卜玲娟 李永富 王 莉 史 鋒 段榮娟 陳正行
(江南大學食品學院;江南大學糧食發(fā)酵工藝與技術國家工程實驗室1,無錫 214122)(江南大學食品科學與技術國家重點實驗室2,無錫 214122)
高溫流化對糙米蒸煮和食用品質(zhì)的影響
卜玲娟1李永富1王 莉1史 鋒2段榮娟1陳正行1
(江南大學食品學院;江南大學糧食發(fā)酵工藝與技術國家工程實驗室1,無錫 214122)(江南大學食品科學與技術國家重點實驗室2,無錫 214122)
為了解決糙米難煮熟、口感硬、米糠味重的難題,采用高溫流化技術處理糙米,改善其蒸煮及食用品質(zhì)??疾炝肆骰瘻囟葘Σ诿妆碛^形態(tài)、籽粒橫截面形態(tài)和最佳蒸煮時間的影響。結(jié)果表明,130 ℃為最佳流化溫度,可以在保持糙米天然形態(tài)的同時,使糙米皮層產(chǎn)生裂縫,籽粒內(nèi)部產(chǎn)生微孔,打開糙米的吸水通道,并且使最佳蒸煮時間縮短了6 min。另外,研究了糙米經(jīng)高溫流化處理后蒸煮及食用品質(zhì)的變化。結(jié)果顯示,糙米蒸煮時的吸水速度和吸水量明顯提高;糙米飯變得更加柔軟,硬度由1 853 g降低至1 570 g;露白率達99%;米糠味明顯減少;色澤、黏性及綜合評分都顯著提升(P<0.05)。高溫流化技術可以有效地改善糙米的蒸煮及食用品質(zhì)。
高溫流化 糙米 蒸煮品質(zhì) 食用品質(zhì)
在當今社會,人們過多的能量攝入和久坐的生活方式導致了Ⅱ型糖尿病、直腸癌、肥胖癥等慢性疾病的流行。據(jù)《美國醫(yī)學會雜志》報道,2010年中國的糖尿病患者超1億,約占全球的1/3。流行病學研究顯示,全谷物食品的消費與降低糖尿病的發(fā)病率和患病率有關[1]。糙米是一種全谷物,保留了大部分植物化學素,比如植物多酚、黃酮、維生素,這些抗氧化成分對人體健康具有潛在的好處[2]。但是糙米不易煮熟、質(zhì)構(gòu)粗糙,且有令人不愉快的米糠味,這直接導致了它至今沒有成為一種主食。糙米的皮層和胚芽是阻礙水分滲透進籽粒內(nèi)部的天然屏障,因此降解或破壞糙米的皮層是改善其蒸煮品質(zhì)的主要途徑。目前,已有一些關于降解或破壞糙米皮層的方法,比如超聲波輔助酶解法、等離子降解法、浸泡發(fā)芽法等[3-5]。但是這些方法都未能有效地解決糙米難煮、難吃的問題,而且工藝繁瑣、成本高,難以普遍應用到工業(yè)生產(chǎn)中。
流化干燥是一種有效的谷物干燥技術,但稻谷經(jīng)流化后常伴有斷裂或爆腰的情況產(chǎn)生,這會使拋光后整精米率降低,因此流化溫度常常低于50 ℃[6]。Srisang等[7]研究報道,發(fā)芽糙米經(jīng)高溫流化(溫度130 ℃及以上)處理后產(chǎn)生了裂縫,并且米飯的硬度顯著下降。這是因為裂縫能使水分快速滲透進發(fā)芽糙米內(nèi)部,從而促進淀粉快速熟化;同時直鏈淀粉、蛋白質(zhì)、糖類等有機物能夠較易地從裂縫中滲出,使米飯柔軟黏性大,研究顯示高直鏈淀粉含量會引起米飯質(zhì)地變硬[8]。
本研究采用高溫流化技術處理糙米,研究不同流化溫度下糙米表觀形態(tài)、籽粒橫截面形態(tài)及最佳蒸煮時間的變化,同時研究了糙米經(jīng)高溫流化后,蒸煮時的吸水特性、糙米飯質(zhì)構(gòu)及感官品質(zhì)的變化。以期對糙米蒸煮品質(zhì)的改良研究提供新思路和方法,促進糙米的主食化進程。
1.1 試驗材料
糙米:品種為稻花香2號,產(chǎn)地黑龍江延壽縣,由黑龍江延壽縣加信米業(yè)提供;精米:由糙米經(jīng)碾米機加工得到。
1.2 試驗設備與儀器
高溫流化試驗臺為自制熱空氣流化干燥機,生產(chǎn)效率為45 kg/h,它由50 000 kW燃燒器和流化室組成??諝鉁囟?~360 ℃連續(xù)可調(diào),熱空氣與物料接觸時間15~100 s連續(xù)可調(diào),溫度數(shù)顯儀表環(huán)自控系統(tǒng)精度±3 ℃。
