ITEM METADATA RECORD
Title: Parboiling of rice: changes in colour characteristics and health-related components
Other Titles: Parboilen van rijst: veranderingen in kleurkarakteristieken en gezondheidsgerelateerde componenten
Authors: Lamberts, Lieve
Issue Date: 30-Sep-2008
Abstract: Rijst is één van de belangrijkste voedingsgewassen ter wereld en het basisvoedsel voor meer dan de helft van de wereldbevolking. Ongeveer 20&#37; van de geproduceerde rijst wordt geparboild. Parboilen is een hydrothermische behandeling die bestaat uit drie opeenvolgende stappen: weken van ruwe of bruine rijst in water, verhitten en drogen. Na parboilen worden de buitenste lagen van de rijst mechanisch verwijderd. Ruwe rijst wordt achtereenvolgens van het kaf en de zemel ontdaan. Voor bruine rijst is na parboilen alleen een slijpstap nodig. Het parboilproces beïnvloedt de textuur, de voedingswaarde en de kleur van gekookte rijst. Na koken is geslepen, geparboilde rijst harder en minder kleverig dan de geslepen, niet-geparboilde rijst. Deze wijzigingen in textuur, als gevolg van parboilen, worden verklaard door structurele veranderingen in zetmeel, inter- of intramoleculaire reacties van proteïnen, en reacties van vetten met andere rijstcomponenten. De structurele veranderingen zijn gerelateerd met verstijfseling, reassociatie en degradatie van zetmeel. De interacties tussen proteïnen resulteren in de vorming van een proteïnenetwerk door het optreden van verknopingsreacties. De reacties van vetten, tenslotte, geven aanleiding tot de vorming van amylose-lipidencomplexen. De toegenomen voedingswaarde van geslepen, geparboilde rijst is toe te schrijven aan diffusie van zemelcomponenten, zoals vitaminen, naar het endosperm tijdens parboilen, en aan enzymgekatalyseerde omzettingen, zoals de omzetting van glutaminezuur tot de gezondheidsgerelateerde component g-aminoboterzuur tijdens weken.Als niet-geparboilde, bruine rijst wordt geslepen dan wordt rijst met een witte kleur bekomen. Echter, het slijpen van geparboilde, bruine rijst resulteert in gele, amberkleurige korrels. De mate waarin de kleur verandert, is afhankelijk van de condities die gebruikt worden tijdens het parboilen en het bewaren van de geslepen, geparboilde rijst. Op basis van kleurmetingen en de bepaling van de gehaltes aan reducerende suikers (RS) en vrije aminogroepen (VAG), wordt verondersteld dat de kleurveranderingen te wijten zijn aan diffusie van pigmenten van de buitenste rijstlagen naar het centrale deel van de rijstkorrel enerzijds, en aan niet-enzymgekatalyseerde bruinkleuring van het Maillardtype anderzijds. De mechanismen van kleurverandering tijdens parboilen van rijst zijn tot nu toe echter weinig bestudeerd. Bruinkleuring tijdens het (hydrothermisch) behandelen en bewaren van voedingsmiddelen wordt meestal toegeschreven aan het optreden van zowel niet-enzymgekatalyseerde als enzymgekatalyseerde reacties. Bruinkleuring ten gevolge van niet-enzymgekatalyseerde reacties wordt nagegaan door Maillardreactieproducten of afgeleide producten te kwantificeren. Daarnaast is reeds beschreven in de literatuur dat tijdens de productie van pastaproducten of tijdens de broodbereiding het gehalte aan gezondheidsgerelateerde kleurcomponenten (carotenoïden) wijzigt. Bepaalde reacties, zoals oxidatie en/of degradatie van carotenoïden, kunnen tijdens de verschillende eenheidsoperaties optreden, waardoor het gehalte aan carotenoïden afneemt. In dit doctoraat wordt onderzoek verricht naar kleurcomponenten in rijst, naar de mechanismen