,2,*,4
(1.國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院,北京 100037;2.哈爾濱商業(yè)大學(xué)旅游烹飪學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150076;3.中國(guó)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì),北京 100048;4.集美大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,福建廈門 361021)
近年來(lái),隨著人們飲食觀念的轉(zhuǎn)變,飲食健康受到越來(lái)越多人的關(guān)注,全谷物食品的開發(fā)也隨之興起[1]。糙米作為來(lái)源廣泛,營(yíng)養(yǎng)豐富的全谷物食品,受到了國(guó)內(nèi)外的高度重視。糙米是稻谷經(jīng)礱谷機(jī)脫去穎殼后得到的產(chǎn)物[2]。與作為主食的精白米相比,糙米除了含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分,還含有膳食纖維、谷維素、γ-氨基丁酸等功能因子[3]。糙米中游離的礦物元素是精白米的數(shù)倍,并且更容易被人體吸收,可與維生素產(chǎn)生相輔相成的效果[4]。但是由于糙米粗纖維含量高且質(zhì)地較為致密,直接食用咀嚼感差,口感粗糙。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)已采用酶解法[5-6]、超聲波處理[7-8]、高溫流化技術(shù)[9]、乳酸菌發(fā)酵法[10]和超高壓處理[11]等多種技術(shù)方法對(duì)糙米及糙米食品的品質(zhì)進(jìn)行改善。
本文采用了擠壓膨化的加工技術(shù)對(duì)糙米進(jìn)行加工。這種加工方式是一種重要的物理加工手段,在擠壓的混合、嚙合、捏合、高溫、高壓過程中,使糙米發(fā)生了一系列物理、化學(xué)的變化,從而改變糙米的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和口感品質(zhì)[12]。擠壓膨化在食品工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[13]。目前,國(guó)內(nèi)外的研究學(xué)者已經(jīng)深入研究了擠壓對(duì)大米[14-16]、小米[17]、小麥[18-19]、玉米[20-21]等主要谷物理化性質(zhì)的影響,但有關(guān)擠壓糙米粥不同品種原料之間的優(yōu)選鮮有報(bào)道。
因此,本文對(duì)比了8種不同品種糙米擠壓速食粥的品質(zhì),比較分析其直鏈淀粉/支鏈淀粉比和淀粉含量等存在的差異,以期為生產(chǎn)糙米擠壓速食粥原料的選擇、復(fù)配以及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供參考。
8種糙米 黑龍江長(zhǎng)粒粳米(HCL)、黑龍江圓粒粳米(HYL)、江西2013早秈米(JZX-13)、江西2014早秈米(JZX-14)、江西2014晚秈米(JXW-14)、廣元早秈米(GCX),湖北早秈米(HCX)、巴中早秈米(BCX),均為2018年收獲,儲(chǔ)藏溫度為4 ℃,儲(chǔ)藏時(shí)間為3~4月;氯化鈉、冰醋酸、無(wú)水乙醇、氫氧化鈉、鹽酸、氯化鎂、氯化錳、氯化鈣等 均為分析純。
