電飯煲烹飪參數(shù)對粳米飯適口性指標(biāo)的影響及相關(guān)性研究

楊雅靜 - 夏書芹 - 于靜洋 -

張曉鳴1ZHANG Xiao-ming1 房 振2FANG Zhen2 李 晶2LI Jing2 蘇 瑩2SU Ying2

粳米飯是中國人的主食之一，其適口性一直是科研人員和電飯煲制造商關(guān)注的重點(diǎn)。目前，粳米飯的適口性評價主要依賴于感官評價，此方法受評價員的主觀因素影響較大。隨著科技的發(fā)展與儀器的應(yīng)用，研究人員正借助各種物理化學(xué)的手段研究米飯的適口性，尋找感官評價與其它方法的相關(guān)性，以期進(jìn)行客觀準(zhǔn)確的評價。其中，質(zhì)構(gòu)特性和蒸煮特性與米飯的適口性指標(biāo)存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)[1-2][3]53-54，能夠客觀反映米飯質(zhì)地。然而，具體是哪些關(guān)鍵理化指標(biāo)能代表感官的適口性往往會因研究體系采用的米種、烹飪加工方式而異。

粳米飯的適口性除與粳米的品種、成分相關(guān)外，還與電飯煲的烹飪參數(shù)，尤其是烹飪過程中的吸水時間、加熱溫度和時間等因素有密切聯(lián)系。不同烹飪參數(shù)的電飯煲烹飪粳米飯的適口性存在較大差異，合理控制烹飪參數(shù)，可以顯著提升粳米飯品質(zhì)。烹飪溫度是造成米飯硬度、黏度差異的原因之一[4]。當(dāng)米飯?zhí)幱诟邷貭顟B(tài)時，水分能夠更快速地由表及里地擴(kuò)散，提高米飯的膨脹率[5-6]。但目前的報道主要通過主成分分析研究電飯煲烹飪參數(shù)與米飯品質(zhì)的相關(guān)性，忽略了多個烹飪參數(shù)之間的交互作用。

偏最小二乘回歸(PLSR)分析主要研究多因變量對多自變量的影響，能夠在樣品個數(shù)較少的前提下，分析隨機(jī)無規(guī)律、多變量間的相關(guān)性，得出關(guān)鍵貢獻(xiàn)性參數(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于食品科學(xué)領(lǐng)域[7-9]。因此，將PLSR分析運(yùn)用到電飯煲烹飪參數(shù)的研究中，有助于明確影響粳米飯適口性的關(guān)鍵貢獻(xiàn)性參數(shù)。

粳米飯的烹飪過程，是水分子與熱量的傳遞過程。米粒溫度升高的同時，水分也由外而內(nèi)進(jìn)入米粒內(nèi)部[10]。電飯煲烹飪參數(shù)會影響水分在米粒中的分布和存在狀態(tài)，進(jìn)而改變粳米飯的適口性[11]。通過核磁成像(MRI)實時觀察水分的分布和遷移[5]，有助于明確水分遷移對米飯適口性品質(zhì)的影響。

現(xiàn)有研究[12]表明，電飯煲烹飪過程中的烹飪參數(shù)與米飯的適口性品質(zhì)密切相關(guān)，但尚未明確烹飪參數(shù)如何影響米飯品質(zhì)，也未指出影響米飯品質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)。本研究擬以北大荒長粒香粳米為原料，采用美的電熱電器制造有限公司提供的電飯煲，采集8種典型的電飯煲加熱參數(shù)，從感官評價、質(zhì)構(gòu)特性和蒸煮特性三個方面，對比分析粳米飯適口性品質(zhì)的差異。利用PLSR分析，對質(zhì)構(gòu)特性和蒸煮特性與感官評價結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性和顯著性影響研究，確定評價粳米飯適口性的關(guān)鍵理化指標(biāo)；探索電飯煲烹飪不同階段的烹飪參數(shù)與粳米飯適口性的關(guān)系，明確影響米飯品質(zhì)的關(guān)鍵烹飪參數(shù)。同時，從水分遷移的角度進(jìn)一步揭示電飯煲烹飪過程中烹飪參數(shù)對粳米飯適口性品質(zhì)的影響，旨在為電飯煲烹飪粳米飯品質(zhì)的提升提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

