超聲-微波處理對米飯品質(zhì)的影響

姜倩倩，田耀旗，金征宇

（1.煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院，山東煙臺264000；2.江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江南無錫214122）

大米是世界上最重要的糧食作物之一，提供了世界人口能量需求的21%，在亞洲地區(qū)高達76%。近年來，大米制品的營養(yǎng)價值及市場價值已經(jīng)得到消費者和產(chǎn)品制造商的普遍認可，大米制品加工產(chǎn)業(yè)已經(jīng)卷入到全球工業(yè)中。目前米制品的加熱方式主要有傳統(tǒng)蒸煮加熱、擠壓自熟、焙烤糊化三種，其中傳統(tǒng)蒸煮加熱仍是最常用的方式，但生產(chǎn)的米飯制品品質(zhì)有缺陷且容易回生，嚴重影響其口感。微波技術(shù)表現(xiàn)出節(jié)省能源和時間、簡化操作程序，并具有提高加熱速率等優(yōu)點[1-3]，Ndife[4]曾報道過在微波加熱中，不同淀粉的糊化速度受到了影響。他還提出了一個定量模型用來描述小麥淀粉、玉米淀粉及大米淀粉在微波加熱中含水量與糊化速率的關(guān)系。超聲-微波協(xié)同加熱技術(shù)在微波技術(shù)的優(yōu)勢上有增加了超聲波的振動勻化作用[5]，是大米在加熱的過程中受熱更均勻，進一步節(jié)省加熱時間。但是目前尚無關(guān)于超聲-微波協(xié)同加熱對米制品加工的影響的研究。因此，本實驗擬采用粳米和糯米為研究對象，探討傳統(tǒng)加熱、微波加熱和超聲-微波協(xié)同加熱對米制品品質(zhì)特性的影響及其初步機理，旨在對大米制品的加工和品質(zhì)控制方面提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

粳米和糯米 浙江五芳齋農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司；淀粉葡糖苷酶（EC 3.2.1.3） 無錫賽得生物化工有限公司；其他試劑均為分析純。

超聲-微波協(xié)同萃取儀 微波頻率2450MHz，功率10～800W，超聲波頻率40kHz，功率50W上海新拓微波溶樣測試有限公司；TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀 英國SMS公司；Trace MS氣質(zhì)聯(lián)用儀 美國Finingan公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 米飯樣品的制備 本實驗中米飯加熱終點的標準是采用Desikachar和Subrahmanyan的平行玻璃板法進行判斷[6]。通過反復(fù)預(yù)實驗確定了粳米米飯和糯米米飯適宜的加熱工藝。具體步驟為：分別將粳米和糯米經(jīng)過蒸餾水淘洗、瀝水后按米水質(zhì)量比例3∶5加入蒸餾水，恒溫水浴鍋中保溫浸泡1h，再分別采用超聲-微波協(xié)同加熱、微波加熱、傳統(tǒng)蒸煮加熱使其完全煮熟。在微波加熱中，微波輸出功率固定為500W，粳米米飯和糯米米飯所需加熱時間分別是9min和6min；超聲-微波協(xié)同加熱中，微波輸出功率固定為500W，超聲波功率固定為50W，粳米米飯和糯米米飯所需加熱時間分別是8min和5min。每次平行實驗都采用相同的容器，以減少微波加熱的菱角效應(yīng)。傳統(tǒng)加熱是采用在電磁爐（500W）上，待水沸騰后放入裝有粳米和糯米的飯盒，進行加熱并計時。粳米和糯米米飯煮熟的時間分別為25min和22min。所有的米飯在加熱后都進行燜飯10min。

1.2.2 米飯感官品質(zhì)的評價 米飯樣品的感官評定具體過程為：按要求挑選10名品評人員組成品評小組，在事先不說明試樣情況下，將制備好的米飯樣品平均分入10個盤中，每人1盤進行品評，舍去誤差較大的值，以綜合評分的平均值作為評定結(jié)果。感官評分標準見表1。

表1 感官評分標準Table 1 The standard of sensory scoring

1.2.3 米飯質(zhì)構(gòu)的測定 采用P/36R型探針，在TPA測試模式下，每次選取3粒米飯平行放在探針正下方進行測試，測前速度是2.0mm/s，測后速度為0.5mm/s，測試速度為0.5mm/s，壓縮比例為70%，兩次壓縮的間隔時間為10s。每個樣品平行測定6次，最大值和最小值被舍去，取平均值。

