真空聯(lián)合超聲對(duì)大米吸水和蒸飯?zhí)匦缘挠绊?/h1>
2020-03-22 07:53:54黎秋云朱鳳博
食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào) 2020年12期
黎秋云， 李 森， 管 驍， 黃 凱， 朱鳳博
（上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海200093）
糯米是傳統(tǒng)黃酒生產(chǎn)的原料，但由于粳米的畝產(chǎn)量比糯米高，浙江、江蘇兩省已將粳米作為黃酒生產(chǎn)的主要原料之一[1]。 浸米是黃酒生產(chǎn)過程中的重要一環(huán)，大米浸泡的效果決定大米糊化的效率和效果。 生產(chǎn)中常常因大米浸泡或糊化效果差出現(xiàn)夾生、過熟或老化的米飯，直接影響糖化和發(fā)酵，最終對(duì)黃酒的品質(zhì)產(chǎn)生影響[2]。 傳統(tǒng)工藝中為了使大米充分吸水潤(rùn)脹，需要浸泡2～3 d，浸米周期長(zhǎng)增加了污染風(fēng)險(xiǎn)。 大米的吸水特性與支鏈淀粉含量相關(guān)，支鏈淀粉含量越高吸水率越高，而粳米的支鏈淀粉含量遠(yuǎn)低于糯米，因此更需要對(duì)粳米的吸水特性進(jìn)行優(yōu)化。
有研究發(fā)現(xiàn)超聲處理可以提高糙米[3]和精米[4]吸收水分的速度，縮短最適蒸煮時(shí)間。 另外，據(jù)報(bào)道，在真空條件下浸泡，糙米[5]和稻谷[6]發(fā)生水化時(shí)達(dá)到水分飽和所需的時(shí)間比在大氣壓力下顯著減少。 近年來，有學(xué)者將真空處理和超聲處理結(jié)合在一起使用，發(fā)現(xiàn)真空聯(lián)合超聲處理在提高食品浸泡效果上比單一的處理更顯著。 Yilmaz 等[7]研究發(fā)現(xiàn)在真空階段和恢復(fù)期施加超聲處理后， 蘋果片的鈣、 總黃酮和總花青素的含量增加了10%～30%。Mashkour 等[8]的研究顯示先超聲預(yù)處理24 min 再進(jìn)行真空浸漬后馬鈴薯鐵的含量比真空浸漬的高72.5%。
因此，本研究中采用真空聯(lián)合超聲處理對(duì)大米進(jìn)行浸泡處理，研究其對(duì)大米吸水特性和蒸飯?zhí)匦缘挠绊?，以期提高大米吸水速度、提高黃酒生產(chǎn)環(huán)節(jié)中浸米的質(zhì)量、改善米飯的糊化效果，為縮短黃酒生產(chǎn)周期、提高黃酒品質(zhì)的穩(wěn)定性提供理論參考。
1 材料與方法
1.1 材料與試劑
金龍魚東北大米：益海嘉里糧油工業(yè)有限公司產(chǎn)品；氫氧化鈉、四水酒石酸鉀鈉、無(wú)水亞硫酸鈉、醋酸： 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；3，5-二硝基水楊酸、苯酚、葡萄糖淀粉酶（10 萬(wàn)U/mL）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司產(chǎn)品。
1.2 儀器與設(shè)備
ME204E 電子分析天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司產(chǎn)品；Milli-超純水設(shè)備：美國(guó)密理博公司產(chǎn)品；SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵：上海予華儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；BILON22-600 槽式超聲波儀：上海比朗儀器制造有限公司產(chǎn)品；PQ001 低場(chǎng)核磁共振分析儀：蘇州紐邁分析儀器股份有限公司產(chǎn)品；TA-XT2i 質(zhì)構(gòu)儀：上海圣寶實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司產(chǎn)品；MZ-ZG26Easy401 電蒸鍋：廣州美的生活電器制造有限公司產(chǎn)品；UV-2800A 紫外可見分光光度計(jì)：尤尼柯（上海）儀器有限公司產(chǎn)品；DSC8500差示掃描量熱儀：美國(guó)PE 公司產(chǎn)品。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
1.3.1 真空聯(lián)合超聲處理 稱取一定量的大米樣品置于上嘴抽濾瓶中，以大米∶水=1∶4 的比例加入高純水， 然后進(jìn)行真空聯(lián)合超聲處理。 真空度為-0.1 MPa 由循環(huán)水式真空泵提供，根據(jù)Li 等[4]確定超聲波功率為300 W。 本研究真空聯(lián)合超聲處理的處理方式分為3 種：真空處理和超聲處理同時(shí)處理一定的時(shí)間； 先超聲處理1/2 的時(shí)間后再進(jìn)行真空處理1/2 的時(shí)間；先真空處理1/2 的時(shí)間后再進(jìn)行超聲處理1/2 的時(shí)間。 同時(shí)，進(jìn)行常規(guī)浸泡、單一的真空處理浸泡和單一的超聲處理浸泡。
1.3.2 水分含量的測(cè)定 稱取10.00 g 大米，按1.3.1 的方法進(jìn)行不同的浸泡處理，處理時(shí)間為10、20、30、40、50、60、90、120 min。 處理規(guī)定的時(shí)間后，將大米撈出瀝干水分，用吸水紙將大米表面的水擦干稱質(zhì)量記為Mw，接著將大米置于105 ℃烘箱中干燥至質(zhì)量恒定記為Md。 按（1）式計(jì)算不同浸泡處理后大米的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)I：
