双酶组合处理工艺对干燥方便米饭品质影响的研究

徐树来,金慧荣,张　静,王　丽,吴　阳,于　颖

(1.哈尔滨商业大学食品科学与工程省级重点实验室,黑龙江哈尔滨 150076;2.哈尔滨商业大学后勤总公司,黑龙江哈尔滨 150076)



双酶组合处理工艺对干燥方便米饭品质影响的研究

徐树来1,金慧荣1,张静1,王丽2,吴阳1,于颖1

(1.哈尔滨商业大学食品科学与工程省级重点实验室,黑龙江哈尔滨 150076;2.哈尔滨商业大学后勤总公司,黑龙江哈尔滨 150076)

本文对干燥方便米饭双酶组合糊化工艺进行了研究。系统研究了浸泡时间、浸泡温度、糊化时间、糊化温度以及碱性蛋白酶和β-淀粉酶的添加量对复水时间和复水效果的影响。通过酶的配方实验获得了复合酶制剂的最佳配比:碱性蛋白酶的浓度为2.66 g/L,β-淀粉酶浓度为0.15 g/L;通过正交实验获得了最佳的糊化工艺条件:利用最优配比酶液浸泡40 min,浸泡温度40 ℃,糊化时间45 min,糊化温度90 ℃。在此条件下获得较优品质的方便米饭:碱消值为6.83,复水时间为7 min,提高了方便米饭的食用品质。

方便米饭,工艺,双酶法,碱消值,复水时间

方便米饭是继方便面之后发展起来的另一种方便食品。它具有体积小、重量轻、携带食用方便、安全卫生、耐贮存、在野外环境下能够即食等优点[1],受到了越来越多的消费者的欢迎。国内外采用较多的加工方法为干燥法,干燥方便米饭含水率低(小于10%),故在常温下可长期贮藏,食用时仅须加沸水即可复原,设备投资相对较小;产品具有携带方便,保质期长,卫生经济等特点,很适宜学生、差旅人员、以及部队和现代家庭等人员和部门消费。但干燥方便米饭仍存在很多问题,如:复水时间长,回生现象严重,香气损失大等缺点[2]。本文采用双酶组合处理技术改善干燥方面米饭的复水性以提高产品的质量和食用性,取得了较为理想的效果。

1　材料与方法

1.1材料与设备

香满年牌东北大米市售;KOH溶液哈尔滨市新达化工厂;碱性蛋白酶(200000 U/g)、β-淀粉酶(100000 U/g)北京奥博星生物技术有限责任公司。

HZQ-F160A型高低温恒温振荡培养箱、DHG-9123A型电热恒温鼓风干燥箱、AE-50型分析天平上海一恒科学仪器有限公司;HH-4型数显恒温水浴锅上海浦东物理光学仪器厂;ALC-210.2型电子天平北京赛多利斯仪器系统有限公司;其他常规仪器设备哈尔滨商业大学食品科学与工程省级重点实验室。

1.2实验方法

1.2.1复水时间的测定复水时间是评价干燥方便米饭品质的重要指标,实验称取筛理过的成品50 g,放入100 mL烧杯中,按比例迅速加入煮沸开水(1∶1.3)加盖,直到米饭完全复水为止,记录时间,即为复水时间[3]。

1.2.2碱消值的测定碱消值与干燥方便米饭糊化度及内部质构相关[4],通过检测碱消值可以从另一个角度评价干燥方便米饭的品质。碱消值测定及评级方法如下[5]:每种样品中随机选取6粒饱满完整方便米饭粒置于平皿内,加入15.0 mL的1.70%氢氧化钾溶液。用玻璃棒将平皿内米粒排布均匀,加盖。将平皿平稳移至33±2 ℃的恒温箱内(移动平皿时应防止米粒移动),保温约23 h,再平稳地取出。逐粒观察米粒胚乳的分解情况,按表1进行分级记录。6粒方便米饭碱消值的平均数即为样品的碱消值。重复测定一次,二次测定结果的相对相差应小于0.5级。

表1　碱消值分级表

1.2.3评价方法单因素实验采用干燥方便米饭复水时间作为主要评价指标,以感官评价为辅的评价方法[6];酶试剂配比实验采用综合评价体系[7]:复水时间和碱消值的折算值各占20,产品感官检验占60的折算评价方法[8]。而感官检验方法为:以复水米饭的口感、完整性和无硬心的程度作为感官评价的评价指标,每个指标满分为20分,分为四个等级:较差(0～5);一般(5～10);较好(10～15);很好(15～20)[9]。综合平均值y具体计算公式为:

