姜 鵬，李 忍,3，戴凌燕，阮長(zhǎng)青，張東杰,3,，王長(zhǎng)遠(yuǎn)，李志江,3,

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319；2.黑龍江省雜糧加工及質(zhì)量安全工程技術(shù)研究中心，黑龍江大慶 163319；3.國(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江大慶 163319；4.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江大慶 163319）

高粱是世界上僅次于水稻、玉米、小麥和大麥的第五大作物，也是一種擁有3000 多年歷史的重要的耐旱經(jīng)濟(jì)作物[1-2]。高粱富含蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素和膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[3]，還具有獨(dú)特的功能性成分，在治療和預(yù)防2 型糖尿病、延緩衰老、對(duì)抗癌癥等方面具有顯著效果[4]，因此，高粱類食品在一些發(fā)達(dá)國(guó)家逐漸受到歡迎[5]。但由于高粱淀粉結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)地堅(jiān)硬，不易熟化，在食用前通常需要預(yù)先蒸煮或者浸泡，蒸煮時(shí)耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，給高粱食品食用帶來(lái)不便[6]。陳靜等[7]對(duì)雜糧米的蒸煮特性進(jìn)行研究，得出高粱屬于不易糊化的雜糧，在經(jīng)過(guò)浸泡工藝后仍需要很長(zhǎng)的蒸煮時(shí)間才能熟化。因此研制一種可以使高粱快速熟化的工藝，會(huì)給人們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)很大的便利，有助于高粱中生理功能成分的消化吸收[8-9]。

微波是一種新型的熱加工技術(shù)，與擠壓膨化、焙烤、蒸煮等傳統(tǒng)的熱加工技術(shù)相比具有加熱快速、清潔無(wú)污染、耗能比較低等優(yōu)點(diǎn)[10]，殺菌效果較好，有助于抑制微生物生長(zhǎng)，在食品加工和儲(chǔ)藏中具有重要作用[11]。研究表明，微波處理糙米等谷物具有縮短其蒸煮時(shí)間和改善其蒸煮品質(zhì)等作用[12]。李存芝等[13]采用微波處理的方法研究了薏米餅的膨化技術(shù)，有效提升了雜糧的膨化率；王立東等[14]通過(guò)微波技術(shù)等方式確定了紅小豆熟化和干燥的最佳工藝條件，縮短了紅小豆熟化時(shí)間。但利用微波技術(shù)縮短高粱的蒸制熟化時(shí)間，以達(dá)到快速熟化的研究鮮有報(bào)道。本研究以三種高粱為主要原料，探討浸泡和微波處理對(duì)熟化工藝參數(shù)的影響，為高粱熟化提供加工工藝參考。

1 材料與方法

1.1 原料與設(shè)備

龍米糧1 號(hào)高粱、龍雜13 號(hào)高粱和紅糯高粱均由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，含水率分別為4.7%、5.3%和5.7%。

XPR205/AC 分析天平 梅特勒-托利多國(guó)際有限公司；M1-211A 微波爐 美的集團(tuán)有限公司；C21-SDHCB06G 電磁爐 蘇泊爾股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 高粱熟化工藝操作 將脫殼后的高粱進(jìn)行篩選，去除變質(zhì)和不完整的高粱粒，用蒸餾水清洗兩遍去除表面灰塵與其他雜質(zhì)，在一定的浸泡溫度和浸泡時(shí)間的條件下浸泡后取出備用。自然瀝干至表面無(wú)水分后，采用不同的微波功率和微波時(shí)間對(duì)高粱進(jìn)行微波處理，處理后冷卻至室溫，在45 ℃，20 min 的條件下熱風(fēng)干燥，冷卻至室溫后，取10 g 高粱，置于蒸鍋中蒸煮40 min，根據(jù)其內(nèi)部是否有硬芯來(lái)判斷高粱的熟化程度。

1.2.2 指標(biāo)檢測(cè) 高粱原料中含水率的測(cè)定采用國(guó)標(biāo)《谷物及谷物制品水分的測(cè)定GB/T 21305-2007》方法[15]。吸水率測(cè)定參考姚萬(wàn)春等[16]的方法，稍作改動(dòng)。熟化程度測(cè)定參考張桂芳等[17]的方法。

1.2.3 浸泡工藝對(duì)高粱吸水率的影響 取3 個(gè)500 mL燒杯分別加入400 mL 水，待測(cè)高粱樣品100 g，每1 h取出全部樣品，瀝干后待其表面水分自然風(fēng)干后至室溫，測(cè)其吸水率[16]，考察不同的浸泡時(shí)間和浸泡溫度條件對(duì)高粱吸水率的影響。