式中，I為水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）；Mw為浸泡后干燥前大米的質(zhì)量（g）；Md為干燥后大米的質(zhì)量（g）[9]。
1.3.3 浸出固形物的測(cè)定 將1.3.2 中每個(gè)處理時(shí)間的浸米水全部收集到干燥至質(zhì)量恒定的耐高溫離心管中， 以4 000 r/min 的轉(zhuǎn)速離心30 min 后去掉上清液，將裝有沉淀的離心管置于105 ℃烘箱中干燥至質(zhì)量恒定， 浸出的固形物的量按每100 g大米中固體的克數(shù)來計(jì)算[4]。
1.3.4 大米水分狀態(tài)的測(cè)定 將各個(gè)時(shí)刻不同浸泡處理的大米撈出瀝干水分，用吸水紙擦去表面水分，精確稱?。?.000±0.000 5） g 的大米樣品于直徑為15 mm 的核磁試管底部，接著將試管置于磁場(chǎng)線圈中心。 采用CPMG 序列測(cè)定不同浸泡處理后大米樣品的自旋-自旋弛豫時(shí)間（T2），實(shí)驗(yàn)參數(shù)：采樣點(diǎn)數(shù)TD=40 020，采樣頻率SW=200 kHz，重復(fù)采樣等待時(shí)間TR=2 000 ms， 重復(fù)掃描次數(shù)NS=16 次，半回波時(shí)間τ=100 μs， 回波個(gè)數(shù)Echo Count =1 000個(gè)。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3 次，利用MultiExp Inv 分析軟件進(jìn)行核磁數(shù)據(jù)反演[10]。
1.3.5 硬度的測(cè)定 隨機(jī)取單粒完整且形態(tài)一致的浸泡后米粒置于載物臺(tái)中心位置，使用直徑為10 mm 的圓柱形探頭對(duì)大米進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)測(cè)試。 測(cè)試參數(shù)：測(cè)試前、后速度均為1.0 mm/s，測(cè)試速度為0.5 mm/s，壓縮形變?yōu)?5%，接觸點(diǎn)數(shù)值為5 gf。 每個(gè)處理測(cè)30 組，剔除超平均值±15%的數(shù)值后求平均值[11]。
在走向停尸間的路上，我困惑地停下腳步，幾臺(tái)帶輪推床在不銹鋼冰箱門前隨意停放著，上面蓋著床單的尸體腳趾上掛著死者的名牌。
1.3.6 最短蒸飯時(shí)間的測(cè)定 黃酒釀造中以大米為原料只蒸不煮，因此本文中米飯?jiān)谡糁蟛捎妹着c水分離的形式隔水蒸飯。 稱取25.00 g 大米，不同處理浸泡后瀝干米漿水，置于電蒸鍋蒸籠上（直徑50 mm，高20 mm）圓形沖孔塔模內(nèi)，水沸騰后開始計(jì)時(shí)進(jìn)行隔水蒸飯。 10 min 后，將塔模連米飯一起取出，從同一層（表面往下8 mm）非邊緣處隨機(jī)抽取10 粒完整的米飯，用刀將米飯從中間切開，觀察并記錄沒有白心的米粒數(shù)，內(nèi)無(wú)白心表明大米完全糊化。 從第10 分鐘以后每隔2 min 重復(fù)上述操作，直至連續(xù)2 個(gè)時(shí)間點(diǎn)的10 粒米飯均無(wú)白心。 重復(fù)試驗(yàn)3 次，取平均值。
1.3.7 米飯糊化度的測(cè)定 在最短蒸飯時(shí)間蒸飯后，干燥，磨粉過100 目篩。稱100 mg 的米飯粉末2份放入A、B 離心管中，在A 中先后加入8 mL 高純水和1 mL 濃度為2 mol/L 的醋酸溶液；在B 中先后加入7.3 mL 高純水和0.7 mL 濃度為5 mol/L 的NaOH 溶液， 粉末完全溶解后再加入1 mL 濃度為5 mol/L 醋酸溶液。 加入1 mL 體積分?jǐn)?shù)為1%的葡萄糖淀粉酶溶液50 ℃水浴反應(yīng)60 min，每隔10 min振蕩搖勻1 次。結(jié)束后沸水浴5 min 滅酶，冷卻后以4 000 r/min 的轉(zhuǎn)速離心15 min， 取上清液稀釋20倍，按DNS 法在540 nm 波長(zhǎng)下測(cè)吸光度，按式（2）計(jì)算米飯的糊化度：
式中，SA為被檢液的吸光度；SB為完全糊化液的吸光度[12]。
1.3.8 米飯老化特性的測(cè)定 將按最短蒸飯時(shí)間得到的米飯裝入自封袋中放在4 ℃保存7 d。 精確稱取老化米飯樣品約10.0 mg 于液體坩堝中， 壓蓋密封后放進(jìn)樣品室進(jìn)行測(cè)試，以不加樣的空白坩堝作為對(duì)照。 測(cè)試參數(shù)：掃描溫度范圍為15～90 ℃，升溫速率為10 ℃/min[13]。
1.3.9 數(shù)據(jù)分析 采用Excel 軟件處理數(shù)據(jù)， 采用SPSS 17.0 數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差， 所有的分析圖均采用Prism 7.0 軟件繪制。
2 結(jié)果與分析
2.1 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和總固形物浸出量的影響