葡萄糖、氫氧化鈉、無水乙醇、苯酚、亞硫酸鈉、酒石酸鉀鈉、碘化鉀、碘、鹽酸、乙酸：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

3，5-二硝基水楊酸(DNS)、三氯乙酸：化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

硫酸：優(yōu)級純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

北大荒長粒香米：黑龍江省北大荒米業(yè)集團(tuán)有限公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

冷凍高速離心機(jī)：Centrifuge 5810R型，德國Eppendorf公司；

質(zhì)構(gòu)儀：TA.XT Plus型，英國Stable Micro System公司；

循環(huán)式真空泵：SHZ-D型，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；

紫外可見分光光度計：A360型，上海翱藝儀器有限公司；

數(shù)顯式恒溫水浴鍋：HH-2型，常州榮華儀器制造有限公司；

溫度數(shù)據(jù)采集儀：MY44087196 34970A型，馬來西亞KEYSIGHT公司；

核磁共振儀：MicroMR20-030V-1型，上海紐邁電子科技有限公司；

電飯煲：佛山市順德區(qū)美的電熱電器制造有限公司。

1.2 分析方法

1.2.1 粳米飯的烹飪方法 準(zhǔn)確稱取(600.00±0.02) g粳米，按GB/T 15682—2008《稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評價方法》規(guī)定操作進(jìn)行洗米，并按照米∶水=1.0∶1.4(質(zhì)量比)進(jìn)行烹飪。

1.2.2 電飯煲烹飪參數(shù)的量化 將溫度探頭置于米飯的中間和鍋膽底部，用溫度數(shù)據(jù)采集儀自動采集溫度數(shù)據(jù)，得到8種典型烹飪曲線下米飯中央和鍋底的溫度變化曲線，見圖1。

圖1 烹飪過程中溫度變化示意圖Figure 1 Schematic diagram of the temperature change during cooking process

為便于分析溫度變化與粳米飯性質(zhì)間的關(guān)系，按圖1中所示方式，選取6個時間點(diǎn)(Ⅰ～Ⅵ)取樣，將烹飪過程分為5個階段，并量化溫度變化曲線得到如表1所示的9個烹飪參數(shù)。

1.2.3 適口性感官評價 基于GB/T 15682—2008《稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評價方法》，為保證每次感官評價標(biāo)準(zhǔn)的一致性，采用以曲線一烹飪的粳米飯為對照組。挑選10名不同地區(qū)并且感官靈敏的人員作為評價員，對采用不同烹飪參數(shù)烹飪的粳米飯進(jìn)行適口性感官評價，評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

1.2.4 質(zhì)構(gòu)特性的分析 將50 g米飯置于鋁皿中，均勻平鋪，取一只1 kg的砝碼作為按壓工具，將砝碼置于鋁皿中米飯中央5 s后取下，重復(fù)1次；使用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)(TPA)分析，選用探頭P1/S，設(shè)置測前速度1 mm/s、測試速度1 mm/s、測后速度2 mm/s和壓縮比50%。重復(fù)15～20次。

1.2.5 蒸煮特性的分析

(1) 吸水率的測定：采用重量法[5]。

(2) 膨脹率的測定：采用排水法[3]26。

表1 電飯煲烹飪米飯過程中的烹飪參數(shù)?Table 1 The processing parameters of electric cookerduring the rice cooking

?t1：預(yù)熱階段持續(xù)時間；T1：吸水階段的起始溫度；t2：吸水階段持續(xù)時間；T2：吸水階段的終了溫度；t3：升溫階段持續(xù)時間；V：升溫階段的升溫速率；T3：補(bǔ)炊的峰值溫度；t4：沸騰階段持續(xù)時間；t5：燜飯階段持續(xù)時間。

表2 粳米飯適口性感官評價Table 2 Sensorye valuation of palatability of cooked japonica rice

(3) 碘藍(lán)值的測定：采用吸光值法[3]43。

(4) 糊化度的測定：采用糖化酶法[13]。

1.2.6 低場核磁共振分析水分 利用CPMG脈沖序列測定不同烹飪時間點(diǎn)米粒樣品的自旋-自旋弛豫時間(T2)。采樣點(diǎn)數(shù)TD為89 980，重復(fù)掃描個數(shù)NS為18。掃描結(jié)束后，利用T2Fit軟件反演擬合出T2值分布及弛豫積分面積。根據(jù)各時間下的質(zhì)子密度計算相應(yīng)水所占的比例；將不同烹飪時間點(diǎn)的米粒置于裝滿油樣的液相進(jìn)樣瓶中，然后將進(jìn)樣瓶放入直徑15 mm的樣品管中，采用SE(spin echo)成像序列對樣品進(jìn)行質(zhì)子密度成像。重復(fù)時間TR=1 000 ms，反轉(zhuǎn)時間TI=20 ms，回波時間TE=10 ms，累加次數(shù)NS=8。