FMHE36雙螺桿擠壓機(jī) 湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司;AR5120精密電子天平 奧豪斯公司;DGG-9140BD電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;高速臺(tái)式離心機(jī) 北京時(shí)代北利離心機(jī)有限公司;FW-135型中草藥粉碎機(jī) 天津泰斯特公司;TA-XT型物性儀 英國(guó)Stable Microsystems;S-300N型掃描電鏡 日本Hitach;SuperNose-電子鼻 美國(guó)ISENSO;SP60積分球式分光光度儀 美國(guó)X-rite;Startorius MA150水分含量測(cè)定儀 德國(guó)賽多利斯科學(xué)儀器北京有限公司。
1.2.1 8種糙米擠壓速食粥的制作 設(shè)定雙螺桿擠壓機(jī)擠壓工藝參數(shù)條件:筒體溫度Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)、Ⅴ區(qū)、Ⅵ區(qū)溫度分別為60、90、110、40、40 ℃,加水量31%,喂料速度19 kg/h,螺桿轉(zhuǎn)速190 r/min,切刀轉(zhuǎn)速2800 r/min,烤爐溫度240 ℃[22],得出糙米粥粒以待后續(xù)實(shí)驗(yàn)備用。每批實(shí)驗(yàn)1000 g。
1.2.2 糙米電鏡掃描觀察(SEM) 用鋒利刀片將擠壓速食粥粒和糙米自然米粒從中間切斷,粘在樣品臺(tái)上,樣品斷面噴金鍍膜,放大5000倍,用掃描電鏡觀察米粒微觀結(jié)構(gòu)并拍照。
1.2.3 糙米色澤測(cè)定 稱取3 g糙米擠壓速食粥放入玻璃蒸煮杯中,采用全自動(dòng)色澤儀對(duì)糙米的色澤進(jìn)行測(cè)定。色澤指標(biāo)為L(zhǎng)*值、a*值、b*值。L*值表示黑白色或亮度,值越大則代表樣品色澤越白越亮。a*值表示紅綠色,值越大則代表樣品色澤越紅。b*值表示藍(lán)黃色,值越大則代表樣品色澤越黃。每組樣品重復(fù)6次,取其平均值。
1.2.4 千粒重的測(cè)定 采用自動(dòng)數(shù)粒機(jī),數(shù)一千粒擠壓速食粥粒稱重,每個(gè)樣品做3次平行,取平均值。
1.2.6 復(fù)水率及復(fù)水時(shí)間的測(cè)定 參照張敏等測(cè)定復(fù)水率及復(fù)水時(shí)間的方法[23]。復(fù)水率:準(zhǔn)確稱取糙米擠壓速食粥成品擠壓速食粥粒A(g)置于燒杯中,以1∶5的比例加入,沸水立即加蓋,復(fù)水5 min后立即瀝干,并用吸水紙吸干表面水分,稱重B(g),復(fù)水率用B/A表示。
復(fù)水時(shí)間的測(cè)定:將一定量的糙米擠壓速食粥成品米粒置于100 ℃開水中加蓋,復(fù)水時(shí)間為擠壓速食粥粒完全復(fù)水(米粒中心完全軟化)所用時(shí)間[24]。
1.2.7 米湯固形物質(zhì)量測(cè)定 稱取10 g擠壓速食粥粒,以1∶5的比例加入沸水,浸泡5 min后將米湯倒出,放入鋁盒內(nèi)105 ℃下干燥12 h至完全干燥,測(cè)其固形物質(zhì)量。
1.2.8 糙米質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定 稱取10 g擠壓速食粥粒,以1∶5的比例加入沸水浸泡5 min,然后將米湯濾去,隨機(jī)選取10粒擠壓速食粥粒進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測(cè)定,去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值,取余下的平均值。質(zhì)構(gòu)儀TPA方法測(cè)定的參數(shù)設(shè)置如下:測(cè)試探頭:P/36R型;測(cè)試前速度0.5 mm/s,測(cè)試中速度0.5 mm/s,測(cè)試后速度1.0 mm/s;觸發(fā)力值5.0 g,壓縮程度90%[25]。
1.2.9 糙米擠壓速食粥的風(fēng)味物質(zhì)分析 參考劉敬科等[26]的方法測(cè)定糙米擠壓速食粥中風(fēng)味物質(zhì)。