式中:y-综合评价值;J-碱消值;T-复水时间折算值;E-感官评价值。

注:1.碱消值以7分最高分对应20分,按比例折算分数;分数=20/7×碱消值。2.复水时间折合分数计算方法:以5 min对应最高分数20分,随时间增加分数依次递减,6 min对应19分,7 min对应18分,以此类推。

1.2.4单因素实验分别以浸泡时间、浸泡温度、糊化温度、糊化时间、碱性蛋白酶浓度、β-淀粉酶浓度为基本参数,研究不同参数条件对复水时间的影响。

1.2.4.1浸泡时间对复水时间的影响选取浸泡温度45 ℃,糊化温度80 ℃,糊化时间35 min,碱性蛋白酶浓度0.03 g/L,β-淀粉酶浓度为0.2 g/L,分别研究浸泡时间为20、30、40、50、60 min对复水时间的影响。重复3次实验。

1.2.4.2浸泡温度对复水时间的影响选取浸泡时间40 min,糊化温度80 ℃,糊化时间35 min,碱性蛋白酶浓度0.03 g/L,β-淀粉酶浓度为0.2 g/L,分别研究浸泡温度为20、30、40、50、60 ℃对复水时间的影响。重复3次实验。

1.2.4.3糊化时间对复水时间的影响选取浸泡时间40 min,浸泡温度45 ℃,糊化温度80 ℃,碱性蛋白酶浓度0.03 g/L,β-淀粉酶浓度为0.2 g/L,分别研究糊化时间为15、25、35、45、55 min对复水时间的影响。重复3次实验。

1.2.4.4糊化温度对复水时间的影响选取浸泡时间40 min,浸泡温度45 ℃,糊化时间35 min,碱性蛋白酶浓度0.03 g/L,β-淀粉酶浓度为0.2 g/L,分别研究糊化温度为60、70、80、90、100 ℃对复水时间的影响。重复3次实验。

1.2.4.5碱性蛋白酶添加量对复水时间的影响选取浸泡时间40 min,浸泡温度45 ℃,糊化时间35 min,糊化温度80 ℃,β-淀粉酶浓度为0.2 g/L,分别研究碱性蛋白酶浓度为0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 g/L对复水时间的影响。重复3次实验。

1.2.4.6β-淀粉酶添加量对复水时间的影响选取浸泡时间40 min,浸泡温度45 ℃,糊化时间35 min,糊化温度80 ℃,碱性蛋白酶浓度0.03 g/L,分别研究β-淀粉酶浓度为0.15、0.2、0.25、0.3、0.35 g/L对复水时间的影响。重复3次实验。

1.2.5复合酶制剂的配比实验本实验研究的复合酶溶液主要由碱性蛋白酶X1、β-淀粉酶X2、纯净水X3三种成分组成。根据单因素实验结果,要求碱性蛋白酶X1的含量不低于0.003%、β-淀粉酶X2的含量不低于0.015%、纯净水X3的含量不低于99.5%,通过配方实验确定使实验指标y最大的最优配比。

X1≥0.00003,X2≥0.00015,X3≥0.995,即a1=0.00003,a2=0.00015,a3=0.995

式(1)

式(2)

式(3)

选择{3,2}单纯型格子点设计,回归方程为三元二次方程[10],即:

y=b1z1+b2z2+b3z3+b12z1z2+b13z1z3+b23z2z3

通过式(1)～式(3)计算得出各组份所占比例,列于表2。

表2　酶制剂配比实验设计表

表3　正交实验因素水平编码

2　结果与分析

2.1单因素实验结果及分析

2.1.1浸泡时间对复水时间的影响结果如图1可知,浸泡时间越长,复水时间越短。这是因为浸泡时间的延长,米饭的吸水率增加。但浸泡时间过长,尽管对方便米饭复水时间的缩短效果有所改善,但会使米粒变软、易碎,营养成分流失,不易获得完整的饭粒,而且影响工业生产的生产效率,增加生产成本[11]。所以,最佳的浸泡时间在30～50 min。