1.2.7 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)均測定3次平行，最終結(jié)果取平均值并做標(biāo)準(zhǔn)偏差，用Excel 2013進(jìn)行處理并繪制圖表；偏最小二乘回歸分析(PLSR)采用Unscramber 9.7軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 采用不同烹飪參數(shù)烹飪粳米飯適口性品質(zhì)差異

2.1.1 感官品質(zhì)分析 粳米飯的黏性、彈性和軟硬度3個感官指標(biāo)能較為全面地反映其適口性。為表征電飯煲不同烹飪參數(shù)烹飪粳米飯適口性的差異，將感官評價的結(jié)果繪制成雷達(dá)圖(圖2)。通過比較發(fā)現(xiàn)，各工藝曲線烹飪的米飯在彈性方面的差異尤為明顯，其中以采用曲線三烹飪的粳米飯的彈性最好，曲線一、二和六較差；黏性和軟硬度方面的差異相對較小。其中，采用曲線三烹飪的粳米飯評分最高，表明其質(zhì)地較好，而曲線一評分最低，對應(yīng)粳米飯的口感最差。

圖2 電飯煲不同烹飪參數(shù)烹飪粳米飯適口性的感官評價

Figure 2 Sensory evaluation of cooked japonica ricewith different processing parameters

2.1.2 質(zhì)構(gòu)特性分析 相比于受主觀因素影響較大的感官評價，質(zhì)構(gòu)儀通過模擬人口腔咀嚼過程，量化米飯硬度、彈性和耐咀嚼性等指標(biāo)，客觀地對粳米飯適口性品質(zhì)進(jìn)行評價。采用不同烹飪參數(shù)的電飯煲烹飪的粳米飯質(zhì)構(gòu)特性結(jié)果見表3。

通過比較發(fā)現(xiàn)，曲線一烹飪的米飯質(zhì)構(gòu)特性中硬度很大，但其在感官評分中軟硬度品質(zhì)較差，表明該粳米飯硬度過高。而曲線三、四和八烹飪的米飯硬度值較小，而感官評價中該項得分較高，表明其硬度值在適口范圍內(nèi)。采用不同曲線烹飪的粳米飯在黏著性和耐咀嚼性方面的差異較大，在彈性和凝聚性等方面數(shù)值較相似，但與感官評價結(jié)果并不一致。因此仍需進(jìn)一步分析確定與感官評價結(jié)果相關(guān)性較強(qiáng)的質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)。

2.1.3 蒸煮特性分析 蒸煮特性包括吸水率、膨脹率、碘藍(lán)值和糊化度，是粳米飯適口性品質(zhì)的重要方面。為全面表征粳米飯的適口性品質(zhì)，并剖析采用不同烹飪參數(shù)烹飪時的差異，測定粳米飯的蒸煮特性，結(jié)果見表4。

吸水率和膨脹率是反映米飯增值率的指標(biāo)，米粒受熱吸水，淀粉顆粒膨大，宏觀表現(xiàn)為膨脹率增大。吸水越多，吸水率和膨脹率越大；碘藍(lán)值和糊化度是反映烹飪過程中米粒淀粉糊化過程的參數(shù)，糊化度越高，則米粒內(nèi)淀粉糊化更加完全，粳米飯的黏性和彈性較好。相關(guān)研究[12]同樣表明，溶出的直鏈淀粉含量(碘藍(lán)值)越高，烹飪過程中吸水率和體積膨脹率較大。

表3 電飯煲不同烹飪參數(shù)烹飪粳米飯的質(zhì)構(gòu)特性?Table 3 Texture characteristics of cooked japonica rice with different processing parameters (n=3)

? 同列不同上標(biāo)字母表示有顯著性差異(P<0.05)。

表4 電飯煲不同烹飪參數(shù)烹飪粳米飯的蒸煮特性?Table 4 Cooking characteristics of cooked japonica rice with different processing parameters (n=3)

