紫外、微波处理对留胚米理化性质及储藏期的影响

(李 婷 江 蕾 田利亚 姜 蓓 吕庆云,2 丁文平,2陈 轩 陈 曦,2 王国珍,2 金刚强 任伟忠

(武汉轻工大学食品科学与工程学院1，武汉 430023)

(大宗粮油精深加工教育部重点实验室2，武汉 430023)

(衢州市库米赛诺粮食机械制造有限公司3，衢州 324000)

(喜地农业(武汉)有限公司4，武汉 430023)

留胚米也称胚芽米，是保留了全部或大部分米胚的大米，一般留胚率在80% 以上。留胚米具有精米的优质口感，同时营养价值高，是一种较理想的优质主粮[1]，具有广阔的市场前景。留胚米碾磨精度较低，有较高的热、湿敏性，在储藏过程中容易吸潮和酸败而变质。常温条件下保质期仅有30 d左右，而普通精米保质期为180 d[2]。因此，留胚米与精米相比，更难储藏。在储藏期间，留胚米会快速酸败变质。在储藏过程中，由于失去稻壳的保护，留胚米中的脂类在脂肪酶的作用下发生分解[3]，是导致留胚米储藏品质劣变的主要因素[4]。目前，微波和紫外照射处理技术在食品工业生产中得到广泛的应用。张玉荣等[5]报道选择合适的微波功率处理小麦胚芽可以钝化小麦胚芽脂肪酶活力；紫外照射处理也可有效降低留胚米中的脂肪酶活力[6]。在食品加工工业中，微波技术热穿透力强，加热均匀、速度快、营养物损失少、能耗小、调控方便，能较好地保持物料的色泽和营养成分[7]。紫外照射作为一种非电离辐射，具有安全、高效等特点[8]，它在照射物质时，只能作用于被照射物质的表面组织，因此不会在被照射物质体内积累放射性或化学药物，也不会改变物质的硬度[9]，在处理留胚米时，可根据需要综合考虑，选择适合的加工工艺。

本实验在姜蓓等[6]优化紫外照射处理留胚米工艺的基础上，与微波处理进行比较，对处理后留胚米中的糊化特性、结晶特性、米饭质构等理化性质进行了检测；另外采用食品储存期加速测试法(ASLT)，判断紫外、微波处理后的留胚米是否宜储藏，并对储藏期间2种工艺处理后的留胚米的脂肪酸值、米饭感官评价和糊化特性各项指标进行检测与比较，分析紫外照射处理与微波处理在对留胚米理化性质及储藏期影响方面的优缺点，为选择合适的留胚米处理工艺提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

留胚米(晚籼米，留胚率82%)，其他试剂均为分析纯。

1.2 实验设备

RVA快速黏度仪，TA-XT21物性测试仪，X-RD射线衍射仪，TU-1810PC型紫外可见光光度计。

1.3 方法

1.3.1. 实验设计

通过预实验选取最佳微波处理条件，将微波功率设为462 W，料层厚度为2 cm，将120 g初始含水量为13%留胚米在微波炉中处理20 s后取出。

参照姜蓓等[6]紫外照射处理留胚米的最佳条件，取120 g初始含水量为13%的留胚米均匀平铺在纱布上，铺料厚度为1 cm。放置在253.7 nm紫外灯下，紫外灯功率为40 W，样品与紫外灯之间的距离为4.5 cm，在紫外照射11.50 min后结束。

1.3.2 微波、紫外处理对留胚米理化性质的影响 1.3.2.1 留胚米糊化特性(RVA)的测定

参照GB/T 24852—2010《大米及米粉糊化特性测定快速黏度仪法》，用快速黏度分析仪测定留胚米粉的糊化性质。先将机器预热30 min后，程序初始温度设为25 ℃，称取(3.00±0.01) g(按12%湿基校正)留胚米粉，每个实验样品重复3次。

1.3.2.2 留胚米米饭质构特性的测定

取3粒达到熟化时间的米饭，冷却至室温后置于质构仪测试平台。采用两次压缩循环模式(TPA)进行测定。探头的测前、测中和测后速度分别为0.5、0.5、5 mm/s。选用圆柱形探头(P/45)，压缩程度为90%，触发值为5.0 g。每个样品重复测定10次。得到样品的硬度、黏度、咀嚼性和内聚性[10]。

1.3.2.3 留胚米X-RD晶体特性的测定

将留胚米样品粉碎后过300目筛，取少量粉末用X-RD射线衍射仪测定米粉的结晶特性。设置测定条件为：Cuka 辐射，管压40 kV，管流40 mA，扫描区域2θ为4°～40°，扫描速度4(°)/min。

1.3.3 紫外、微波处理留胚米的储藏期判断

1.3.3.1 ASLT实验设计

食品储藏加速测试法ASLT(Accelerated shelf-life testing)是一种有效、快速的预测食品储藏期的方法[11]。根据实验要求所采样品为同一批次所生产的留胚米，且样品采用真空包装形式，每袋包装100 g留胚米。将真空密封包装的留胚米放入恒温箱中，由于是真空包装，所以不考虑湿度，选取ASLT温度为35、45 ℃。由于实验中所采用的留胚米脂肪含量较高，温度引起的化学反应对留胚米质量起主要作用，所以在储藏条件45 ℃下所存储的留胚米每7 d进行一次检测，计算Q10的公式见式(1)。

