紅外預(yù)處理改善糙米品質(zhì)的研究

金 建，馬海樂，*，閆景坤，涂海峰，吳 平，曲文娟

（1.江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇省農(nóng)產(chǎn)品物理加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇鎮(zhèn)江212013；2.中央儲(chǔ)備糧上海閔行直屬庫，上海200241）

紅外預(yù)處理改善糙米品質(zhì)的研究

金 建1，馬海樂1，*，閆景坤1，涂海峰2，吳 平1，曲文娟1

（1.江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇省農(nóng)產(chǎn)品物理加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇鎮(zhèn)江212013；2.中央儲(chǔ)備糧上海閔行直屬庫，上海200241）

利用紅外輻射對(duì)糙米進(jìn)行預(yù)處理，考察了糙米初始水分含量、紅外輻射距離和處理時(shí)間對(duì)糙米品質(zhì)的影響，同時(shí)，采用掃描電鏡觀察處理前后糙米的表觀形貌。在糙米初始水分含量15%，紅外輻射距離20cm和處理時(shí)間5min時(shí)，糙米的殘余脂肪酶活為69.8%，相對(duì)過氧化氫酶活為70.8%，脂肪酸值降低9.5mg KOH/100g糙米。經(jīng)紅外輻射處理后，糙米的表面形成小孔，內(nèi)部淀粉顆粒棱角消失。結(jié)果表明：紅外預(yù)處理能夠穩(wěn)定糙米脂肪酶酶活。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為提高糙米安全儲(chǔ)藏周期與改善其蒸煮特性提供理論基礎(chǔ)。

糙米，紅外輻射，殘余脂肪酶酶活，脂肪酸值，蒸煮特性

糙米是指脫殼后仍保留著外層組織的稻米，其含有豐富的營養(yǎng)素和多種精米所缺乏的天然生物活性物質(zhì)如γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、γ-谷維醇、神經(jīng)酰胺[1-2]。研究表明，糙米有防治糖尿病、抗癌等功效[3-7]，美國FDA已將其列為全谷物健康食品，倡議直接食用[1]。但是，由于糙米中含有較高含量的脂類，易在脂肪酶和微生物的作用下發(fā)生酸敗[8]、耐儲(chǔ)藏性差，限制了糙米營養(yǎng)價(jià)值的開發(fā)和利用。此外，由于糙米透水性差，使得蒸煮性差、質(zhì)地堅(jiān)硬、口感不佳，一般很少直接食用。目前，國內(nèi)外許多學(xué)者致力于穩(wěn)定糙米脂肪酶活的研究，先后有熱處理、有機(jī)溶劑提取、乙醇處理、油減壓加熱處理及過熱蒸汽處理等。然而，化學(xué)試劑的殘留、熱處理營養(yǎng)成分的損失等都會(huì)使糙米品質(zhì)受損[9-11]。紅外輻射加熱具有很強(qiáng)的選擇性加熱特點(diǎn)，被加熱物體的吸收率遠(yuǎn)大于周圍空氣，熱能均勻，有一定的穿透效應(yīng)，熱效應(yīng)和過程效率較高，且干燥時(shí)間短、處理效率高、較少能量消耗以及較高的產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)[12-17]，該技術(shù)已用于農(nóng)副產(chǎn)品的脫水干燥、酶的鈍化和稻谷殺蟲、防霉等。目前，紅外輻射用于穩(wěn)定糙米脂肪酶活的研究還未見報(bào)道。因此，本研究擬采用紅外輻射的方法處理糙米，分析糙米初始水分含量、紅外輻射距離和處理時(shí)間對(duì)糙米理化指標(biāo)和蒸煮特性的影響，獲得穩(wěn)定糙米脂肪酶活和改善蒸煮特性的最佳處理?xiàng)l件，以期能提高糙米安全儲(chǔ)藏周期，同時(shí)，為糙米營養(yǎng)價(jià)值的開發(fā)和利用提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮粳稻糙米 中儲(chǔ)糧上海閔行直屬庫，初始水分含量為13.6%±0.1%；橄欖油 歐麗薇蘭特級(jí)初榨；其他化學(xué)試劑 均為分析純，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