van verkleuring tijdens parboilen en naar de invloed van de verschillende parboilstappen en van slijpen op de gezondheidsgerelateerde component g-aminoboterzuur. Er wordt telkens gebruik gemaakt van rijst die ontdaan is van de kaflaag. Alle bestudeerde rijststalen zijn langkorrel cultivars en hebben een bruin gekleurd pericarp (buitenste zemellaag), tenzij dit anders vermeld wordt. In een eerste deel van het experimenteel werk werden de kleurcomponenten in niet-geparboilde rijst bestudeerd. Hiertoe werd rijst geslepen gedurende verschillende tijden zodat stalen met een verschillende graad van slijpen (GVS, 0 – ca. 25&#37;) werden bekomen. De chemische samenstelling werd bepaald en de kleurcomponenten in de rijstkorrel werden geïdentificeerd en gekwantificeerd. Deze resultaten bevestigden dat rijstcomponenten niet gelijk over de korrel verdeeld zijn. Kleurmetingen van niet-gekookte en gekookte rijstkorrels toonden aan dat er meer gele dan rode pigmenten voorkomen in bruine rijst en dat deze pigmenten geconcentreerd zijn in de buitenste rijstfracties. Deze pigmentrijke fracties komen overeen met de zemel en het buitenste endosperm (GVS < 15&#37;). Identificatie van de pigmenten, aanwezig in de verschillende fracties van vijf rijstcultivars (vier langkorrel en één mediumkorrel, GVS 0 – ca. 27&#37;), toonde aan dat de kleur-componenten in bruine rijst de carotenoïden b-caroteen, luteïne en zeaxanthine zijn en dat de gehaltes van deze carotenoïden afhankelijk zijn van de cultivar. Zoals eerder afgeleid uit kleurmetingen, bevestigen chromatografische bepalingen dat carotenoïden in de zemel (GVS < 9&#37;) zijn geconcentreerd. De buitenste endospermfractie (9&#37; < GVS < 15&#37;) bevat lage gehaltes aan carotenoïden, terwijl de middelste en centrale endospermfracties (GVS &gt; 15&#37;) geen pigmenten bevatten. De gehaltes aan b-caroteen en luteïne zijn vergelijkbaar (ca. 100 ppb), terwijl de gehaltes aan zeaxanthine lager zijn (ca. 30 ppb). Vergelijking van de verschillende analytische procedures toonde aan dat zowel kleurmetingen van de korrel als de bepaling van de extinctiewaarden (450 nm) van de rijstextracten geschikt zijn om relatieve gehaltes aan gele pigmenten in bruine rijst te bepalen. Echter, na verwijderen van de zemelfractie spelen andere componenten dan pigmenten een rol in de waarneming van de rijstkleur. In rijst met GVS groter dan 9&#37; zijn nog nauwelijks pigmenten aanwezig, terwijl de gele kleur wel varieert. In een tweede deel werd het mechanisme van verkleuring tijdens parboilen van rijst verder uitgediept. Hiertoe werden rijstcultivars geparboild, waarbij variërende week- en stoomcondities werden gebruikt. De verschillende experimenten kunnen in drie delen opgesplitst worden. In een eerste experimentele opzet werd rijst van een Spaanse cultivar geweekt onder totale waterabsorptie zodat rijst met verschillende vochtgehaltes werd bekomen. Na weken werden de rijststalen achtereenvolgens gestoomd, gedroogd en geslepen. Op basis van het gehalte aan verstijfseld zetmeel werden de zes verschillende stoomcondities ingedeeld in drie klassen: mild, intermediair en streng. Uit de kleurmetingen werd besloten dat tijdens weken onder totale waterabsorptie pigmenten diffunderen naar het endosperm en dat enzymgekatalyseerde kleurveranderingen eventueel verantwoordelijk zijn voor een toename van de gele kleur. Daarnaast was het duidelijk dat kleurveranderingen tijdens stomen afhankelijk zijn van zowel het vochtgehalte na weken als van de gebruikte stoomcondities. Op