如圖1（a）所示，在處理的初始階段大米的吸水速率非常快，隨著處理時(shí)間的增加吸水速率逐漸減慢，當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到60～120 min 時(shí)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到平衡。 這與Tomita 等[14]報(bào)道的趨勢(shì)一致。 處理前60 min， 真空超聲同時(shí)處理組和先真空后超聲處理組大米的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著（P＜0.05） 高于普通浸泡，說明真空超聲同時(shí)處理和先真空后超聲能提高大米的吸水速度，這可能歸因于真空處理的水動(dòng)力機(jī)制[15]和超聲處理的空化效應(yīng)[16]的雙重作用。 而先超聲后真空處理組只在前30 min 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于常規(guī)浸泡，30 min 后沒有顯著差異， 這可能是隨著超聲處理時(shí)間的增加， 淀粉等物質(zhì)浸出增加，后再進(jìn)行真空處理不產(chǎn)生影響。
圖1 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和總固形物浸出量的影響Fig. 1 Effect of vacuum combined with ultrasonic treatment on water content and total leached solids of rice
2.2 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米水分狀態(tài)的影響
低場(chǎng)核磁共振技術(shù)可以提供大米浸泡過程中水質(zhì)子的動(dòng)力學(xué)信息，橫向弛豫時(shí)間T2表征水質(zhì)子的自由度，T2越短說明水質(zhì)子被結(jié)合得越緊密，T2越長(zhǎng)說明水質(zhì)子越自由[17]。 根據(jù)報(bào)道，大米中存在3種狀態(tài)的水： 強(qiáng)結(jié)合水質(zhì)子， 弛豫時(shí)間T2b范圍為0.01～1 ms；中等強(qiáng)度結(jié)合水質(zhì)子，弛豫時(shí)間T21范圍為1～10 ms；自由水質(zhì)子，弛豫時(shí)間T22范圍為10 ～100 ms；對(duì)應(yīng)弛豫信號(hào)幅值A(chǔ)2b、A21和A22分別表征強(qiáng)結(jié)合水、中等強(qiáng)度結(jié)合水和自由水的質(zhì)子密度[18]。
真空聯(lián)合超聲處理過程中大米內(nèi)部水分狀態(tài)的變化情況如圖2 所示。 隨著處理時(shí)間的增加，強(qiáng)結(jié)合水的弛豫時(shí)間T2b略有增加， 對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度A2b略有下降，這說明外界水分子的不斷滲入會(huì)影響強(qiáng)結(jié)合水質(zhì)子與大分子的結(jié)合程度，強(qiáng)結(jié)合水質(zhì)子的自由度增加，部分轉(zhuǎn)化為中等強(qiáng)度結(jié)合水。
中等強(qiáng)度結(jié)合水質(zhì)子包括晶粒內(nèi)與外界進(jìn)行緩慢交換的束縛水以及支鏈淀粉和谷氨酰胺內(nèi)的可交換水質(zhì)子[19]。 真空超聲同時(shí)處理和先真空后超聲處理10 min 后， 中等強(qiáng)度結(jié)合水質(zhì)子的弛豫T21和質(zhì)子密度A21顯著（P＜0.05）大于常規(guī)浸泡，說明真空超聲同時(shí)處理和先真空后超聲處理能引起水分子的快速滲透，致使中等強(qiáng)度結(jié)合水質(zhì)子的流動(dòng)性增強(qiáng)，質(zhì)子密度增加。
T22表示大分子聚合物間隙之間游離的水質(zhì)子的弛豫時(shí)間，處理的前30 min，除真空超聲同時(shí)處理組和先真空后超聲處理組外其他處理組T22呈下降趨勢(shì)，Li 等[4]推測(cè)隨著水分滲透淀粉顆粒開始膨脹，膨脹的淀粉與水分子相互作用從而降低了水分子的自由度。 我們推測(cè)真空超聲同時(shí)處理和先真空后超聲處理在前10 min 淀粉顆粒已經(jīng)開始大量吸水膨脹了，因而T22在前30 min 小于其他處理的，這從圖1 兩者的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于其他處理中可以得證實(shí)。 50 min 后，真空超聲同時(shí)處理組和先超聲后真空處理組的T22顯著高于常規(guī)浸泡組，說明水分子流動(dòng)性較強(qiáng)。 處理前90 min，真空超聲同時(shí)處理組和先真空后超聲處理組自由水的質(zhì)子密度A22顯著大于常規(guī)浸泡組，表明真空超聲同時(shí)處理和先真空后超聲處理能加速水分子的滲入和擴(kuò)散。
圖2 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米水分狀態(tài)的影響Fig. 2 Effect of vacuum combined with ultrasonic treatment on moisture state of rice
2.3 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米硬度的影響
硬度是評(píng)價(jià)浸米質(zhì)量的指標(biāo)之一，對(duì)大米的蒸飯品質(zhì)也有一定影響，浸泡后大米的硬度如圖3 所示，真空處理組和先真空后超聲處理組大米硬度顯著（P＜0.05）低于常規(guī)浸泡組，而超聲處理、真空超聲同時(shí)處理和先超聲后真空處理沒有表現(xiàn)出顯著差異。 以上結(jié)果說明真空處理對(duì)降低浸泡后大米的硬度具有重要作用，有研究發(fā)現(xiàn)真空處理使蛋白質(zhì)浸出增加，削弱了淀粉與蛋白質(zhì)的相互作用，從而可以降低大米的硬度[20]；而超聲處理并不能對(duì)大米硬度產(chǎn)生影響， 反而會(huì)對(duì)真空處理有一定的抑制作用，因此真空超聲同時(shí)處理組和先超聲后真空組大米的硬度并沒有變化。