頂空固項(xiàng)微萃取法:稱取10 g糙米擠壓速食粥粒,以1∶5的比例加入沸水浸泡5 min后,立即稱取8 g樣品于20 mL樣品瓶中,隨后在60 ℃下平衡10 min。將已老化的萃取頭插入樣品瓶頂空部分,于60 ℃下吸附40 min;再將吸附好的萃取頭取出迅速插入GC進(jìn)樣口,于250 ℃解吸5 min,同時(shí)啟動(dòng)儀器采集數(shù)據(jù)。
表1 糙米擠壓速食粥感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria for brown rice extruded instant porridge
色譜條件:毛細(xì)管色譜柱為DB-5ms柱(30 mm×0.25 mm×0.25 μm),進(jìn)樣口溫度250 ℃,接口溫度250 ℃。程序升溫:起始溫度45 ℃保留2 min,以6 ℃/min升溫到240 ℃保留5 min。載氣為He,流速1.0 mL/min,不分流。
質(zhì)譜條件:電離方式為EI+,電子能量70 eV,燈絲發(fā)射電流為200 μA,離子溫度為200 ℃,接口溫度為250 ℃。
1.2.10 糙米電子鼻分析 稱取5 g糙米擠壓速食粥,以1∶5的比例加入沸水,浸泡5 min后濾干放入樣品瓶中,用電子鼻對(duì)氣味成分進(jìn)行測(cè)定,每組樣品重復(fù)5次。
1.2.11 糙米擠壓速食粥的感官評(píng)價(jià) 由8人組成感官評(píng)定小組,對(duì)糙米擠壓速食粥產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià)。稱取20 g糙米擠壓速食粥,以1∶5的比例加入沸水,浸泡5 min后,以色澤、氣味、表觀狀態(tài)、分散性、復(fù)水性等為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用感官描述法評(píng)定產(chǎn)品,具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。
采用軟件Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,結(jié)果表示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”。利用SPSS 17.0軟件Duncan進(jìn)行多重比較分析,繪圖采用Origin 8.0繪制,所有試驗(yàn)都重復(fù)3次。
本試驗(yàn)分別對(duì)8種糙米的自然米試樣與其擠壓后的速食粥進(jìn)行了掃描電鏡分析,結(jié)果如圖1所示。擠壓速食粥與自然米試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在明顯差異。自然米試樣呈現(xiàn)不規(guī)則顆粒狀,且有裂縫。擠壓速食粥米粒內(nèi)部橫截面結(jié)構(gòu)緊密均一,呈現(xiàn)不等量、大小不一的凹坑結(jié)構(gòu)。出現(xiàn)這種差異是因?yàn)樵跀D壓機(jī)中物料在高溫高剪切作用下混合均勻,各種物質(zhì)被混合在一起,經(jīng)過切割成型,使試樣界面緊密。凹坑結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)是因?yàn)榻?jīng)過高溫烤爐二次膨化時(shí),高溫作用使試樣中的水分迅速蒸發(fā),氣態(tài)水分子從試樣表面迅速逸出,對(duì)擠壓速食粥粒內(nèi)部造成消極影響。將8種糙米擠壓速食粥的掃描電鏡圖進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)黑龍江圓粒粳糙米和長(zhǎng)粒粳糙米、2013和2014年的早秈米內(nèi)部結(jié)構(gòu)較其他試樣更加緊密均一,凹結(jié)構(gòu)的面積小于其他試樣,這有利于擠壓速食粥在復(fù)水的過程中形狀的保持。
