压力汽蒸温度对大米蒸煮特性与米饭食用品质的影响

周显青,李瑞乐,张玉荣

河南工业大学 粮油食品学院,河南 郑州 450001

稻谷是全球主要的粮食作物之一,我国稻谷产量和消费量更是稳居高位,60%以上的居民以大米为主食[1]。随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快,对米饭食用品质的要求越来越高,同时对其制作品质也有了更高的要求,因此需要提升米饭的加工技术。

蒸谷米作为一种营养强化米,又被称为“半熟米”,是以稻谷或糙米为原料,经清理、浸泡、蒸煮、干燥、砻谷、碾米得到的一种大米产品[2]。相比于普通的精白米,蒸谷米具有营养价值高、出米率高、出饭率高、易消化、耐储存、蒸煮时间短、米糠出油率高等优点[3]。米饭的食用品质主要包括外观品质(亮度、白度和完整性)、适口性(硬度、黏着性和弹性等)和气味(挥发性物质)等[4-5]。周小理等[6]通过对比分析不同蒸煮工艺(高压蒸煮、电饭锅蒸煮、微波蒸煮和电蒸锅蒸煮)对米饭食味品质的影响发现,高压蒸煮米饭具有更高的吸水率、膨胀率和碘蓝值,米饭的硬度更低,黏弹性更大,感官评分较高和食用品质更好。高压汽蒸能减少米饭水分损失,更易于淀粉糊化,显著改善米饭的质构特性并形成更多的风味物质,提高其食用品质[7]。目前国内外有关于蒸煮方式对米饭食味品质的报道,但是关于压力汽蒸条件下温度对不同品种的米饭,尤其是对蒸谷米饭的食用品质的影响鲜有报道。

作者以普通大米和蒸谷米为原料,采用压力汽蒸蒸煮米饭,研究压力汽蒸温度对大米蒸煮特性及米饭食用品质的影响,为提升米饭加工制作技术提供理论和技术支持,为压力汽蒸在工业化生产米饭中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

粳米:哈尔滨农垦日日升米业有限公司;籼米:淮南市克坦米业有限公司;粳蒸谷米:安徽省蒸谷米食品科技有限公司;籼蒸谷米:梅州客来客往生态科技有限公司。

盐酸、硫酸、乙醇、石油醚、氢氧化钾、氢氧化钠、30%硫酸锌、15%亚铁氰化钾、硫酸铜、硫酸钾、麝香草酚蓝等试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

LDZH-60L立式高压蒸汽灭菌锅:上海申安医疗器械厂;WZZ-2B自动旋光仪:上海申光仪表有限公司;CNS-21008直链淀粉速测仪:长春长光思博光谱技术有限公司;KjeltecTM 8400凯氏定氮仪:福斯分析仪器公司;TA.TOUCH质构仪:上海保圣实业发展有限公司;MICGIA色差计:日本佐竹公司;D8 AdvanceX-射线衍射仪:德国布鲁克公司;Quanta250FEG扫描电子显微镜:美国FEI公司;MicroMR-CL-I变温型核磁共振食品农业成像分析仪:上海纽迈电子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 大米主要成分的测定

水分按照GB/T 5009.3—2016中直接干燥法测定;灰分按照GB 5009.4—2016中总灰分方法测定;总淀粉含量按照1%盐酸旋光法[8]测定;蛋白含量按GB 5009.5—2016中凯氏定氮法测定;粗脂肪含量按照GB 5009.6—2016中索氏抽提法测定;直链淀粉含量按照GB/T 15683—2008方法测定。

1.3.2 米饭制作

常压蒸煮:按照GB/T 15682—2008中制作小量米饭的方法。

压力汽蒸:按照GB/T 15682—2008对2种普通大米进行浸泡;粳蒸谷米浸泡温度30 ℃、水米比1.4 (g/g)、浸泡时间15 min;籼蒸谷米浸泡温度30 ℃、水米比1.7 (g/g)、浸泡时间25 min。浸泡完毕后放入高压灭菌锅内按照不同的汽蒸温度进行蒸煮。高压灭菌锅程序设定:加热→蒸制(不同的压力汽蒸温度:110、120、130 ℃)10 min→降压排气。样品放入灭菌锅中的初始温度控制为(27±2)℃,当达到设定压力汽蒸温度时停止升温,进入蒸制过程,蒸制结束后排气,排气结束后再焖制20 min,待温度降到90 ℃时打开灭菌锅,取出米饭。

