高温流化对糙米蒸煮和食用品质的影响.docx

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高温流化对糙米蒸煮和食用品质的影响

高温流化对糙米蒸煮和食用品质的影响

卜玲娟1,2李永富1,2王莉1,2史锋3段荣娟1,2陈正行1,2

（江南大学食品学院1,无锡214122）

（江南大学粮食发酵工艺与技术国家工程实验室2,无锡214122）

（江南大学食品科学与技术国家重点实验室3,无锡214122）

摘要为了解决糙米难煮熟、口感硬、米糠味重的难题，采用高温流化技术处理糙米，改善其蒸煮及食用品质。

考察了流化温度对糙米表观形态、籽粒横截面形态和最佳蒸煮时间的影响。

结果表明：

130℃为最佳流化温度，可以在保持糙米天然形态的同时，使糙米皮层产生裂缝，籽粒内部产生微孔，打开糙米的吸水通道，并且使最佳蒸煮时间缩短了6min。

另外，研究了糙米经高温流化处理后蒸煮及食用品质的变化。

结果显示：

糙米蒸煮时的吸水速度和吸水量明显提高；糙米饭变得更加柔软，硬度由1853g降低至1570g；露白率达99%；米糠味明显减少；色泽、黏性及综合评分都显著提升（P<0.05）。

可见，高温流化技术可以有效地改善糙米的蒸煮及食用品质。

关键词高温流化糙米蒸煮品质食用品质

中图分类号：

TS213.3文献标识码：

A文章编号：

1003-0174（）

基金项目：

公益性行业（农业）科研专项（201403063）

投稿日期：

2015-09-11

作者简介：

卜玲娟，女，1990年出生，硕士，粮食精深加工

通讯作者：

李永富，男，1969年出生，副教授，全谷物营养与工程

Effectsofhigh-temperaturefluidizationoncookingandeatingqualitiesofbrownrice

BuLingjuan1,2LiYongfu1,2WangLi1,2ShiFeng3DuanRongjuan1,2ChenZhengxing1,2

（SchoolofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity1,Wuxi214122）

（NationalEngineeringLaboratoryforCerealFermentationTechnology,JiangnanUniversity2,Wuxi214122）

（StateKeyLaboratoryofScienceandTechnology,JiangnanUniversity3,Wuxi214122）

AbstractInordertosolvethepoorcooking,eating,andbranodorproblemsofbrownrice,high-temperaturefluidizationtechniquewasusedtoprocessbrownricetoimprovethecookingandeatingqualities.Theeffectsoffluidizationtemperatureonsurfacemorphology,cross-sectionmorphologyandoptimalcookingtimeofbrownricewerestudied.Theresultshowedthat130℃wastheoptimalfluidizationtemperature.Inthiscondition,fissuresandmicroporesweregeneratedonthesurfaceandinteriorofbrownricerespectivelywhilethenaturalformwasintact,thusthewaterchannelofbrownricewasformed,andoptimalcookingtimewasshortenedby6min.Inaddition,thechangeofcookingandeatingqualitiesofbrownriceafterhigh-temperaturefluidizationtreatmentwasstudied.Theresultsshowedthatthewaterabsorptionrateandquantityofbrownriceweresignificantlyincreased;thehardnessofcookedbrownricewasreducedfrom1853gto1570gwhichindicatedasoftertexture;exposuredegreeofbrownriceendospermwas99%;branodorwasdecreasedobviously;color,viscosityandcomprehensivescoresweresignificantlyincreased（P<0.05）.Thus,thehigh-temperaturefluidizationtechniquecaneffectivelyimprovethecookingandeatingqualitiesofbrownrice.