圖1 原糙米米粒與擠壓速食米粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)電鏡掃描(5000×)Fig.1 Internal structure scanning by electron microscope of raw brown rice grains and extruded instant rice grains(5000×)注:A、a分別為黑龍江圓粒粳糙米擠壓速食粥和自然米;B、b分別為黑龍江長(zhǎng)粒粳糙米擠壓速食粥米粒和自然米;C、c分別為2013年早秈糙米擠壓速食粥和自然米;D、d分別為2014年早秈糙米擠壓速食粥和自然米;E、e分別為2014年晚秈糙米擠壓速食粥和自然米;F、f分別為廣元早秈糙米擠壓速食粥米粒和自然米;G、g分別為湖北早秈糙米擠壓速食粥和自然米;H、h分別為四川巴中早秈糙米擠壓速食粥和自然米。
表2 8種糙米擠壓速食粥色澤值Table 2 Color values of eight kinds of brown rice extruded instant porridge
注:不同小寫字母表示同行數(shù)據(jù)差異顯著,P<0.05。
表2為8種糙米擠壓速食粥色澤值對(duì)比分析結(jié)果。由表2可知,8種糙米擠壓速食粥的L*值在59~70之間,其中,湖北早秈糙米的L*值最小(59.67),與其他幾種糙米速食粥具有顯著(P<0.05)差異。黑龍江長(zhǎng)粒粳米的L*值最大,為69.51;8種糙米速食粥的a*值在2.80~5.21之間,差異較明顯,黑龍江長(zhǎng)粒粳米最小,為2.80,四川巴中早秈糙米最大,為5.21。8種糙米擠壓速食粥的b*值在16.12~19.01之間,黑龍江長(zhǎng)粒粳糙米最小,為16.12,四川巴中早秈糙米最大,為19.01;不同樣品之間的色澤值不同,這可能與原料差異有關(guān)。湖北早秈糙米擠壓速食粥L*最小,a*、b*較大,色澤最深。黑龍江長(zhǎng)粒粳糙米擠壓速食粥L*最大,a*、b*較小,色澤最白且色澤明亮。綜合來(lái)看黑龍江長(zhǎng)粒粳糙米最適合作為擠壓速食粥的原料米。
由圖2可知,8種糙米擠壓速食粥的品質(zhì)指標(biāo)有差異。由圖2A可知,8種糙米擠壓速食粥米粒的千粒重差異不明顯,千粒重可以反應(yīng)米粒的密度,說(shuō)明8種糙米擠壓速食粥米粒的密度差異不明顯,千粒重最大的為湖北早秈糙米,為11.80 g,最小為2014年晚秈糙米,僅為10.01 g。由圖2B可知,8種糙米擠壓速食粥的膨化度差異不明顯,在1.73~1.96之間,湖北早秈糙米擠壓速食粥徑向膨化度最大為1.96,2014晚秈糙米擠壓速食粥最小為1.73。由圖2C可知,8種糙米擠壓速食粥復(fù)水率差異較明顯,在2.27~3.06 g之間,黑龍江長(zhǎng)粒粳糙米擠壓速食粥最大,為3.06 g,湖北早秈糙米擠壓速食粥最小,為2.27 g。由圖2D可知,8種糙米擠壓速食粥復(fù)水時(shí)間差異較明顯,在12.00~15.33 min之間,2013年早秈糙米擠壓速食粥復(fù)水時(shí)間最長(zhǎng)為15.33 min,黑龍江長(zhǎng)粒粳糙米擠壓速食粥復(fù)水時(shí)間最短為12.00 min。由圖2E可知,8種糙米擠壓速食粥米湯固形物質(zhì)量差異較明顯,在0.21~0.30 g之間,2014年晚秈糙米擠壓速食粥最大,為0.30 g,湖北早秈糙米擠壓速食粥最小,為0.21 g。綜合來(lái)看,以黑龍江長(zhǎng)粒粳糙米為原料制成的擠壓速食粥徑向膨化度大,復(fù)水時(shí)間短,復(fù)水率高,沖泡品質(zhì)較好。
圖2 8種糙米擠壓速食粥品質(zhì)指標(biāo)分析Fig.2 Quality index analysis of eight kinds of brown rice extruded instant porridge注:不同小寫字母表示數(shù)據(jù)差異顯著,P<0.05。
