濕熱處理 (Heat-moisture Treatment)

第二節、濕熱處理 (Heat-moisture Treatment)

濕熱處理(Heat-moisture Treatment, hmt)為一種物理修飾，相較於化學修飾更為 自然且安全。濕熱處理包括以低水分含量於高溫環境進行加熱，水分含量範圍可 為10-35%，溫度範圍為 90-120 ^oC，時間範圍為 15 分鐘至 16 小時。

一般而言，濕熱處理所造成澱粉結構與性質之變化隨澱粉來源與直鏈澱粉含 量而異。根據研究指出，相較於根莖類澱粉，濕熱處理對豆科或穀物澱粉所造成 之影響較大(Gunaratne and Hoover, 2002)。而將馬鈴薯、樹薯澱粉(Gunaratne and Hoover, 2002)、米澱粉(Hormdok and Noomborm, 2007)、高粱澱粉(Olayinka et al., 2008)或玉米澱粉(Chung et al., 2009)進行濕熱處理，均可見其膨潤力下降。而膨潤 力下降之因，包括在濕熱處理過程中，澱粉顆粒的結晶度(crystallinity)增加、水合 度(hydration)降低、直鏈澱粉與支鏈澱粉的交互作用、分子內鍵結增強、直鏈澱粉 與脂質形成複合物，與澱粉的結晶區發生重排等(Zavareze and Dias, 2011)。濕熱處 理對於澱粉溶解度的影響則不一。對班巴拉花生(bambarra groundnut)澱粉進行濕熱 處理，於60-90 ^oC 下，均可見其溶解度下降(Adebowale and Lawal, 2002)。濕熱處 理造成澱粉膨潤力與溶解度下降的原因，是澱粉分子內部的重排，致使和其他官 能基形成更多的交互作用(Hoover and Manuel, 1996)，而在澱粉顆粒內部產生更多 雙股排列規整的支鏈澱粉側鏈叢與直鏈澱粉-脂質複合物(Olayinka et al., 2008;

Tester and Morrison, 1990)。

對米進行濕熱處理，將造成糊液黏度性質顯著的改變(Hormdok and Noomhorm, 2007; Zavareze et al., 2010)。該研究指出，造成糊液黏度性質改變，主要原因是非 結晶區中鏈間的交聯(cross link)，而使結晶度上升，且當濕熱處理的含水量上升時，

此現象更為明顯。在Arns et al. (2015)的研究中則指出，濕熱處理造成的糊化溫度 上升，是因濕熱處理後，澱粉顆粒中鄰近的支鏈澱粉聯結被強化，而增進其結晶 薄片(crystalline lamella)結構。

Olayinka et al. (2008)對高粱澱粉進行濕熱處理發現，當澱粉的水分含量增多 (18-27%)時，糊化溫度上升，且最高黏度下降。此外，崩解黏度與回凝程度顯著降 低。造成這些現象的主要原因是，分子內的鍵結力增強，而使得澱粉需要更多的 熱才可崩解形成糊液。而濕熱處理使得崩解黏度降低，則是澱粉對於連續熱與攪

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動更加穩定(Adebowale et al., 2005; Hormdok and Noomhorm, 2007; Olayinka et al., 2008; Watcharatewinkul et al., 2009)。Zavareze et al. (2010) 分別對高直鏈、中直鏈 與低值鏈澱粉進行濕熱處理（水分含量15%、20%及 25%），發現高直鏈的影響最 大；其糊化溫度提高，而尖峰黏度、崩解黏度、最終黏度與回凝黏度均降低。並 且，在外觀形態上，低直鏈澱粉含量的米澱粉經過濕熱處理(25%)後，在掃描式電 子顯微鏡底下發現失去其結構完整性，澱粉顆粒表面亦擴張延伸，如圖三所示；

但濕熱處理對高直鏈與中直鏈澱粉，僅些微造成澱粉顆粒表面不規則與結塊。此 現象在澱粉濕熱處理時含較高的水分含量(25%)時發生，因較高的水分含量較亦使 部分糊化的情形發生而造成外觀形態的改變。Dutta and Mahanta (2012)的研究中，

對不同直鏈澱粉含量的稻米進行預蒸煮(parboiling)。在低直鏈澱粉含量（直鏈澱粉 含量1.1%）的兩種稻米中，以 100 ^oC 進行預蒸煮 10、15 與 20 分鐘後，其糊液黏 度特性之尖峰黏度均顯著升高，作者指出此乃因支鏈澱粉的影響。而以120 ^oC 進 行蒸煮 10、15 及 20 分鐘後，則見糊化溫度顯著降低，且尖峰黏度的升高趨勢比 100 ^oC 蒸煮時略低或比預蒸煮前些微下降。

