熱穩(wěn)定化過程中水分含量對(duì)大米物化性質(zhì)的影響

羅達(dá)文,劉成梅,李 俶,吳建永,李中強(qiáng),周國輝

(南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西南昌 330047)

熱穩(wěn)定化過程中水分含量對(duì)大米物化性質(zhì)的影響

羅達(dá)文,劉成梅,李 俶*,吳建永,李中強(qiáng),周國輝

(南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西南昌 330047)

本實(shí)驗(yàn)采用高壓蒸汽對(duì)糙米(0%碾減率)、輕碾米(5%碾減率)和精白米(10%碾減率)進(jìn)行脂肪酶鈍化處理,并考察熱處理過程中不同水分含量(15%和30%)對(duì)大米理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明:對(duì)于不同水分含量的大米,120℃條件下處理5min可以有效的鈍化大米中的脂肪酶。相對(duì)高水分大米而言,熱處理對(duì)低水分大米的顏色特征(白度、色度和總顏色變化)和質(zhì)構(gòu)特性(硬度和粘度)影響較小。這是由于在低水分含量下,熱處理對(duì)米粒中淀粉的微觀形貌和晶型組成影響較小。此外,對(duì)兩種不同水分大米經(jīng)過6個(gè)月儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),熱處理能夠有效地抑制大米在儲(chǔ)藏過程中脂肪酸含量和總飽和脂肪酸百分比的上升,從而延長了大米產(chǎn)品的貨架期。

大米,熱處理,質(zhì)構(gòu),顏色,儲(chǔ)藏

大米是世界一半人口的主糧,也是我國的主要糧食作物之一[1],我國每年存儲(chǔ)稻谷約500億公斤。大米作為一種糧食消費(fèi)品,其常規(guī)的加工工序包括礱谷和碾磨。大米加工時(shí)的碾磨程度(碾減率)能夠直接地影響到大米的營養(yǎng)、糊化、老化和質(zhì)構(gòu)等性質(zhì)[2-4]。此外,在礱谷和碾磨等加工過程中,大米自身含有的脂類物質(zhì)很容易與脂肪酶接觸,使得大米在儲(chǔ)藏過程中發(fā)生脂類物質(zhì)的水解和酸敗氧化,從而導(dǎo)致了大米品質(zhì)的顯著下降[5]。所以大米的碾磨程度也影響著大米儲(chǔ)藏性質(zhì)。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)(2006年),全世界每年約有15%～16%的稻米因收獲后儲(chǔ)藏或加工不當(dāng)而受到損失[6]。因此,如何解決這個(gè)難題成為越來越多學(xué)者探索的目標(biāo)。目前國內(nèi)外有許多關(guān)于大米穩(wěn)定化技術(shù)的研究,主要包括熱處理[7]、有機(jī)溶劑提取[8]、輻照處理[9]和微波處理[5]。其中熱處理具有簡單易實(shí)行、操作安全且無化學(xué)殘留的優(yōu)點(diǎn),運(yùn)用最為廣泛。

熱處理可分為干熱、濕熱、蒸汽、“浸泡-蒸煮-干燥”四種不同的方法,其原理都是利用熱使體系內(nèi)的脂肪酶鈍化。研究表明,不同的熱處理方式,對(duì)大米的外觀品質(zhì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響也不同。其中“浸泡-蒸煮-干燥”和濕熱處理會(huì)導(dǎo)致大米淀粉的糊化,并且濕熱處理的糙米表面會(huì)呈現(xiàn)淡黃色或琥珀色,而干熱和蒸汽則不會(huì)[10]。Derycke[11]等人研究表明,在濕熱處理過程中,水分和熱的協(xié)同作用會(huì)導(dǎo)致大米淀粉的糊化。Zavareze[12]則表明,在足夠低的水分下,淀粉可以在高溫(大于100℃)下不發(fā)生糊化。該結(jié)果表明:水分會(huì)影響大米熱處理后的外觀品質(zhì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。但是,有關(guān)不同水分熱處理對(duì)不同碾減率大米理化性質(zhì)及儲(chǔ)藏性質(zhì)的影響目前還未見報(bào)道。