表3 8種糙米擠壓速食粥質(zhì)構(gòu)特性Table 3 Texture characteristics of eight kinds of brown rice extruded instant porridge
注:*表示同列數(shù)據(jù)差異顯著,P<0.05;**表示同列數(shù)據(jù)差異極顯著,P<0.01。
表3為8種糙米擠壓速食粥質(zhì)構(gòu)特性分析結(jié)果,可以看出,江西2014年早秈糙米(JZX-14)和廣元早秈糙米(GCX)的擠壓速食粥與其他品種糙米擠壓速食粥的硬度相比較小,分別為1543.77和1514.82 g,說(shuō)明二者的吸水性較差,導(dǎo)致口感較硬;從表3中可以看出,江西2013年早秈糙米(JZX-13)擠壓速食粥的彈性及凝聚性與其他品種糙米的擠壓速食粥相比均是最小,分別為0.41 mm和0.46 g·s;廣元早秈糙米(GCX)擠壓速食粥的膠著度、耐咀性及回復(fù)性均是最小,分別為756.66、360.23和0.16 g;由不同品種糙米擠壓速食粥質(zhì)構(gòu)特性分析結(jié)果可知,早秈糙米擠壓速食粥的質(zhì)構(gòu)特性與粳糙米擠壓速食粥的質(zhì)構(gòu)特性相比,整體較差。
表4為8種糙米擠壓速食粥風(fēng)味物質(zhì)分析結(jié)果,從表4中可以看出,8種糙米擠壓速食粥共鑒定出27種風(fēng)味物質(zhì),主要包括醛類、醇類、酯類、烷烴類、烯類、苯類、雜環(huán)類及其他物質(zhì)。其中含有醛類化合物9種,醇類化合物2種,酯類化合物1種,烷烴類化合物5種,烯類化合物3種,苯類化合物1種,雜環(huán)類及其他化合物共6種。其中醛類化合物相對(duì)含量最多,醛類物質(zhì)的產(chǎn)生賦予了樣品特有的香味[27]。結(jié)果中不含有酮類物質(zhì),可能是由于糙米擠壓速食粥在經(jīng)過高溫烤爐二次膨化過程中,醇類物質(zhì)直接被氧化成醛類物質(zhì)而沒有生成酮類化合物。結(jié)果中酯類化合物種類及含量均較少,可能是由于糙米擠壓速食粥在二次膨化過程中酯類物質(zhì)分解成其他化合物造成的[28]。結(jié)果中還含有其他一些雜環(huán)類物質(zhì),其中吡嗪類、嘧啶類、萘類物質(zhì)的產(chǎn)生是由于在高溫過程中,樣品中的氨基酸容易發(fā)生降解生成復(fù)雜化合物,產(chǎn)生的吡嗪類、嘧啶類化合物大多是氨基酸和糖類發(fā)生美拉德反應(yīng)以及斯特克反應(yīng)形成的[27],這類物質(zhì)閾值較低,具有較濃的烤堅(jiān)果香氣[29],對(duì)糙米擠壓速食粥的香味有一定的貢獻(xiàn)作用。
表4 8種糙米擠壓速食粥風(fēng)味物質(zhì)分析結(jié)果Table 4 Analysis results of flavor substances of eight kinds of brown rice extruded instant porridge
圖3為八種糙米擠壓速食粥的PCA圖。從圖3中可以看出,第一主成分的貢獻(xiàn)率為83.98%,第二主成分的貢獻(xiàn)率為13.20%,總貢獻(xiàn)率達(dá)到了97.18%,說(shuō)明利用主成分分析法可以有效區(qū)分8種糙米擠壓速食粥。8種糙米擠壓速食粥之間均有重疊,說(shuō)明這8種糙米擠壓速食粥米粥中的主要呈味物質(zhì)相似,但廣元早秈糙米擠壓速食粥與其他7種糙米擠壓速食粥重疊部分較少,說(shuō)明廣元早秈糙米擠壓速食粥與其他7種的風(fēng)味差異較明顯。
圖3 8種糙米擠壓速食粥PCA圖Fig.3 PCA diagram of eight kinds ofbrown rice extruded instant porridge
