構有關［24－26］。從圖 2可看出，桂朝 13、珍珠糯、禾勝糯 1、豐兩優等4種大米淀粉黏度開始上升所需的時間較長，其淀粉顆粒結構應該比較緊密，破壞其結構所需要的能量較高，糊化溫度可能較高，這與表3中這4種淀粉的的糊化溫度均高于80℃相吻合。同時，桂朝13、豐兩優、荊糯3、荊糯2等淀粉黏度曲線的上升斜率較小，可能是由于加熱到糊化溫度時，淀粉分子的微晶束有較大程度的松動，但分子間仍有許多副鍵未被拆開，糊化后繼續加溫才能使聚集體分子適當的分開，從而形成更大的膠體質點，黏度增高，說明其晶體結構比較緊密［24－26］。而珍珠糯、荊糯 1、雜交糯、揚豐糯、禾勝糯2的淀粉黏度的上升趨勢較快，說明其晶體結構緊密度較低，當達到糊化溫度時，微晶束便能得到較完全的分散。

表3 大米淀粉的晶體特性

圖2 大米淀粉的RVA圖譜

糊化溫度能夠很好地反映淀粉晶體熔融、顆粒脹大而使黏度突然上升的過程。由表4可知，產地、品種對糯米淀粉的糊化溫度有較大的影響，應城產地（荊糯3、禾勝1）的同品種糯米淀粉糊化溫度明顯高于云夢產地的（荊糯2、禾勝2）。糯米淀粉的峰值黏度以荊糯1為最大，荊糯2為最小，同一品種糯米所存在的顯著差異除與產地相關，可能還與淀粉的損傷程度有關，損傷程度較大的淀粉更易與水結合，在升溫過程中淀粉顆粒膨脹程度更大［27］。

在保溫過程中，組成淀粉顆粒骨架的支鏈淀粉充分伸展，強度減弱，在高溫和機械剪切力的作用下顆粒破碎、崩解，使黏度下降，此時的黏度為保持黏度。降落值是峰值黏度與保持黏度的差值，可以用來描述淀粉顆粒的崩解程度，反映淀粉的熱糊穩定性。黏度曲線較為平坦、降落值較小的淀粉通常具有較好的黏度熱穩定性。由圖2和表4可知，荊糯1、雜交糯的降落值最高，表明其溶脹后的淀粉顆粒強度弱，易破裂，對熱和剪切力的抵抗作用較弱，熱糊穩定性較差，而荊糯2淀粉的降落值最小，其熱糊穩定性最優。

到達保持黏度后，由于淀粉糊溫度下降，淀粉分子運動減慢并產生聚集，分子間作用力增強，淀粉糊的流動阻力增大，導致黏度又呈現上升趨勢，含直鏈淀粉較多的淀粉生成凝膠的過程通常極為迅速，因為直鏈淀粉分子的締合比支鏈淀粉分子容易得多。這一過程用回升值表示，反映了淀粉糊低溫下的老化趨勢或冷糊的穩定性。由圖2和表4可知，淀粉的回升值以荊糯1為最大，雜交糯和揚兩優的次之，荊糯2的回升值最小?；厣翟叫?，表明淀粉糊抗老化性能較好。

表4 大米淀粉的糊化參數

2.4 糯米淀粉物化性質之間的相關性分析

糯米淀粉碘藍值、結晶度與糊化參數之間的相關性分析見表5。由表5可知，糯米淀粉的碘藍值、結晶度與糊化溫度呈極顯著正相關（P＜0.01），由此可推測表4中珍珠糯和禾勝糯1淀粉較高的糊化溫度在于其相對較高的結晶度，揚豐糯的糊化溫度較低也與其較低的結晶度有關。而豐兩優、桂朝13的糊化溫度較高則與這2種秈米淀粉有著較高的直鏈淀粉含量有關［25－26］。

表5 糯米淀粉物化性質之間的相關性分析（r/α）

3 結論

與秈米相比，糯米含有更高的淀粉含量，糯米及其淀粉的碘藍值遠小于秈米。產地對糯米粗蛋白、粗脂肪、灰分含量及碘藍值等指標有較大的影響，對其淀粉含量和膠稠度的影響較小，而不同品種的糯米各項基本成分含量及碘藍值、膠稠度等指標均存在明顯差異。糯米淀粉為A型晶體，結晶度和糊化溫度以珍珠糯最高，禾勝糯1次之，揚豐糯最低。受淀粉顆粒與晶體結構的緊密程度、淀粉結晶度以及淀粉損傷程度等因素的影響，不同品種、產地糯米淀粉的各項糊化特性指標之間的差異較為顯著，從而使得不同來源淀粉糊的熱、冷穩定性具有較大的差異，以荊糯1淀粉的峰值黏度最大，其熱糊穩定性和抗老化能力最差。由此可見，在今后糯米質食品的開發過程中可根據不同產品的品質要求立足于糯米淀粉及淀粉糊的這些物化性質的差異來選取合適的糯米加工原料。

［1］何金旺，石朝和.三江縣優質糯稻開發利用現狀及對策［J］.廣西農業學報，2007，22（S1）：78－81

［2］Yoo S H，Jane J.Molecular weights and gyration radii of amylopectins determined by high－performance size－exclusion chromatography equipped with multi－angle laser－light scattering and refractive index detectors［J］.Carbohydrate Polymers，2002，49（3）：307－314

［3］Noda T，Nishiba Y，Sato T，et al.Properties of starches from several low－amylose rice cultivars［J］.Cereal Chemistry，2003，80（2）：193－197

