碾磨度對紅米蒸煮、糊化特性、抗氧化活性及其米飯質(zhì)構(gòu)、感官品質(zhì)的影響

林俊帆,趙俐淇,賈玉鳳,劉慶慶,孔 凌,包清彬,*

(1.西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,四川成都 610039;2.成都大帝漢克生物科技有限公司,四川成都 610039)

水稻是世界上最重要的谷類作物之一,是亞洲多個國家的主食谷物。稻谷由最外層的稻殼和穎果組成,穎果俗稱糙米,它由皮層(糠層)、胚和胚乳三部分組成[1]。糠層是糙米中酚類等植物化學(xué)物質(zhì)主要集中部位。有報道指出,大米糠層中的酚類化合物在降低動脈粥樣硬化的發(fā)生率[2]、降低血液膽固醇[3]等方面做出貢獻(xiàn)。糙米雖然營養(yǎng)豐富,但是在利用過程中還是面臨著諸多問題,如不易蒸煮、口感粗糙等,使得糙米的消費(fèi)和推廣受到限制。

現(xiàn)在已有學(xué)者研究通過超高壓、超聲波、酶解和預(yù)糊化等處理技術(shù)[4-7]來改善糙米的品質(zhì),但這類技術(shù)操作復(fù)雜、成本高、生產(chǎn)不便,不利于大規(guī)模推廣。適度碾磨是一種使得加工后產(chǎn)品精度介于糙米和精白米之間,在兼顧糙米的主體營養(yǎng)價值的同時,也能改善米粒蒸煮食味特性的加工方法,其成本較低,可行性較高。

紅米是一種營養(yǎng)豐富的珍貴水稻品種,含有豐富的生物活性物質(zhì)和營養(yǎng)成分,紅米中的總酚、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和不飽和脂肪酸均高于普通白米[8],有著“補(bǔ)血米”的美譽(yù)[9]。目前,紅米因其豐富的營養(yǎng)價值及生理活性價值,越來越受到消費(fèi)者的關(guān)注,但適度碾磨運(yùn)用在有色糙米的研究還比較少見。因此,本文以紅米為研究對象,研究不同碾磨度對紅米蒸煮品質(zhì)、糊化特性、質(zhì)構(gòu)特性以及抗氧化活性和感官品質(zhì)的影響,以期為適度碾磨紅米產(chǎn)品的開發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅米 市售;福林酚 上海金穗生物科技有限公司;DPPH、ABTS、維生素C(vitamin C,VC) 上海源葉生物科技有限公司;乙醇、Na2CO3、沒食子酸、NaNO2、AlCl3·6H2O、過硫酸鉀、NaOH 均為國產(chǎn)分析純。

CSLJNM-1型碾米機(jī) 國家糧食儲備局成都糧食儲藏科學(xué)研究所;CFXB30-5M保溫式全自動電飯煲 江門市威多福電器有限公司;GZX-9140MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;TD-5M離心機(jī) 四川蜀科儀器有限公司;物性儀Texture Analyser 英國Stable Micro System公司;MCR 302流變儀 安東帕(上海)商貿(mào)有限公司;UV2400紫外可見分光光度計 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品準(zhǔn)備 紅米糙米篩選除雜(Red Rice,RR),使用碾米機(jī)對RR進(jìn)行碾磨,通過控制碾米時間,得到碾磨度分別為2%±0.03%、4%±0.08%、6%±0.05%、8%±0.08%和10%±0.02%的5組輕碾紅米樣品,分別編號MD2、MD4、MD6、MD8和MD10,自封袋密封包裝,4 ℃下保存?zhèn)溆?。碾磨度的計算如?

式中:A表示碾磨度,%;A0表示原料米的重量,g;Ai表示碾磨后米粒的重量,g。

1.2.2 蒸煮特性 蒸煮特性的測定參考劉慶慶等[7]和Sirisoontaralak等[10]的方法,并稍作修改。

1.2.2.1 蒸煮時間的測定 使用玻璃板-白芯法進(jìn)行米飯蒸煮時間的測定。取5.00 g不同碾磨度的樣品,分別加入到250 mL沸水中進(jìn)行蒸煮,每隔2 min隨機(jī)取出6粒米,置于玻璃板上進(jìn)行擠壓,觀察有無不透明白芯。當(dāng)其中有5粒米無白芯時,則縮短間隔為10 s。當(dāng)連續(xù)兩次取樣時,米粒均無白芯,則第1次取樣所對應(yīng)的時間為蒸煮時間。

