加工精度对方便米饭理化性质的影响

杨 榕，吴建永，张水军，熊 勇，刘成梅，罗舜菁*

大米是世界一半人口的主粮，通常以精白米形式销售[1]，而精白米血糖指数较高，易造成血糖波动，不利于糖尿病和心脑血管疾病人群的健康[2]。不仅如此，片面追求精、细、白的大米加工方式还造成大量的粮食和能源浪费，已引起我国农业部高度重视。鉴于此，我国2018年新发布的大米标准GB/T1354-2018[3]首次对大米加工精度设置上限，引导和促进节粮减损。

加工精度（DOM，degree of milling）[4]是指大米糠层（皮层、糊粉层和胚）的去除程度，通常用去糠工序中米粒的质量损失（%）来表示。DOM 显著影响大米理化性质，包括营养成分[5]、蒸煮品质[6]、食用品质[7]、外观品质[8]、能量损耗[9]、糊化性质[10]和储藏性质[11]等。全谷物糙米保留了完整糠层（DOM=0%），富含膳食纤维、维生素、蛋白质和脂质等多种营养成分，对糖尿病、肥胖等慢性病有显著预防和抑制作用[12]，然而其食用品质差，未受消费者青睐[1]。提高DOM 可以显著提高大米蒸煮和食用品质[7]，而当DOM≥10%时，大米的糠层及其所富含的营养物质也随之除尽[13]。鉴于此，近年来我国农业部大力倡导粮食适度加工，要求尽可能地保留大米营养成分，同时保证较好的食用品质。

方便米饭是一种以大米为原料，短时间复水后即可食用的新型米制品[14]。目前，DOM 对方便米饭理化性质的影响尚未见报道。本文以籼米为原料，制备不同DOM（0%，3%，6%，9%和12%）的方便米饭，研究DOM 对方便米饭复水性质（水分含量和水分分布）、形态特征（长宽比、延长率和体积膨胀率）、颜色（L 值、b 值和ΔE 值）、质构（硬度和黏度）和微观结构的影响及规律，揭示方便米饭的最适大米DOM 范围，为我国粮食适度加工战略提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 原料

早籼糙米（江早361），水分含量13.2%，江西新龙粮油公司。

1.2 仪器与设备

TM 05 型碾米机，日本佐竹公司；MBYJ50EG 型美的电饭煲，美的集团有限公司；DIR631C 型远红外线加热炉，重庆雅马拓科技有限公司；MicroMR-25 型核磁共振成像分析仪，上海纽迈电子科技有限公司；SMZ 800 型体式显微镜，日本Nikon 公司；NS810 型色差仪，深圳三恩时科技有限公司；TA.TX2.plus 质构仪，英国Stable 公司；Quanta-200 型场发射电子扫描电镜，荷兰FEI 公司。

1.3 试验方法

1.3.1 方便米饭的制备 糙米经碾米机碾磨不同时间后制备成不同DOM（0%，3%，6%，9%和12%）的大米，DOM 用重量法[4]表征（公式1）。其中DOM 0%为糙米，DOM 12%为精白米。称取30 g不同DOM 米样，室温下浸泡30 min，在米水质量比1∶1.4 的条件下用电饭煲蒸煮20 min，保温10 min。将蒸煮后的米饭置于冷水中离散1 min，然后均匀平铺于筛网中，置于远红外线加热炉中干燥。干燥温度80 ℃，干燥时间1 h 40 min，得到不同DOM 的方便米饭，样品分别标记为DOM 0%、DOM 3%、DOM 6%、DOM 9%和DOM 12%，水分含量分别为8.50%，8.66%，8.69%，8.80%和8.65%。

1.3.2 复水性质的测定

1.3.2.1 水分含量的测定 称取一定量方便米饭置于5 倍质量的沸水中复水[15]。每隔30 s 取出样品，测定其水分含量，绘制样品水分含量随复水时间变化的关系曲线，曲线拐点记为最佳复水时间。

1.3.2.2 水分分布的测定 按照1.3.2.1 节中方法对方便米饭进行复水，每隔1 min 将样品取出，用吸水纸吸干米饭表面水分后装入核磁瓶中，置于核磁共振成像仪（MRI）中进行测定。采用SE 脉冲序列获得不同DOM 方便米饭的质子密度加权像。成像的主要参数为：主频SF=21 MHz，90°射频脉宽RFA1=8.0，重复采样时间TR=1 000 ms，回波时间TE=1.05 ms，设定层数为1，视域（FOV）设定为GA4=50，GA5=50，重复采样4 次，相位编码步数256 步。采集样品纵断面图像，获取方便米饭纵断面水分分布信息。