图1　浸泡时间对复水时间的影响Fig.1　Influence of soaking time on rehydrate time

2.1.2浸泡温度对复水时间的影响结果大米一般含水12%左右,通过浸泡使生大米充分吸水,可以改善糊化效果。如大米吸水不足,则蒸煮过程中,大米蒸煮不透,影响米饭质量[12]。由图2可知,浸泡温度越高,复水时间越短。然而通过对实验结果的感官评价发现,当浸泡温度达到60 ℃时,糊化后的米饭较粘,且干燥后易碎,这是因为温度提高了吸水速率,但吸水过多,糊化后的米较粘且不完整,所以浸泡温度不易过高,应在30～50 ℃之间。

图2　浸泡温度对复水时间的影响Fig.2　Influence of soaking temperature on rehydrate time

2.1.3糊化时间对复水时间的影响结果由图3可知,糊化时间越长,复水时间越短[13]。然而通过对实验结果的感官评价发现,当糊化时间超过45 min时,糊化后的米饭较粘,当糊化时间达到55 min时,几乎没有完整的颗粒,所以糊化时间不易过长,应在25～45 min之间为宜。

图3　糊化时间对复水时间的影响Fig.3　Influence of gelatinization time on rehydrate time

2.1.4糊化温度对复水时间的影响结果由图4可知,糊化温度越高,复水时间越短,这是因为随着糊化温度的升高,糊化的效果越来越好,所以干燥后大米的复水效果也越来越好,复水时间也随之变短[14]。但当温度达到90 ℃时,复水时间不再缩短,所以为了节约能源和降低成本,糊化温度选择70～90 ℃。

图4　糊化温度对复水时间的影响Fig.4　Influence of gelatinization temperature on rehydrate time

2.1.5碱性蛋白酶添加量对复水时间的影响结果如图5可知,酶液浓度越高,复水时间越短,当酶液浓度达到0.05 g/L时,复水时间基本不再变化。这是由于随着加酶量的增加,释放的淀粉中直链淀粉的比例也随着增加,在储藏过程中易于老化,反而无助于方便米饭的复水特性及其品质提高[15-16]。所以碱性蛋白酶酶液的浓度应在0.03～0.05 g/L为宜。

图5　碱性蛋白酶浓度对复水时间的影响Fig.5　Influence of concentration of alkaline protease on rehydrate time

2.1.6β-淀粉酶添加量对复水时间的影响结果由图6可知,酶液浓度越高,复水时间越短,可见酶添加量的提高对缩短复水时间具有较显著的改善效果。这是因为大米淀粉中的直链淀粉在热水中较难形成粘稠胶状溶液,β-淀粉酶可以分解大米淀粉中的直链淀粉,防止老化[17]。但直连淀粉具有抗润胀性,酶过量会使其失去抗润胀性而吸水过多,造成米粒过粘,不易形成松散的米饭粒[18]。所以酶的添加量不易过高,应在0.2～0.3 g/L。

图6　β-淀粉酶浓度对复水时间的影响Fig.6　Influence of concentration of β-amylase on rehydrate time

2.2酶制剂配比实验的结果及分析

酶制剂配比实验的实验结果列于表4。

表4　酶制剂配比实验结果

将每号实验相关数据代入三元二次方程[7],求得:

b1=y1=55.3

b2=y2=71.8

b3=y3=44.7

y12=66.5

y13=79.1

y23=66.1

b12=4y12-(2y1+2y2)=11.8

b13=4y13-(2y1+2y3)=116.4

b23=4y23-(2y2+2y3)=31.4

求解获得实验指标y与变量之间的三元二次回归方程为:

y=55.3z1+71.8z2+44.7z3+11.8z1z2+116.4z1z3+31.4z2z3

利用Excel规划求解工具,根据上述回归方程的和有关约束条件,得到该回归方程z1=0.545533,z2=0,z3=0.454467时,指标值y取得最大值79.34123

由于:

z1=(X1-0.00003)/0.00482;

z2=(X2-0.00015)/0.00482;

z3=(X3-0.995)/0.00482。

所以当X1=0.00266,X2=0.00015,X3=0.9972时,评分最高,这时碱性蛋白酶、β-淀粉酶、纯净水的用量分别为0.266,0.015,99.72 g/L。从而确定了酶制剂的最佳配比。

2.3正交实验结果及分析

2.3.1以碱消值为指标的正交实验结果的分析通过正交实验L9(34)确定方便米饭糊化的最佳工艺条件,以碱消值为指标的实验结果及分析列于表5。

表5　以碱消值为指标的正交实验结果及极差分析

根据表5可知,以碱消值为指标时的因素主次依次为:糊化温度(D),糊化时间(C),浸泡时间(A),浸泡温度(B)或者为糊化温度(D),浸泡时间(A),糊化时间(C),浸泡温度(B)。最佳的工艺条件为:浸泡时间40 min,浸泡温度40 ℃,糊化时间45 min,糊化温度90 ℃。

