高溫流化對黑米蒸煮品質(zhì)的改良效果

滕 菲 李永富 王 莉 史 鋒 陳正行

(江南大學(xué)食品學(xué)院；江南大學(xué)糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實驗室1,無錫 214122)(江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室2,無錫 214122)

高溫流化對黑米蒸煮品質(zhì)的改良效果

滕 菲1李永富1王 莉1史 鋒2陳正行1

(江南大學(xué)食品學(xué)院；江南大學(xué)糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實驗室1,無錫 214122)(江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室2,無錫 214122)

針對黑米蒸煮難、口感差、需提前浸泡的問題，采用高溫流化技術(shù)處理黑米，以改善黑米蒸煮品質(zhì)。研究了流化溫度、流化時間和進料速度對黑米蒸煮品質(zhì)的影響，通過單因素和正交試驗得到最優(yōu)工藝參數(shù)為流化溫度155 ℃，進料速度60 kg/h和流化時間60 s，并且影響黑米蒸煮品質(zhì)的主要因素是溫度。經(jīng)高溫流化處理后，黑米出現(xiàn)裂縫并伴隨糊化的產(chǎn)生，從而吸水通道被打開，黑米粉的糊化特性也得到改善，結(jié)果與原料相比，處理過的黑米在40 ℃水溫下浸泡200 min的吸水率為41.09%，增加了24%(P<0.05)；最佳蒸煮時間為22.83 min，縮短了4 min(P<0.05)；抗氧化活性沒有顯著變化(P>0.05)；黑米煮前不用浸泡，黑米飯的柔軟度、黏性和綜合評分顯著提高(P<0.05)。高溫流化顯著改善了黑米的蒸煮品質(zhì)。

黑米 高溫流化 蒸煮品質(zhì)

黑米是一種以糙米形式食用的有色稻米，可分為秈、粳2個亞種[1]。黑米營養(yǎng)豐富，含有高于精米2倍左右的B族維生素含量，鉀、鎂、鐵、鋅、錳等微量元素含量也遠高于精白米[2-3]。黑米種皮富含色素，色素中含有很多活性物質(zhì)，比如矢車菊-3-葡萄糖苷、錦葵素、天竺葵素-3，5-二葡萄糖苷等花色苷類，據(jù)研究，這些活性物質(zhì)有很強的抗氧化活性和清除自由基的能力，能夠預(yù)防和抑制血管性疾病和癌癥[4-7]。

在黑米的研究中，人們發(fā)現(xiàn)由于黑米外皮層結(jié)構(gòu)的緊密性和完整性，導(dǎo)致其不易糊化，與精米相比，黑米炊煮時間長，口味和口感差，難以消化和吸收，所以很難被消費者接受[8]。黑米皮層包括果皮、種皮、珠心層、糊粉層，其外層纖維素的排列比較緊密，阻礙水分的吸收，蒸煮過程中受熱，色素等物質(zhì)溶出，使之結(jié)構(gòu)更加緊密，致使水分不易滲入，所以黑米蒸煮時需提前浸泡10 h，如果直接蒸煮只是將黑米變軟，其結(jié)構(gòu)并未被破壞，導(dǎo)致營養(yǎng)成分大部分并未溶出[9]。

目前，關(guān)于解決黑米蒸煮問題的方法有粉碎再造粒、特輕碾制法、纖維素酶解等[10]。黑米的抗氧化物質(zhì)大部分集中在黑米皮上，粉碎再造粒和特輕碾制法得到的產(chǎn)品都破壞了黑米完整的結(jié)構(gòu)形狀，造成營養(yǎng)成分流失，從而影響黑米的抗氧化活性。而酶解的方法又不符合天然，綠色的消費觀念，且操作復(fù)雜，對蒸煮問題的改善效果也一般[10]。熱空氣干燥是一種成熟的谷物干燥技術(shù)，剛收獲的谷物水分含量很高，不易儲藏，在流化處理的過程中水分大量蒸發(fā)，儲藏穩(wěn)定性提高。研究發(fā)現(xiàn)高溫流化對谷物的蒸煮和食用品質(zhì)也有很大的影響[11]。干燥過程中產(chǎn)生水分梯度導(dǎo)致谷物內(nèi)部形成壓力，產(chǎn)生微縫[12]，這些微縫便成為水分進入谷物的內(nèi)部的通道，在蒸煮過程中使細胞內(nèi)的淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)等成分更容易溶出[13]，改善其蒸煮品質(zhì)，但是，如果處理條件不當(dāng)，便會造成處理過度而破壞黑米內(nèi)部結(jié)構(gòu)[12]。目前鮮有關(guān)于高溫流化處理黑米的研究。本試驗利用高溫流化處理黑米，并考察了流化溫度、進料速度、流化時間3個因素對蒸煮品質(zhì)的影響，通過單因素和正交試驗優(yōu)選出黑米最優(yōu)加工工藝，目的是得到既能改善黑米的蒸煮特性，又能保證黑米的營養(yǎng)價值的最佳工藝條件，提供一種有效可行的黑米食用品質(zhì)改良方法。