1.3.3 大米的蒸煮品质测定

蒸煮品质参照周显青等[9]使用的方法测定样品的吸水率、体积膨胀率、米汤pH值、米汤固形物含量及米汤碘蓝值。

1.3.4 米饭品质指标的测定

(1)感官评价:普通米饭感官评价参照GB/T 15682—2008;蒸谷米饭的感官评价参照GB/T 15682—2008和周显青等[10]使用的标准并结合蒸谷米饭自身的特色稍加改动,评价标准见表1。

表1 蒸谷米饭感官评价标准

(2)外观色泽:参照徐丹萍[5]使用的方法,将米饭样品冷却1 h后用手持色差仪测定米饭色泽,记录L*(亮度)、a*(红绿度)、b*(黄蓝度)、W(白度)。

(3)质构特性(TPA):米饭取出后,为了排除环境温、湿度对米饭质构特性的影响,参考毛根武等[11]使用的方法并稍加修改。试验全程都通过空调温度设定、加湿器湿度设定和温湿度计实时监测,使实验室的温度维持在25 ℃左右,RH 45%左右,最后把米饭置于25 ℃、RH 45%的恒温恒湿箱里进行冷却。冷却1 h后,进行TPA测定,参照毕仕林[12]使用的方法并稍加修改。测定前先用500 g 秤砣压米饭表面15 s,目的是让米饭表面平整,内部松紧程度均匀,15 s后将盛有米饭饼的铝盒放到质构仪上进行测定。测定条件:球形TA/0.75 S探头,测前速度2.0 mm/s,测试速度1.0 mm/s,测后速度1.0 mm/s,压缩比例50%,感应力5.0 g。每个样品平行测定5次,去掉最大值和最小值后求平均值。

(4)微观形貌:参照徐丹萍[5]使用的方法并稍加修改,米饭做好后,4 ℃冷藏12 h后进行冷冻干燥,得到米饭样品。挑选形貌完整的米饭,置于扫描电子显微镜(SEM)样品台上进行喷金处理,观察米饭表面和纵截面的形态。

(5)结晶结构:把冻干的米饭样品磨粉并过100目筛,X射线衍射扫描条件:2θ扫描范围5°～45°、步长0.05°、扫描速度6°/min。

(6)水分结合状态:参照Cheng等[13]使用的方法,称取2.0 g米饭装入样品管中,放入核磁共振仪中进行测定。

1.4 数据处理

所有数据平行测定3次取平均值,采用SPSS 22进行显著性分析;采用Origin 2018制图。

2 结果与分析

2.1 大米的主要成分

由表2可知,4种大米的主要成分之间具有显著性差异。淀粉含量均是最高的,都在74%以上,其次是水分和蛋白含量,灰分和脂肪含量较低。粳米的直链淀粉含量高于籼米,应该是大米品种造成的,进而也使得粳米饭的黏着性较低。

表2 大米的主要成分

2.2 压力汽蒸温度对大米蒸煮特性的影响

由图1可知,随着压力汽蒸温度的升高,4种大米的吸水率和膨胀率均先升后降,表明相较于常压蒸煮(100 ℃),压力汽蒸可以显著提高大米的吸水能力和米饭的出饭率,这与前人的研究结果一致[14-15],但当温度过高时又会降低米粒的吸水力和膨胀程度,这是因为当温度和压力过高时,米粒结构破损严重,加快米中营养成分的流失[16],导致吸水率和膨胀率降低;米汤pH值、米汤碘蓝值和固形物含量均呈上升趋势,这是由于高压可以促进直链淀粉溶出,让更多的物质溶解在米汤中[17],进而使得米汤碘蓝值和固形物含量上升。研究表明米汤pH值越接近中性表明米饭食味品质越好,米汤碘蓝值和固形物含量与米饭的食用品质呈正相关[18],推测相比于常压蒸煮,压力汽蒸条件下4种米饭的食用品质较好。