XTZ-E體視顯微鏡:上海天珠光學儀器廠;s-4800SEM 掃描電子顯微鏡:日本日立公司;TA.XTPlus質(zhì)構(gòu)儀:英國SMS公司;34970A溫度數(shù)據(jù)采集器:安捷倫科技(中國)有限公司;RSKM5B碾米機:日本佐竹公司。
1.3 試驗方法
1.3.1 高溫流化處理糙米的方法
在前期的預試驗探索中發(fā)現(xiàn),流化溫度對糙米的蒸煮和食用品質(zhì)影響十分顯著,因此對流化溫度進行優(yōu)化試驗,因素水平分別為:120、130、140 ℃。將原料糙米裝入料斗,經(jīng)傳送帶以45 kg/h的速度輸送至流化室,在一定的溫度下流化60 s后,出料并置于70 ℃恒溫箱中緩舒30 min,隨后置于鐵絲網(wǎng)上冷卻至室溫并裝袋。
1.3.2 糙米表觀形態(tài)的觀察
糙米的表觀形態(tài)用體視顯微鏡觀察,將樣品置于載物臺上,在放大倍數(shù)20倍下觀察樣品,并通過顯微攝影裝置拍下樣品圖。
1.3.3 糙米籽粒橫截面形態(tài)觀察
糙米的橫截面形態(tài)用掃描電鏡觀察,將糙米沿著橫中心面切開,并對橫截面進行真空噴鍍金膜,在放大倍數(shù)40倍、加速電壓5 kV條件下進行掃描,觀察不同流化溫度下糙米橫截面的形態(tài)變化。
1.3.4 糙米最佳蒸煮時間的測定
參照Mohapatra等[9]的方法,采用壓片法測定糙米的最佳蒸煮時間。在250 mL的燒杯中加入150 mL水,置于加熱板上加熱至沸騰,倒入5 g整粒糙米并開始計時。10 min后取出10顆米飯,用載玻片按壓米飯觀察是否有白芯。此后每隔1 min觀察1次,直至白芯數(shù)量≤1時,記下時間,此時間加上2 min的燜飯時間,即糙米的最佳蒸煮時間。
1.3.5 糙米蒸煮時吸水特性的測定
鍋內(nèi)米水質(zhì)量測定:稱取300 g糙米并清洗干凈,電飯煲置電子稱上清零,將糙米倒入電飯煲并加水至米水質(zhì)量為870 g。按下煮飯鍵開始煮飯,每隔3 min記下天平顯示的質(zhì)量(即鍋內(nèi)米與水的總質(zhì)量),由此繪制出蒸煮時糙米的吸水特性曲線。
鍋內(nèi)溫度測定:按照上面的方法把糙米和水放入電飯煲,將熱電偶插在糙米中央,蓋上鍋蓋開始煮飯,用安捷倫溫度數(shù)據(jù)采集器采集蒸煮時鍋內(nèi)的溫度。
1.3.6 糙米飯硬度的測定
稱取300 g糙米并清洗干凈,放入電飯煲,加入570 g水后開始煮飯,待米飯保溫25 min后,打開鍋蓋取中心部位的米飯進行質(zhì)構(gòu)測定。測定參數(shù)的設置參照楊曉娜[10]的測定方法,其中探頭為P25。
1.3.7 糙米飯的感官評定
按照GB/T 15682—2008[11]規(guī)定的方法對糙米飯進行感官評定,其中評價指標和評價級別參照Zhang等[3]的方法,制定出適合糙米飯感官評定的評價體系。
1.3.8 糙米飯露白率的測定
采用計數(shù)法測定糙米飯的露白率:將糙米飯混勻并隨機取100顆米飯,觀察米粒開裂露白程度。若裂縫大于2 mm,則記為露白,并記下露白的米粒數(shù)量,進行3次平行試驗,以算術平均值作為測定結(jié)果。露白率=露白米粒總數(shù)/100×100%。
2.1 糙米表觀形態(tài)的變化
對高溫流化處理后的糙米表觀形態(tài)進行觀察,結(jié)果見圖1。原料糙米(圖1a)的表面有一層致密的皮層存在,由脂肪、纖維素、蛋白質(zhì)、灰分等組成的皮層正是阻礙水分滲透進米粒內(nèi)部的屏障[12]。120 ℃高溫流化處理下的糙米,皮層(圖1b)沒有明顯的變化,但顆粒內(nèi)部出現(xiàn)很多斷裂,這是因為高溫下水分的蒸發(fā)使內(nèi)部產(chǎn)生了水分梯度[7],而不同部位的水分梯度大小存在差異性,這就足夠能導致籽粒內(nèi)部產(chǎn)生應力,使顆粒發(fā)生斷裂[13]。而130 ℃流化處理下的糙米,皮層(圖1c)出現(xiàn)明顯的褶皺和裂縫,但內(nèi)部無明顯斷裂。