催化式紅外加熱器 堪薩斯催化工業(yè)集團(tuán)有限公司（圖1）；TM 350+紅外測(cè)溫儀 香港泰克曼電子儀器控股有限公司；Fz-4藥材調(diào)料高速粉碎機(jī) 溫嶺市百樂粉碎設(shè)備廠；101-3電熱恒溫干燥箱 金壇市醫(yī)療儀器廠；WFJ7200可見光分光光度計(jì) 尤尼柯上海儀器有限公司；BS224S分析天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；HH-S2數(shù)顯恒溫水浴箱 金壇市醫(yī)療儀器廠；Hitachi S-3400N掃描電子顯微鏡 日立高新技術(shù)國際貿(mào)易有限公司。

圖1 催化式紅外裝置示意圖Fig.1 Flameless gas infrared catalytic heater

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 紅外輻射預(yù)處理糙米 準(zhǔn)確稱取200g糙米（平鋪至托盤厚度為0.8cm），加水調(diào)質(zhì)至水分含量為13.6%～18.0%，保鮮膜密封，于4℃冰箱中靜置、平衡12h。打開紅外輻射裝置，待紅外輻射板溫度穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)紅外輻射距離10～30cm，處理3～7m in，用紅外測(cè)溫儀分析處理后糙米的表面溫度。待樣品冷至室溫后，一部分糙米用手提式粉碎機(jī)粉碎，并過CQ16篩（40目），篩下物用于理化指標(biāo)的測(cè)定；剩余整粒糙米用于蒸煮特性的測(cè)定。

1.2.2 理化指標(biāo)和蒸煮特性的測(cè)定

1.2.2.1 常規(guī)理化指標(biāo)分析 水分含量采用GB5497-1985中105℃恒重法測(cè)定。按照GB/T20569-2006分析處理前后糙米的脂肪酸值，脂肪酸值變化量定義為：

脂肪酸值變化量=處理后的糙米脂肪酸值-處理前的糙米脂肪酸值。

1.2.2.2 相對(duì)過氧化氫酶活的測(cè)定 按照GB/T5522-2008測(cè)定過氧化氫酶活，相對(duì)過氧化氫酶活定義為：

相對(duì)過氧化酶活（%）=處理后的糙米的過氧化酶活/處理前的糙米的過氧化酶活×100 式（1）

1.2.2.3 殘余脂肪酶活的測(cè)定 按照GB/T5523-2008測(cè)定脂肪酶活，殘余脂肪酶活定義為：

殘余脂肪酶活（%）=處理后的糙米的脂肪酶酶活/處理前的糙米的脂肪酶酶活×100 式（2）

1.2.2.4 碘藍(lán)值測(cè)定 處理前后糙米的碘藍(lán)值參照文獻(xiàn)[18]的方法。準(zhǔn)確稱取0.50g糙米粉50m L比色管中，加水25m L于40℃下振動(dòng)浸提1h，定容50m L，離心分離（3000r/m in，15m in），取上清液5m L，加入0.5m L KI-I2溶液、0.5m L 0.1mol/L HCl溶液，加水定容至50m L，靜置15m in后于620nm處測(cè)定吸光值，即為碘藍(lán)值，以吸光值與每克糙米（干基）的比值表示。

1.2.2.5 吸水量與可溶性固形物含量測(cè)定 參照文獻(xiàn)[19]的方法并稍作修改。稱取糙米1.50g置于試管中，用移液管加入15m L蒸餾水，加塞，置于80℃水浴中30m in。取出，準(zhǔn)確移取10m L湯汁于已知恒重的稱量瓶中，于130℃恒溫烘箱中烘干8h，冷卻、稱重，與稱量瓶的質(zhì)量差，即為可溶性固形物含量，以每100g糙米的溶出物質(zhì)量表示。倒出試管中的糙米粒，用濾紙吸干米粒表面水分，測(cè)定質(zhì)量，與烘干后的糙米質(zhì)量差為糙米的吸水量，以每克吸收的水分質(zhì)量表示。

1.2.3 掃描電鏡觀察 用小刀將糙米沿垂直于長軸的方向切成約2mm的剖面，分別用雙面膠將整粒糙米和剖片粘在樣品臺(tái)上，鍍上一層電鍍層，使用Hitachi S-3400N掃描電子顯微鏡在15kV的加速電壓下觀察樣品的表觀形貌。