濕熱處理對於澱粉糊化的影響，可由熱性質分析得知。濕熱處理將影響澱粉 熱性質分析中的起始溫度(TO)、尖峰溫度(TP)、終止溫度(TC)與熱焓值(ΔH)；其影 響程度因濕熱處理程度、澱粉來源與直鏈澱粉含量而異。研究發現，對馬鈴薯澱 粉、樹薯澱粉、山藥(true yam)澱粉(Gunaratne and Hoover, 2002)，以及玉米澱粉 (Chung and Shin, 2007; Hoover and Manuel, 1996; Maache-Rezzoug et al., 2008)、美人 蕉(Watcharatewinkul et al., 2009)等進行濕熱處理後，其 TO、TP與TC均上升，且隨 熱與水量之增加，上升情形更為明顯。而造成此現象的原因，是濕熱處理過程中，

造成澱粉結構上的改變，包括直鏈澱粉-直鏈澱粉，與直鏈澱粉-脂質的交互作用 (Hoover and Vasanthan, 1993)。Adebowale et al. (2009)的研究指出，糊化過程中，結 晶區的熔化與雙股螺旋解開，可由非結晶區的水合與膨潤力決定。當非結晶區膨 潤時，將帶給結晶區外力，而使結晶區的polymer chain 由結晶區釋出。而濕熱處 理將減低非結晶區分子的移動能力，因此需要更高的溫度才可膨潤，並使結晶區 崩解，因而擁有較高的TO、TP與TC。而對於濕熱處理造成熱焓值的下降，Gunaratne and Hoover (2002)的研究指出，其原因為濕熱處理造成結晶區與非結晶區中，雙股 螺旋的崩解所致。然而，Hormdok and Noomhorm (2007)的研究則認為，濕熱處理

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將造成直鏈澱粉與支鏈澱粉的不穩定，而導致熱焓值下降。

圖三、米澱粉之掃描式電子顯微鏡影像；未濕熱處理之高直鏈澱粉 (a)；濕熱處理 (25%含水量)之高直鏈澱粉 (b)；未濕熱處理之中直鏈澱粉 (c)；濕熱處理（25%含 水量）之中直鏈澱粉 (d)；未濕熱處理之低直鏈澱粉 (e)；與濕熱處理（25%含水 量）之低直鏈澱粉 (f)。

Figure 3. Scanning electron micrographs of high-amylose native starch (a);

high-amylose – HMT 25% (b); medium-amylose native starch (c); medium-amylose – HMT 25% (d); low-amylose native starch (e); and low-amylose – HMT 25% (f).

(Zavareze et al., 2010)

在 Min et al. (2014)指出，預蒸煮(parboiling)是一種傳統的濕熱處理方法，包含 了浸泡(soaking)、蒸煮( steaming)和乾燥(drying)，其後再進行脫殼和磨粉。預蒸煮 對蒸煮米的質地和特性造成的影響，包括其煮熟的預蒸煮米，整精米率(head rice yield)提高、顏色變暗、硬度提高、黏度下降，並具有更多營養物質(Buggenhout et al., 2013)。圖四為預蒸煮米從稻穀至米穀粉的製作步驟(Buggenhout et al., 2013)。

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圖四、預蒸煮米從稻穀至米穀粉的製作步驟 (Buggenhout et al., 2013)。

Figure 4. Steps in the conversion of rough rice to milled parboiled rice (Buggenhout et al., 2013).

在 Bhattacharya (2011)中整理出預蒸煮對一般非糯性米和其產品造成的影響，

包括浸泡時影響酵素和水溶性小分子，蒸煮時影響澱粉、脂肪、蛋白質等。本論 文研究所選用的米種為糯性米種，濕熱處理所造成的影響可與之所比較。

在有色米的植物性化學物質之抗氧化功效研究中，多為針對未處理之有色米 進行研究。然而，有色米中植物性化學物質的含量，會受到影響濕熱處理的影響。

研究指出，將有色糙米和稻穀進行濕熱處理後，親脂性的抗氧化物含量提高，而 水溶性部分總酚含量及抗氧化力均下降。然而，若以稻穀方式預蒸煮，則有助於 維持水溶性抗氧化物質的含量(Min et al., 2014)。此外，濕熱處理也可使麩皮上的 植物性化學物質往內部移動，在有色米被精白後仍保有游離態酚類化合物含量 (Paiva et al., 2016)。

本論文研究中選用太巴塱紅糯米與黑糯米，探討「濕熱處理」對糯米理化性 質的影響，以及濕熱處理後，有色米中植物性化學物質含量（包含總酚含量、總 類黃酮含量及總花青素含量等）的變化趨勢。

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