? 同列不同上標(biāo)字母表示有顯著性差異(P<0.05)。

由表4可知，采用曲線一和曲線三烹飪米飯的吸水率和膨脹率較低，其質(zhì)構(gòu)特性中硬度值較大，但感官評定中軟硬度得分相差很大，表明并非吸水率和膨脹率越大，粳米飯的軟硬度越好；對于糊化度較高的曲線三、四，其米粒的質(zhì)構(gòu)特性中硬度的數(shù)值相近，且在感官評定的結(jié)果中顯示黏性、彈性和軟硬度均較好，表明米飯的糊化度越高，其感官品質(zhì)也更佳。因此，同樣若要建立工藝參數(shù)與米飯適口性品質(zhì)的相關(guān)性，則需要分析確定影響粳米飯感官品質(zhì)的關(guān)鍵蒸煮特性指標(biāo)。

2.2 烹飪參數(shù)對粳米飯適口性品質(zhì)的影響

2.2.1 粳米飯適口性關(guān)鍵評價指標(biāo)的確定 為得出能夠準(zhǔn)確反映粳米飯適口性的關(guān)鍵理化指標(biāo)，分別以粳米飯的質(zhì)構(gòu)特性(硬度、黏著性、彈性、凝聚性、耐咀嚼性、回復(fù)性)和蒸煮特性(吸水率、膨脹率、碘藍(lán)值、糊化度)為自變量(X)，以粳米飯的感官指標(biāo)(黏性、彈性、軟硬度)為因變量(Y)建立PLSR分析，結(jié)果見圖3、4。

圖3和圖4中大部分指標(biāo)均處于r2=50% 和r2=100% 的2個橢圓之間，表明該模型能較好地解釋各個指標(biāo)間的相關(guān)性。通過分析發(fā)現(xiàn)，質(zhì)構(gòu)特性中硬度和彈性均與感官結(jié)果呈顯著負(fù)相關(guān)；蒸煮特性中糊化度與適口性感官評價呈顯著正相關(guān)，碘藍(lán)值與其呈顯著負(fù)相關(guān)。因此，確定粳米飯適口性評價的關(guān)鍵理化指標(biāo)為質(zhì)構(gòu)特性中的硬度與彈性，以及蒸煮特性中的碘藍(lán)值與糊化度。

圖3 質(zhì)構(gòu)特性與適口性感官評價的PLSR分析

Figure 3 The PLSR analysis between texture properties and palatability evaluation in sensory

圖4 蒸煮特性與適口性感官評價的PLSR分析

Figure 4 The PLSR analysis betweencooking characteristics and palatability evaluation in sensory

2.2.2 影響粳米飯適口性的關(guān)鍵烹飪參數(shù) 為明晰烹飪參數(shù)對粳米飯適口性的影響，以電飯煲烹飪參數(shù)為自變量(X)，粳米飯適口性的各項關(guān)鍵理化指標(biāo)為因變量(Y)，采用PLSR對其進(jìn)行分析，建立的PLS2(多因變量)模型見圖5。該P(yáng)LS2模型對X和Y變量的解釋方差均為67%，表明該模型能夠較為準(zhǔn)確地解釋烹飪參數(shù)與粳米飯適口性間的相關(guān)性。從圖5中可知，吸水階段起始溫度(T1)與粳米飯的糊化度呈顯著正相關(guān)，而與粳米飯的硬度和彈性這2個質(zhì)構(gòu)特性呈顯著負(fù)相關(guān)，沸騰階段持續(xù)時間(t4)則相反。

圖5 粳米飯適口性與烹飪參數(shù)之間的PLSR分析

Figure 5 The PLSR analysis betweencooking parameters and palatability of cooked japonica rice

相關(guān)研究同樣表明，較高的吸水溫度，有利于提高吸水速率，促進(jìn)水分由表及里擴(kuò)散，均勻分布在米粒內(nèi)部[4]；沸騰階段米?；ハ嗯鲎?，若時間較長，會導(dǎo)致米粒表面因磨損而粗糙[5]和水分的過度蒸發(fā)，從而影響米飯的適口性，與上述結(jié)論一致。