本實(shí)驗(yàn)以不同碾減率大米,即糙米(保留100%糠層),輕碾米(保留50%糠層)和精白米(不保留糠層)為原料,考察不同水分含量熱處理對(duì)它們的顏色、質(zhì)構(gòu)、淀粉微觀結(jié)構(gòu)和晶型、以及儲(chǔ)藏性質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

晚秈米稻谷(外引7號(hào)) 中糧股份有限公司江西分公司提供;脂肪酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品(#463) NuChek-Prep公司。

JLGJ2.5型礱谷機(jī) 浙江展誠機(jī)械有限公司;TM05C型碾米機(jī) 佐竹機(jī)械(蘇州)有限公司;LDZX-50KBS立式壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫(yī)療器械廠;CR-10型色差計(jì) 日本Konica Minolta公司;TA XT-plus型質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable micro systems公司;Bede D1 HR型X衍射儀 英國Bede Scientific公司;Quanta-200型掃描電鏡 新西蘭FEI公司;安捷倫6890型氣相色譜儀 配備FID檢測器和CP-Sil88石英毛細(xì)管柱(100m ×0.25mm),上海安捷倫公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 制備不同碾減率大米樣品 一般認(rèn)為糠層約占糙米重量的10%。稻谷經(jīng)礱谷機(jī)脫殼得到糙米(保留100%糠層)。糙米經(jīng)碾米機(jī)碾磨去除5%的表層重量,得到輕碾米(保留50%糠層)。糙米經(jīng)碾磨去除表層10%的重量得到精白米(保留0%糠層)。

1.2.2 制備熱穩(wěn)定化大米樣品 將一部分糙米、輕碾米和精白米在恒溫恒濕箱(25℃,RH=90%)中平衡,平衡時(shí)間分別為30、15和10h,使米粒水分含量達(dá)到15%。將另一部分糙米、輕碾米和精白米在過量水中(25℃)浸泡,浸泡時(shí)間分別為140、50和30min,至水分含量達(dá)到30%。兩種水分含量的糙米、輕碾米和精白米都在120℃滅菌鍋中進(jìn)行脂肪酶鈍化處理,處理時(shí)間為5min然后在室溫下陰干至水分含量約為12%。得到熱穩(wěn)定化糙米、輕碾米和精白米。對(duì)照組為未處理的糙米、輕碾米和精白米。

1.2.3 脂肪酶活性測定 參考Lowry[13]和Dae Y. Kwon[14]等人的方法,脂肪酶水解三油酸甘油酯產(chǎn)生油酸,油酸經(jīng)異辛烷提取,與銅鹽乙酸-吡啶試劑顯色。在715nm波長處測量其吸光度,通過油酸標(biāo)準(zhǔn)曲線,計(jì)算出脂肪酶活性。

1.2.4 米粒顏色 用色差計(jì)測定米粒樣品的L*、a*和b*值。每樣平行測定6次。根據(jù)Bourtoom[15]和Lamberts等人[16]的方法計(jì)算白度、色度和總顏色變化。處理組的總顏色變化以對(duì)應(yīng)的對(duì)照組為參比。

1.2.5 米飯質(zhì)構(gòu) 參照Mohapatra[17]等人的方法,取三粒剛煮熟米飯樣品用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行TPA測試。采用P/36R探頭,米飯形變程度為90%。儀器軟件自動(dòng)計(jì)算出質(zhì)構(gòu)參數(shù),得到硬度(g)和粘度(g·s-1)值。每組樣品平行測定6次。

1.2.6 淀粉晶型測定 米樣經(jīng)碾磨過100目篩之后用X衍射儀測定淀粉晶型結(jié)構(gòu),方法參照Nara等人[18]。掃描角度為5～40°,步長0.02°(2θ)每秒。淀粉晶型進(jìn)行單次測定。

1.2.7 米粒微觀結(jié)構(gòu) 用刀片在米粒腹部施加壓力,使米粒自然斷裂。斷裂面朝上噴金,隨后在20kV的加速電壓下用掃描電鏡觀察米粒淀粉層的微觀結(jié)構(gòu)。