Keywordshigh-temperaturefluidization,brownrice,cookingquality,eatingquality

在当今社会，人们过多的能量摄入和久坐的生活方式导致了Ⅱ型糖尿病、直肠癌、肥胖症等慢性疾病的流行。

据《美国医学会杂志》报道，2010年中国的糖尿病患者超１亿，约占全球的三分之一。

流行病学研究显示，全谷物食品的消费与降低糖尿病的发病率和患病率有关[1]。

糙米是一种全谷物，保留了大部分植物化学素，比如植物多酚、黄酮、维生素，这些抗氧化成分对人体健康具有潜在的好处[2]。

但是糙米不易煮熟、质构粗糙，且有令人不愉快的米糠味，这直接导致了它至今没有成为一种主食。

糙米的皮层和胚芽是阻碍水分渗透进籽粒内部的天然屏障，因此降解或破坏糙米的皮层是改善其蒸煮品质的主要途径。

目前已有一些关于降解或破坏糙米皮层的方法，比如超声波辅助酶解法、等离子降解法、浸泡发芽法等[3-5]。

但是这些方法都未能有效地解决糙米难煮、难吃的问题，而且工艺繁琐、成本高，难以普遍应用到工业生产中。

流化干燥是一种有效的谷物干燥技术，但稻谷经流化后常伴有断裂或爆腰的情况产生，这会使抛光后整精米率降低，因此流化温度常常低于50℃[6]。

Srisang等人[7]研究报道，发芽糙米经高温流化（温度130℃及以上）处理后产生了裂缝，并且米饭的硬度显著下降。

这是因为裂缝能使水分快速渗透进发芽糙米内部，从而促进淀粉快速熟化；同时直链淀粉、蛋白质、糖类等有机物能够较易地从裂缝中渗出，使米饭柔软黏性大，研究显示高直链淀粉含量会引起米饭质地变硬[8]。

因此本研究采用高温流化技术处理糙米，研究不同流化温度下糙米表观形态、籽粒横截面形态及最佳蒸煮时间的变化，同时研究了糙米经高温流化后，蒸煮时的吸水特性、糙米饭质构及感官品质的变化。

以期对糙米蒸煮品质的改良研究提供新思路和方法，促进糙米的主食化进程。

1材料与方法

1.1试验材料

糙米：

品种为稻花香2号，产地黑龙江延寿县，由黑龙江延寿县加信米业提供；精米：

由糙米经碾米机加工得到。

1.2试验设备和仪器

高温流化试验台为自制热空气流化干燥机，生产效率为45kg/h，它由50000kW燃烧器和流化室组成。

空气温度0~360℃连续可调，热空气与物料接触时间15~100s连续可调，温度数显仪表环自控系统精度±3℃。

体视显微镜（XTZ-E）：

上海天珠光学仪器厂；SEM扫描电子显微镜（s-4800）：

日本日立公司；质构仪（TA.XTPlus）：

英国SMS公司；电饭煲（CFXB20FC17-35）：

浙江苏泊尔股份有限公司；温度数据采集器（34970A）：

安捷伦科技（中国）有限公司；碾米机（RSKM5B）：

日本佐竹公司。

1.3试验方法

1.3.1高温流化处理糙米的方法

在前期的预实验探索中发现，流化温度对糙米的蒸煮和食用品质影响十分显著，因此对流化温度进行优化试验，因素水平分别为：

120、130、140℃。

具体操作方法：

将原料糙米装入料斗，经传送带以45kg/h的速度输送至流化室，在一定的温度下流化60s后，出料并置于70℃恒温箱中缓舒30min，随后置铁丝网上冷却至室温并装袋。

1.3.2糙米表观形态的观察

糙米的表观形态用体视显微镜（XTZ-E）观察，将样品置于载物台上，在放大倍数20倍下观察样品，并通过显微摄影装置拍下样品图。

1.3.3糙米籽粒横截面形态观察

糙米的横截面形态用扫描电镜（s-4800,日本）观察，将糙米沿着横中心面切开，并对横截面进行真空喷镀金膜，在放大倍数40倍，加速电压5kV条件下进行扫描，观察不同流化温度下糙米横截面的形态变化。