2 結(jié)果與分析

2.1 初始水分含量對(duì)糙米品質(zhì)的影響

在紅外輻射距離為25cm，處理時(shí)間為3m in，糙米初始水分含量對(duì)其理化指標(biāo)和蒸煮特性的影響如表1所示。從表1中可以看出，糙米的初始水分含量越高，處理后糙米的水分含量越高，且糙米的表面溫度顯著升高（p＜0.05），可能是水分子與熱的共同作用結(jié)果。紅外處理后，糙米的脂肪酸值顯著降低（p＜0.05），可能是由于紅外使游離脂肪酸進(jìn)一步降解為醛、酮等物質(zhì)[20]，當(dāng)初始水分含量過高時(shí)，脂肪酸值反而有所升高。相對(duì)過氧化氫酶活隨初始水分含量的增高而顯著下降（p＜0.05），當(dāng)水分含量為18%時(shí)，相對(duì)過氧化氫酶活為60.9%，這是因?yàn)檫^氧化氫酶是熱敏性酶，水分含量越高，水分子受熱量的作用越明顯；但是，在糙米儲(chǔ)藏中，過氧化氫酶起到解除呼吸傷害的作用，使糙米一直處于“活米”狀態(tài)[21]。糙米初始水分含量為15%時(shí)，殘余脂肪酶活為83.8%，這表明紅外預(yù)處理能起到鈍化脂肪酶的作用；隨著水分含量的增加，殘余脂肪酶活呈上升趨勢(shì)，這與脂肪酸值變化量相一致。糙米水分含量為15%時(shí)，糙米的脂肪酸值顯著下降，在糙米脂肪酶活得到顯著（p＜0.05）穩(wěn)定的同時(shí)，能最大限度保持過氧化氫酶活。

表1 初始水分含量對(duì)糙米品質(zhì)的影響Table 1 The effects of initialwater contenton the quality of brown rice

碘藍(lán)值能間接反映出直鏈淀粉的含量高低。碘藍(lán)值越高，直鏈淀粉含量就越高，蒸煮特性越佳；碘藍(lán)值的變化是水分和淀粉在紅外輻射熱作用下的共同結(jié)果。另一方面，糙米的吸水量與可溶性固形物呈“互補(bǔ)”趨勢(shì)，紅外處理后，糙米的水分含量越高，吸水量就越低，即吸水量與可溶性固形物含量可能存在一個(gè)平衡點(diǎn)。當(dāng)糙米初始水分含量為15%時(shí)，蒸煮特性得到顯著性提高（p＜0.05）。

因此，綜合考慮各理化指標(biāo)和蒸煮特性的變化規(guī)律，選擇糙米的初始水分含量為15%。

2.2 紅外輻射距離對(duì)糙米品質(zhì)的影響

在糙米初始水分含量為15%，處理時(shí)間為3min，紅外輻射距離對(duì)糙米各理化指標(biāo)和蒸煮特性的影響如表2所示。可以看出，輻射距離越大，紅外處理后糙米的水分含量越高，這是因?yàn)榧t外輻射以熱輻射為主，其次是紅外線引起分子的擺動(dòng)而導(dǎo)致水分的散失。隨著紅外輻射距離的增加，脂肪酸值呈先減小后增加的趨勢(shì)，在距離為25cm時(shí)，脂肪酸值變化量達(dá)到最大值，與距離為20cm相比，不存在顯著性差異（p＜0.05）。脂肪酸值的這一變化規(guī)律可能是由于糙米中脂肪酸降解成小分子類物質(zhì)與熱量有關(guān)；另一方面，酯類物質(zhì)的水解會(huì)生成游離脂肪酸。在紅外輻射距離為20cm時(shí)，糙米的殘余脂肪酶活為76.8%，顯著低于其他條件下處理后的酶活（p＜0.05）。隨著紅外輻射距離的減小，過氧化氫酶活性喪失越高，輻射高度為10cm時(shí)，其相對(duì)酶活僅為44.5%，進(jìn)一步揭示過氧化氫酶是一種熱敏性的酶。糙米的碘藍(lán)值、吸水量和可溶性固形物含量變化趨勢(shì)一致，在一定范圍內(nèi)對(duì)糙米的蒸煮特性影響較小。因此，綜合考慮各理化指標(biāo)和蒸煮特性的變化規(guī)律，著重考慮酶活的穩(wěn)定情況，選擇紅外輻射距離20cm為宜。