圖3 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米硬度的影響Fig. 3 Effect of vacuum combined with ultrasonic treatment on hardness of rice
2.4 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米最短蒸飯時(shí)間和糊化度的影響
黃酒生產(chǎn)過程中， 大米浸泡后要進(jìn)行隔水蒸飯。 蒸飯是一道耗時(shí)耗能的工序，縮短蒸飯的時(shí)間、減少能源的消耗具有重要意義。 由圖1 可知，常規(guī)浸泡90 min 大米吸水達(dá)到了平衡，適當(dāng)延長(zhǎng)浸泡時(shí)間有利于水分分布更均勻[2]，因此蒸飯實(shí)驗(yàn)中大米的浸泡設(shè)定時(shí)間為120 min。 真空聯(lián)合超聲處理30 min 后水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化緩慢， 且處理時(shí)間越長(zhǎng)固形物浸出越多；因此確定處理時(shí)間為30 min，再常規(guī)浸泡90 min，然后進(jìn)行蒸飯實(shí)驗(yàn)。
大米的最短蒸飯時(shí)間如表1 所示，真空聯(lián)合超聲處理組的最短蒸飯時(shí)間顯著（P＜0.05）小于常規(guī)浸泡組的，其中真空超聲同時(shí)處理組和先真空后超聲處理組大米的最短蒸飯時(shí)間縮短了60%，可能是因?yàn)檎婵粘曂瑫r(shí)處理和先真空后超聲處理加速了水分的滲透和擴(kuò)散， 使大米內(nèi)部的水分分布更均勻，有利于大米快速均勻的糊化。 而5 個(gè)處理組中，超聲處理組和先超聲后真空處理組的最短蒸煮時(shí)間顯著高于其他3 個(gè)處理組，說明超聲預(yù)處理不僅不利于縮短蒸飯時(shí)間還可能會(huì)抑制真空處理的效果。Cui 等[3]認(rèn)為超聲處理會(huì)誘導(dǎo)糙米內(nèi)的聚合物重新排列， 致使大米需要更多的能量來使其完全糊化，因而蒸飯時(shí)間長(zhǎng)。
糊化度指米飯淀粉的糊化程度，是米飯的重要品質(zhì)之一。 米飯熟度均勻一致才有利于糖化或發(fā)酵。 最短蒸飯時(shí)間獲得的米飯的糊化程度如表1 所示。 真空聯(lián)合超聲處理組米飯的糊化度與常規(guī)浸泡組的相比沒有顯著性差異，說明真空聯(lián)合超聲處理在縮短大米最短蒸飯時(shí)間的同時(shí)對(duì)米飯的糊化度不會(huì)造成影響。
表1 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米最短蒸飯時(shí)間和糊化度的影響Table 1 Effect of vacuum combined with ultrasonic treatment on the minimum steaming time and gelatinization degree of rice
2.5 真空聯(lián)合超聲對(duì)米飯老化特性的影響
糊化的米飯極易發(fā)生老化現(xiàn)象，米飯老化不僅會(huì)影響其后續(xù)的糖化分解和發(fā)酵過程，進(jìn)而對(duì)黃酒的品質(zhì)也會(huì)造成很大的影響。 凝膠化淀粉的老化包括在短期老化過程中直鏈淀粉鏈的重新排序以及更長(zhǎng)時(shí)間后支鏈淀粉的緩慢重組[21]。 米飯煮熟后在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就完成了淀粉的短期老化，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)支鏈淀粉開始重結(jié)晶，淀粉開始長(zhǎng)期老化[22]。
不同處理米飯的老化特性如表2 所示，與常規(guī)浸泡組相比，真空聯(lián)合超聲處理組米飯的峰值溫度和終止溫度均沒有顯著性差異；但是先超聲后真空處理組的起始溫度顯著下降，說明該處理組淀粉重結(jié)晶晶體中的最弱微晶的有序性較差。 老化焓是評(píng)價(jià)米飯老化特性的重要指標(biāo)， 本研究結(jié)果顯示，先真空后超聲處理能夠顯著（P＜0.05）降低米飯的老化焓值，推測(cè)先真空后超聲處理能抑制淀粉的有序重排，從而抑制米飯的回生程度，其中的原因有待進(jìn)一步研究。
表2 真空聯(lián)合超聲對(duì)米飯老化特性的影響Table 2 Effect of vacuum combined with ultrasonic treatment on retrogradation properties of steamed rice
3 結(jié) 語(yǔ)
本研究結(jié)果表明，真空超聲同時(shí)處理和先真空后超聲處理均可以加速水分的滲透和擴(kuò)散，提高大米的吸水速率，使大米的蒸飯時(shí)間縮短了60%。 與常規(guī)浸泡相比，真空超聲同時(shí)處理后大米的硬度和米飯的回生特性沒有顯著差異；而先真空后超聲處理后大米的硬度和米飯的老化焓值顯著下降。 說明先真空后超聲處理對(duì)于改善大米吸水和蒸煮特性、抑制米飯老化具有一定作用，對(duì)改善黃酒的生產(chǎn)工藝具有一定的應(yīng)用價(jià)值，但其作用機(jī)理、抑制米飯老化的原因有待于深入探究。 此外，先真空后超聲處理對(duì)大米的釀酒品質(zhì)的影響還需進(jìn)一步驗(yàn)證。