1.2.3.1 浸泡時(shí)間對(duì)高粱吸水率的影響 分別取100 g除雜后的高粱放入三個(gè)500 mL 的燒杯中，以料液比為1:4 的比例加水進(jìn)行浸泡，在浸泡溫度為45 ℃的條件下，用蒸餾水分別浸泡1、2、3、4 和5 h，取樣后計(jì)算吸水率，確定浸泡時(shí)間對(duì)高粱吸水率的影響。

1.2.3.2 浸泡溫度對(duì)高粱吸水率的影響 分別取100 g除雜后的高粱放入三個(gè)500 mL 的燒杯中，以料液比為1:4 的比例加水進(jìn)行浸泡，在浸泡溫度分別為25、35、45、55 和65 ℃的條件下浸泡3 h，取樣后根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法計(jì)算吸水率，研究浸泡溫度對(duì)高粱吸水率的影響。

1.2.4 微波處理對(duì)高粱熟化程度的影響 在經(jīng)過(guò)微波處理過(guò)的高粱中隨機(jī)抽取30 粒剖開(kāi)，若有硬芯則記為未熟透的高粱顆粒；若內(nèi)部色澤均勻，透明程度相同則記為已熟透的高粱顆粒[17]，考察不同的微波時(shí)間和微波功率條件對(duì)高粱熟化程度的影響。

1.2.4.1 微波時(shí)間對(duì)高粱熟化程度的影響 取經(jīng)最優(yōu)浸泡工藝參數(shù)處理后的高粱10 g，均勻鋪在90 mm的平皿上，在微波功率為600 W 的條件下，用微波分別處理2、5、8、11 和14 min，取樣后常壓蒸煮40 min計(jì)算其熟化程度，確定微波時(shí)間對(duì)高粱熟化程度的影響。

1.2.4.2 微波功率對(duì)高粱熟化程度的影響 取經(jīng)最優(yōu)浸泡工藝參數(shù)處理后的高粱10 g，均勻鋪在90 mm的平皿上，在微波功率分別為200、400、600、800和1000 W 的條件下微波處理8 min，取樣后常壓蒸煮40 min 后計(jì)算其熟化程度，確定微波功率對(duì)高粱熟化程度的影響。

1.2.5 微波處理高粱最佳蒸煮時(shí)間的確定 根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)經(jīng)過(guò)最優(yōu)浸泡工藝和最優(yōu)微波工藝處理后的三種高粱進(jìn)行蒸煮，確定最佳的蒸煮時(shí)間（5、10、15、20、25、30、35、40 min）。

1.2.6 未經(jīng)微波處理高粱與微波處理高粱蒸煮時(shí)間對(duì)比 三種未經(jīng)微波處理高粱經(jīng)最優(yōu)浸泡工藝吸水后進(jìn)行蒸煮（龍米糧1 號(hào)高粱、龍雜13 號(hào)高粱、紅糯高粱最佳浸泡時(shí)間分別為：2、2 和3 h，浸泡溫度分別為45、35 和35 ℃），確定其熟化時(shí)間，并與經(jīng)微波處理高粱熟化時(shí)間進(jìn)行感官對(duì)比（龍米糧1 號(hào)高粱、龍雜13 號(hào)高粱、紅糯高粱微波時(shí)間分別為：8、11、11 min，微波功率分別為：600、800、800 W）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)處理采用三次重復(fù)進(jìn)行測(cè)定和計(jì)算，利用SPSS 25.0 和Graphpad Prism 8.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 浸泡工藝參數(shù)的確定

2.1.1 浸泡時(shí)間對(duì)高粱吸水率的影響 由圖1 可知，在浸泡溫度為45 ℃時(shí)，隨著浸泡的時(shí)間增加，三種高粱的吸水率均呈現(xiàn)先增加后平穩(wěn)的趨勢(shì)。龍米糧1 號(hào)和龍雜13 號(hào)高粱在浸泡2 h 后吸水率趨于平穩(wěn)，而紅糯高粱在浸泡3 h 時(shí)吸水率變化趨于平穩(wěn)。已有研究表明，高粱吸水率與高粱品種有關(guān)，且隨著浸泡時(shí)間的增加其表面結(jié)構(gòu)被破壞，高粱吸水率會(huì)緩慢上升，且高粱內(nèi)部會(huì)發(fā)生生理變化，高粱胚開(kāi)始萌動(dòng)[18-19]。因此，為了不影響高粱原有的感官及食用品質(zhì)，確定龍米糧1 號(hào)和龍雜13 號(hào)高粱的最佳浸泡時(shí)間為2 h，紅糯高粱的最佳浸泡時(shí)間為3 h。