(1)

Q10暂定为2，计算较低实验温度T2时每次测试之间的时间间隔f2的公式见式(2)。

f2=f1Q10T/10

(2)

式中：f1为最高实验温度T1时每次测试之间的时间间隔；T为(T1-T2) ℃。得到f2(35 ℃)约为14，即14 d测1次。确定好测试温度和不同温度下测定次数后，得到相应数据。θS为指定温度下的储藏期。对于任何不为10 ℃的温度差T，计算Q10的公式见式(3)。

(3)

商业储存温度一般为20 ℃，计算指定温度T1下的储藏期的公式，见式(4)。

θS(T1)=θS(T2)× Q10T/10

(4)

式中：θS(T2)为指定温度T2下的储藏期；T为T1与T2的温度差。得到正常存储条件下的储藏期。

1.3.3.2 留胚米脂肪酸值测定

留胚米样品粉碎后取约50 g，参考GB/T 15684—2015进行脂肪酸值测定。

1.3.3.3 留胚米饭感官评价

参考GB/T 15682—2008中的米饭感官评价评分标准和记录表(评分方法一)，制定留胚米饭感官评分表，按照评分表对留胚米饭样品进行感官评分。

1.3.3.4 储藏期糊化特性(RVA)测定

称取(3.00±0.01) g(按12%湿基校正)储藏期留胚米粉，按1.3.2.1测定方法检测储藏期留胚米的糊化特性。

1.3.4 数据分析

采用Microsoft Excel软件进行数据分析, 用Originpro8.5进行制图分析，用SPSS22中多样本均数比较(ANOVA)和LSD检验进行差异性显著分析(P<0.05)。测定结果均重复3次。图中的误差与标准差相对应。

2 结果与讨论

2.1 紫外和微波处理对留胚米理化性质的影响

2.1.1 留胚米糊化特性

糊化性质包括峰值黏度、最低黏度、崩解值、最终黏度、回生值以及糊化温度。其中崩解值越大、回生值越小代表留胚米的糊化特性越好，其蒸煮品质和食用品质也越好[12]。通过表2可知，微波处理后留胚米的最低黏度、最终黏度、回生值、糊化温度均显著升高，峰值黏度、崩解值均显著降低，这是因为微波处理时，留胚米温度升高，淀粉发生了部分糊化。与微波处理相比，紫外照射更好地保持了留胚米原有的糊化性质，峰值黏度、最低黏度、崩解值、最终黏度、回生值以及糊化温度都没有显著变化(P>0.05)，这也说明紫外照射对留胚米的蒸煮品质没有显著影响。

表1 处理前后的留胚米糊化特性测量结果对比

表2 留胚米饭质构测定

2.1.2 留胚米饭质构特性

留胚米的质构性质可以反映留胚米的食用品质，从表3可知，紫外处理和微波处理的留胚米硬度、弹性、内聚性、胶黏性、咀嚼性以及回复性与未处理的留胚米相比没有显著变化(P>0.05)，说明紫外、微波处理不会显著影响留胚米米饭的质构性质。Mohapatra等[13]的结果表明，米粒水分吸收率和体积膨胀率之间存在显著正相关的关系，因此水分吸收率的提高会造成体积膨胀率的提高，米饭质构因受到水分吸收的影响发生显著变化，由此可见紫外处理和微波处理没有显著影响到留胚米粒的水分吸收率。

表3 储藏温度35 ℃脂肪酸值的变化情况

2.1.3 留胚米X-RD结晶特性

X射线衍射(XRD)可判断淀粉的结晶类型，根据X射线衍射图谱衍射峰出现的位置不同可以将淀粉结晶类型分为A型、B型、C型以及V型[14]。将留胚米粉碎过300目筛后，进行检测。由图1可知，未处理、微波处理、紫外照射后的留胚米衍射角度(2θ)分别在15°、17°、18°、23°出现明显的衍射峰，普通稻米淀粉的结晶类型一般为A型[15]，这说明微波、紫外处理没有破坏留胚米的淀粉晶型结构，在处理前后均属于A型淀粉晶型结构。紫外照射留胚米温度在20～40 ℃，微波处理留胚米时留胚米的温度也在20～40 ℃[3]，超过60 ℃时留胚米淀粉结晶才由A型向无定型晶型转变[16]，因此紫外和微波处理时未使留胚米晶型发生变化。

图1 处理前后留胚米的X-射线衍射图

2.2 紫外处理留胚米储藏期判断

2.2.1 储藏期间脂肪酸值的变化

在储藏期对留胚米的脂肪酸值进行检测，按照GB/T 20569—2006《稻谷储存品质判定规则》，当脂肪酸值达到35 mg KOH/100 g干基时，认为其达到储藏期限。由表4可知，在35 ℃的温度下储藏留胚米，未处理的留胚米在储藏14 d时，脂肪酸值就已经超过该临界值，紫外照射的留胚米储藏到42 d时，脂肪酸值超过31.13 mg/100 g，与临界值相差甚小，因此根据需要减小取样的时间[17]。紫外照射和微波处理留胚米分别储藏到49、63 d时，脂肪酸值超过临界值。由表5可知，在45 ℃的温度下储藏时，未处理、微波处理、紫外照射的留胚米分别在储藏7、35、28 d时，脂肪酸值超过临界值。由此说明，留胚米通过微波处理和紫外处理均可延长留胚米的储藏期。