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（上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海200093）
糯米是傳統(tǒng)黃酒生產(chǎn)的原料，但由于粳米的畝產(chǎn)量比糯米高，浙江、江蘇兩省已將粳米作為黃酒生產(chǎn)的主要原料之一[1]。 浸米是黃酒生產(chǎn)過程中的重要一環(huán)，大米浸泡的效果決定大米糊化的效率和效果。 生產(chǎn)中常常因大米浸泡或糊化效果差出現(xiàn)夾生、過熟或老化的米飯，直接影響糖化和發(fā)酵，最終對(duì)黃酒的品質(zhì)產(chǎn)生影響[2]。 傳統(tǒng)工藝中為了使大米充分吸水潤(rùn)脹，需要浸泡2～3 d，浸米周期長(zhǎng)增加了污染風(fēng)險(xiǎn)。 大米的吸水特性與支鏈淀粉含量相關(guān)，支鏈淀粉含量越高吸水率越高，而粳米的支鏈淀粉含量遠(yuǎn)低于糯米，因此更需要對(duì)粳米的吸水特性進(jìn)行優(yōu)化。
有研究發(fā)現(xiàn)超聲處理可以提高糙米[3]和精米[4]吸收水分的速度，縮短最適蒸煮時(shí)間。 另外，據(jù)報(bào)道，在真空條件下浸泡，糙米[5]和稻谷[6]發(fā)生水化時(shí)達(dá)到水分飽和所需的時(shí)間比在大氣壓力下顯著減少。 近年來，有學(xué)者將真空處理和超聲處理結(jié)合在一起使用，發(fā)現(xiàn)真空聯(lián)合超聲處理在提高食品浸泡效果上比單一的處理更顯著。 Yilmaz 等[7]研究發(fā)現(xiàn)在真空階段和恢復(fù)期施加超聲處理后， 蘋果片的鈣、 總黃酮和總花青素的含量增加了10%～30%。Mashkour 等[8]的研究顯示先超聲預(yù)處理24 min 再進(jìn)行真空浸漬后馬鈴薯鐵的含量比真空浸漬的高72.5%。
因此，本研究中采用真空聯(lián)合超聲處理對(duì)大米進(jìn)行浸泡處理，研究其對(duì)大米吸水特性和蒸飯?zhí)匦缘挠绊?，以期提高大米吸水速度、提高黃酒生產(chǎn)環(huán)節(jié)中浸米的質(zhì)量、改善米飯的糊化效果，為縮短黃酒生產(chǎn)周期、提高黃酒品質(zhì)的穩(wěn)定性提供理論參考。
1 材料與方法
1.1 材料與試劑
金龍魚東北大米：益海嘉里糧油工業(yè)有限公司產(chǎn)品；氫氧化鈉、四水酒石酸鉀鈉、無(wú)水亞硫酸鈉、醋酸： 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；3，5-二硝基水楊酸、苯酚、葡萄糖淀粉酶（10 萬(wàn)U/mL）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司產(chǎn)品。
1.2 儀器與設(shè)備
ME204E 電子分析天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司產(chǎn)品；Milli-超純水設(shè)備：美國(guó)密理博公司產(chǎn)品；SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵：上海予華儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；BILON22-600 槽式超聲波儀：上海比朗儀器制造有限公司產(chǎn)品；PQ001 低場(chǎng)核磁共振分析儀：蘇州紐邁分析儀器股份有限公司產(chǎn)品；TA-XT2i 質(zhì)構(gòu)儀：上海圣寶實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司產(chǎn)品；MZ-ZG26Easy401 電蒸鍋：廣州美的生活電器制造有限公司產(chǎn)品；UV-2800A 紫外可見分光光度計(jì)：尤尼柯（上海）儀器有限公司產(chǎn)品；DSC8500差示掃描量熱儀：美國(guó)PE 公司產(chǎn)品。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
1.3.1 真空聯(lián)合超聲處理 稱取一定量的大米樣品置于上嘴抽濾瓶中，以大米∶水=1∶4 的比例加入高純水， 然后進(jìn)行真空聯(lián)合超聲處理。 真空度為-0.1 MPa 由循環(huán)水式真空泵提供，根據(jù)Li 等[4]確定超聲波功率為300 W。 本研究真空聯(lián)合超聲處理的處理方式分為3 種：真空處理和超聲處理同時(shí)處理一定的時(shí)間； 先超聲處理1/2 的時(shí)間后再進(jìn)行真空處理1/2 的時(shí)間；先真空處理1/2 的時(shí)間后再進(jìn)行超聲處理1/2 的時(shí)間。 同時(shí)，進(jìn)行常規(guī)浸泡、單一的真空處理浸泡和單一的超聲處理浸泡。
1.3.2 水分含量的測(cè)定 稱取10.00 g 大米，按1.3.1 的方法進(jìn)行不同的浸泡處理，處理時(shí)間為10、20、30、40、50、60、90、120 min。 處理規(guī)定的時(shí)間后，將大米撈出瀝干水分，用吸水紙將大米表面的水擦干稱質(zhì)量記為Mw，接著將大米置于105 ℃烘箱中干燥至質(zhì)量恒定記為Md。 按（1）式計(jì)算不同浸泡處理后大米的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)I：