1.2.8 脂肪酸含量 對(duì)照組、熱穩(wěn)定化大米樣品用自封袋密封,置于37℃條件下進(jìn)行180d儲(chǔ)藏。儲(chǔ)藏過程中樣品的脂肪酸含量變化用GB/T20569-2006測定[19]。每組樣品平行測定3次。

1.2.9 脂肪酸組成 在米樣的儲(chǔ)藏過程中,脂肪酸組成變化的參照范亞葦[20]等人的測定方法。簡而言之,將粉碎并過100目篩的米粉樣品用氯仿甲醇提取脂肪。得到的米樣脂肪用堿法進(jìn)行甲酯化。甲酯化的油樣進(jìn)行薄層層析純化,隨后用氣相進(jìn)行測定。根據(jù)測定結(jié)果計(jì)算總飽和脂肪酸和總不飽和脂肪酸的含量百分比。每組樣品平行測定3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用EXCEL 2010作數(shù)據(jù)分析,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,用SPSS19.0軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)做方差分析,用Origin 8.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱處理對(duì)大米脂肪酶活性的影響

研究發(fā)現(xiàn):隨著處理時(shí)間的增加,脂肪酶活性逐步降低(圖1)。高水分糙米在初期脂肪酶活性比低水分糙米下降速率快,但在5min之后,脂肪酶活性下降不明顯,兩種糙米之間并無明顯差異,因此確定本實(shí)驗(yàn)的熱處理時(shí)間是5min。

圖1 熱處理對(duì)大米脂肪酶活性的影響Fig.1 Effect of heat treatment on lipase

表1 熱處理對(duì)大米顏色特征和質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 1 Effect of heat treatment on colour and textural properties

NA:不存在分析值。2.2 熱處理對(duì)大米顏色特征的影響

表1為熱處理對(duì)大米顏色特征和質(zhì)構(gòu)特性的影響結(jié)果,從表1可以看出:無論是高水分大米還是低水分大米,熱處理均會(huì)降低大米白度,增加大米色度。然而,相對(duì)高水分大米而言,低水分大米的白度和色度更加接近對(duì)照組。以輕碾米為例,對(duì)照組、低水分組和高水分組的白度分別為62.33、59.17和50.43,色度分別為16.62、18.01和21.24?？傤伾兓Y(jié)果也同樣顯示,無論碾減率高低,低水分大米經(jīng)過處理所后導(dǎo)致的米粒總顏色變化都要明顯小于高水分組。根據(jù)以上結(jié)果分析可以得到,低水分大米在熱處理過程中可以較好地保持大米原有的顏色特征。

2.3 熱處理對(duì)米質(zhì)構(gòu)特性的影響

如表1所示,熱處理過程中水分含量對(duì)大米質(zhì)構(gòu)特性有著顯著的影響。將各個(gè)碾減率的低水分組和高水分組與對(duì)應(yīng)的對(duì)照組比較可知,無論是高水分大米還是低水分大米,經(jīng)過熱處理后均會(huì)提高大米硬度,降低大米粘度。相對(duì)高水分大米而言,低水分大米經(jīng)過熱處理之后,其硬度和粘度值都更加接近對(duì)照組。以輕碾米為例,其對(duì)照組、低水分組和高水分組的硬度值分別為3839.21、4082.81和5481.25g,粘度值分別為167.64,147.64和32.16g·s-1。以上結(jié)果表明,低水分大米熱處理后可以較好地保持大米原有的質(zhì)構(gòu)特性。

2.4 不同水分含量大米熱處理對(duì)大米淀粉微觀結(jié)構(gòu)的影響

不同水分含量的輕碾米及精白米熱處理后淀粉在掃描電鏡下的微觀結(jié)構(gòu)如圖2所示。研究發(fā)現(xiàn),熱處理對(duì)輕碾米與精白米淀粉微觀結(jié)構(gòu)類似。在圖2A與圖2D(對(duì)照組)中,大米淀粉層由高度有序的淀粉顆粒和復(fù)合淀粉顆粒堆積而成。淀粉顆粒呈現(xiàn)不規(guī)則的多面體形狀。低水分含量大米熱處理后(圖2B與圖2E),淀粉顆粒發(fā)生部分溶解,但是淀粉顆粒的外形依然容易識(shí)別,表明淀粉僅發(fā)生部分糊化。而高水分含量大米熱處理之后(圖2C與圖2F),淀粉顆粒特征完全消失,整個(gè)淀粉層融合成均一的質(zhì)體,表明淀粉已經(jīng)完全糊化。此外經(jīng)過熱處理的大米內(nèi)部出現(xiàn)較明顯的裂痕,這可能是在熱處理過程中,大米表面的水分蒸發(fā)較快,大米形成了外干內(nèi)濕的濕度梯度,容易產(chǎn)生裂痕[21]。根據(jù)以上結(jié)果表明,低水分大米熱處理能夠有效抑制大米在熱處理過程中的糊化作用。