1.3.3 食用品质的测定

1.3.3.1 外观形态和颜色

1）采用体视显微镜观察复水前后方便米饭的外观形态。

2）用游标卡尺测定方便米饭的长度和宽度，延长率为复水后的米饭长度与复水前的米饭长度的比值，长宽比为复水后的方便米饭的长度和宽度的比值[16]。用排水法[17]测定方便米饭的体积，体积膨胀率为复水后的米饭体积与复水前的米饭体积的比值。

3）采用色差仪测定方便米饭复水后的色度值，其中，“L”表示亮度，“a”表示红-绿色，“b”表示黄-蓝色。总色差值（ΔE）用以下公式计算：

式中，ΔL、Δa 和Δb 分别为测试值与标准白板值的差值，L*=93.70，a*=0.07，b*=-3.39。

1.3.3.2 质构特性 参照Mohapatra 等[17]的方法，采用质构仪测定方便米饭的质构特性。取3 粒复水后的方便米饭，呈三角环状排列于测试平台上，用直径为26 mm 的圆柱形探头（P/36）对其进行两次下压测试（TPA），米饭形变程度设为90%，探头的测前、测中和测后速度分别设为0.5，0.5 和5 mm/s，由仪器软件分析计算方便米饭的硬度和黏度。

1.3.4 微观结构的测定 将复水后的方便米饭冻干，用刀片沿米粒中部、横轴方向施加压力，使其自然断裂。将样品横断面朝上，表面溅射镀金后用扫描电镜在17 kV 的加速电压下观察，得到放大倍数为35 倍和200 倍的米粒横断面图像。

1.4 数据处理

应用SPSS 17.0 软件分析试验数据，并采用单因素方差分析（Tukey's 检验）对均值进行两两比较，显著性水平设为0.05，试验结果用平均值±标准偏差表示。

2 结果与讨论

2.1 加工精度对方便米饭复水性质的影响

2.1.1 水分含量 快速复水是方便米饭所需的基本品质[18]。如图1所示，所有DOM 的方便米饭的水分含量随复水时间的增加而增加。糙米方便米饭（DOM 0%）的水分含量在复水6～7 min 后趋于稳定，表明其最佳复水时间在6～7 min 之间，其最终水分含量约为51%。其它DOM 方便米饭的水分含量在复水4～5 min 后便达到稳定，且最终介于60%和63%之间，表明DOM 3%～DOM 12%的方便米饭的复水速度显著高于糙米方便米饭。这可能是由于糙米含有完整皮层（图3a1、a2），阻挡水分渗透，阻碍方便米饭复水。Desikachar 等[19]和Tran 等[20]也发现，皮层是阻碍米粒吸水的首要因素。观察复水曲线可知，DOM 3%、DOM 6%、DOM 9%、DOM 12%的复水速度没有明显差别，表明当DOM≥3%时，方便米饭的复水速度已经接近精白米（DOM 12%）。这是因为大米糊粉层不会阻碍水分渗透，仅破坏部分皮层（图3b1、b2）即可为方便米饭提供足够的水分渗透通道[21]。

图1 加工精度对方便米饭复水过程中的水分含量的影响Fig.1 Effect of different degree of milling on the moisture content of instant rice during rehydration

2.1.2 水分分布 通过核磁共振成像可以更直观地观察方便米饭的水分分布信息（图2），越明亮的区域代表水分含量越高[22-23]。复水7 min 后，大部分糙米方便米饭（DOM 0%）的水分仍集中于米粒外围，中心部位能观察到较多的黑色像素（图2a7），表明即使达到最佳复水时间（6～7 min），糙米方便米饭也未能完全复水，这将会显著影响糙米方便米饭的食用品质。复水过程的前4 min，DOM 6%（图2c1～c4）、DOM 9%（图2d1～d4）和DOM 12%（图2e1～e4）的水分分布相似，且略高于DOM 3%（图2b1～b4），但当复水时间超过4 min后，DOM 3%～12%的水分分布图像相似，米饭中心部位明亮，黑色像素较少，水分分布较为均匀，表明方便米饭已充分复水（图2b5～b7、c5～c7、d5～d7、e5～e7）。以上结果显示，DOM 3%～6%的方便米饭在复水过程中的水分分布情况已经接近精白米（DOM 12%），与水分含量的结果一致。

图2 加工精度对方便米饭复水过程中的水分分布的影响Fig.2 Effect of degree of milling on the water distribution of instant rice during rehydration