1.2.4 米飯風(fēng)味測定 采用頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)（SPME/GC-MS）進行分析[7]，實驗數(shù)據(jù)處理由Xcalibur軟件系統(tǒng)完成，其中未知化合物經(jīng)計算機檢索。同時結(jié)合NIST質(zhì)譜庫和Wiley質(zhì)譜庫進行匹配分析定性[8]，相對定量采用峰面積歸一化法得出。

1.2.5 米飯淀粉消化性的測定 米飯體外淀粉消化性的測定是采用3，5-二硝基水楊酸（DNS）法。測定具體步驟為：稱取0.2g米飯，在研缽中輕輕研磨。用蒸餾水洗滌入50mL比色管中，再加入0.5mL的淀粉葡糖苷酶酶液，然后定容至25mL，放置于37℃的振蕩水浴鍋中，分別于10、20、30、40、50、60min后取上清液測定。取上清液1mL，分別加入0.2mL 1mol/L HCl，定容至25mL。搖勻過濾后取濾液0.5mL，加入1.5mL DNS試劑，沸水浴5min，快速冷卻后補加4mL蒸餾水，混勻靜置20min后，于波長540nm下測吸光度。實驗中的空白對照用蒸餾水代替，其他步驟同上。平行測定3次，結(jié)果采用Rivers等[9]的計算方法計算。

2 結(jié)果與討論

2.1 米飯感官品質(zhì)

超聲-微波協(xié)同加熱（UMSH）、微波加熱（MH）和傳統(tǒng)加熱（CH）的粳米米飯和糯米米飯的感官評定結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，UMSH和MH制備的粳米米飯的氣味、口感和滋味明顯優(yōu)于CH制備的米飯，并且UMSH的米飯色澤更均一；由于微波的快速加熱和超聲波的機械振蕩使得這兩種加熱方式制備的粳米米飯的形態(tài)略差于傳統(tǒng)加熱的樣品，但感官綜合得分明顯高于傳統(tǒng)加熱的樣品。這表明超聲-微波協(xié)同加熱和微波加熱的新鮮粳米米飯的食味品質(zhì)比傳統(tǒng)加熱的樣品好。與粳米米飯相比，UMSH、MH、CH處理對糯米米飯的氣味、色澤、滋味、形態(tài)、口感及綜合得分影響相對較小。

2.2 米飯質(zhì)構(gòu)性質(zhì)

超聲-微波協(xié)同加熱、微波加熱和傳統(tǒng)加熱的粳米米飯和糯米米飯的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)如圖1所示。從圖1中可以看出，與傳統(tǒng)加熱的樣品相比，微波加熱和超聲-微波協(xié)同加熱的粳米米飯硬度較小，但是糯米米飯對物理處理的敏感性較低。由于米飯的硬度與其含有的直鏈淀粉量及加熱方式的不同密切相關(guān)，在三種加熱方式中，質(zhì)熱傳遞的形式有本質(zhì)的區(qū)別。與常規(guī)熱傳導(dǎo)相比，微波加熱的速率和效率更高，淀粉在微波場中的糊化過程是不同步的[10]。在微波基礎(chǔ)上輔助超聲波的機械作用，可以提高體系加熱的均一性，但也對米飯內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定程度的破壞。結(jié)果表明，超聲-微波協(xié)同加熱和微波加熱的粳米米飯內(nèi)部淀粉顆粒結(jié)構(gòu)破壞程度更小。

表2 三種加熱方式制備的米飯感官評價Table 2 Sensory scoring of rice prepared by three heat treatments

圖1 三種加熱方式制備的米飯的硬度Fig.1 The hardness s of rice prepared by three heat treatments

2.3 米飯風(fēng)味分析

經(jīng)NIST質(zhì)譜庫和Wiley質(zhì)譜庫檢索并結(jié)合有關(guān)文獻，對超聲-微波協(xié)同加熱、微波加熱和傳統(tǒng)加熱的粳米米飯風(fēng)味物質(zhì)的鑒定及各種風(fēng)味物質(zhì)的相對百分含量如表3所示。從表3中可以看出，超聲-微波協(xié)同加熱、微波加熱的粳米米飯中主要風(fēng)味物質(zhì)（非烴類化合物）的相對百分含量比傳統(tǒng)加熱的樣品高。米飯的風(fēng)味物質(zhì)主要是中長鏈（C6～C14）的揮發(fā)性成分，主要是非烴類的物質(zhì)中醛類、醇類、醚類和酯類等成分[11-12]。其中米飯水果香由醛類賦予，米飯芳香和花香由醇類賦予，米飯水果香味由酯類賦予。結(jié)合上述感官評定的結(jié)果，也進一步驗證了超聲-微波協(xié)同加熱、微波加熱的粳米米飯香味比傳統(tǒng)加熱的樣品香味更濃郁。