［4］Lan Wang，Bijun Xie，Guangquan Xiong，et al.Study on the granular characteristics of starches separated from Chinese rice cultivars［J］.Carbohydrate Polymers，2012，87（2）：1038－1044

［5］Wani A A，Singh P，Shah M A，etal.Rice starch diversity：effects on structural，morphological，thermal，and physicochemical Properties－a review［J］.Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety，2012，11（5）：417－436

［6］鄧飛，王麗，葉德成，等.生態條件及栽培方式對稻米RVA譜特性及蛋白質含量的影響［J］.作物學報，2012，38（4）：717－724

［7］夏立婭，李小亭，胡曉玲，等.盤錦大米品質與產地環境關系探析［J］.安徽農業科學，2009，37（31）：15186－15188

［8］Lin JH，Singh H，Chang Yiting，et al.Factor analysis of the functional properties of rice flours from mutant genotypes［J］.Food Chemistry，2011，126（3）：1108-1114

［9］Noosuk P，Hill SE，Farhat IA，etal.Relationship between viscoelastic properties and starch structure in rice from Thailand［J］.Starch－St?rke，2005，57（12）：587－598

［10］Wang Lan，Xie Bijun，Shi J，et al.Physicochemical properties and structure of starches from Chinese rice cultivars［J］.Food Hydrocolloids，2010，24（2－3）：208-216

［11］GB/T 22294—2008，糧油檢驗 大米膠稠度的測定［S］

［12］許永亮，程科，邱承光，等.不同品種大米淀粉的流變學特性研究［J］.中國糧油學報，2006，21（4）：16－20

［13］Hung P V，Phi L，Thi N，et al.Effect of debranching and storage condition on crystallinity and functional properties of cassava and potato starches［J］.Starch－St?rke，2012，64（12）：964－971

［14］GB/T 5511—1985，糧食、油料檢驗 粗蛋白質測定法［S］［15］GB/T 5512—1985，糧食、油料檢驗 粗脂肪測定法［S］

［16］GB/T 5505—1985，糧食、油料檢驗 灰分測定法［S］

［17］GB/T 5009.9—2008，食品中淀粉的測定［S］

［18］Primo－Martin C，Van Nieuwenhuijzen N H，Hamer R J，et al.Crystallinity changes in wheat starch during the bread－making process：starch crystallinity in the bread crust［J］.Journal of Cereal Science，2007，45（2）：219－226

［19］Chang Y H，Lin JH，Li C Y.Effect of ethanol concentration on the physicochemical properties of waxy corn starch treated by hydrochloric acid［J］.Carbohydrate Polymer，2004（5）：89－96

［20］Fiedorowicz M，Para A.Structural and molecular properties of dialdehyde starch［J］.Carbohydrate Polymer，2006，63（3）：360－366

［21］Vandeputte G E，Vermeylen R，Geeroms J，et al.Rice starches.I.Structural aspects provide insight into crystallinity characteristics and gelatinisation behaviour of granular starch［J］.Journal of Cereal Science，2003，38（1）：43－52.

［22］Lopez－Rubio A，Flanagan BM，Gilbert E P，et al.A novel approach for calculating starch crystallinity and its correlation with double helix content：A combined XRD and NMR study［J］.Biopolymers，2008，89：761－768

［23］Yu Shifeng，Ma Ying，Menager L，et al.Physicochemical properties of starch and flour from different rice cultivars［J］.Food Bioprocess Technology，2012，5：626－637.

［24］程科，陳季旺，許永亮，等.大米淀粉物化特性與糊化曲線［J］.中國糧油學報，2006，21（6）：4－8

［25］Sandhu K S，Kaur M，Singh N，et al.A comparison of native and oxidized normal and waxy corn starches：Physicochemical， thermal， morphological and pasting properties［J］.Food Science and Technology，2008，41：1000－1010

［26］Aggarwala V，Singhb N，Kamboj SS，et al.Some properties of seeds and starches separated from different Indian pea cultivars［J］.Food Chemistry，2004，85：585-590

［27］Tester R F，Morrison W R.Properties of damaged starch granules.V.Composition and swelling of fractions of wheat starch in water at various temperatures［J］.Journal of Cereal Science，1994，20：175－181.

Crystallinity and Pasting Properties of Glutinous Rice Starches

Han Wenfang Xiong Shanbai Li Jiangtao Zhao Siming Mo Zimei
（College of Food Science and Technology，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070）

The differences in crystallinity and gelatinization properties of glutinous rice starch from different varieties and areas were studied，and the correlation analysis was performed in order to provide a theoretical basis and guidance to the raw material selection for glutinous rice food processing.The results indicated that the crystallinity of glutinous rice starches was from 16.4%to 25.3%，and the gelatinization temperature ranges from 71.1℃ to 87.2℃.The glutinous rice named Zhenzhu had the highest degree of crystallinity and the highest gelatinization temperature，with Hesheng1 occupying the second place，while the Yangfeng had theminimum degree of crystallinity and the lowest gelatinization temperature.The crystallinity characteristics of glutinous rice starch were determined mainly by the glutinous rice varieties，less affected by differences in production areawhile the origin and species both represent greater influence on the gelatinization properties.Correlation analysis showed that significant positive correlation was observed between the glutinous rice starch iodine blue value，degree of crystallinity and gelatinization temperature.As a result，both varieties and production area have a great influence on the crystallinity characteristics and pasting properties of glutinous rice starches.

glutinous rice starches，indica rice starch，crystallinity characteristics，pasting properties

TS231

A

1003－0174（2015）08－0048－06

湖北省重大專項（ZDN009）

2014－03－09

韓文芳，女，1987年出生，博士，食品科學

趙思明，女，1963年出生，教授，食品大分子結構與功能特性