1 材料與儀器

1.1 材料

黑米：產(chǎn)地黑龍江，粳型，含水量14.7%。

1.2 儀器

高溫流化試驗臺為自制熱空氣流化干燥機，生產(chǎn)效率為45 kg/h，由50 000 kW燃燒器和流化室組成?？諝鉁囟?～360 ℃連續(xù)可調(diào)，熱空氣與物料接觸時間15～100 s連續(xù)可調(diào)，溫度數(shù)顯儀表環(huán)自控系統(tǒng)精度±3 ℃。

Q-2000型差式掃描量熱儀(DSC)：美國TA儀器公司；RVA 4500型黏度速測儀：澳大利亞Newport Scientific儀器公司；M5型酶標儀：美國Molecular Devices公司。

2 試驗方法

2.1 高溫流化處理

將黑米放入料斗內(nèi)，提前設(shè)定好處理溫度、進料速度、加熱時間、待溫度上升至試驗溫度時，開啟進料閥門，對黑米原料進行處理，處理得到的樣品作為試驗材料。

2.2 水分的測定

采用GB 5497—1985規(guī)定的方法。

2.3 吸水率的測定

參照 Turhan等[14]測定吸水率的方法，并作適當(dāng)改動。取2 g黑米放入50 mL離心管中，離心管中加入30 mL水，置于40 ℃水浴鍋中水浴，浸泡200 min。浸泡時間到達時，取出，用紗布擦拭表面水分后測質(zhì)量為m，吸水率=(m-2)/干基。

2.4 最佳蒸煮時間測定

參照 Mohapatra等[15]的方法，采用壓片法測定黑米的最佳蒸煮時間。取20 g黑米放入燒杯中，加入250 mL水，加熱至冒氣后，每隔30 s隨機取出3粒米，放入兩玻璃片中壓片，觀察米粒有無白芯。如果白芯消失即認為黑米已完全糊化，記錄時間。在此時間的基礎(chǔ)上再加上2 min，保證所有米粒已全部糊化，此時間即為最佳蒸煮時間。

2.5 淀粉糊化特性的測定(RVA)

利用黏度速測儀及TCW(Thermal Cycle for Windows)配套軟件，按 AACC(美國谷物化學(xué)家協(xié)會)操作規(guī)程 (1995 61—02)進行測定；含水量為14%時樣品量為3.00 g，蒸餾水 25.00 mL。測定程序如下：50 ℃保持 1 min， 以 12 ℃/min上升到 95 ℃ (3.75 min)， 95 ℃ 保持 3.5 min，以 12 ℃/min下降到50 ℃(3.75 min)， 50 ℃保持2 min。攪拌器在起始 10 s內(nèi)轉(zhuǎn)動速度為960 r/min，以后保持在160 r/min。

2.6 熱焓值的測定(DSC)

樣品預(yù)處理：黑米磨粉，過100目篩，稱取2.5 mg左右樣品，加入5 μL去離子水置于液壓不銹鋼坩堝中，用壓樣機密封。待水分平衡24 h，將坩堝放入DSC分析儀中測定。DSC分析儀以升溫速率10 ℃/min下測其糊化參數(shù)。

2.7 抗氧化活性的檢測方法

樣品制備方法：黑米抗氧化物質(zhì)粗提物的制備方法參考Tananuwong等[5]確定的方法，并作適當(dāng)改動。具體步驟為：黑米碾碎后過60目篩，稱取5 g黑米粉，加入40 mL丙酮水溶液(丙酮∶水=7∶3，V/V)，在32 ℃水浴搖床中提取4 h，然后1 250 g離心15 min，收集上清液，殘渣再用該方法提取1次?；旌?次上清液，定容至100 mL，-20 ℃避光保存，備用。