圖1 浸泡時(shí)間對(duì)三種高粱吸水率的影響Fig.1 Effects of soaking time on water absorption of three kinds of sorghums

2.1.2 浸泡溫度對(duì)高粱吸水率的影響 由圖2 可知，在最佳浸泡時(shí)間為3 h 的條件下，由于儲(chǔ)藏條件和初始含水率對(duì)高粱含水率的影響（含水率分別為：龍米糧1 號(hào)4.7%、龍雜13 號(hào)5.3%、紅糯高粱5.7%），在浸泡溫度為25 ℃時(shí)，龍米糧1 號(hào)相比于龍雜13 號(hào)和紅糯高粱吸水率較高[20]。但隨著浸泡的溫度的升高，三種高粱的吸水率均呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，研究表明，溫度對(duì)谷物的吸水能力有一定的影響，這可能是由于溫度的升高，高粱胚乳中淀粉顆粒間形成的羥基鍵發(fā)生了斷裂，且隨著溫度的升高導(dǎo)致高粱的表皮受損，色素大量的溶解，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流出，影響食用口感[21-22]。因此，龍雜13 號(hào)和紅糯高粱的最佳浸泡溫度為35 ℃，龍米糧1 號(hào)最佳浸泡溫度為45 ℃。

圖2 浸泡溫度對(duì)高粱吸水率的影響Fig.2 Effects of soaking temperature on water absorption of sorghums

2.2 微波處理對(duì)高粱熟化程度的影響結(jié)果

2.2.1 微波處理時(shí)間對(duì)高粱熟化程度的影響 由圖3可知，當(dāng)微波處理功率為600 W 和蒸煮40 min 時(shí)，隨著微波處理時(shí)間的增加，三種高粱的熟化程度均呈現(xiàn)出先增加后平穩(wěn)的趨勢(shì)，龍米糧1 號(hào)高粱在微波處理時(shí)間大于8 min 時(shí)其蒸煮后的熟化程度接近100%，龍雜13 號(hào)和紅糯高粱在處理時(shí)間大于11 min時(shí)兩者蒸煮后的熟化程度接近100%。微波技術(shù)的熱效應(yīng)具有可以減少能量的消耗和營(yíng)養(yǎng)成分的流失等特點(diǎn)，進(jìn)而改變了高粱的某些理化特性，但當(dāng)微波加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易導(dǎo)致高粱表面顏色加深，一些熱敏性的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)容易發(fā)生降解，影響其感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[23]。因此龍米糧1 號(hào)高粱的最佳微波處理時(shí)間為8 min，龍雜13 號(hào)和紅糯高粱的處理時(shí)間各為11 min。

圖3 微波處理時(shí)間對(duì)高粱熟化程度的影響Fig.3 Effects of microwave treatment time on cultivability degree of sorghums

2.2.2 微波處理功率對(duì)高粱熟化程度的影響 由圖4可知，當(dāng)最佳微波處理時(shí)間為8 min 和蒸煮40 min時(shí)，隨著微波處理功率的增加，三種高粱的熟化程度均呈現(xiàn)出先增加后平穩(wěn)的趨勢(shì)，龍米糧1 號(hào)高粱在微波處理大于600 W 時(shí)其蒸煮后的熟化程度接近100%，龍雜13 號(hào)和紅糯高粱在處理功率大于800 W時(shí)兩者蒸煮后的熟化程度接近100%。微波具有在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量熱量的特點(diǎn)，因此谷物淀粉的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞，直鏈淀粉鏈的長(zhǎng)度變短，使其更易糊化，且當(dāng)微波功率較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致水分損失，食品營(yíng)養(yǎng)元素破壞[24-25]，因此龍米糧1 號(hào)高粱的最佳微波處理功率為600 W，龍雜13 號(hào)和紅糯高粱的處理功率各為800 W。

圖4 微波處理功率對(duì)高粱熟化程度的影響Fig.4 Effects of microwave power on the cultivability degree of sorghums

