趙 萌,張 磊,朱 潔,裴 斐,王立峰,姚軼俊

(南京財經大學食品科學與工程學院,江蘇省現代糧食流通與安全協同創(chuàng)新中心,江蘇南京 210023)

米飯是我國人民日常消費的主要糧食品種。隨著人們生活方式的轉變,米飯的方便性、快捷性需求不斷增加,方便米飯產業(yè)應運而生。方便米飯是指由工業(yè)化生產制成的可直接食用或者經簡單烹調就可立即食用的米飯品種[1]。早在“二戰(zhàn)”時期,歐美國家就研制出方便米飯作為軍需食品[2],我國直到90年代才開展方便米飯的研究,出現了保鮮米飯、冷凍米飯、速煮米飯等產品[3]。其中,利用發(fā)熱袋遇水產生熱量對預制米進行加熱,形成可即食的自熱米飯更具有方便性和特色性,近年來越來越受到人們的關注。目前自熱米飯的生產具有一定規(guī)模,但仍受米飯口感等問題的困擾[4]。

目前針對一般方便米飯品質提升的研究已有相關報道,多集中在對方便米飯的蒸煮條件、干燥方式等因素方面的研究。隨著蒸煮溫度的升高,所得方便米飯的復水速度和復水率下降,復水后的硬度和黏度上升;真空冷凍干燥制備的方便米飯表面紋理有規(guī)則、空隙致密均勻,復水特性與感官品質均優(yōu)于熱風、微波干燥制備的方便米飯[5-8]。但是由于現有的發(fā)熱袋加熱技術大致可以在95 ℃加熱13 min左右,并不能完全達到米飯的常規(guī)蒸煮條件,因此針對一般方便米飯的預處理條件并不完全適用于自熱米飯[9-10]。

本實驗研究不同蒸煮條件及干燥方式對預制米質構、糊化度的影響,并通過對其微觀結構及復水后米飯的質構、氣味等特征指標的測定,改良技術參數,以期得到最佳預制工藝,解決復水后米飯蒸煮品質差的問題,為自熱米飯生產加工工藝的優(yōu)化提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大米 為五常大米,市售;氫氧化鉀(分析純) 上海麥克林生化科技有限公司;鹽酸(分析純)、碘液(分析純) 南京化學試劑有限公司。

YJ597M Midea 自動電飯煲 廣東美的生活電器制造有限公司;SOP電子天平 賽多利斯科學儀器(北京)有限公司;TA-XT plus質構儀 英國Stable Micro Systems公司;TDL-5-A型離心機 上海安亭科學儀器廠;HH-4型數顯恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司;101A-0型電熱鼓風干燥箱 上海蘇進儀器設備廠;格蘭仕微波爐 格蘭仕微波爐電器有限公司;多功能酶標儀-M2e 美谷分子儀器(上海)有限公司;LABCONCO真空冷凍干燥機 北京照生行儀器設備有限公司;TM-3000型臺式掃描電子顯微鏡 日本日立公司;FOX3000型電子鼻 法國AlphMOS公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 自熱米飯生產工藝流程 原料大米→淘洗→浸泡→蒸煮→預處理米飯→干燥→預制米→復水→自熱米飯

1.2.2 自熱米飯預處理 分別稱取10 g大米試樣于蒸飯皿中,參照國標GBT 15682-2008清洗大米后[11],依次分別加入不同體積(0、3、6、9、13、15 mL)的蒸餾水,室溫浸泡30 min,蒸鍋內加入適量水加熱至沸騰,放入加蓋后的蒸飯皿置于蒸屜上,蒸煮不同時間(0、10、20、30、40、50 min),燜制20 min,得到預處理米飯樣品。

1.2.3 預處理樣品的干燥和預制米的復水

1.2.3.1 預處理樣品的干燥 將預處理米飯樣品分別進行真空冷凍干燥、鼓風干燥和微波干燥。將預處理樣品平鋪在培養(yǎng)皿中放入-4 ℃冰箱里冷凍12 h后取出放入真空冷凍干燥機中在-20 ℃中干燥24 h,得到冷凍干燥的預制米。將預處理樣品平鋪在培養(yǎng)皿中放入鼓風干燥箱中60 ℃下干燥12 h,得到鼓風干燥的預制米。將預處理樣品平鋪在培養(yǎng)皿中放入微波爐中320 W功率下干燥6 min,得到微波干燥的預制米。