抗氧化活性的測定方法：ORAC法(Oxygen Radical Absorbance Capacity assay氧自由基吸收能力測定)。具體步驟為：準確量取25 μL粗提取液和150 μL熒光黃試劑，加入96孔板中，振蕩培養(yǎng)20 min，然后迅速加入25 μL AAPH溶液并混合均勻，在激發(fā)波長485 nm和發(fā)射波長538 nm處測定2 h內(nèi)熒光強度，每分鐘讀1次數(shù)據(jù)，繪制熒光衰減曲線，計算曲線下方面積；以水溶性生育酚(trolox)繪制標準曲線。

2.8 黑米飯的感官評定

采用GB/T 15682—2008規(guī)定的方法。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素試驗

本試驗處理工藝條件由流化溫度、進料速度和流化時間3個因素控制。在前期試驗的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)無法用單一指標來評價蒸煮品質(zhì)改良效果，需要用多個指標相結(jié)合才能進行有效評價，因此選用吸水率，最佳蒸煮時間、淀粉糊化特性和熱焓值作為蒸煮品質(zhì)改良評價指標體系。

3.1.1 流化溫度對黑米蒸煮品質(zhì)的影響

選擇的溫度梯度為140、150、160、170 ℃，進料速度為45 kg/h，流化時間為60 s。得到的黑米樣品含水量分別為11.23%、11.04%、9.97%、8.65%，處理溫度越高，黑米失水量越多。

圖1 不同溫度處理結(jié)果

由圖1a可知，與原料相比，4個處理溫度下的黑米吸水率隨著浸泡時間的延長都有明顯提高,并且隨著處理溫度的升高，吸水率逐漸增大，蒸煮時間逐漸縮短。高溫流化處理后黑米在浸泡時水分滲透的速度加快，從而加快蒸煮時黑米內(nèi)部淀粉糊化。有研究表明，吸水性增大有利于米飯硬度的減小[16]。但是，當(dāng)黑米的淀粉結(jié)構(gòu)受到嚴重破壞時，內(nèi)部致密聯(lián)結(jié)被破壞，此時黑米的吸水率同樣會大幅度增大，蒸煮時間縮短，可是煮后的黑米飯松散，無黏性，口感差[12]。所以并不能單獨依靠吸水率和蒸煮時間來確定加工條件，還需結(jié)合對淀粉的糊化特性的影響。由圖1b可知，經(jīng)140、150 ℃高溫流化處理后的黑米的RVA黏度曲線與原料沒有明顯的變化，其中峰值黏度(PV)略有下降，熱漿黏度(HV)和終值黏度(FV)略有上升，說明熱穩(wěn)定性提高[17]。黑米加熱過程中會形成淀粉-脂類復(fù)合物，阻礙淀粉顆粒吸水膨脹，使得PV下降，HV、FV增大[18]，但少量淀粉-脂類復(fù)合物的形成并不影響黑米的蒸煮，因為溫度超過100 ℃，復(fù)合物便會溶解[19]。但是，當(dāng)溫度達到160～170 ℃時，黑米的PV、HV、FV均大幅度降低，黏度特征值都明顯下降，說明該溫度已破壞了黑米粉顆粒結(jié)構(gòu)，處理過度。圖1a中熱焓值的變化用來反映樣品的糊化程度[20]。結(jié)合黏度曲線和熱焓值確定，當(dāng)處理溫度達到160 ℃時，糊化度增加28%以上，黑米蒸煮品質(zhì)嚴重下降。綜合分析發(fā)現(xiàn)，溫度達到160 ℃以上時，黑米顆粒結(jié)構(gòu)已受到嚴重破壞。因此，適宜的加工溫度為150 ℃。

3.1.2 進料速度對黑米蒸煮品質(zhì)的影響

選擇的進料速度梯度為15、45、75、125 kg/h，流化溫度為150 ℃，流化時間為60 s。得到的黑米樣品含水量分別為9.06%、10.04%、10.59%、10.81%，進料速度越小，黑米失水量越多。