1.3.4糙米最佳蒸煮时间的测定

参照Mohapatra[9]的方法，采用压片法测定糙米的最佳蒸煮时间：

在250mL的烧杯中加入150mL水，置于加热板上加热至沸腾，倒入5g整粒糙米并开始计时。

10min后取出10颗米饭，用载玻片按压米饭观察是否有白芯。

此后每隔1min观察一次，直至白芯数量≤1时，记下时间，此时间加上2min的焖饭时间，即糙米的最佳蒸煮时间。

1.3.5糙米蒸煮时吸水特性的测定

锅内米水质量测定：

称取300g糙米并清洗干净，电饭煲置电子称上清零，将糙米倒入电饭煲并加水至米水质量为870g。

按下煮饭键开始煮饭，每隔3min记下天平显示的质量（即锅内米与水的总质量），由此绘制出蒸煮时糙米的吸水特性曲线。

锅内温度测定：

按照上面的方法把糙米和水放入电饭煲，将热电偶插在糙米中央，盖上锅盖开始煮饭，用安捷伦温度数据采集器采集蒸煮时锅内的温度。

1.3.6糙米饭硬度的测定

称取300g糙米并清洗干净，放入电饭煲，加入570g水后开始煮饭，待米饭保温25min后，打开锅盖取中心部位的米饭进行质构测定。

测定时参数的设置参照杨晓娜[10]的测定方法，其中探头为P25。

1.3.7糙米饭的感官评定

按照GB/T15682-2008规定的方法对糙米饭进行感官评定，其中评价指标和评价级别参照Zhang[3]的方法，制定出了适合糙米饭感官评定的评价体系，具体见表2。

1.3.8糙米饭露白率的测定

采用计数法测定糙米饭的露白率：

将糙米饭混匀并随机取100颗米饭，观察米粒开裂露白程度。

若裂缝大于2mm，则记为露白，并记下露白的米粒数量，重复3次平行试验，以算术平均值作为测定结果。

露白率（%）=露白米粒总数/100×100%。

2结果与分析

2.1糙米表观形态的变化

用体视显微镜对高温流化处理后的糙米表观形态进行观察，结果见图1所示。

原料糙米（图1a）的表面有一层致密的皮层存在，由脂肪、纤维素、蛋白质、灰分等组成的皮层正是阻碍水分渗透进米粒内部的屏障[11]。

120℃高温流化处理下的糙米，皮层（图1b）没有明显的变化，但颗粒内部出现很多断裂，这是因为高温下水分的蒸发使内部产生了水分梯度[7]，而不同部位的水分梯度大小存在差异性，这就足够能导致籽粒内部产生应力，使颗粒发生断裂[12]。

而130℃流化处理下的糙米，皮层（图1c）出现明显的褶皱和裂缝，但内部无明显断裂。

一方面，糙米在130℃下水分急剧蒸发而发生膨胀，但出料后温度的迅速下降又引起糙米收缩，不同部位收缩速度的差异性导致皮层褶皱并产生裂缝；另一方面，130℃下糙米淀粉的凝胶化阻碍了籽粒断裂的发生，因为凝胶化过程中直链淀粉从内部融出附着在糙米表面，形成的网络结构增强了糙米的结构强度[13]，而120℃流化处理下淀粉虽然有部分凝胶化，但形成的凝胶结构不足以抵抗水分梯度引起的应力。