2.2 加工精度对方便米饭食用品质的影响

2.2.1 外观形态和颜色 方便米饭的外观形态会影响消费者的可接受度[24]。如图3所示，复水前后，糙米方便米饭（图3a1，a2）的外形和颜色明显异于其它DOM 的方便米饭，其外层包裹着坚硬的皮层，呈棕黄色。复水前，随着DOM 的增加，方便米饭的颜色逐渐由黄变白（图3a1、b1、c1、d1、e1）。复水后，当DOM ≥6%时，方便米饭的外观形态与精白米（DOM 12%）接近（图3c2、d2、e2）。

图3 复水前后不同加工精度方便米饭的外观形态Fig.3 Appearance of instant rice with different degree of milling before and after rehydration

复水后方便米饭的形态特征，包括长宽比、延长率和体积膨胀率如表1所示。糙米方便米饭的长宽比、延长率和体积膨胀率最小。当DOM≥3%时，继续提高DOM 对方便米饭的长宽比、延长率和体积膨胀率无显著影响（P > 0.05）。Mohapatra等[25]研究发现，米饭长度和体积的增加与水分含量呈正相关。本文水分含量的结果（图1）表明，当DOM≥3%时，方便米饭的水分含量曲线与精白米方便米饭无明显差异，因此，当大米DOM≥3%，即可使方便米饭的形态特征和精白米方便米饭相似。

复水后方便米饭的颜色参数如表1所示，包括亮度值L、黄-蓝值b 和总色差值ΔE。糙米方便米饭的L 值（61.26）最低，其次为DOM 3%（69.48）。当DOM≥6%时，方便米饭的L 值与精白米方便米饭无显著差异（P>0.05）。糙米方便米饭的b 值（15.46）最高，显著高于DOM 3%（7.58）和DOM 6%～12%（5.50，4.15 和3.23）（P<0.05），而DOM 9%和DOM 12%之间的b 值无显著差异（P>0.05）。DOM 6%和DOM 9%的ΔE 值与精白米方便米饭（DOM 12%）无显著差异（P>0.05），分别为22.87，21.73 和21.27，表明当DOM≥6%时，方便米饭的整体色差值ΔE 与精白米方便米饭接近，该结果与体视显微镜的观察一致。

2.2.2 质构分析 质构是方便米饭最重要的食用品质之一[26]，尤其是硬度和黏度[27，28]。由表1可以看出，复水后方便米饭的硬度随着DOM 的增大而降低。糙米方便米饭的硬度最大（1 736 g），其次为DOM 3%（536 g）。当DOM≥6%时，方便米饭的硬度与精白米方便米饭无显著性差异（P<0.05），这是因为当DOM≥6%时，方便米饭的微观结构与精白米方便米饭相似（详见3.3 节）。方便米饭的黏度则随着DOM 的增大而增大。有报道指出，非淀粉成分（蛋白质、脂质等）会抑制淀粉颗粒的糊化和溶胀，从而降低米饭的黏度[6，29]。随着DOM 的增大，大米所含的蛋白质和脂质等营养成分的含量不断降低[6]，淀粉质胚乳暴露，使得米饭黏度增加。当DOM≥9%时，方便米饭的黏度接近精白米方便米饭。

表1 加工精度对复水后方便米饭的形态特征和质构的影响Table 1 Effect of degree of milling on the morphological characteristics and texture of instant rice after rehydration

2.3 加工精度对方便米饭微观结构的影响

图4显示了复水4 min 后方便米饭横断面的微观结构（图4a1～e1）。糙米方便米饭的外围包裹着一层糠层，中心部位为实心结构（图4a1），表明水分尚未进入米饭中心，米饭仍处于夹生状态。而其余DOM 方便米饭的中心部位均为多孔结构（图4b1～e1），表明水分已经渗透米饭中心。随着DOM的增加，孔洞结构变得致密而均匀（图4a2～e2）。当DOM≥6%时，孔洞数量和大小已经和精白米方便米饭相似（图4c2～e2）。该结果可以解释为何当DOM≥6%时，方便米饭的硬度与精白米方便米饭无显著差异。

图4 加工精度对复水后方便米饭微观结构的影响Fig.4 Effect of degree of milling on the microstructure of instant rice after rehydration

3 结论

随着大米DOM 的不断升高和糠层的不断除去，所制得的方便米饭的理化性质发生显著变化。当DOM≥3%时，方便米饭的复水速度、水分分布和形态特征（长宽比、延长率和体积膨胀）与精白米方便米饭（DOM 12%）相近。当DOM 升高至6%时，方便米饭的外观形态、总体颜色、硬度和微观结构也与精白米方便米饭相近。当DOM 达到9%时，方便米饭的黏度已经与精白米方便米饭无显著差异。由此可见，方便米饭的适宜DOM 范围为6%～9%。