圖2 不同進料速度處理結(jié)果

黑米進料速度越慢，說明流化機內(nèi)裝載量越少，黑米吸收的熱量越多。由圖2a可知，浸泡200 min時，4個條件下處理的黑米吸水率都在37%左右，相互之間差異不顯著(P<0.05)。15、45 kg/h條件下處理的黑米最佳蒸煮時間相比原料減少了約4 min；75、125 kg/h條件下處理的黑米最佳蒸煮時間相比原料減少了約2 min。15 kg/h條件下處理的黑米PV明顯下降，接近HV，當(dāng)PV與HV相差很小，煮出的米飯硬而黏性小，適口性差[21]，這說明處理過度 (圖2b)，該條件下黑米糊化所需能量降低程度最大，糊化度增加了22%。結(jié)合黏度曲線和熱焓值確定，當(dāng)糊化度增加22%以上時，黑米蒸煮品質(zhì)嚴重下降。對試驗結(jié)果進行綜合分析，得出較為適宜的進料速度是45 kg/h。

3.1.3 流化時間對黑米品質(zhì)的影響

選擇的流化時間梯度為30、40、60、120 s，流化溫度為150 ℃，進料速度為45 kg/h。得到的黑米樣品含水量分別為10.80%、10.11%、10.04%、9.77%，流化時間越長，黑米失水量越多。

圖3 不同加熱時間處理結(jié)果

由圖3a可知，浸泡200 min時，在30、40、60 s 3個條件下處理的黑米吸水率都在37%左右，相互之間差異不顯著(P<0.05)，120 s 條件處理的黑米吸水率最大，為39.68%。30、40 s條件下處理的黑米最佳蒸煮時間相比原料減少了約2 min；60、120 s條件下處理的黑米最佳蒸煮時間相比原料減少了約4 min。經(jīng)30、40、60 s 3個條件下處理的黑米熱穩(wěn)定性提高，120 s條件下處理的黑米PV下降尤其明顯，與HV相差很小(圖3b)，糊化度增加21%，說明已處理過度。結(jié)合黏度曲線和熱焓值確定，當(dāng)糊化度提高21%以上時，黑米蒸煮品質(zhì)嚴重下降。對試驗結(jié)果進行綜合分析，得出較為適宜的流化時間為60 s。

3.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上進一步進行正交試驗。選擇吸水率和最佳蒸煮時間作為蒸煮品質(zhì)的評價指標。選用L9(34)正交表對處理的工藝條件進行優(yōu)化，正交試驗因素和水平表及結(jié)果見表1和表2。

表1 正交試驗因素水平

表2 正交試驗結(jié)果

對所得吸水率的試驗結(jié)果進行極差和方差分析，結(jié)果見表3和表4。極差R的大小順序為A>B>C，即流化溫度>進料速度>流化處理時間，說明溫度對黑米吸水率的影響最大，流化時間影響最小。因素A對試驗結(jié)果影響顯著(P<0.05)，因素B、C對吸水率試驗結(jié)果的影響不顯著(P>0.05)。結(jié)合各因素，以吸水率為評價指標，得到最佳的加工工藝為A3B2C1，即流化溫度155 ℃，進料速度60 kg/h，流化時間60 s。

表3 吸水率極差分析

表4 吸水率方差分析

對所得最佳蒸煮時間的試驗結(jié)果進行極差和方差分析，結(jié)果見表5和表6。極差R的大小順序為流化溫度>進料速度>流化時間，說明流化溫度對黑米最佳蒸煮時間的影響最大，流化時間影響最小。因素A和因素B對試驗結(jié)果有顯著影響(P<0.05)，因素C對試驗結(jié)果無顯著影響(P>0.05)。結(jié)合各因素，以最佳蒸煮時間為評價指標，得到最佳的加工工藝為A3B1C1，即流化溫度155 ℃，進料速度45 kg/h，流化時間60 s。

表5 最佳蒸煮時間極差分析

表6 最佳蒸煮時間方差分析

3.3 最優(yōu)加工工藝的選取

黑米因其含有豐富營養(yǎng)成分和活性物質(zhì)而受到消費者青睞，所以在改善其蒸煮特性的同時，要盡可能避免大程度地破壞其營養(yǎng)成分和活性物質(zhì)，因此試驗測定了A3B2C1和A3B1C1加工條件下黑米的抗氧化活性，從中選擇最優(yōu)工藝。