一方面,糙米在130 ℃下水分急劇蒸發(fā)而發(fā)生膨脹,但出料后溫度的迅速下降又引起糙米收縮,不同部位收縮速度的差異性導致皮層褶皺并產(chǎn)生裂縫;另一方面,130 ℃下糙米淀粉的凝膠化阻礙了籽粒斷裂的發(fā)生,因為凝膠化過程中直鏈淀粉從內(nèi)部融出附著在糙米表面,形成的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)增強了糙米的結(jié)構(gòu)強度[14],而120 ℃流化處理下淀粉雖然有部分凝膠化,但形成的凝膠結(jié)構(gòu)不足以抵抗水分梯度引起的應力。顯然,這些皮層上的裂縫能夠成為蒸煮過程中水分的滲透通道,有效地促進糙米淀粉的熟化。圖1d顯示了140 ℃流化處理下糙米出現(xiàn)爆裂,皮層及胚乳都受到嚴重破壞。
圖1 不同流化溫度處理下糙米的表觀形態(tài)
因此,在保證糙米的天然形態(tài)不受破壞的前提下,采用130 ℃的流化溫度處理糙米,能夠最大程度上使糙米皮層出現(xiàn)裂縫,以打開糙米的吸水通道。
2.2 糙米橫截面形態(tài)的變化
對不同流化溫度處理下糙米的橫截面進行了觀察,結(jié)果見圖2。由圖2a可以看出,原料糙米的橫截面呈完整致密的形態(tài),而經(jīng)高溫流化處理后,糙米的內(nèi)部受到不同程度的改變。120 ℃流化處理下的糙米橫截面(圖2b)出現(xiàn)斷裂,這與圖1b的結(jié)果具有一致性。而糙米經(jīng)130 ℃流化處理后,橫截面出現(xiàn)很多細小的氣孔,這是高溫下水分大量快速蒸發(fā)后留下的孔道。在糙米蒸煮時,這些氣孔能夠成為水分擴散的途徑,促進淀粉充分糊化、縮短蒸煮時間,增加米飯的柔軟度[9]。而140 ℃流化處理下的糙米,由于水分急劇蒸發(fā)和淀粉大量糊化引起了爆裂,籽粒中心呈空洞狀態(tài)。因此,采用130 ℃的流化溫度處理糙米,不僅能夠避免糙米發(fā)生爆裂,而且能在糙米內(nèi)部形成一定數(shù)量的氣孔,為蒸煮時水分滲透進籽粒內(nèi)部提供有效通道。
圖2 不同流化溫度處理下糙米的橫截面形態(tài)
2.3 糙米最佳蒸煮時間的變化
最佳蒸煮時間是將大米粒從自然狀態(tài)達到完全糊化狀態(tài)所需的時間。由表1可知,原料糙米需要27.3 min才能煮熟,而精米只需16.7 min,可見糙米相比精米具有難煮熟的缺點。流化溫度對糙米的最佳蒸煮時間具有顯著影響,隨著流化溫度的提高,最佳蒸煮時間逐漸減少。經(jīng)130 ℃流化處理后,糙米的最佳蒸煮時間相比原料糙米減少了近6 min,這是因為糙米皮層產(chǎn)生的裂縫和籽粒內(nèi)部產(chǎn)生的氣孔,打開了蒸煮時的吸水通道,從而加快淀粉糊化,縮短了蒸煮時間[15]。而140 ℃流化處理下,糙米的最佳蒸煮時間為12.7 min,比精米還短,因為該溫度下糙米發(fā)生爆裂,水分能夠迅速滲透進糙米內(nèi)部,同時淀粉糊化嚴重,因此未糊化的糙米淀粉能在很短時間內(nèi)達到糊化。但糙米的天然形態(tài)已嚴重破壞,蒸煮后米飯難以保持完整形態(tài)[16],飯粒呈片狀,口感不佳。
因此綜合糙米的表觀形態(tài)、籽粒橫截面形態(tài)以及最佳蒸煮時間這3個指標,采用130 ℃的流化溫度為最佳,能夠在保持糙米完整形態(tài)的同時,使糙米皮層產(chǎn)生裂縫,籽粒內(nèi)部產(chǎn)生微小氣孔,有效地縮短了糙米的蒸煮時間,改善糙米的蒸煮品質(zhì)。因此,試驗中高溫流化糙米的制備,均采用130 ℃的流化溫度,其余參數(shù)不變。
表1 糙米最佳蒸煮時間的測定結(jié)果
注:a、b、c、d表示同行肩注標有不同字母者,差異顯著(P<0.05),余同。
2.4 高溫流化對糙米吸水特性的影響
糙米蒸煮即淀粉在水和溫度的作用下發(fā)生糊化的過程。因此,蒸煮過程中糙米吸收水分的能力直接關系到米飯的蒸煮性能。蒸煮時水分蒸發(fā)速度越慢,說明水分越能快速地被糙米吸收。由圖3可知,高溫流化糙米在蒸煮時的水分蒸發(fā)速度明顯比原料糙米慢,這說明高溫流化能夠有效地提高糙米的吸水速率。另一方面,高溫流化糙米飯的質(zhì)量為778 g,而原料糙米飯為756 g,這說明高溫流化糙米在蒸煮時的吸水量明顯增大。吸水速率和吸水量的提高,能促進淀粉快速充分地糊化,縮短蒸煮時間,增加米飯的柔軟度[2,9],因此糙米經(jīng)高溫流化處理后,其蒸煮及食用品質(zhì)得到了明顯改善。