式中，I為水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）；Mw為浸泡后干燥前大米的質(zhì)量（g）；Md為干燥后大米的質(zhì)量（g）[9]。
1.3.3 浸出固形物的測(cè)定 將1.3.2 中每個(gè)處理時(shí)間的浸米水全部收集到干燥至質(zhì)量恒定的耐高溫離心管中， 以4 000 r/min 的轉(zhuǎn)速離心30 min 后去掉上清液，將裝有沉淀的離心管置于105 ℃烘箱中干燥至質(zhì)量恒定， 浸出的固形物的量按每100 g大米中固體的克數(shù)來計(jì)算[4]。
1.3.4 大米水分狀態(tài)的測(cè)定 將各個(gè)時(shí)刻不同浸泡處理的大米撈出瀝干水分，用吸水紙擦去表面水分，精確稱?。?.000±0.000 5） g 的大米樣品于直徑為15 mm 的核磁試管底部，接著將試管置于磁場(chǎng)線圈中心。 采用CPMG 序列測(cè)定不同浸泡處理后大米樣品的自旋-自旋弛豫時(shí)間（T2），實(shí)驗(yàn)參數(shù)：采樣點(diǎn)數(shù)TD=40 020，采樣頻率SW=200 kHz，重復(fù)采樣等待時(shí)間TR=2 000 ms， 重復(fù)掃描次數(shù)NS=16 次，半回波時(shí)間τ=100 μs， 回波個(gè)數(shù)Echo Count =1 000個(gè)。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3 次，利用MultiExp Inv 分析軟件進(jìn)行核磁數(shù)據(jù)反演[10]。
1.3.5 硬度的測(cè)定 隨機(jī)取單粒完整且形態(tài)一致的浸泡后米粒置于載物臺(tái)中心位置，使用直徑為10 mm 的圓柱形探頭對(duì)大米進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)測(cè)試。 測(cè)試參數(shù)：測(cè)試前、后速度均為1.0 mm/s，測(cè)試速度為0.5 mm/s，壓縮形變?yōu)?5%，接觸點(diǎn)數(shù)值為5 gf。 每個(gè)處理測(cè)30 組，剔除超平均值±15%的數(shù)值后求平均值[11]。
在走向停尸間的路上，我困惑地停下腳步，幾臺(tái)帶輪推床在不銹鋼冰箱門前隨意停放著，上面蓋著床單的尸體腳趾上掛著死者的名牌。
1.3.6 最短蒸飯時(shí)間的測(cè)定 黃酒釀造中以大米為原料只蒸不煮，因此本文中米飯?jiān)谡糁蟛捎妹着c水分離的形式隔水蒸飯。 稱取25.00 g 大米，不同處理浸泡后瀝干米漿水，置于電蒸鍋蒸籠上（直徑50 mm，高20 mm）圓形沖孔塔模內(nèi)，水沸騰后開始計(jì)時(shí)進(jìn)行隔水蒸飯。 10 min 后，將塔模連米飯一起取出，從同一層（表面往下8 mm）非邊緣處隨機(jī)抽取10 粒完整的米飯，用刀將米飯從中間切開，觀察并記錄沒有白心的米粒數(shù)，內(nèi)無(wú)白心表明大米完全糊化。 從第10 分鐘以后每隔2 min 重復(fù)上述操作，直至連續(xù)2 個(gè)時(shí)間點(diǎn)的10 粒米飯均無(wú)白心。 重復(fù)試驗(yàn)3 次，取平均值。
1.3.7 米飯糊化度的測(cè)定 在最短蒸飯時(shí)間蒸飯后，干燥，磨粉過100 目篩。稱100 mg 的米飯粉末2份放入A、B 離心管中，在A 中先后加入8 mL 高純水和1 mL 濃度為2 mol/L 的醋酸溶液；在B 中先后加入7.3 mL 高純水和0.7 mL 濃度為5 mol/L 的NaOH 溶液， 粉末完全溶解后再加入1 mL 濃度為5 mol/L 醋酸溶液。 加入1 mL 體積分?jǐn)?shù)為1%的葡萄糖淀粉酶溶液50 ℃水浴反應(yīng)60 min，每隔10 min振蕩搖勻1 次。結(jié)束后沸水浴5 min 滅酶，冷卻后以4 000 r/min 的轉(zhuǎn)速離心15 min， 取上清液稀釋20倍，按DNS 法在540 nm 波長(zhǎng)下測(cè)吸光度，按式（2）計(jì)算米飯的糊化度：
式中，SA為被檢液的吸光度；SB為完全糊化液的吸光度[12]。
1.3.8 米飯老化特性的測(cè)定 將按最短蒸飯時(shí)間得到的米飯裝入自封袋中放在4 ℃保存7 d。 精確稱取老化米飯樣品約10.0 mg 于液體坩堝中， 壓蓋密封后放進(jìn)樣品室進(jìn)行測(cè)試，以不加樣的空白坩堝作為對(duì)照。 測(cè)試參數(shù)：掃描溫度范圍為15～90 ℃，升溫速率為10 ℃/min[13]。
1.3.9 數(shù)據(jù)分析 采用Excel 軟件處理數(shù)據(jù)， 采用SPSS 17.0 數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差， 所有的分析圖均采用Prism 7.0 軟件繪制。
2 結(jié)果與分析
2.1 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和總固形物浸出量的影響