試驗測得原料，A3B2C1和A3B1C1的抗氧化活性分別為277.44、279.64、269.11 μmol trolox/g。2種條件下處理的黑米抗氧化活性與原料無顯著差異(P>0.05)，這說明高溫流化沒有破壞黑米的活性物質(zhì)，不會影響黑米的營養(yǎng)價值。A3B2C1的抗氧化活性要高于A3B1C1，二者之間存在顯著差異(P<0.05)，因此最終選擇A3B2C1為最優(yōu)加工工藝。

3.4 黑米煮飯效果驗證

表7列出了原料黑米與高溫流化黑米的感官評定結(jié)果。參考 GB/T 15682—2008，從綜合評分中看出，原料黑米屬于差級別，而經(jīng)高溫流化處理的黑米屬于較好級別。黑米經(jīng)過高溫流化處理后，感官上與原料黑米呈顯著差異性，除氣味外，各項指標值均呈一定幅度的上升。其中，原料黑米蒸煮后開裂不明顯，米糠味濃，黏性差，口感硬，不易咀嚼，而高溫流化后的黑米飯則開裂程度提高很多，米飯的口感更加柔軟，黏性也提高很多，并且無明顯的米糠味。綜上所述，高溫流化可以有效地改善黑米飯的感官品質(zhì)，使黑米飯更加容易被人接受。

表7 感官評定結(jié)果

注：a、b表示同行標有不同字母者差異顯著(P<0.05)。

4 結(jié)論

黑米經(jīng)高溫流化處理吸水性能顯著提高，抗氧化活性無顯著變化，黑米的蒸煮品質(zhì)顯著改善，解決了黑米蒸煮難、口感差、糠味重、煮前需浸泡的難題。為了控制加工過度問題，處理后黑米的淀粉糊化特性曲線的特征峰不應(yīng)有顯著變化，淀粉糊化度增加不應(yīng)超過20%。吸水率、最佳蒸煮時間、淀粉糊化特性和熱焓值相結(jié)合可有效評價黑米蒸煮品質(zhì)改良效果。該研究結(jié)果顯示，最優(yōu)加工工藝為溫度155 ℃，進料速度60 kg/h，處理時間60 s，被處理的黑米吸水率提高了24%，最佳蒸煮時間縮短4 min，黑米飯開裂程度，柔軟度和黏性提高，米糠味減弱，有效改善了黑米的感官品質(zhì)，并且未破壞黑米活性成分。

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Effect of High Temperature Air Fluidization on Cooking Quality of Black Rice

Teng Fei1Li Yongfu1Wang Li1Shi Feng2Chen Zhengxing1

(School of Food Science and Technology, Jiangnan University；National Engineering Laboratory for Cereal Fermentation Technology, Jiangnan University1,Wuxi 214122)(State Key Laboratory of Science and Technology, Jiangnan University2,Wuxi 214122)

According to the facts that black rice was difficult to cook and bad taste, it needed to be soaked in advance, and high temperature air fluidization was used to process black rice improve the cooking quality. The effects of temperature, feeding rate, and heating time on cooking quality of black rice were studied. The result showed that optimal process conditions were temperature 155 ℃, feeding rate 60 kg/h, heating time 60 s determined through single factor and orthogonal experiments. Furthermore, temperature was the key factor that affected the cooking quality of black rice. After high temperature air fluidization treatment, fissures and gelatinization were generated on the interior of black rice, thus the water channel of black rice was formed and pasting properties of black rice flour were improved. Compared with raw materials, the water absorption of high temperature air fluidization treated black rice was 41.09% after soaking for 200 min, increased by 24%(P<0.05), and the optimal cooking time was 22.83 min, shortened by 4 min (P<0.05), and their antioxidant activities were not significantly different (P>0.05); softness, viscosity and comprehensive scores were significantly increased without soaking in advance (P<0.05).Thus, the high temperature air fluidization technology can effectively improve the cooking quality of black rice.

black rice, high temperature air fluidization, cooking quality

TS213.3

A

1003-0174(2017)10-0021-07

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201403063)

2016-09-13

滕菲, 女, 1990年出生，碩士, 食品工程

李永富, 男, 1969年出生，副教授, 全谷物營養(yǎng)