1.2.2.2 蒸煮吸水率的測定 準(zhǔn)確稱取5.00 g不同碾磨度的樣品(精確至0.01 g)于電飯鍋中蒸制至所測得的蒸煮時間,濾出米粒,冷卻至室溫(約25 ℃)后稱量。蒸煮吸水率計算如下:

式中:T表示蒸煮吸水率,%;W0表示原料米的重量,g;Wi表示蒸煮后米粒重量,g。

1.2.2.3 體積膨脹率的測定 按照蒸煮吸水率的測定中的方法對各個碾磨度的樣品進(jìn)行蒸煮,濾出米粒并冷卻至室溫,利用水作為介質(zhì)用體積置換法測定樣品蒸煮前、后的體積。體積膨脹率計算如下:

式中:V表示體積膨脹率,%;V0表示原料米的體積,cm3;Vi表示蒸煮后米粒體積,cm3。

1.2.2.4 固形物損失率的測定 按照蒸煮吸水率的測定中的方法將各個碾磨度的樣品進(jìn)行蒸煮,將取出熟米后用熱水沖洗,將沖洗液和米湯合并,在4000 r/min的條件下離心30 min后,取沉淀置于105 ℃烘箱中烘干至恒重。

式中:S表示固形物損失率,%;S0表示原料米的重量,g;Si表示米湯中固形物質(zhì)量,g。

1.2.3 糊化特性 參考Sandhu等[11]的方法略加修改。將各個碾磨度的紅米粉碎后過100目篩,把粉末與蒸餾水按質(zhì)量比1∶9的比例加入樣品池中,測試程序設(shè)定為初始溫度50 ℃保溫50 s,以6 ℃/min的速率上升至溫度為95 ℃,并在95 ℃保持5 min,再以6 ℃/min的速率下降溫度至50 ℃,在50 ℃保持1 min。得到紅米的峰值糊化粘度(Peak Viscosity,PV)、崩解值(Breakdown,BD)和最終糊化粘度(Final Viscosity,FV)。

1.2.4 米飯質(zhì)構(gòu)分析 采用物性儀測定米飯質(zhì)構(gòu),物性儀測定方法參考劉慶慶等[7]和Han等[12]的方法,并稍作修改。采用3粒米法,將每個碾磨度的樣品與水按質(zhì)量比1∶1.8的比例混合后,按1.2.2.1中所測得的蒸煮時間蒸煮成米飯,選取米飯中層完整的、厚度相仿的米粒排放成三角形。物性儀測試程序?yàn)閞efine-TPA(two-profile analysis),探頭為P36R、測前速度1 mm/s、測試速度0.5 mm/s、測后速度1 mm/s、第一次壓縮比例為40%,第二次壓縮比例為75%,得到樣品的硬度、彈性和粘性。每個碾磨度的米飯樣品測定6次平行,舍去最大和最小測定值。

1.2.5 游離酚的提取與測定 參考Park等[13]的方法。

1.2.5.1 游離酚的提取 分別稱取不同碾磨度紅米粉體0.50 g(精確至0.01 g),用10 mL 70%乙醇浸提2 h后在4000 r/min的條件下離心20 min,提取5次,合并上清液并定容至50 mL容量瓶中,-18 ℃下保存待用。

1.2.5.2 游離酚含量的測定 取0.5 mL的提取液或標(biāo)準(zhǔn)液加到盛有2.5 mL蒸餾水的試管中,再加入0.5 mL福林酚試劑,充分混合,再加入7.5% Na2CO3溶液1.5 mL,搖勻后放置在避光條件下室溫反應(yīng)90 min后,在760 nm波長下測定其吸光度。采用沒食子酸作為標(biāo)準(zhǔn)品,配制成0.010、0.015、0.02、0.025 mg/mL沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)液。以沒食子酸的含量為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為y=9.795x+0.0079,R2=0.9986。結(jié)果以沒食子酸當(dāng)量(gallic acid equivalent,GAE)表示。

1.2.5.3 總黃酮含量的測定 取1 mL提取液或標(biāo)準(zhǔn)液,加到盛有2 mL蒸餾水的試管中,再添加0.3 mL的5% NaNO2溶液,反應(yīng)5 min后加入10% AlCl3·6H2O溶液0.3 mL,5 min后加入1 mol/L的NaOH溶液2 mL,保持15 min后在415 nm處測定其吸光度。將蘆丁配制成0.15、0.30、0.45和0.60 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)液。以蘆丁的含量為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為y=0.9548x+0.0229，R2=0.9962。結(jié)果以蘆丁當(dāng)量(rutin equivalent,RE)表示。