2.3 烹飪過程中水分在米粒內(nèi)的遷移與分布

上述研究表明，烹飪過程中吸水階段的起始溫度和沸騰階段的持續(xù)時間對粳米飯適口性品質(zhì)具有顯著影響，而這些參數(shù)在不同程度上也會改變米粒的吸水程度，包括水分在米粒中的存在狀態(tài)與分布。為明晰水分在米粒中的存在狀態(tài)，進(jìn)一步探索電飯煲烹飪參數(shù)對米粒中水分遷移與分布的影響，基于8種代表性烹飪參數(shù)，選取吸水溫度、沸騰時長差異較大的曲線一和曲線三，利用低場核磁共振技術(shù)對米粒內(nèi)部水分進(jìn)行快速無損的測定，發(fā)現(xiàn)水分在米粒中有3種存在形態(tài)：結(jié)合水、構(gòu)造水和自由水[14]。烹飪過程中不同階段3種水分占米粒內(nèi)總水分的比例變化情況見圖6，水分在米粒內(nèi)分布情況的核磁成像結(jié)果見圖7。

點(diǎn)Ⅰ和Ⅱ之間為吸水階段。在吸水初期(點(diǎn)Ⅰ)，由于預(yù)熱階段較短，體系溫度較低，米粒內(nèi)部均沒有水分進(jìn)入，米粒呈現(xiàn)完全的黑色。吸水階段結(jié)束后(點(diǎn)Ⅱ)，采用曲線一的米粒中心仍為暗光區(qū)域，表明水分并未滲入到米粒的中心；而曲線三的吸水起始溫度較高，其米粒中心顏色變亮，說明有少量水分已經(jīng)到達(dá)米粒中心。此階段構(gòu)造水比例較低，表明水分單純的進(jìn)入支鏈淀粉微晶束間隙，并未與米粒內(nèi)淀粉、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)發(fā)生締合，因此米粒中大部分水分以自由水的狀態(tài)存在。

圖中顏色由暗變亮，代表該區(qū)域的水分信號強(qiáng)度增強(qiáng)圖7 電飯煲烹飪過程中米粒的低場核磁共振成像Figure 7 Low field magnetic resonance imaging of ricekernel during the cooking process

點(diǎn)Ⅲ和Ⅴ之間為沸騰階段。此時體系持續(xù)沸騰，水分不斷被米粒吸收。由圖7可知，采用較長沸騰時間的曲線一，米粒中心仍為深藍(lán)色，表明水分仍未充分浸入；而采用較短沸騰時間的曲線三，米粒中心顏色幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)檩^明亮的顏色，表明水分均勻分布在米粒的內(nèi)部。此階段米粒內(nèi)構(gòu)造水的比例快速增高，表明水分被內(nèi)部淀粉糊化吸收，更多的自由水轉(zhuǎn)化為構(gòu)造水。

因此，在較高溫度(T1)下吸水可保障水分充分地浸入米粒內(nèi)部，為后續(xù)烹飪中米粒的均勻受熱與淀粉糊化提供基礎(chǔ)；較短時間(t4)的沸騰即可保障米粒由內(nèi)而外的完全糊化，同時可以防止因沸騰時間過長造成的米粒表層結(jié)構(gòu)磨損和水分的蒸發(fā)，從而造成黏性、彈性等適口性品質(zhì)發(fā)生劣變。

3 結(jié)論

電飯煲不同烹飪參數(shù)烹飪的粳米飯適口性存在較大差別，基于適口性感官評價與質(zhì)構(gòu)特性和蒸煮特性的相關(guān)性分析，確定質(zhì)構(gòu)特性中的硬度和彈性以及蒸煮特性中的碘藍(lán)值和糊化度為評價粳米飯適口性的關(guān)鍵理化指標(biāo)。經(jīng)PLSR分析電飯煲烹飪過程中烹飪參數(shù)對粳米飯適口性的影響，發(fā)現(xiàn)吸水階段的起始溫度與粳米飯適口性品質(zhì)呈顯著正相關(guān)，而沸騰階段的持續(xù)時間與之呈顯著負(fù)相關(guān)。對烹飪過程中米粒水分的存在狀態(tài)和分布進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)水分的構(gòu)成和分布與烹飪參數(shù)的變化密切相關(guān)，并影響粳米飯的適口性品質(zhì)。

因此，電飯煲烹飪曲線設(shè)計時可適當(dāng)提高吸水階段的起始溫度，并縮短沸騰時間，有利于米粒均勻充分地吸水受熱糊化，從而改善米飯的適口性品質(zhì)。

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