2.3.2以复水时间为指标的正交实验结果的分析通过正交实验L9(34)确定方便米饭糊化的最佳工艺条件,以复水时间为指标的实验结果及分析列于表6。

根据表6可知,以复水时间为指标时的因素主次依次为:糊化温度(D),糊化时间(C),浸泡时间(A)浸泡温度(B)。最佳的工艺条件为:浸泡时间40 min,浸泡温度45 ℃,糊化时间45 min,糊化温度90 ℃。

表6　以复水时间为指标的正交实验结果及极差分析

2.3.3综合平衡法确定最佳工艺条件由上述分析可以看出不同指标所对应的优方案是不同的,可通过综合平衡法获得综合的最优方案[19]:

因素A:对于两个指标来说,都是以A2为最佳水平,所以选择A2。

因素B:对于第一个指标是B1较好,对于第二个指标是B2较好,对碱消值这一指标来说,B是较为主要的因素,而对于复水时间这一指标来说,B为处于末位的次要因素,所以根据B因素对于不同指标的重要程度,选取B1。

因素C:对于两个指标来说,都是以C3为最佳水平,所以选择C3。

因素D:对于两个指标来说,都是以D3为最佳水平,所以选择D3。

综合上述的分析:优方案为A2B1C3D3,即浸泡时间40 min,浸泡温度40 ℃,糊化时间45 min,糊化温度90 ℃。

2.3.4验证实验按照实验设计及分析原则[20],本实验需要做验证实验,以最终获得最佳工艺条件。根据2.3.3中所分析得出的最优方案以及2.2中所得酶的配比确定出最佳的工艺条件:碱性蛋白酶的浓度为2.66 g/L,β-淀粉酶浓度为0.15 g/L,浸泡时间40 min,浸泡温度40 ℃,糊化时间45 min,糊化温度90 ℃。在此条件下分别以复水时间和碱消值为指标进行验证实验,结果复水时间为7 min,而碱消值为6.83。在此最佳工艺条件下生产出的方便米饭复水效果好,复水时间短,米饭口感好,米粒较完整,基本无硬心,达到了预期的效果。

3　结论

通过单因素实验研究,确定了浸泡时间、浸泡温度、糊化时间、糊化温度以及碱性蛋白酶和β-淀粉酶的添加量参数范围。

通过酶的配方实验获得了复合酶制剂的最佳配比:碱性蛋白酶的浓度为2.66 g/L,β-淀粉酶浓度为0.15 g/L。

通过正交实验获得了最佳的糊化工艺条件:利用最优配比酶液浸泡40 min,浸泡温度40 ℃,糊化时间45 min,糊化温度90 ℃。在此条件下获得较优品质的方便米饭:碱消值为6.83,复水时间为7 min,提高了方便米饭的食用品质。

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Study on the quality of dried instant rice processed by double enzyme technology

XU Shu-lai1,JIN Hui-rong1,ZHANG Jing1,WANF Li2,WU Yang1,YU Ying1

(1.Heilongjiang Food Science and Engineering Key Lab,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,China;2.General Logistics Company,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,China)

In this paper,the gelatinization technology for the dried instant was studied by double enzyme method. The soaking time,soaking temperature,paste time,gelatinization temperature,the ratio and amount of the alkaline protease andβ-amylase solution on the effect of the rehydration time and rehydration effect were systematicly studied. The best ratio and the amount of composite enzyme solution were determined by the formula experiment:the concentration of alkaline protease was 2.66 g/L,the concentration ofβ-amylase was 0.15 g/L. The best paste condition was determined by orthogonal experiment:soaking in optimum enzyme solution was 40 min,soaking water temperature was 40 ℃,gelatinization time period was 45 min,gelatinization temperature was 90 ℃. The high quality instant rice can be obtained under this condition:the alkali spreading value was 6.83,the rehydrate time was 7 min,and the quality of instant rice was improved.

instant rice;technology;double enzyme method;alkali spreading value;rehydrate time

2016-01-14

徐树来(1966-)，男，博士，教授，研究方向：农产品加工，E-mail：xushulai@sina.com。

黑龙江省回国留学人员择优资项目“基于干燥方便米饭复水机理和品质改良的关键加工技术研究”。

TS210.1

B

1002-0306(2016)13-0221-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.036