1.2.6 抗氧化性測定 抗氧化性測定的方法參考Park等[13]和吳迪[14]的方法略加修改。

1.2.6.1 DPPH自由基清除能力測定 用無水乙醇配制0.2×10-3mol/L的DPPH溶液,在試管中加入3.0 mL DPPH溶液和1.0 mL樣品溶液,混勻后室溫避光反應(yīng)30 min,在517 nm波長下測定吸光值。分別取0、0.05、0.10、0.15和0.20 mg/mL的VC標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mL,代替樣品溶液作為標(biāo)準(zhǔn)測定吸光度,以VC含量為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線y=-7.6815x+1.6171(R2=0.9971)。結(jié)果以VC當(dāng)量(ascorbic acid equivalent antioxidant capacity,AEAC)表示。

1.2.6.2 ABTS自由基清除能力測定 將7×10-3mol/L的ABTS溶液和2.45×10-3mol/L的過硫酸鉀溶液等體積混合,避光靜置反應(yīng)12 h得ABTS工作液,然后用無水乙醇逐級稀釋到吸光度值在732 nm處為0.70±0.02。在試管中分別取不同濃度的樣品溶液0.1 mL,加入ABTS工作液3.0 mL,混勻后室溫避光反應(yīng) 30 min,在732 nm 波長下測定吸光值。分別取0.4、0.8、1.2和1.6 mg/mL的VC溶液0.1 mL,代替樣品溶液作為標(biāo)準(zhǔn)測定吸光度,以VC含量為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線y=-3.4421x+0.6095(R2=0.9995)。結(jié)果以VC當(dāng)量表示。

1.2.7 感官評定 米飯的感官評定及品評人員的挑選參照GB/T 15682-2008進(jìn)行。米飯蒸煮條件和感官評分標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)紅米特點(diǎn)略加修改,蒸煮米水比為1∶1.8,蒸煮時間為1.2.3中所測蒸煮時間,感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。為了評價結(jié)果的穩(wěn)定性和客觀性,將對照樣品隨機(jī)放入被測試樣中進(jìn)行感官評價。

表1 紅米米飯感官品質(zhì)評分標(biāo)準(zhǔn)

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)結(jié)果均表示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”,數(shù)據(jù)處理及制圖使用SPSS 22.0以及Origin-Pro 2018。單因素方差分析采用Duncan檢驗(yàn),顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同碾磨度對蒸煮特性的影響

由圖1可以看出,紅米的蒸煮時間隨碾磨度的增加而逐漸縮短,與張海波[15]的結(jié)果相似,由54.5 min(RR)縮短至25.5 min(MD10),其他碾磨度下的蒸煮時間分別為(37.5±0.71)(MD2)、(31±0.82)(MD4)、(28.83±0.62)(MD6)、(27.17±0.85)(MD8)min。Briffaz等[16]指出蒸煮期間米粒中水分的擴(kuò)散情況對淀粉糊化具有顯著影響。糙米的蒸煮時間長是因?yàn)槭杷炠|(zhì)的糠層在一定程度上阻礙了水分滲入米粒[17],并且糙米糠層中豐富的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)在蒸煮過程中會形成蛋白質(zhì)-淀粉、脂質(zhì)-淀粉復(fù)合物,進(jìn)一步限制淀粉的糊化[18]。經(jīng)過碾磨后,糙米糠層受到不同程度的損失,使得水分能從破損處快速滲入米粒內(nèi)部,由此淀粉顆粒更好的膨脹,大米的熟化過程加速,從而縮短了蒸煮時間[19-20]。從RR到MD2的蒸煮時間縮短最大,相比于RR下降了31.19%,下降比例最大,由此可以看出糠層一旦產(chǎn)生缺口,水分?jǐn)U散速率將快速增加,蒸煮時間急劇縮短,并且隨著碾磨程度的進(jìn)一步增加,蒸煮時間的下降趨勢逐漸減緩。

圖1 不同碾磨度對紅米蒸煮時間、吸水率、體積膨脹率及固形物損失率的影響

在最適蒸煮時間下,RR的吸水率和體積膨脹率分別為182.46%±9.67%和219.07%±7.91%,經(jīng)過碾磨后,樣品的吸水率和體積膨脹率均出現(xiàn)升高的趨勢,其中MD10的蒸煮吸水率和體積膨脹率上升最為顯著(P<0.05),分別達(dá)到308.44%±5.78%和413.41%±20.85%。由固形物損失率的數(shù)據(jù)可以看出,隨著碾磨度的增大,樣品的固形物損失率逐漸增加,但MD6～MD10之間并無顯著性差異(P>0.05)。由此可以看出,糙米糠層在蒸煮過程中起到了屏障作用,阻擋了米粒中固形物進(jìn)入水中,有利于減少米粒蒸煮時營養(yǎng)物質(zhì)的流失[9],但同時也束縛了米粒的膨脹。