圖3 糙米蒸煮時鍋內(nèi)米水質(zhì)量變化的曲線
表2 感官評定結(jié)果
2.5 高溫流化對糙米飯硬度的影響
質(zhì)構(gòu)儀能夠模擬人的觸覺,分析檢測觸覺中的物理特征,是一種精確的感官量化儀器[17]。質(zhì)構(gòu)儀測得的硬度是指探頭第1次壓縮米飯所用的最大力[18],反映了米飯的軟硬程度。由圖4可以明顯看出,糙米相比精米口感硬,其中原料糙米的硬度為1 853 g,而精米僅為1 368 g。經(jīng)高溫流化處理后,糙米飯的硬度明顯降低,硬度變?yōu)? 570 g。
米飯的硬度高與淀粉顆粒水合作用弱有關[19],而高溫流化處理能夠使糙米皮層產(chǎn)生裂縫、內(nèi)部產(chǎn)生氣孔,打開了吸水通道,蒸煮過程中水分快速滲透進糙米內(nèi)部,加快與淀粉發(fā)生水合作用,由此降低了糙米飯的硬度。由此可見,高溫流化處理對降低糙米飯的硬度有積極作用,在一定程度上能夠提高糙米的食用品質(zhì)。
圖4 3種米飯的硬度結(jié)果
2.6 高溫流化對糙米飯感官品質(zhì)的影響
表2列出了原料糙米與高溫流化糙米的感官評定結(jié)果??梢钥闯霾诿捉?jīng)高溫流化處理后,米飯的感官品質(zhì)與原料糙米飯呈顯著差異性,各項指標的評分值均呈上升趨勢,可見糙米飯的食用品質(zhì)得到了顯著提升。其中,原料糙米的米糠味濃,氣味得分較低,而高溫流化后的糙米則無明顯的米糠味,這可能是由于130 ℃的高溫能使一些米糠味物質(zhì)分解或揮發(fā),同時高溫產(chǎn)生的美拉德反應具有增香作用,在一定程度上能掩蓋米糠味。
另外,經(jīng)高溫流化后糙米飯的開裂程度提高很多,并且米飯的口感更加柔軟,黏性提高,而彈性無明顯的變化。從綜合評分中看出,原料糙米的分值為59.75分,屬于差等級,而經(jīng)高溫流化處理的糙米飯為73.53分,屬于中等級別。綜上所述,高溫流化可以有效地改善糙米飯的感官品質(zhì),使糙米飯的口感更容易被人接受,有效地改善了糙米的食味品質(zhì)。
糙米飯的露白率,即皮層開裂露出胚乳的糙米飯所占的比例,糙米飯的露白率高,說明糙米飯的熟化程度高,質(zhì)地松軟。圖5為原料糙米與高溫流化糙米飯實物圖,經(jīng)測定原料糙米飯的露白率為17%,內(nèi)部淀粉被皮層緊密包裹,而高溫流化糙米飯的露白率高,為99%,皮層的開裂程度大,內(nèi)部淀粉充分暴露在外,米飯中內(nèi)容物大量溶出,使米飯之間很好地黏結(jié)。而原料糙米飯之間存在較多明顯的孔洞,這是因為蒸煮時水分進入原料糙米的速度緩慢、淀粉等有機物溶出程度低,導致米飯之間黏結(jié)性差,產(chǎn)生了明顯的水汽蒸發(fā)通道。
圖5 原料糙米與高溫流化糙米飯實物圖
采用高溫流化技術處理糙米,可以有效地改善糙米的蒸煮及食用品質(zhì)。流化溫度的優(yōu)化試驗結(jié)果顯示,最佳流化溫度為130 ℃,能夠使糙米皮層產(chǎn)生褶皺和裂縫,籽粒內(nèi)部產(chǎn)生微孔,打開了糙米的吸水通道,使最佳蒸煮時間縮短了6 min,有效地改善了糙米的蒸煮品質(zhì)。同時,高溫流化能夠有效提高糙米的吸水速度和吸水量,使糙米飯開裂程度大,露白率為99%,米飯硬度從原料糙米飯的1 853 g降低至1 570 g,米飯間很好地相互黏結(jié),并且米糠味顯著降低,有效地改善了糙米的感官品質(zhì)。
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Effects of High-Temperature Fluidization on Cooking and Edible Qualities of Brown Rice
Bu Lingjuan1Li Yongfu1Wang Li1Shi Feng2Duan Rongjuan1Chen Zhengxing1