注:(a)—(e)分别为压力汽蒸温度对大米吸水率、膨胀率、米汤pH值、米汤碘蓝值和固形物含量的影响。不同小写字母表示差异显著(P<0.05),图2、图3同。

2.3 压力汽蒸温度对米饭食用品质的影响

2.3.1 感官评价

由表3可以看出,相较于常压蒸煮,压力汽蒸蒸煮出的米饭感官评分较高。随着压力汽蒸温度的上升,4种米饭的外观结构得分均逐渐下降;蒸谷米饭的气味、滋味、冷饭质地和适口性得分均逐渐增加;普通米饭的气味、滋味、冷饭质地和适口性得分均先升后降。从总分上看,随着压力汽蒸温度的上升,蒸谷米饭的感官评分呈上升趋势,普通米饭的感官评分则先升后降,其中,粳蒸谷米饭和籼蒸谷米饭在130 ℃时评分最高,分别为90、88分,粳米饭和籼米饭则在120 ℃时评分最高,分别为89、90分。

表3 压力汽蒸温度对米饭感官评价的影响

2.3.2 米饭的外观品质

由图2可知,随着压力汽蒸温度的升高,4种米饭的L*和W均呈下降趋势,a*和b*均逐渐升高。结合感官评价中外观结构的评分可以看出,汽蒸温度升高使4种米饭变得越来越黯淡无光,亮度和白度降低,色泽逐渐加深变黄,外观结构得分也随之降低,均在130 ℃时达到最低分,其中粳蒸谷米饭的外观结构最低分为14分,籼蒸谷米饭为13分,粳米饭和籼米饭均为11分。米饭的外观变化与米饭外观品质的变化一致,汽蒸温度的升高使得米饭色泽明显加深,尤其是普通米饭在130 ℃时米饭颜色最黄。这是因为压力汽蒸会导致米饭发生美拉德反应,随着汽蒸温度和压力的上升,促进了美拉德反应,进而导致米饭颜色加深,这与徐丹萍的研究结果一致[5]。

注:(a)—(d)分别为压力汽蒸温度对米饭L*、a*、b*和W的影响。

2.3.3 米饭的质构特性

由图3可知,随着压力汽蒸温度的升高,4种米饭的硬度逐渐降低,黏着性、弹性、凝聚性及回复性均呈现上升趋势,咀嚼性则先上升后下降。米饭硬度的降低是因为高温高压可以促进水分扩散[17,19],提高米饭的糊化度,破坏米饭内部的结构,同时包裹在米饭表面支链淀粉浸出量的增加又提高了米饭黏着性[20-22];此外蒸煮温度越低,淀粉水解越慢,越不彻底[23]。结合感官评价中的适口性得分结果,可以发现相较于常压蒸煮,压力汽蒸能显著降低4种米饭的硬度,提高黏性和弹性,从而改变米饭的质构特性,提高适口性得分,改善食用品质,但温度过高又会导致普通米饭的适口性得分降低。其中粳蒸谷米饭和籼蒸谷米饭在130 ℃时适口性得分最高,分别为29、28分,此时2种蒸谷米饭的硬度最低,黏着性和弹性最大;粳米饭和籼米饭在120 ℃时适口性得分最高,分别为26、27分,此时2种普通米饭的硬度较低,黏着性和弹性较大。虽然130 ℃时普通米饭的硬度更低,黏着性更大,但低硬度和高黏性导致米饭软烂、粘牙、嚼劲不足、适口性得分降低。

注:(a)—(f)分别为压力汽蒸温度对米饭硬度、黏着性、弹性、凝聚性、咀嚼性和回复性的影响。

2.4 探究米饭质构特性的变化机制

在压力汽蒸条件下,米饭质构特性中的硬度降低,黏着性上升。而感官评价又证明蒸谷米饭在130 ℃时评分最高,普通米饭则在压力汽蒸温度为120 ℃时评分最高。因此为了解释为何相比于常压蒸煮,最佳压力汽蒸温度下的米饭食用品质较好,需从米饭的结晶结构、微观形貌和水分结合状态等角度探究籼米饭及籼蒸谷米饭质构特性变化机制。

2.4.1 结晶结构

2种米饭的XRD图谱见图4。大米在蒸煮过程中,大米直链淀粉能与脂质生成单螺旋状的淀粉-脂质复合物[24]。淀粉-脂质复合物一般有两种不同的形态,低温(<60 ℃)状态下,为Ⅰ型复合物,其晶体衍射图为无序状态;高温(>90 ℃)条件下为Ⅱ型复合物,具有明显的V型X射线衍射图谱[25]。一般V型的淀粉-脂质复合物是最为常见的,其特征衍射峰在 2θ为13°和20°附近,这种复合物需要更多的能量才能膨胀和糊化,且能抑制水分的扩散和淀粉粒的膨胀、溶解,阻碍淀粉的糊化[25]。