1.2.3.2 預制米的復水 根據龍杰等[8]以及實驗室前期的研究,分別取10 g冷凍、微波、鼓風干燥方式下的預制米(加水倍數1.3,蒸煮時間40 min的預處理方式下)加入15 mL的蒸餾水在90 ℃下加熱13 min進行復水。

1.2.4 物性測定 參照Champagne等[12-13]的研究,使用質構分析儀,采用TPA模式,對蒸煮后的預處理樣品和復水后的自熱米飯立即進行測定,選取三粒米平放于載物臺,得到硬度、膠著度、咀嚼度和回復性這四個物性指標。

實驗參數:測試前速度:1 mm/s;測試速度:0.5 mm/s;測試后速度:1 mm/s;壓縮比75%;兩次壓縮時間間隔5 s;探頭型號SMS P36R。

1.2.5 糊化度測定 參照王寶石等[14]的研究并作修改,將干燥后的樣品進行研磨成粉,取0.03 g粉狀樣品溶于14.7 mL蒸餾水和0.3 mL 10 mol/L KOH溶液中,渦旋,4500 r/min離心10 min,取離心后的上清液加0.2 mL 0.2 mol/L HCl溶液,加入15 mL蒸餾水,加碘溶液0.2 mL,在600 nm處測得溶液的吸光值A1;再取0.03 g粉狀樣品,溶于14.25 mL蒸餾水和0.75 mL 10 mol/L KOH溶液中,渦旋,4500 r/min離心10 min,取離心后的上清液加0.2 mL 0.5 mol/L HCl溶液,加入15 mL蒸餾水,加碘溶液0.2 mL,在600 nm處測得溶液的吸光值A2,樣品的糊化度為A1與A2的比值。

1.2.6 掃描電鏡的測定 根據Luangmalawat等[15]的研究,選取不同干燥方式的預制米,敲擊形成斷面制成約3 mm厚的樣品,附著銅臺上,對其噴金。置樣品在掃描電鏡下,加速電壓15 kV,觀察米斷面結構形態(tài)和孔徑。

1.2.7 電子鼻的測定 以空白頂空瓶作為對照,取復水后的三種干燥方式下的自熱米飯,進行電子鼻的測定,準確稱取復水后的樣品3 g于10 mL的頂空瓶中,蓋好密封。電子鼻的參數條件:載氣為凈化空氣,流速150 mL/min,進樣體積1000 μL,進樣速度1000 μL/s,頂空加熱溫度35 ℃,頂空加熱時間300 s,攪拌速度500 r/min,進樣針溫度70 ℃,數據采集時間120 s,延滯時間1080 s。每個樣品重復測定3次,確定實驗的準確性[16]。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2007和IBM SPSS Statistics 23.0進行數據處理與分析,Origin 2018進行相關圖形的繪制。

2 結果與分析

2.1 蒸煮時間和加水倍數對預制米飯質構特性的影響

表1 不同預處理方式制備的米飯的質構特性Table 1 Texture properties of rice prepared by different pretreatments