表4 储藏温度45 ℃脂肪酸值的变化情况

2.2.2 应用ASLT法预测留胚米的储藏期

根据表4和表5的结果，由公式Q10=在T温度下的储藏期/在(T+10)温度下的储藏期可以计算出留胚米的Q10，其未处理时Q10=14 d/7 d=2。由公式θS(T1)=θS(T2)×Q10T/10可以计算出商业储藏温度20 ℃时，留胚米的储藏期，其储藏期为14×21.5=39 d。同理可以计算出微波处理后留胚米的Q10=63d/35 d=1.8；其储藏期为63×1.81.5≈152 d；紫外照射后留胚米的Q10=49 d/28 d=1.75；其储藏期为49×1.751.5≈113 d。未处理的留胚米储藏期约为39 d，经过微波钝化留胚米的脂肪酶活性后，留胚米的储藏期可以延长到152 d；紫外处理可以将留胚米的储藏期延长到113 d，微波处理后留胚米储藏期比紫外处理后留胚米储藏期更长，在工业生产上2种处理工艺都可解决留胚米储藏期短的问题。

2.2.3 储藏期间留胚米饭感官评分的变化

留胚米饭的感官评价依据GB/T 15682—2008的评分标准，对米饭的气味、外观结构、适口性、滋味以及冷饭质地分值求和得到最终感官评价分值。这是评价米饭的食用品质的最直接方式。由图2可知，微波处理后的留胚米饭比未处理组和紫外照射组的口感要差，可能是因为微波处理留胚米时，已经使留胚米发生了轻微糊化，影响了留胚米饭的食用品质。但随着储藏时间的延长，未处理的留胚米感官评分变低，主要原因是留胚米中的脂肪在氧化水解，一些营养物质在发生变化。紫外照射不会影响留胚米天然的蒸煮品质。随着储藏时间的增加，紫外照射后的留胚米饭感官评分先缓慢下降，达到一定时间后，得分会急剧下降，其主要原因是留胚米在紫外照射钝化脂肪酶活性后，在开始时延缓了留胚米脂肪氧化水解酸败，使留胚米的食用品质保持较好的状态。微波处理的留胚米饭虽然初始口感差于未处理的和紫外照射的留胚米饭，但随着储藏时间的增加，其感官评分的变化趋于平缓，原因主要是微波处理使留胚米脂肪酶灭活率达到最大，最大程度地延缓了留胚米的酸败变质。

图2 储藏期间感官评分变化情况

2.2.4 储藏期间留胚米糊化特性的变化

崩解值是评估大米陈化的指标之一[18]。崩解值是指溶胀的淀粉颗粒在连续加热和剪切作用力下的稳定性，所以崩解值越大，说明留胚米的糊化特性就越好，食用品质也就越高。由图3可知，留胚米的崩解值均随储藏时间的增加而呈现先上升后下降的趋势，这与Fan等[19]报道一致，由于在储藏初期，淀粉与脂类等物质会形成较紧密的网状结构，随着氨基酸含量增加，淀粉颗粒表面的亲水作用逐渐增强，抗剪切力减弱，崩解值增大，而后期因为蛋白质的水解，使得淀粉羟基与蛋白质的正电荷发生的作用逐渐减弱，从而逐渐增强体系的抗剪切能力，因此淀粉颗粒膨胀力减小，崩解值呈现下降趋势。微波处理的留胚米与未处理的留胚米相比崩解值变化较大，微波处理改变了留胚米的糊化性质，是由于微波产生的热量导致留胚米稍微糊化。紫外照射相比于微波处理，有效地抑制了留胚米糊化性质的变化。

图3 不同储藏温度崩解值变化情况

3 结论

采用微波处理和紫外处理钝化留胚米的脂肪酶活性，不会改变留胚米的质构特性和淀粉结晶结构；紫外照射不会改变留胚米的糊化特性，但微波处理后留胚米的峰值黏度、糊化温度等糊化特性与未处理前有显著差异，说明在微波处理留胚米时，留胚米发生了部分糊化。未处理、微波处理、紫外处理留胚米储藏期分别约为39、152、113 d，微波处理在延长储藏期方面更具优势。在储藏过程中，微波处理会对留胚米的食用品质有一定的影响，在储藏早期能很好保持留胚米的口感，但后期不如微波处理口感好，未处理的留胚米在储藏一段时间后就会失去米饭的清香，滋味较差，适口性也较差。储藏期间留胚米的崩解值随着储藏时间的增加呈现先上升后下降的趋势，微波处理后的留胚米崩解值相比于未处理变化较大，紫外照射相比于微波处理，有效地抑制了留胚米的糊化性质的变化。