basis van het effect van weken en stomen op de kleurparameters en op de gehaltes aan RS werd gesuggereerd dat zowel gediffundeerde pigmenten, enzym-gekatalyseerde kleurveranderingen en Maillardreacties een rol spelen in de kleur van geslepen, geparboilde rijst. Daarnaast draagt de fysische verandering van zetmeel, die veroorzaakt wordt door verstijfseling tijdens parboilen, mogelijks bij tot de kleurverandering in geslepen, geparboilde rijst. De lineaire relatie tussen het gehalte aan verstijfseld zetmeel en de totale kleurverandering van geslepen, geparboilde rijststalen toonde aan dat beide parameters indicators zijn voor de graad van parboilen. Vervolgens werd rijst van dezelfde cultivar geweekt in overmaat water en gestoomd volgens drie verschillende combinaties van tijd en temperatuur. Kleurmetingen van geweekte bruine rijst toonden aan dat pigmenten uitlogen in het weekwater en dat weken onder oxidatieve condities resulteert in een kleine toename van de gele kleur van geweekte rijst. Deze kleurverandering is niet visueel waarneembaar. Dit suggereert opnieuw enzym-gekatalyseerde kleurveranderingen tijdens weken. Daarnaast heeft weken in overmaat water een invloed op de gehaltes aan Maillardprecursoren (RS en VAG). Gehaltes aan RS veranderen nagenoeg niet tijdens weken in overmaat water, terwijl de gehaltes aan VAG afnemen. Deze gehaltes zijn het resultaat van de mate waarin uitlogen van deze componenten in het weekwater wordt gecompenseerd door enzymgekatalyseerde vorming tijdens weken. Echter, kleurmetingen van de geparboilde rijstkorrels toonden aan dat stomen een veel groter effect heeft op kleurveranderingen dan weken. Bovendien nemen deze veranderingen in helderheid, en rode en gele kleurintensiteit toe met de strengheid van stoomcondities. De veranderingen in gehaltes aan RS en VAG tijdens stomen zijn vermoedelijk het resultaat van de vorming van RS door thermische zetmeeldegradatie en het verlies van deze componenten in Maillardreacties. De aanwezigheid van het hydrolyseproduct furosine, een indirecte indicator voor de initiële fase van de Maillardreactie, en de toename ervan met de strengheid van stoomcondities, bevestigden het vermoeden dat Maillardreacties optreden tijdens stomen van geweekte rijst. Bovendien toonde de aanwezigheid van furosineprecursoren in geslepen, geparboilde rijst aan dat Maillardreacties eveneens optreden in het rijstendosperm. Op basis van de zeer lage gehaltes aan pigmenten in geslepen, geparboilde rijst werd besloten dat pigmenten niet bijdragen tot de kleur van geslepen, geparboilde rijst. In een derde experimentele opzet werden vier cultivars met bruin pericarp en één cultivar met rood pericarp mild, intermediair en streng geparboild. De niet-geparboilde en geparboilde rijststalen werden geanalyseerd (voor en na slijpen) om meer inzicht te verwerven in niet-enzymgekatalyseerde bruinkleuring van het Maillardtype tijdens parboilen. Zoals eerder vastgesteld, nemen kleurveranderingen toe met strengheid van parboilcondities. Terwijl parboilen van rijststalen met een bruin pericarp resulteerde in een toename in rode en gele kleurintensiteit, werd het tegenovergestelde gemeten voor rijst met rood pericarp. De kleur van rijst met bruin pericarp werd waargenomen als meer intens bruin, terwijl die met rood pericarp eerder zwart leek. Bepaling van suikers toonde aan dat sucrose thermisch stabiel is tijdens stomen. De veranderingen in de gehaltes aan de Maillardprecursors glucose en fructose, veroorzaakt door stomen, werden verklaard