2.3 紅外處理時(shí)間對(duì)糙米品質(zhì)的影響

在糙米初始水分含量為15%，紅外輻射距離為20cm，處理時(shí)間對(duì)糙米理化指標(biāo)和蒸煮特性的影響如表3所示。可以看出，在一定初始水分含量和輻射距離條件下，紅外處理時(shí)間越長，糙米的最終水分含量越低，3～4m in內(nèi)水分變化率較大，這是因?yàn)檫@段時(shí)間的水分梯度較大，傳質(zhì)推動(dòng)力大；輻射時(shí)間越長，糙米的表面溫度顯著升高（p＜0.05）。3～5m in的紅外處理能有效減少游離脂肪酸的含量；紅外處理時(shí)間越長，過氧化氫酶活和殘余脂肪酶的活性越低，但是，脂肪酶的活性下降速率比過氧化氫酶的要低得多，殘余脂肪酶活總比過氧化氫酶的高。同時(shí)，延長處理時(shí)間，糙米的色澤加深。

表2 紅外輻射距離對(duì)糙米品質(zhì)的影響Table 2 The effects of IR irradiation distances on the quality of brown rice

表3 處理時(shí)間對(duì)糙米品質(zhì)的影響Table 3 The effects of treatment time on the quality of brown rice

經(jīng)紅外處理后，糙米的碘藍(lán)值和可溶性固形物含量升高，這表明紅外處理有助于糙米可溶性直鏈淀粉的溶出，有助于水分向米粒內(nèi)部遷移，進(jìn)而能夠改善糙米的蒸煮特性。因此，選擇5m in為最佳處理時(shí)間。在此條件下，糙米的殘余脂肪酶活為69.8%，相對(duì)過氧化氫酶活為70.8%；糙米的蒸煮特性得到顯著性改善（p＜0.05）。

2.4 掃描電鏡觀察

圖2 處理前后糙米的表觀形貌Fig.2 SEM images of brown rice注：表面圖：a.對(duì)照組，b.紅外組；剖面圖：c.對(duì)照組，d.紅外組。

圖2為紅外輻射處理前后糙米的掃描電鏡圖。從圖2中可以看出，糙米表面有比較規(guī)整的紋理，經(jīng)遠(yuǎn)紅外處理后（圖2b），糙米表面的紋理得到破壞，形成了無數(shù)的小孔和細(xì)小的裂紋，蒸煮時(shí)，水分能夠遷移到糙米內(nèi)部，引起吸水率增高或者米湯中可溶性固形物含量升高；圖2c和d表明，糙米經(jīng)紅外處理后，內(nèi)部淀粉晶格的棱角明顯被破壞，變得比較圓滑，但是各顆粒能獨(dú)立存在，沒有晶格塌陷現(xiàn)象的發(fā)生，揭示了糙米具有很好的持水性。

3 結(jié)論

3.1 糙米的初始水分含量為15%，紅外輻射距離為20cm，處理時(shí)間為5m in的條件下，糙米的殘余脂肪酶活為69.8%，過氧化氫酶活為70.8%，脂肪酸值降低9.5mg KOH/100g糙米，紅外預(yù)處理穩(wěn)定了脂肪酶和過氧化氫酶的酶活，能夠?yàn)楸ＷC糙米的儲(chǔ)藏安全提供理論基礎(chǔ)。

3.2 經(jīng)紅外處理后，糙米的碘藍(lán)值和可溶性固形物含量升高，揭示紅外預(yù)處理能夠改善糙米的通透性，提高糙米的蒸煮特性。

3.3 通過掃描電鏡觀察，經(jīng)紅外處理后，糙米表面有小孔和細(xì)紋的形成，淀粉顆粒變得比較圓滑，進(jìn)一步表明紅外預(yù)處理能夠改善糙米的通透性，利于蒸煮特性的改善。

[1]向芳.糙米穩(wěn)定新技術(shù)的研究[D].無錫：江南大學(xué)，2011.

[2]李芳，朱永義.糙米中的功能性因子與糙米穩(wěn)定化[J].糧食與飼料工業(yè)，2003，4（6）：12-14.

[3]Li SC，Chou TC，Shih C K.Effects of brown rice，rice bran，and polished rice on colon carcinogenesis in rats[J].Food Research International，2011，44：209-216.

[4]Hudson A，Dinh A，Kokubun T，et al.Characterization of potentially chemopreventive phenols in extracts of brown rice that inhibit the growth of human breast and colon cancer cells[J]. Cancer Epidemiology，Biomarkers&Prevention，2000（9）：1163-1170.

[5]Larsson S C，Giovannucci E，Bergkvist L，et al.Whole grain consumption and risk of colorectal cancer：A population-based cohort of 60000 women[J].British Journal of Cancer，2005，92：1803-1807.

[6]Schatzkin A，Mouw T，Park Y，et al.Dietary fiber and wholegrain consumption in relation to colorectal cancer in the NIHAARP dietand health study[J].The American Journal of Clinical Nutrition，2007，85：1353-1360.