如圖1（a）所示，在處理的初始階段大米的吸水速率非常快，隨著處理時(shí)間的增加吸水速率逐漸減慢，當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到60～120 min 時(shí)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到平衡。 這與Tomita 等[14]報(bào)道的趨勢(shì)一致。 處理前60 min， 真空超聲同時(shí)處理組和先真空后超聲處理組大米的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著（P＜0.05） 高于普通浸泡，說明真空超聲同時(shí)處理和先真空后超聲能提高大米的吸水速度，這可能歸因于真空處理的水動(dòng)力機(jī)制[15]和超聲處理的空化效應(yīng)[16]的雙重作用。 而先超聲后真空處理組只在前30 min 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于常規(guī)浸泡，30 min 后沒有顯著差異， 這可能是隨著超聲處理時(shí)間的增加， 淀粉等物質(zhì)浸出增加，后再進(jìn)行真空處理不產(chǎn)生影響。
圖1 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和總固形物浸出量的影響Fig. 1 Effect of vacuum combined with ultrasonic treatment on water content and total leached solids of rice
2.2 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米水分狀態(tài)的影響
低場(chǎng)核磁共振技術(shù)可以提供大米浸泡過程中水質(zhì)子的動(dòng)力學(xué)信息，橫向弛豫時(shí)間T2表征水質(zhì)子的自由度，T2越短說明水質(zhì)子被結(jié)合得越緊密，T2越長(zhǎng)說明水質(zhì)子越自由[17]。 根據(jù)報(bào)道，大米中存在3種狀態(tài)的水： 強(qiáng)結(jié)合水質(zhì)子， 弛豫時(shí)間T2b范圍為0.01～1 ms；中等強(qiáng)度結(jié)合水質(zhì)子，弛豫時(shí)間T21范圍為1～10 ms；自由水質(zhì)子，弛豫時(shí)間T22范圍為10 ～100 ms；對(duì)應(yīng)弛豫信號(hào)幅值A(chǔ)2b、A21和A22分別表征強(qiáng)結(jié)合水、中等強(qiáng)度結(jié)合水和自由水的質(zhì)子密度[18]。
真空聯(lián)合超聲處理過程中大米內(nèi)部水分狀態(tài)的變化情況如圖2 所示。 隨著處理時(shí)間的增加，強(qiáng)結(jié)合水的弛豫時(shí)間T2b略有增加， 對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度A2b略有下降，這說明外界水分子的不斷滲入會(huì)影響強(qiáng)結(jié)合水質(zhì)子與大分子的結(jié)合程度，強(qiáng)結(jié)合水質(zhì)子的自由度增加，部分轉(zhuǎn)化為中等強(qiáng)度結(jié)合水。
中等強(qiáng)度結(jié)合水質(zhì)子包括晶粒內(nèi)與外界進(jìn)行緩慢交換的束縛水以及支鏈淀粉和谷氨酰胺內(nèi)的可交換水質(zhì)子[19]。 真空超聲同時(shí)處理和先真空后超聲處理10 min 后， 中等強(qiáng)度結(jié)合水質(zhì)子的弛豫T21和質(zhì)子密度A21顯著（P＜0.05）大于常規(guī)浸泡，說明真空超聲同時(shí)處理和先真空后超聲處理能引起水分子的快速滲透，致使中等強(qiáng)度結(jié)合水質(zhì)子的流動(dòng)性增強(qiáng)，質(zhì)子密度增加。
T22表示大分子聚合物間隙之間游離的水質(zhì)子的弛豫時(shí)間，處理的前30 min，除真空超聲同時(shí)處理組和先真空后超聲處理組外其他處理組T22呈下降趨勢(shì)，Li 等[4]推測(cè)隨著水分滲透淀粉顆粒開始膨脹，膨脹的淀粉與水分子相互作用從而降低了水分子的自由度。 我們推測(cè)真空超聲同時(shí)處理和先真空后超聲處理在前10 min 淀粉顆粒已經(jīng)開始大量吸水膨脹了，因而T22在前30 min 小于其他處理的，這從圖1 兩者的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于其他處理中可以得證實(shí)。 50 min 后，真空超聲同時(shí)處理組和先超聲后真空處理組的T22顯著高于常規(guī)浸泡組，說明水分子流動(dòng)性較強(qiáng)。 處理前90 min，真空超聲同時(shí)處理組和先真空后超聲處理組自由水的質(zhì)子密度A22顯著大于常規(guī)浸泡組，表明真空超聲同時(shí)處理和先真空后超聲處理能加速水分子的滲入和擴(kuò)散。
圖2 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米水分狀態(tài)的影響Fig. 2 Effect of vacuum combined with ultrasonic treatment on moisture state of rice
2.3 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米硬度的影響
硬度是評(píng)價(jià)浸米質(zhì)量的指標(biāo)之一，對(duì)大米的蒸飯品質(zhì)也有一定影響，浸泡后大米的硬度如圖3 所示，真空處理組和先真空后超聲處理組大米硬度顯著（P＜0.05）低于常規(guī)浸泡組，而超聲處理、真空超聲同時(shí)處理和先超聲后真空處理沒有表現(xiàn)出顯著差異。 以上結(jié)果說明真空處理對(duì)降低浸泡后大米的硬度具有重要作用，有研究發(fā)現(xiàn)真空處理使蛋白質(zhì)浸出增加，削弱了淀粉與蛋白質(zhì)的相互作用，從而可以降低大米的硬度[20]；而超聲處理并不能對(duì)大米硬度產(chǎn)生影響， 反而會(huì)對(duì)真空處理有一定的抑制作用，因此真空超聲同時(shí)處理組和先超聲后真空組大米的硬度并沒有變化。