2.2 不同碾磨度對紅米糊化特性的影響

糊化特性是影響大米蒸煮、食味品質(zhì)的重要指標(biāo)[18],而且峰值糊化粘度、最終糊化粘度、崩解值與大米的味感均呈正相關(guān)[21],Isono等[22]更是認(rèn)為較大的BD值是與大米良好的食味品質(zhì)密切相關(guān)的特征之一。如圖2所示,隨著碾磨度的提升,紅米的崩解值、峰值粘度和終止粘度均呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢,分別由(599.27±7.46)、(1485.33±12.23)和(2020.67±21.75) cP(RR)上升至(885.73±7.17)、(2098.33±5.56)和(2448.33±11.59) cP(MD10)。由此可見,經(jīng)過碾磨后的輕碾米擁有更高的糊化特性[18,23],這主要是由于隨著碾磨度的增加,糙米糠層的纖維素、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和非淀粉多糖類等大分子物質(zhì)含量降低,減少了其對淀粉糊化的阻礙[19,23-24],并提高了淀粉百分含量,最終導(dǎo)致糊化粘度的升高。

圖2 不同碾磨度對紅米崩解值、峰值粘度和終止粘度的影響

2.3 不同碾磨度對熟米飯質(zhì)構(gòu)特性的影響

質(zhì)構(gòu)特性是對米粒食味品質(zhì)最為直觀的一種表示。由圖3可以看出,米粒的硬度隨碾磨度的提升先快速下降后逐漸趨于平緩,RR到MD2硬度的下降速率最快,由(144.37±3.76) g下降至(108.26±7.71) g,但MD4～MD10之間的硬度并無顯著性差異(P>0.05)。由此可見,較為完整的糠層增加了熟米粒的硬度。RR經(jīng)過碾磨后硬度迅速下降,可能是由于糠層結(jié)構(gòu)被破壞,增加了水分?jǐn)U散速率和淀粉糊化與溶脹程度[25],同時,糠層破碎使米粒在蒸煮過程中有更多的淀粉破裂和溶出,也可使得米粒硬度降低[19]。當(dāng)碾磨度提升到4%以上,各個碾磨度的樣品硬度之間差異不顯著(P>0.05),可能是因?yàn)樵?%以上的碾磨,糠層原有的支撐能力已經(jīng)全部被破壞,此時胚乳的硬度為主要影響因子。有報道指出,較低的水分吸收可使大米蒸煮后硬度較大[26],前文中蒸煮吸水率的指標(biāo)與熟米粒硬度的指標(biāo)相吻合。

圖3 不同碾磨度對紅米米飯硬度、彈性和粘性的影響

由圖3中的彈性數(shù)據(jù)可以看出,不同碾磨度的紅米樣品的彈性在0.53(RR)～0.58(MD6)之間,沒有明顯的變化。而粘度數(shù)據(jù)中,RR的粘度最低(568.30±75.15) g,隨著碾磨度的增加,各樣品的粘度呈現(xiàn)上升趨勢,這與Saleh等[26]的研究結(jié)果相似,推測有兩方面原因:較高的粘度與碾磨造成的低脂質(zhì)、低蛋白質(zhì)密切相關(guān),蛋白質(zhì)和脂類極易與淀粉形成復(fù)合物,通過減少碾磨可降低米粒蛋白質(zhì)和表面脂質(zhì)含量,從而減少復(fù)合物的形成,影響煮熟米粒的品質(zhì)特性[26];固形物溶出也會影響熟米粘度[27],而輕碾紅米米飯粘度的增加與前文固形物損失率(圖1)的結(jié)果也相吻合。

2.4 不同碾磨度對紅米多酚類物質(zhì)含量的影響

不同碾磨度對紅米多酚類物質(zhì)的影響如圖4所示。隨著碾磨度的增加,紅米的游離酚含量和黃酮含量均呈現(xiàn)下降趨勢[28]。未經(jīng)碾磨處理樣品中游離酚和黃酮含量分別為(2.39±0.07)和(0.820±0.008) mg RE/100 g,碾磨度由0%增加至2%時快速下降至(1.66±0.02)和(0.48±0.01) mg RE/100 g,碾磨度繼續(xù)增大時,游離酚和黃酮含量緩慢下降至(1.22±0.06)和(0.07±0.04) mg RE/100 g。推測出現(xiàn)上述變化趨勢的原因在于:碾磨逐漸去除的糠層是酚類化合物主要存在的部位[29];碾磨對游離酚的影響可能是由于糠層中酚類化合物的分布規(guī)律所致[13],紅米游離酚和黃酮類物質(zhì)可能主要分布于糠層中外層。并且,隨著碾磨度的進(jìn)一步提高,碾磨過程中小部分胚乳被去除導(dǎo)致米糠碾除比例下降,也可使得游離酚和黃酮含量下降趨勢變緩。