door verliezen in Maillardreacties, vorming van glucose door thermische zetmeeldegradatie, en glucose-fructose isomerisatiereacties. Lysinegehaltes werden nauwelijks gewijzigd door parboilen. Zoals eerder vastgesteld waren furosineprecursoren aanwezig in de geparboilde rijststalen. Voor de vijf cultivars was het gehalte aan het hydrolyseproduct furosine echter niet gerelateerd met de strengheid van parboilcondities. Uit de veranderingen in de gehaltes aan het vrij aminozuur lysine en furosine werd besloten dat niet zozeer het vrij lysine maar wel het proteïnegebonden lysine deelneemt aan Maillardreacties. In tegenstelling tot furosine, nam het gehalte aan vrij 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde (HMF), een indicator voor de intermediaire fase van de Maillardreactie, wel toe met de graad van parboilen. Bovendien toonde de lineaire relatie tussen gehaltes aan vrij HMF en de toename van de rode kleurintensiteit van geparboilde rijst met bruin pericarp aan dat Maillardbruinkleuring sterker gecorreleerd is met veranderingen in de rode kleur dan wel in de gele kleur of helderheid. Bijgevolg geven, naast de gehaltes aan verstijfseld zetmeel en de totale kleurveranderingen, de gehaltes aan de Maillardindicators furosine en vrij HMF eveneens een indicatie van de graad van parboilen. Lage gehaltes aan furosine en vrij HMF zijn gerelateerd met milde parboilcondities. Hoge furosine en lage vrij HMF gehaltes komen overeen met rijst die een intermediaire behandeling heeft ondergaan. Hoge gehaltes aan beide Maillardindicators wijzen op een strenge hydrothermische behandeling. In het laatste deel van dit experimenteel werk werd in het bijzonder aandacht besteed aan de invloed van de verschillende parboilstappen op de gehaltes aan de gezondheids-gerelateerde component g-aminoboterzuur en de precursor glutaminezuur. Hiertoe werden de gehaltes aan vrije aminozuren bepaald in geweekte en geparboilde (voor en na slijpen) rijststalen van drie cultivars. Deze resultaten suggereerden dat tijdens weken g-aminoboterzuur volgens een enzymgekatalyseerd reactie wordt gevormd uit glutaminezuur. Echter, de veranderingen in gehaltes aan vrij glutaminezuur zijn vermoedelijk niet alleen het resultaat van de omzetting naar g-aminoboterzuur, maar eveneens van uitloging in het weekwater en proteolytische activiteit. Daarnaast is gebleken dat g-aminoboterzuur nagenoeg niet degradeert tijdens stomen, terwijl het gehalte aan glutaminezuur wel drastisch afneemt. Aangezien vrije aminozuren in de buitenste fractie van bruine rijst aanwezig zijn, is de GVS eveneens bepalend voor de gehaltes aan g-aminoboterzuur en glutaminezuur in geslepen, geparboilde rijst. De reactiviteit in Maillardreacties en de thermische stabiliteit van zowel g-aminoboterzuur als glutaminezuur werden verder bestudeerd in modelsystemen. Er werd vastgesteld dat de verliezen aan g-aminoboterzuur in Maillardreacties zeer beperkt zijn, terwijl de thermische degradatie van glutaminezuur meer uitgesproken is. De degradatie van glutaminezuur tijdens verwarmen laat vermoeden dat glutaminezuur niet alleen reactief is in Maillardreacties, maar eveneens in andere reacties, waarbij ondermeer het pyrrolidon pyroglutaminezuur kan gevormd worden.
Publication status: published
KU Leuven publication type: TH
Appears in Collections:Centre for Food and Microbial Technology

Files in This Item:

There are no files associated with this item.

Request a copy

 




All items in Lirias are protected by copyright, with all rights reserved.