注:每列不同字母表示存在顯著差異(P<0.05)；表2同。

米飯的硬度、膠著度、咀嚼度和回復性等質構特性,是評價米飯品質的重要指標[17]。表1顯示了不同蒸煮時間和加水倍數對預制米飯的質構特性影響,可以看出,蒸煮時間為30 min,加水倍數由0到1.5時,硬度從23373.68 g降低到1932.88 g,膠著度從17077.79減小到715.41,咀嚼度從14374.99減小到393.99,回復性從0.53減小到0.12。當蒸煮時間一致時,隨著加水倍數的增加,預制米飯的硬度下降,膠著度、咀嚼度和回復性也都呈現下降的規(guī)律。這是由于加水量高時,米飯糊化均勻,形成的淀粉凝膠結構緊密,預制米飯硬度較小,與黃天柱的研究發(fā)現隨米飯水分的增加或減小,米飯的硬度會相應的減小或增加的結果基本一致[18]。同時隨著蒸煮時間的增加,預制米飯的硬度和咀嚼性明顯降低,硬度從26595.48 g降低到18696.83 g,咀嚼性從13952.22降低到10642.24,但硬度在20 min后呈現上升趨勢,這可能是蒸煮時間過長導致米飯的水分蒸發(fā),使其內部結構收縮而變得緊實,硬度變大[19]。Bello[20]等研究了水熱處理條件對蒸煮米品質的影響,也說明了米飯的硬度與蒸煮時間呈負相關。

2.2 三種干燥條件下蒸煮時間和加水倍數對預制米糊化度的影響

糊化是指谷物中淀粉微晶結構被破環(huán)形成網絡結構,糊化度是評價谷物熟化程度的指標[21]。由圖1～圖3可知,三種干燥條件下,不同蒸煮時間和不同加水倍數下的預制米的糊化度之間存在顯著性差異(P<0.05)。由圖1可以看出,冷凍干燥方式下,隨著加水倍數的增加,預制米的糊化度存在差異,呈現先增加后減小的趨勢。這可能由于米飯加水蒸煮時,淀粉顆粒脹大發(fā)生糊化,隨著水分的增加糊化程度增加,當加水量達到一定程度時,預制米糊化度達到最大值,米飯淀粉溶液稀釋,糊化度降低[22]。當加水倍數為0.9時,蒸煮時間對預制米的糊化度影響較大。冷凍干燥下,加水倍數1.3,蒸煮時間40 min的預制米的糊化度達到最大值。

圖1 冷凍干燥下蒸煮時間和加水倍數 對預制米糊化度的影響Fig.1 Effect of cooking time and water ratio on gelatinization of prepared rice under freeze drying 注:每相同顏色的條形柱不同字母表示各樣品之間 存在顯著差異(P<0.05);圖2、圖3同。

表2 三種干燥方式的自熱米飯的質構特性比較Table 2 Comparison of texture characteristics of self-heated rice by three kinds of drying methods

由圖2可以看出,隨加水倍數增加,鼓風干燥方式下的預制米的糊化度的趨勢與冷凍干燥方式下的趨勢基本一致。當加水倍數在0～0.9時,蒸煮時間對鼓風干燥下的預制米的糊化度影響較大。鼓風干燥下,加水倍數1.3,蒸煮時間40 min的預制米的糊化度達到最大值。

圖2 鼓風干燥下蒸煮時間和加水倍數 對預制米糊化度的影響Fig.2 Effect of cooking time and water ratio on gelatinization of prepared rice under drum wind drying

由圖3可以看出,當加水倍數由0增加0.6時,微波干燥方式下的預制米糊化度增大,當加水倍數為0.6時,預制米的糊化度下降。蒸煮時間20 min的預制米高于其他兩個蒸煮時間的預制米的糊化度。微波干燥下,加水倍數0.6,蒸煮時間20 min的預制米的糊化度達到最大值。

圖3 微波干燥下蒸煮時間和加水倍數 對預制米糊化度的影響Fig.3 Effect of cooking time and water ratio on gelatinization of prepared rice under microwave drying

陳小聰等[23]研究了加水量對淀粉糊化度及米粉理化品質、色澤、質構及機械性能的影響,發(fā)現水分含量對大米淀粉的糊化程度影響明顯,側面證明了水分對于稻谷類食品糊化度的影響巨大。此外鄒秀榮等[7]研究復配方便米飯的糊化度得出在一定范圍內隨著蒸煮時間的增加,方便米飯的糊化增加的規(guī)律。因此米飯的蒸煮時間影響糊化度,且在一定范圍內,米飯的加水倍數與糊化度成正比。