圖4 不同碾磨度對紅米游離酚和黃酮含量的影響

2.5 不同碾磨度對紅米抗氧化性的影響

紅米游離酚對DPPH和ABTS自由基清除能力如圖5所示。隨著碾磨度上升,紅米游離酚對DPPH和ABTS自由基清除能力均顯著下降(P<0.05)[28],與游離酚含量和黃酮含量呈正相關(guān)[13],下降速率則先基本穩(wěn)定后略微降低,尤其是碾磨度大于8%時。其中,DPPH自由基清除能力從(17.93±0.077)(RR)下降至(0.35±0.13) mg AEAC/g(MD10),接近于0,下降比例達(dá)98.05%,而ABTS自由基清除能力從(67.83±0.97)(RR)下降至(10.57±1.24) mg AEAC/g(MD10),下降比例為84.42%。由此可見,碾磨處理使得紅米的抗氧化性能急劇下降,碾磨度越大,抗氧化能力越弱。

圖5 不同碾磨度對紅米DPPH和ABTS自由基清除能力的影響

2.6 不同碾磨度對米飯感官品質(zhì)的影響

由表2可以知,隨著碾磨度的增加,各碾磨度紅米飯硬度得分呈現(xiàn)先上升后逐漸趨于穩(wěn)定的趨勢,MD6的硬度得分最高為(8.40±0.49)分,隨后略有降低,但MD4、MD6、MD8和MD10之間無顯著性差異(P>0.05),與前文質(zhì)構(gòu)儀硬度數(shù)據(jù)相吻合;粘性、彈性和粗糙感均隨著碾磨度的增加而顯著增加(P<0.05);而氣味和滋味得分均隨碾磨度的增加逐漸降低,原因在于高碾磨度樣品糠層中酚類物質(zhì)損失較多,使得紅米特征氣味和滋味的強(qiáng)度較RR有所減弱,進(jìn)而影響了感官評分;在整體感官得分上,隨著碾磨度的提高,樣品感官評價總分呈上升趨勢,最高為MD10得(43.20±0.98)分,但MD4～MD10之間無顯著差異。有研究發(fā)現(xiàn),隨著碾磨程度的增加,大米在蒸煮過程中會吸收更多的水,從而影響其食味品質(zhì)[30]。本研究中輕碾紅米感官品質(zhì)有所改善,這也與前文蒸煮吸水率指標(biāo)變化結(jié)果相吻合。由此可見,4%的碾磨度即可明顯改善紅米的感官品質(zhì),繼續(xù)增大碾磨度時,改善效果不大。

表2 不同碾磨度紅米飯感官的得分(分)

3 結(jié)論

本文研究了碾磨度對紅米蒸煮特性、糊化特性、米飯質(zhì)構(gòu)特性、感官評分及其酚類物質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明,隨著碾磨度的增大,紅米的蒸煮特性、糊化特性、米飯質(zhì)構(gòu)特性、感官評分均得到了不同程度的改善。當(dāng)碾磨度為4%時,紅米蒸煮時間縮短至31 min,蒸煮吸水率及體積膨脹率分別增大45.08%和60.75%,硬度減少50.94 g,感官總分增加7.4分。然而,隨著碾磨度的增大,紅米的酚類物質(zhì),包括游離酚及黃酮的含量及其抗氧化能力均呈現(xiàn)出下降的趨勢,4%碾磨度時,紅米中游離酚、黃酮的保留率分別為62.34%、33.41%,DPPH和ABTS自由基清除能力保留率為61.57%和53.28%。由此可以看出,適當(dāng)?shù)哪肽ザ瓤梢愿纳萍t米的蒸煮及感官品質(zhì),并較好地保留其中的酚類物質(zhì)。進(jìn)一步完善了紅米的基礎(chǔ)理論研究,這在以往的研究中未見此類報道。接下來,作者將進(jìn)一步研究碾磨度對紅米酚類物質(zhì)組成及儲藏穩(wěn)定性的影響,以期為紅米的適度加工提供依據(jù)。