(School of Food Science and Technology; National Engineering Laboratory for Cereal Fermentation Technology, Jiangnan University1, Wuxi 214122)(State Key Laboratory of Science and Technology; Jiangnan University2, Wuxi 214122)
order to solve the poor cooking, eating, and bran odor problems of brown rice, high-temperature fluidization technique was used to process brown rice to improve the cooking and edible qualities. The effects of fluidization temperature on surface morphology, cross-section morphology and optimal cooking time of brown rice were studied. The result showed that 130 ℃ was the optimal fluidization temperature. In this condition, fissures and micropores were generated on the surface and interior of brown rice respectively while the natural form was intact, thus the water channel of brown rice was formed, and optimal cooking time was shortened by 6 min. In addition, the change of cooking and eating qualities of brown rice after high-temperature fluidization treatment was studied. The results showed that the water absorption rate and quantity of brown rice were significantly increased; the hardness of cooked brown rice was reduced from 1853 g to 1570 g which indicated a softer texture; exposure degree of brown rice endosperm was 99%; bran odor was decreased obviously; color, viscosity and comprehensive scores were significantly increased (P<0.05). Thus, the high-temperature fluidization technique can effectively improve the cooking and eating qualities of brown rice.
high-temperature fluidization, brown rice, cooking quality, edible quality
公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201403063)
2015-09-11
卜玲娟,女,1990年出生,碩士,糧食精深加工
李永富,男,1969年出生,副教授,全谷物營養(yǎng)與工程
TS213.3
A
1003-0174(2017)04-0001-06