圖2 熱處理對(duì)輕碾米與精白米淀粉微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.2 Effect of heat treatment on microscopic structure of lightly milled rice and highly milled rice注:A:輕碾米對(duì)照組;B:低水分輕碾米熱處理;C:高水分輕碾米熱處理；D:精白米對(duì)照組;E:低水分精白米熱處理;F:高水分精白米熱處理。

2.5 不同水分含量大米熱處理對(duì)大米淀粉晶型的影響

不同水分含量的輕碾米熱處理后的淀粉晶型結(jié)構(gòu)如圖3所示。在圖3A(對(duì)照組)中,未處理的大米在15°和23°出現(xiàn)兩個(gè)明顯的單峰,在17°和18°出現(xiàn)并聯(lián)峰。Derycke[11]等人研究認(rèn)為,這些峰為大米A-型淀粉結(jié)晶的特征峰。表明未經(jīng)過處理的大米具有明顯的A-型結(jié)晶。如圖3B所示,低水分輕碾米經(jīng)熱處理之后,淀粉結(jié)晶特征峰的峰型和數(shù)量不變,但是強(qiáng)度顯著變小。這是由于淀粉天然的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生部分解體,從而導(dǎo)致A-型結(jié)晶峰強(qiáng)度降低,表明此時(shí)的淀粉已經(jīng)發(fā)生了部分糊化;驗(yàn)證了圖2B與圖2E中電鏡實(shí)驗(yàn),表明低水分含量大米在經(jīng)過熱處理后,能夠?qū)е麓竺椎矸鄄糠趾?。值得注意的?高水分輕碾米經(jīng)過熱處理之后,淀粉特征峰的峰型和數(shù)量均發(fā)生明顯變化。15°和23°峰消失,17°和18°的并聯(lián)峰轉(zhuǎn)變成17°微弱單峰,表明已經(jīng)形成了老化淀粉所具有的B-型結(jié)晶峰[11]。此外,高水分輕碾米熱處理后還新形成13°和20°兩個(gè)結(jié)晶峰,根據(jù)Derycke[11]的研究,認(rèn)為這兩個(gè)峰為直鏈淀粉-脂類復(fù)合物的特征峰,該結(jié)晶在淀粉糊化過程中容易形成。從而印證了微觀結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn),表明高水分含量大米在進(jìn)行熱處理后,可以導(dǎo)致大米淀粉完全糊化。此外,該結(jié)晶峰的熔點(diǎn)高于普通米飯的蒸煮溫度(100℃),因而增加米飯硬度[22]。以上結(jié)果表明,低水分大米熱處理可以有效抑制大米熱處理過程中淀粉晶型的變化,從而保留天然米飯所具有的大部分質(zhì)構(gòu)特性。

表2 熱處理對(duì)大米儲(chǔ)藏過程中脂肪酸組成的影響Table 2 Effect of heat treatment on composition of fatty acid of rice during storage

圖3 熱處理對(duì)輕碾米淀粉晶型結(jié)構(gòu)的影響Fig.3 Effect of heat treatment on crystal structure of lightly milled rice starch注:A:對(duì)照組;B:低水分輕碾米熱處理;C:高水分輕碾米熱處理。

2.6 熱處理對(duì)大米儲(chǔ)藏過程中脂肪酸含量影響

圖4 熱處理對(duì)大米儲(chǔ)藏過程中脂肪酸含量的影響Fig.4 Effect of heat treatment on free fatty acids content of rice during storage注:A:糙米;B:輕碾米;C:精白米。