显然，这些皮层上的裂缝能够成为蒸煮过程中水分的渗透通道，有效地促进糙米淀粉的熟化。

图1d显示了140℃流化处理下糙米出现爆裂，皮层及胚乳都受到严重破坏。

因此，在保证糙米的天然形态不受破坏的前提下，采用130℃的流化温度处理糙米，能够最大程度上使糙米皮层出现裂缝，以打开糙米的吸水通道。

图1不同流化温度处理下糙米的表观形态

2.2糙米横截面形态的变化

用扫描电镜对不同流化温度处理下糙米的横截面进行了观察，结果见图2所示。

由图2a可以看出，原料糙米的横截面呈完整致密的形态，而经高温流化处理后，糙米的内部受到不同程度的改变。

120℃流化处理下的糙米横截面（图2b）出现断裂，这与图1b的结果具有一致性。

而糙米经130℃流化处理后，横截面出现很多细小的气孔，这是高温下水分大量快速蒸发后留下的孔道。

在糙米蒸煮时，这些气孔能够成为水分扩散的途径，促进淀粉充分糊化、缩短蒸煮时间，增加米饭的柔软度[9]。

而140℃流化处理下的糙米，由于水分急剧蒸发和淀粉大量糊化引起了爆裂，籽粒中心呈空洞状态。

因此，采用130℃的流化温度处理糙米，不仅能够避免糙米发生爆裂，而且能在糙米内部形成一定数量的气孔，为蒸煮时水分渗透进籽粒内部提供有效通道。

图2不同流化温度处理下糙米的横截面形态

2.3糙米最佳蒸煮时间的变化

最佳蒸煮时间即将大米粒从自然状态达到完全糊化状态所需的时间。

由表1可知，原料糙米需要27.3min才能煮熟，而精米只需16.7min，可见糙米相比精米具有难煮熟的缺点。

流化温度对糙米的最佳蒸煮时间具有显著影响，随着流化温度的提高，最佳蒸煮时间逐渐减少。

经130℃流化处理后，糙米的最佳蒸煮时间相比原料糙米减少了近6min，这是因为糙米皮层产生的裂缝和籽粒内部产生的气孔，打开了蒸煮时的吸水通道，从而加快淀粉糊化，缩短了蒸煮时间[14]。

而140℃流化处理下，糙米的最佳蒸煮时间为12.7min，比精米还短，因为该温度下糙米发生爆裂，水分能够迅速渗透进糙米内部，同时淀粉糊化严重，因此未糊化的糙米淀粉能在很短时间内达到糊化。

但糙米的天然形态已严重破坏，蒸煮后米饭难以保持完整形态[15]，饭粒呈片状，口感不佳。

因此综合糙米的表观形态、籽粒横截面形态以及最佳蒸煮时间这三个指标，采用130℃的流化温度为最佳，能够在保持糙米完整形态的同时，使糙米皮层产生裂缝，籽粒内部产生微小气孔，有效地缩短了糙米的蒸煮时间，改善糙米的蒸煮品质。

下文内容中高温流化糙米的制备，均采用130℃的流化温度，其余参数不变。

表1糙米最佳蒸煮时间的测定结果

精米

原料糙米

流化温度/℃

120

130

140

最佳蒸煮时间/min

16.7±0.58

27.3±1.5a

25±1b

21.7±0.58c

12.7±0.58d

注：

a,b,c,d表示同行肩注标有不同字母者，差异显著（P<0.05），下同。

2.4高温流化对糙米吸水特性的影响

糙米蒸煮即淀粉在水和温度的作用下发生糊化的过程。

因此，蒸煮过程中糙米吸收水分的能力直接关系到米饭的蒸煮性能。

蒸煮时水分蒸发速度越慢，说明水分越能快速地被糙米吸收。

由图3可知，高温流化糙米在蒸煮时的水分蒸发速度明显比原料糙米慢，这说明高温流化能够有效地提高糙米的吸水速率。

另一方面，高温流化糙米饭的质量为778g，而原料糙米饭为756g，这说明高温流化糙米在蒸煮时的吸水量明显增大。

吸水速率和吸水量的提高，能促进淀粉快速充分地糊化，缩短蒸煮时间，增加米饭的柔软度[2,9]，因此糙米经高温流化处理后，其蒸煮及食用品质得到了明显改善。

图3糙米蒸煮时锅内米水质量变化的曲线

2.5高温流化对糙米饭硬度的影响

质构仪能够模拟人的触觉，分析检测触觉中的物理特征，是一种精确的感官量化仪器[16]。

质构仪测得的硬度是指探头第一次压缩米饭所用的最大力[17]，反映了米饭的软硬程度。

由图4可以明显看出，糙米相比精米口感硬，其中原料糙米的硬度为1853g，而精米仅为1368g。

经高温流化处理后，糙米饭的硬度明显降低，硬度变为1570g。

米饭的硬度高与淀粉颗粒水合作用弱有关[18]，而高温流化处理能够使糙米皮层产生裂缝、内部产生气孔，打开了吸水通道，蒸煮过程中水分快速渗透进糙米内部，加快与淀粉发生水合作用，由此降低了糙米饭的硬度。