表3 三種加熱方式制備的粳米米飯中各類風(fēng)味化合物的相對質(zhì)量分數(shù)（%）Table 3 Relative mass fraction of flavor compounds in normal rice prepared by three heat treatments（%）

2.4 米飯的淀粉消化性

粳米米飯和糯米米飯的體外淀粉消化過程如圖2和圖3所示，從圖2和圖3中可以看出，隨著消化時間的延長，米飯中淀粉的酶解程度逐漸增大，在酶解的前30min內(nèi)淀粉的消化速率增加最快。這是由于在米飯淀粉酶解消化過程中，葡萄糖含量逐漸上升。在酶解初期，米飯結(jié)構(gòu)較松散，淀粉分子很容易被切斷成較小的分子，酶解速度較快；但是隨著淀粉鏈的逐漸變短，酶作用底物的結(jié)合點也相應(yīng)減少，從而使得酶解速度減小。對于粳米米飯而言，與傳統(tǒng)加熱的樣品相比，超聲-微波協(xié)同加熱和微波加熱的米飯體外淀粉消化速率較慢且酶解終點葡萄糖含量較少。但是UMSH、MH、CH制備的糯米米飯體外淀粉消化趨勢差異不明顯。這表明在物理輻射下，不同品種的米飯發(fā)生性質(zhì)變化的敏感程度與其含有的直鏈淀粉含量密切相關(guān)。

圖2 粳米米飯的體外淀粉消化過程Fig.2 In vitro starch hydrolysis process of normal rice

圖3 糯米米飯的體外淀粉消化過程Fig.3 In vitro starch hydrolysis process of waxy rice

3 結(jié)論

3.1 與傳統(tǒng)加熱相比，超聲-微波協(xié)同加熱和微波加熱可以一定程度上提高粳米米飯的綜合品質(zhì)特性，但對糯米米飯影響并不顯著。

3.2 本研究中兩種新型加熱方式在米制品加工生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景，尤其是對改善粳米制品品質(zhì)以及降低制品的餐后血糖生成指數(shù)方面具有深遠的意義。但是加熱方式造成的大米中淀粉顆粒變化及蛋白質(zhì)、脂類的作用深度機理還有待進一步研究。

[1] Sumnu G. A review on microwave baking of foods[J].International Journal of Food Science and Technology，2001，36：111-127.

[2] Daglioglu O，Tasan M，Tuncel B. Effects of microwave and conventional baking on the oxidative stability and fatty acid composition of puff pastry[J].Journal of the American Oil Chemists Society，2000，77：543-545.

[3] Lewandowicz G，F(xiàn)ornal J，Walkowski A. Effect of microwave radiation on potato and tapioca starches[J].Carbohydrate Polymers，1997，34：213-220.

[4] Ndife M，Sumnu G，Bayindirli L. Differential scanning calorimetry determination of gelatinization rates in different starches due to microwave heating[J]. Lebensmittel Wissenschaft and Technologie，1998，31：484-488.

[5] 彭松，王紅娟，彭峰. 溫和條件下微波超聲協(xié)同作用對纖維素酸解的研究[J]. 化工新型材，2009，37（5）：64-68.

[6] Desikachar H，Subrahmanyan V. The formation of cracks in rice during wetting and its effect on the cooking characteristics of the cereal[J]. Cereal Chemistry，1961，38：356-364.

[7] Zeng Zhi，Zhang Han，Zhang Tao，et al. Analysis of flavor volatiles of glutinous rice during cooking by combined gas chromatography-mass spectrometry with modified headspace solid-phase microextraction method[J]. Journal of Food Composition and Analysis，2009，22（4）：347-353.

[8] Vandendool H，Kratz PD. A generalization of the retention index system including linear temperature programmed gasliquid partition chromatography[J]. J Chromatog，1963，8（11）：463-471.

[9] Rivers BD，Gracheck JS，Woodford CL，et al. Limitations of the DNS assay for reducing sugars from saccharified lignocellulosics[J]. Biotechnology and Bioengineering，1984，26：800-802.

[10] Palav T，Seetharaman K. Mechanism of starch gelatinization and polymer leaching during microwave heating[J]. Carbohydrate Polymers，2006，65：364-370.

[11] Zeng Zhi，Zhang Han，Chen Jie Yu，et al. Flavor volatiles of rice during cooking analyzed by modified headspace SPME/GCMS[J]. Cereal Chemistry，2008，85（2）：140-145.

[12] Zeng Zhi，Zhang Han，Chen Jie Yu，et al. Direct extraction of volatiles of rice during cooking using solid -phase microextraction[J]. Cereal Chemistry，2007，84（5）：423-427.