2.3 微波處理高粱最佳蒸煮時(shí)間的影響結(jié)果

由圖5 可知，三種高粱在最優(yōu)的浸泡溫度、浸泡時(shí)間、微波功率和微波時(shí)間的處理?xiàng)l件下，三者的熟化程度隨蒸煮時(shí)間的增加而升高。龍米糧1 號(hào)高粱在蒸煮時(shí)間大于25 min 時(shí)其熟化程度接近100%；紅糯高粱在蒸煮時(shí)間大于35 min 時(shí)其熟化程度接近100%；龍雜13 號(hào)高粱在蒸煮時(shí)間大于40 min 時(shí)其熟化程度接近100%。研究表明，高粱的蒸煮食用品質(zhì)與淀粉的凝膠化過(guò)程有關(guān)，而其蒸煮時(shí)間的長(zhǎng)短與其內(nèi)部淀粉間的空隙有關(guān)，空隙越小，吸水越慢，吸水量越少，蒸煮時(shí)間越長(zhǎng)[26]，而紅糯高粱為非食用性高粱，其內(nèi)部淀粉空隙可能更細(xì)小，造成其所需蒸煮時(shí)間更長(zhǎng)。因此龍米糧1 號(hào)高粱的最佳蒸煮時(shí)間為25 min，紅糯高粱的最佳蒸煮時(shí)間為35 min，龍雜13 號(hào)高粱的最佳蒸煮時(shí)間為40 min。

圖5 微波處理對(duì)高粱最佳蒸煮時(shí)間的影響Fig.5 Effects of microwave treatment on optimal cooking time of sorghums

2.4 未經(jīng)微波處理高粱與微波處理高粱蒸煮時(shí)間對(duì)比

由圖6 可知，經(jīng)微波處理后，龍米糧1 號(hào)高粱的蒸煮時(shí)間縮短了約20 min，龍雜13 號(hào)高粱的蒸煮時(shí)間縮短20 min，紅糯高粱的蒸煮時(shí)間縮短了15 min。文獻(xiàn)研究表明，經(jīng)過(guò)微波處理后稻米蒸煮時(shí)間縮短，可能是微波處理強(qiáng)烈擴(kuò)散物料中的水分，破壞了淀粉顆粒的致密排列，形成了空隙，使淀粉更容易糊化[27]?；蛘呶⒉ㄌ幚砥茐牧斯任锏谋砻娼Y(jié)構(gòu)，使谷物在蒸煮時(shí)水分更容易進(jìn)入內(nèi)部，加速淀粉糊化[28]。也有研究指出，谷物的表面積決定了其蒸煮時(shí)間，谷物比表面積越大其蒸煮時(shí)間越短，吸水后表面積變大，膨脹率升高，因此縮短了蒸煮時(shí)間[29]。

2.5 微波處理對(duì)高粱蒸煮感官影響結(jié)果

由圖7 可知，經(jīng)過(guò)蒸煮40 min 后，微波處理過(guò)的高粱與未經(jīng)微波處理高粱相比，三種經(jīng)微波處理的高粱均出現(xiàn)膨脹變大，部分高粱裂開(kāi)且出現(xiàn)白芯，表現(xiàn)出熟化現(xiàn)象；而未經(jīng)微波處理的三種高粱其膨脹程度較小，未出現(xiàn)白芯，沒(méi)有表現(xiàn)出熟化現(xiàn)象。表明經(jīng)微波處理過(guò)的高粱熟化感官效果更佳。

圖7 未經(jīng)微波處理的高粱與微波處理的高粱在蒸煮40 min 時(shí)的感官對(duì)比Fig.7 Comparison of sensory evaluation between microwave-treated and non-microwave-treated sorghum during cooking for 40 min

3 結(jié)論

高粱米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，但是其在蒸煮過(guò)程中不易熟，這與高粱籽粒淀粉結(jié)構(gòu)致密難糊化相關(guān)，高粱經(jīng)浸泡后利用微波處理進(jìn)行熟化可縮短蒸煮時(shí)間，為高粱食品便捷食用提供了技術(shù)可能。研究確定了三種高粱的浸泡和微波處理熟化工藝參數(shù)：龍米糧1 號(hào)、龍雜13 號(hào)、紅糯三種高粱的最適浸泡時(shí)間分別為2、2、3 h，浸泡溫度分別為45、35、35 ℃，微波功率分別為600、800、800 W，微波時(shí)間分別為8、11、11 min，此工藝為預(yù)熟化高粱快速食用或復(fù)配大米蒸煮提供了數(shù)據(jù)。但文中未考慮浸泡和微波處理后對(duì)高粱自身的特性影響，如粘度、硬度、咀嚼性、彈性等。因此，對(duì)高粱的蒸煮熟化操作過(guò)程還有待進(jìn)一步的研究，應(yīng)在保持高粱食用品質(zhì)基礎(chǔ)上開(kāi)展速熟高粱食品研發(fā)，讓高粱食品逐漸走進(jìn)人們的生活。