表5為8種不同品種的糙米擠壓速食粥感官評(píng)價(jià)分析結(jié)果,從表5中可以看出,湖北早秈糙米(HCX)擠壓速食粥米粒的色澤、氣味及表觀狀態(tài)評(píng)分均為最低,分別為3.33、3.90和13.30分;2014年江西早秈糙米擠壓速食粥雜質(zhì)較多,故評(píng)分最低,為3.83分,巴中早秈糙米(BCX)擠壓速食粥米粒的亮度最差,評(píng)分為3.50分;廣元早秈糙米(GCX)和巴中早秈糙米(BCX)擠壓速食粥浸泡后米粥的氣味評(píng)分最低,均為3.90分,2013年江西早秈糙米(JZX-13)擠壓速食粥浸泡后米粥的分散性及復(fù)水性均較差,評(píng)分分別為12.10和7.50分;廣元早秈糙米(GCX)擠壓速食粥浸泡后米粥的粘稠性及適口性均為最好,評(píng)分分別為8.20和8.98分;從表5中可知,早秈糙米擠壓速食粥的感官評(píng)價(jià)總分均低于晚秈糙米擠壓速食粥和粳糙米擠壓速食粥,早秈糙米擠壓速食粥不論在表觀狀態(tài)還是口感、滋味等方面均表現(xiàn)較差;黑龍江圓粒粳糙米(HYJ)與黑龍江長(zhǎng)粒粳糙米(HCJ)擠壓速食粥的米粥氣味最佳,感官評(píng)價(jià)總分較高,可能與這兩類糙米速食粥中烯類、呋喃類及雜環(huán)類物質(zhì)相對(duì)含量較高有關(guān)。
表5 8種糙米擠壓速食粥感官評(píng)價(jià)結(jié)果(分)Table 5 Sensory evaluation results of eight kinds of brown rice extruded instant porridge(scores)
表6 擠壓速食粥品質(zhì)指標(biāo)與感官評(píng)價(jià)總分相關(guān)性Table 6 Correlation between quality index of extrudate instant porridge and sensory evaluation total score
注:*表示相關(guān)性顯著,P<0.05;**表示相關(guān)性極顯著,P<0.01。
表6為擠壓速食粥品質(zhì)指標(biāo)與感官評(píng)價(jià)總分之間的相關(guān)性分析結(jié)果,從表6中可看出,復(fù)水率與感官評(píng)價(jià)總分呈極顯著(P<0.01)正相關(guān),說(shuō)明復(fù)水率越好擠壓速食粥感官評(píng)價(jià)總分越高;復(fù)水時(shí)間與擠壓速食粥感官評(píng)價(jià)總分呈顯著(P<0.05)負(fù)相關(guān),說(shuō)明復(fù)水時(shí)間越長(zhǎng),擠壓速食粥感官評(píng)價(jià)總分越低。
通過對(duì)8種糙米進(jìn)行擠壓膨化加工后,與自然米相比,擠壓后8種糙米結(jié)構(gòu)更加緊實(shí)均一,但是水分氣化后呈現(xiàn)出不同程度的凹結(jié)構(gòu)。黑龍江圓粒粳糙米和長(zhǎng)粒粳糙米、2013和2014年的早秈米較其他試樣品擠壓后更為緊實(shí)且凹面積較少。在品質(zhì)指標(biāo)、質(zhì)構(gòu)特性和感官評(píng)價(jià)的對(duì)比中,粳糙米擠壓速食粥總體品質(zhì)好于秈糙米擠壓速食粥。在風(fēng)味分析中,共鑒定出27種風(fēng)味物質(zhì),其中醛類物質(zhì)為主要化合物。相關(guān)性分析表明,復(fù)水率與感官評(píng)價(jià)總分呈極顯著(P<0.01)正相關(guān),復(fù)水率越好擠壓速食粥感官評(píng)價(jià)總分越高。復(fù)水時(shí)間與擠壓速食粥感官評(píng)價(jià)總分呈顯著(P<0.05)負(fù)相關(guān),復(fù)水時(shí)間越長(zhǎng),擠壓速食粥感官評(píng)價(jià)總分越低,研究為糙米速食粥產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)性意見。