图4 常压和最佳压力汽蒸温度下米饭的XRD图

由图4可知,无论是籼蒸谷米饭还是籼米饭,常压蒸煮条件下,米饭的V型衍射峰较高,表明常压条件下,淀粉-脂质复合物含量较多。徐丹萍[5]的研究表明,随着蒸煮压力的增加,米饭的淀粉-脂类复合物逐渐减少,与本研究结果一致。因此,相较于常压蒸煮,最佳压力汽蒸温度下的米饭淀粉-脂质复合物含量更少,从而米饭有更高的糊化度[12],其质构特性中硬度更低,黏着性更高,这与质构指标结果一致。

2.4.2 微观形貌

通过SEM观察常压蒸煮和最佳压力汽蒸温度下米饭表面和内部(纵截面)的微观结构,如图5和图6所示。

图5 米饭表面的微观形貌

图6 米饭纵截面的微观形貌

由图5可以看出,无论是普通米饭还是蒸谷米饭,相较于常压蒸煮,最佳压力汽蒸温度下,米饭外表面结构破损程度更严重,产生更多、更大的孔洞,且糊化后的球形淀粉颗粒体积大于常压蒸煮米饭,表明米饭的淀粉糊化度增加[12]。

由图6可以看出,无论是普通米饭还是蒸谷米饭,常压蒸煮条件下,米饭拥有更加均匀致密的孔隙结构,而最佳压力汽蒸温度下,米饭内部的孔隙逐渐分散,结构破损严重,产生更多、更大的孔洞且分布不均匀。这可能是因为压力汽蒸条件下,米饭外表面的丝状物逐渐变大、破损,导致米饭产生更多更大的孔洞[26],加速水分的扩散,使得大米内部的淀粉更加容易浸出糊化,糊化淀粉的体积逐渐增加、结构逐渐被破坏消失,进而导致米饭硬度降低,黏着性增加[5],这与质构指标变化一致。

2.4.3 米饭的水分结合状态

低场核磁共振测得横向弛豫时间T2可以反映物体内部水分的结合状态,T2代表相态水的分子运动性,T2越大,水分子的运动性越强,越易流出损失。常压蒸煮和最佳压力汽蒸温度下米饭水分弛豫时间见表4。

表4 常压蒸煮和最佳压力汽蒸条件下米饭水分弛豫时间

由表4可以看出,相比于常压蒸煮,无论是籼米饭还是籼蒸谷米饭,最佳压力汽蒸温度下的米饭弛豫时间T21、T22、T23都高于常压蒸煮。且相较于常压蒸煮,最佳压力汽蒸温度下的米饭,水分受到的阻力更小,更易流动,米饭的淀粉-谷蛋白凝胶网络结构破损度更高[17],拥有更多更大的孔洞和网格,微观结构更加疏松散落。这与SEM结果一致,导致米饭具有更低的硬度和更高的黏性,这与前人的研究一致[5]。

3 结论

随着压力汽蒸温度的升高,4种大米的吸水率和膨胀率均先升后降;米汤pH值、米汤碘蓝值和固形物含量均呈上升趋势;4种米饭的L*和W呈现下降趋势,a*和b*均逐渐升高;米饭的硬度逐渐降低,黏着性、弹性、凝聚性及回复性均呈现上升趋势,咀嚼性则先升后降;蒸谷米饭的感官评分逐渐上升,普通米饭的感官评分则先升后降。其中,粳蒸谷米饭和籼蒸谷米饭在130 ℃时评分最高,分别为90、88分,粳米饭和籼米饭则在120 ℃时评分最高,分别为89、90分。

相比于常压蒸煮,最佳压力汽蒸温度下,籼米饭和籼蒸谷米饭的V型衍射峰较低,淀粉-脂质复合物含量更少;米饭外部结构和内部破损程度更严重,产生更多、更大的孔洞且分布不均匀;米饭弛豫时间T21、T22、T23都高于常压蒸煮,表明相较于常压蒸煮,最佳压力汽蒸温度下的米饭,水分受到的阻力更小,大米内部的淀粉更加容易浸出糊化,米饭的微观结构更加疏松散落,进而导致米饭具有更低的硬度和更高的黏性。

本试验探究了压力汽蒸温度对米饭食用品质的影响及其质构特性变化机制,而米饭的风味物质也是重要的食用品质,后续可以进一步研究压力汽蒸温度对米饭风味物质的影响。