[7]Slattery M L，Curtin K P，Edwards S L，et al.Plant foods，fiber，and rectal cancer[J].The American Journal of Clinical Nutrition，2004，79：274-281.

[8]朱星曄.大米氣調(diào)儲(chǔ)藏保鮮品質(zhì)變化規(guī)律的研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[9]Kazuhito S，Yasushi T，Youichi Y.Effect of superheated steam treatment on enzymes related to lipid oxidation of brown rice[J].Food Science and Technology，2010，16（1）：93-97.

[10]Champagne E T，Hron R J，Abraham SG.Utilizing Et-OH to produce stabilized brown rice products[J].Journal of the American Oil Chemists’Society，1992，69（4）：205-208.

[11]Douglas L C.Thiamine，riboflavin，and sensory stability of irradiated brown rice[D].Louisiana：Louisiana State University，1996.

[12]Ronald W，Peter C，George M，et al.Method of processing food utilizing infrared radiation[P].United States Patent：5382441，1995-01-17.

[13]汪喜波，劉相東，楊德勇.紅外輻射在農(nóng)副產(chǎn)品加熱和干燥中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究，2003，7（3）：146-148.

[14]李樹君，林亞玲，潘忠禮.紅外技術(shù)用于農(nóng)產(chǎn)品滅酶和脫水干燥的研究綜述[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2008，39（6）：109-112.

[15]Zhu Y，Pan Z.Processing and quality characteristics ofapple slicesunder simultaneous infrared dry-blanching and dehydration with continuous heating[J].Journal of Food Engineering，2009，90：441-452.

[16]Khir R，Pan Z，Salim A，et al.Moisture diffusivity of rough rice under infrared radiation drying[J].LWT-Food Science andTechnology，2011，44：1126-1132.

[17]Pan Z，Khir R，Godfrey LD，etal.Feasibility of simultaneous rough rice drying and disinfestations by infrared radiation heating and rice milling quality[J].Journal of Food Engineering，2008，84：469-479.

[18]熊善柏，趙思明，李建林，等.米飯理化指標(biāo)與感官品質(zhì)的相關(guān)性研究[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，21（1）：83-87.

[19]Sirisoontaralak P，Noomhorm A.Changes in physicochemical and sensory-properties of irradiated rice during storage[J]. Journal of Stored Products Research，2007，43：282-289.

[20]楊振東.糙米儲(chǔ)藏過程中品質(zhì)變化研究進(jìn)展[J].糧食與油脂，2010（4）：1-3.

[21]王若蘭，田書普，譚永清.不同儲(chǔ)藏條件下糙米保鮮效果的研究[J].鄭州工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，22（2）：31-34.

Study on im provementof the quality of brown rice by infrared pretreatment

JIN Jian1，M A Hai-le1，*，YAN Jing-kun1，TU Hai-feng2，WU Ping1，QUW en-juan1

（1.School of Food and Biological Engineering，Jiangsu University，Jiangsu Provincial Key Lab of Physics Processing of Agri-products，Zhenjiang 212013，China；2.ShanghaiMinhang Depot，Central Grain Reserves，Shanghai200241，China）

The infrared（IR）p retreatmentwas used to investigate the quality of b rown rice（BR）.Various factors，such as the initial moisture content of BR，IR irradiation distance and treatment time on quality of BR were exam ined.Meanwhile，surface morphologies of BR before and after treatment were observed by scanning electronm icroscope（SEM）.The results showed that the residualof lipase activity and catalase activity of treated BR was 69.8%and 70.8%，respec tively，and the free fatty acid value was dec reased 9.5mg KOH/（100g BR）when the initialwater content of BR，IR irrad iation distance and treatment time was controlled at 15%，20cm，and 5m in，respec tively.In addition，the surface of treated BR formed many m icrospores，and the edges of starch granules disappeared.Therefore，these results revealed that IR p retreatment could not only stabilize the lipase enzyme activity of BR to ensure the safety storage，butalso im p rove the cooking quality of BR.

brown rice（BR）；IR p retreatment；residual lipase enzyme activity；fatty acid value；cooking quality

TS210.1

A

1002-0306（2014）18-0128-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.18.018

2014－01－03 *通訊聯(lián)系人

金建（1986-），男，碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品物理加工。

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201003077）；江蘇省國際科技合作計(jì)劃項(xiàng)目（BZ2012052）；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目；江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃（CXZZ12_0699）。