2.3 三種干燥方式下預制米的微觀結構及其復水后的質構特性的比較

如圖4所示,不同干燥方式對預制米的微觀結構具有較大的影響。冷凍干燥下的預制米斷面多孔且粗糙,而鼓風干燥下的預制米斷面較粗糙,而微波干燥下的預制米斷面趨于光滑。這是由于溫度使米飯內的水分蒸發(fā),致使米粒嚴重收縮,孔狀消失,形成致密的結構[24]。

圖4 三種干燥方式下預制米的電鏡掃描圖 Fig.4 Scanning electron microscopy of prepared rice under three kinds of drying methods 注:a表示冷凍干燥方式,b表示鼓風干燥方式, c表示微波干燥方式。

表2可以看出,不同干燥方式下的自熱米飯的質構特性之間存在顯著性差異(P<0.05)。微波干燥下與冷凍和鼓風干燥下的自熱米飯的硬度存在差異(P<0.05),而冷凍干燥下與鼓風、微波干燥下的膠著度卻存在明顯差異(P<0.05),且三種干燥方式下自熱米飯的咀嚼度都存在差異(P<0.05)。冷凍干燥制備的自熱米飯的硬度、膠著度、咀嚼度和回復性都低于其他干燥方式,這說明冷凍干燥制備的自熱米飯的質構特性較好,米飯軟且有嚼勁,食味性好。

從不同干燥方式得到的預制米的微觀結構差異看,內部粗糙、多孔的樣品有利于米飯的復水,而內部結構趨于平滑的樣品復水性較差,這解釋了冷凍干燥制備的自熱米飯的硬度、膠著度等質構特性低于其他干燥方式的原因。這與鄭志等[7]研究得出的真空冷凍干燥制備的方便米飯表面孔隙致密,復水特性和感官特性優(yōu)于其他干燥方式的結果一致。

2.4 三種干燥方式對自熱米飯氣味品質的比較

由圖 5 可知,三種干燥方式制備的自熱米飯在傳感器T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、T70/2、PA/2均表現出較高響應值,這些傳感器主要對乙醇、氨氣、有機胺類、芳香化合物敏感[25]。其中,冷凍干燥和微波干燥制備的自熱米飯具有相同的指紋圖譜,鼓風干燥制備的自熱米飯在傳感器T30/1、PA/2與其他干燥方式有明顯差異,這些傳感器對乙醇、有機胺類、有機溶劑敏感,其次,是對芳香化合物敏感的傳感器T70/2,說明鼓風干燥制備的自熱米飯的香味更為濃郁。

圖5 三種干燥方式的自熱米飯的電子鼻指紋圖譜Fig.5 Electronic nose fingerprint of self-heated rice of three kinds of drying methods

由圖6可知,主成分1和主成分2的總貢獻率為93.01%,能夠反映樣品的整體信息[26]。分析圖6可知,三種干燥方式制備的自熱米飯的風味成分差異很大,說明在自熱米飯的預制過程中,干燥方式對于自熱米飯的氣味品質有很大的影響。這驗證了2.3實驗得出的結論干燥方式對自熱米飯的品質有重要的影響,為自熱米飯的制備工藝提供一定的理論基礎。

圖6 三種干燥方式的自熱米飯氣味分布圖Fig.6 Odor distribution map of self-heated rice of three kinds of drying methods

3 結論

通過研究不同預制條件及干燥方式對復水后自熱米飯品質特性的影響,發(fā)現冷凍干燥和鼓風干燥方式下,預制米的最優(yōu)預處理工藝為加水倍數1.3,蒸煮時間40 min;微波干燥下,預制米最優(yōu)的預處理工藝為加水倍數0.6,蒸煮時間20 min。同時通過掃描電鏡觀察到冷凍干燥得到的預制米斷面多孔粗糙,并基于質構儀測定得出冷凍干燥制備的自熱米飯的質構特性優(yōu)于其他干燥方式制備的自熱米飯,基于電子鼻測定發(fā)現鼓風干燥制備的自熱米飯香味更為濃郁。這為不同加工需求得到最佳自熱米飯的預制工藝奠定了理論基礎,一定程度上解決了目前自熱米飯風味差的缺點,為自熱米飯的研發(fā)領域提供了理論依據,推動了營養(yǎng)健康型方便食品的進一步研究和發(fā)展。