由此可见，高温流化处理对降低糙米饭的硬度有积极作用，在一定程度上能够提高糙米的食用品质。

图4三种米饭的硬度结果

2.6高温流化对糙米饭感官品质的影响

表2感官评定结果及相关性分析

评价指标

评价级别

样品名称

差（1~3分）

中（4~6分）

优（7~9分）

原料糙米饭

高温流化糙米饭

气味

米糠味浓

无米糠味，无米饭清香

米饭清香

2.62±0.57a

4.34±0.64b

色泽

深黄色，暗沉

浅黄色，光泽低

白色，光泽好

3.54±0.61a

5.67±0.58b

露白程度

不开裂，不露白

开裂小，露白少

开裂大，露白多

4.41±0.59a

7.23±0.63b

硬度

很硬

略硬

柔软

4.15±0.45a

7.37±0.74b

黏性

无黏性

黏性小，不粘牙

黏性大，不粘牙

3.46±0.69a

5.22±0.25b

弹性

无嚼劲

略有嚼劲

有嚼劲

3.52±0.61a

4.34±0.72a

综合评分（100分）

0~60

61~80

81~100

59.75±2.78a

73.53±3.68b

表2列出了原料糙米与高温流化糙米的感官评定结果及相关性分析。

可以看出糙米经高温流化处理后，米饭的感官品质与原料糙米饭呈显著差异性，各项指标的评分值均呈上升趋势，可见糙米饭的食用品质得到了显著提升。

其中，原料糙米的米糠味浓，气味得分较低，而高温流化后的糙米则无明显的米糠味，这可能是由于130℃的高温能使一些米糠味物质分解或挥发，同时高温产生的美拉德反应具有增香作用，在一定程度上能掩盖米糠味。

另外，经高温流化后糙米饭的开裂程度提高很多，并且米饭的口感更加柔软，黏性提高，而弹性无明显的变化。

从综合评分中看出，原料糙米的分值为59.75分，属于差等级，而经高温流化处理的糙米饭为73.53分，属于中等级别。

综上所述，高温流化可以有效地改善糙米饭的感官品质，使糙米饭的口感更容易被人接受，有效地改善了糙米的食味品质。

糙米饭的露白率，即皮层开裂露出胚乳的糙米饭所占的比例，糙米饭的露白率高，说明糙米饭的熟化程度高，质地松软。

图5为原料糙米与高温流化糙米的米饭示例图，经测定原料糙米饭的露白率为17%，内部淀粉被皮层紧密包裹，而高温流化糙米饭的露白率高，为99%，皮层的开裂程度大，内部淀粉充分暴露在外，米饭中内容物大量溶出，使米饭之间很好地黏结。

而原料糙米饭之间存在较多明显的孔洞，这是因为蒸煮时水分进入原料糙米的速度缓慢、淀粉等有机物溶出程度低，导致米饭之间黏结性差，产生了明显的水汽蒸发通道。

图5原料糙米与高温流化糙米的米饭实物图

3结论

采用高温流化技术处理糙米，可以有效地改善糙米的蒸煮及食用品质。

流化温度的优化试验结果显示，最佳流化温度为130℃，能够使糙米皮层产生褶皱和裂缝，籽粒内部产生微孔，打开了糙米的吸水通道，使最佳蒸煮时间缩短了6min，有效地改善了糙米的蒸煮品质。

同时，高温流化能够有效提高糙米的吸水速度和吸水量，使糙米饭开裂程度大，露白率为99%，米饭硬度从原料糙米饭的1853g降低至1570g，米饭间很好地相互黏结，并且米糠味显著降低，有效地改善了糙米的感官品质。

参考文献

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