圖3 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米硬度的影響Fig. 3 Effect of vacuum combined with ultrasonic treatment on hardness of rice
2.4 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米最短蒸飯時(shí)間和糊化度的影響
黃酒生產(chǎn)過程中， 大米浸泡后要進(jìn)行隔水蒸飯。 蒸飯是一道耗時(shí)耗能的工序，縮短蒸飯的時(shí)間、減少能源的消耗具有重要意義。 由圖1 可知，常規(guī)浸泡90 min 大米吸水達(dá)到了平衡，適當(dāng)延長(zhǎng)浸泡時(shí)間有利于水分分布更均勻[2]，因此蒸飯實(shí)驗(yàn)中大米的浸泡設(shè)定時(shí)間為120 min。 真空聯(lián)合超聲處理30 min 后水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化緩慢， 且處理時(shí)間越長(zhǎng)固形物浸出越多；因此確定處理時(shí)間為30 min，再常規(guī)浸泡90 min，然后進(jìn)行蒸飯實(shí)驗(yàn)。
大米的最短蒸飯時(shí)間如表1 所示，真空聯(lián)合超聲處理組的最短蒸飯時(shí)間顯著（P＜0.05）小于常規(guī)浸泡組的，其中真空超聲同時(shí)處理組和先真空后超聲處理組大米的最短蒸飯時(shí)間縮短了60%，可能是因?yàn)檎婵粘曂瑫r(shí)處理和先真空后超聲處理加速了水分的滲透和擴(kuò)散， 使大米內(nèi)部的水分分布更均勻，有利于大米快速均勻的糊化。 而5 個(gè)處理組中，超聲處理組和先超聲后真空處理組的最短蒸煮時(shí)間顯著高于其他3 個(gè)處理組，說明超聲預(yù)處理不僅不利于縮短蒸飯時(shí)間還可能會(huì)抑制真空處理的效果。Cui 等[3]認(rèn)為超聲處理會(huì)誘導(dǎo)糙米內(nèi)的聚合物重新排列， 致使大米需要更多的能量來使其完全糊化，因而蒸飯時(shí)間長(zhǎng)。
糊化度指米飯淀粉的糊化程度，是米飯的重要品質(zhì)之一。 米飯熟度均勻一致才有利于糖化或發(fā)酵。 最短蒸飯時(shí)間獲得的米飯的糊化程度如表1 所示。 真空聯(lián)合超聲處理組米飯的糊化度與常規(guī)浸泡組的相比沒有顯著性差異，說明真空聯(lián)合超聲處理在縮短大米最短蒸飯時(shí)間的同時(shí)對(duì)米飯的糊化度不會(huì)造成影響。
表1 真空聯(lián)合超聲對(duì)大米最短蒸飯時(shí)間和糊化度的影響Table 1 Effect of vacuum combined with ultrasonic treatment on the minimum steaming time and gelatinization degree of rice
2.5 真空聯(lián)合超聲對(duì)米飯老化特性的影響
糊化的米飯極易發(fā)生老化現(xiàn)象，米飯老化不僅會(huì)影響其后續(xù)的糖化分解和發(fā)酵過程，進(jìn)而對(duì)黃酒的品質(zhì)也會(huì)造成很大的影響。 凝膠化淀粉的老化包括在短期老化過程中直鏈淀粉鏈的重新排序以及更長(zhǎng)時(shí)間后支鏈淀粉的緩慢重組[21]。 米飯煮熟后在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就完成了淀粉的短期老化，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)支鏈淀粉開始重結(jié)晶，淀粉開始長(zhǎng)期老化[22]。
不同處理米飯的老化特性如表2 所示，與常規(guī)浸泡組相比，真空聯(lián)合超聲處理組米飯的峰值溫度和終止溫度均沒有顯著性差異；但是先超聲后真空處理組的起始溫度顯著下降，說明該處理組淀粉重結(jié)晶晶體中的最弱微晶的有序性較差。 老化焓是評(píng)價(jià)米飯老化特性的重要指標(biāo)， 本研究結(jié)果顯示，先真空后超聲處理能夠顯著（P＜0.05）降低米飯的老化焓值，推測(cè)先真空后超聲處理能抑制淀粉的有序重排，從而抑制米飯的回生程度，其中的原因有待進(jìn)一步研究。
表2 真空聯(lián)合超聲對(duì)米飯老化特性的影響Table 2 Effect of vacuum combined with ultrasonic treatment on retrogradation properties of steamed rice
3 結(jié) 語(yǔ)
本研究結(jié)果表明，真空超聲同時(shí)處理和先真空后超聲處理均可以加速水分的滲透和擴(kuò)散，提高大米的吸水速率，使大米的蒸飯時(shí)間縮短了60%。 與常規(guī)浸泡相比，真空超聲同時(shí)處理后大米的硬度和米飯的回生特性沒有顯著差異；而先真空后超聲處理后大米的硬度和米飯的老化焓值顯著下降。 說明先真空后超聲處理對(duì)于改善大米吸水和蒸煮特性、抑制米飯老化具有一定作用，對(duì)改善黃酒的生產(chǎn)工藝具有一定的應(yīng)用價(jià)值，但其作用機(jī)理、抑制米飯老化的原因有待于深入探究。 此外，先真空后超聲處理對(duì)大米的釀酒品質(zhì)的影響還需進(jìn)一步驗(yàn)證。
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