熱處理對(duì)大米儲(chǔ)藏過程中脂肪酸含量的影響如圖4所示。從圖中可以看出:糙米、輕碾米和精白米的脂肪酸初始值略均低于對(duì)照組,可能是由于在熱環(huán)境中,脂肪酸發(fā)生了部分熱降解。在隨后的儲(chǔ)藏過程中,它們的脂肪酸含量曲線保持低位平穩(wěn)。顯示低水分含量和高水分含量的3種大米經(jīng)過熱處理后均能有效抑制脂肪酸上升。以輕碾米的第三個(gè)月為例,經(jīng)過處理的低水分樣品和高水分樣品的脂肪酸含量分別為75.38和85.29mg KOH/100g,遠(yuǎn)小于對(duì)照組的274.38mg KOH/100g。以上結(jié)果表明,低水分大米熱處理能夠顯著的抑制大米的脂肪酸含量上升,即抑制大米水解型酸敗。

2.7 熱處理對(duì)大米儲(chǔ)藏過程中脂肪酸組成的影響

不同水分含量的大米經(jīng)過熱處理后,在儲(chǔ)藏過程中脂肪酸組成如表2所示。從表中可以看出:經(jīng)熱處理之后,大米的總飽和脂肪酸和總不飽和脂肪酸在儲(chǔ)藏前后基本相同。以經(jīng)過熱處理的低水分輕碾米為例,儲(chǔ)藏前(第0d),其總飽和脂肪酸和總不飽和脂肪酸含量分別為22.32%和77.68%,儲(chǔ)藏后(第180d)它們分別為22.58%和77.42%。以上結(jié)果表明,低水分大米熱處理可以有效抑制大米在儲(chǔ)藏過程中的氧化型酸敗。

3 結(jié)論

不同水分含量的大米(糙米、輕碾米和精白米)在經(jīng)過熱處理后,均能有效的鈍化其中的脂肪酶活性。相對(duì)高水分含量大米而言,低水分含量大米在經(jīng)過熱處理后,其顏色特征(白度、色度和總顏色變化)和質(zhì)構(gòu)特性(硬度和粘度)變化較小。這可能是由于低水分熱處理對(duì)米粒中淀粉的微觀形貌和晶型組成影響較小,僅小部分淀粉發(fā)生了糊化作用;而高水分大米處理后,其淀粉顆粒已經(jīng)完全發(fā)生了糊化。此外,儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)表明,低水分含量大米和高水分含量大米一樣,熱處理都可以有效抑制大米的脂肪酸上升(水解型酸敗)和總飽和脂肪酸百分比上升(氧化型酸敗),即能夠有效延長大米的貨架期。

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Effect of thermal stabilization on physical and chemical propertiesof rice with different moisture

LUO Da-wen,LIU Cheng-mei,LI Ti*,WU Jian-yong,LI Zhong-qiang,ZHOU Guo-hui

(State Key Laboratory of Food Science and Technology,Nanchang University,Nanchang 330047,China)

High-handed sterilization pan was used to inactivate lipase of brown rice(0% degree of milling),lightly milled rice(5% degree of milling)and highly milled rice(10% degree of milling)in this study,and the effect of thermal stabilization on physical and chemical properties of rice with different moisture(15% and 30%)was investigated. For different moisture rice,heat treatment could partially inactivated the lipase under the condition of 120℃ for 5min. Comparing with high-moisture heat treatment,low-moisture heat treatment showed much less influence on rice color characters(whiteness,chroma and total color difference)and texture characters(hardness and stickiness). It is because of low-moisture heat treatment exhibited mild effect on microstructure and diffraction pattern of starch in rice grain. In addition,through 6 months of storage experiment,heat treatment could effectively suppress the increasing of fatty acid content and saturated fatty acid percentage of rice. Heat treatment could effectively prolong the shelf life of rice.

rice;heat treatment;texture;color;storage

2014-09-17

羅達(dá)文(1988-),男,碩士研究生,研究方向:農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程。

*通訊作者:李俶(1971-)，女，博士，教授，研究方向：天然產(chǎn)物。

TS201.1

A

1002-0306(2015)13-0133-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.13.019