浸泡和微波處理對三種高粱熟化的影響

姜 鵬，李 忍,3，戴凌燕，阮長青，張東杰,3,，王長遠，李志江,3,

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319；2.黑龍江省雜糧加工及質(zhì)量安全工程技術(shù)研究中心，黑龍江大慶 163319；3.國家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江大慶 163319；4.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江大慶 163319）

高粱是世界上僅次于水稻、玉米、小麥和大麥的第五大作物，也是一種擁有3000 多年歷史的重要的耐旱經(jīng)濟作物[1-2]。高粱富含蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素和膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)[3]，還具有獨特的功能性成分，在治療和預(yù)防2 型糖尿病、延緩衰老、對抗癌癥等方面具有顯著效果[4]，因此，高粱類食品在一些發(fā)達國家逐漸受到歡迎[5]。但由于高粱淀粉結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)地堅硬，不易熟化，在食用前通常需要預(yù)先蒸煮或者浸泡，蒸煮時耗費的時間較長，給高粱食品食用帶來不便[6]。陳靜等[7]對雜糧米的蒸煮特性進行研究，得出高粱屬于不易糊化的雜糧，在經(jīng)過浸泡工藝后仍需要很長的蒸煮時間才能熟化。因此研制一種可以使高粱快速熟化的工藝，會給人們的生產(chǎn)和生活帶來很大的便利，有助于高粱中生理功能成分的消化吸收[8-9]。

微波是一種新型的熱加工技術(shù)，與擠壓膨化、焙烤、蒸煮等傳統(tǒng)的熱加工技術(shù)相比具有加熱快速、清潔無污染、耗能比較低等優(yōu)點[10]，殺菌效果較好，有助于抑制微生物生長，在食品加工和儲藏中具有重要作用[11]。研究表明，微波處理糙米等谷物具有縮短其蒸煮時間和改善其蒸煮品質(zhì)等作用[12]。李存芝等[13]采用微波處理的方法研究了薏米餅的膨化技術(shù)，有效提升了雜糧的膨化率；王立東等[14]通過微波技術(shù)等方式確定了紅小豆熟化和干燥的最佳工藝條件，縮短了紅小豆熟化時間。但利用微波技術(shù)縮短高粱的蒸制熟化時間，以達到快速熟化的研究鮮有報道。本研究以三種高粱為主要原料，探討浸泡和微波處理對熟化工藝參數(shù)的影響，為高粱熟化提供加工工藝參考。

1 材料與方法

1.1 原料與設(shè)備

龍米糧1 號高粱、龍雜13 號高粱和紅糯高粱均由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，含水率分別為4.7%、5.3%和5.7%。

XPR205/AC 分析天平 梅特勒-托利多國際有限公司；M1-211A 微波爐 美的集團有限公司；C21-SDHCB06G 電磁爐 蘇泊爾股份有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 高粱熟化工藝操作 將脫殼后的高粱進行篩選，去除變質(zhì)和不完整的高粱粒，用蒸餾水清洗兩遍去除表面灰塵與其他雜質(zhì)，在一定的浸泡溫度和浸泡時間的條件下浸泡后取出備用。自然瀝干至表面無水分后，采用不同的微波功率和微波時間對高粱進行微波處理，處理后冷卻至室溫，在45 ℃，20 min 的條件下熱風(fēng)干燥，冷卻至室溫后，取10 g 高粱，置于蒸鍋中蒸煮40 min，根據(jù)其內(nèi)部是否有硬芯來判斷高粱的熟化程度。

1.2.2 指標檢測 高粱原料中含水率的測定采用國標《谷物及谷物制品水分的測定GB/T 21305-2007》方法[15]。吸水率測定參考姚萬春等[16]的方法，稍作改動。熟化程度測定參考張桂芳等[17]的方法。

1.2.3 浸泡工藝對高粱吸水率的影響 取3 個500 mL燒杯分別加入400 mL 水，待測高粱樣品100 g，每1 h取出全部樣品，瀝干后待其表面水分自然風(fēng)干后至室溫，測其吸水率[16]，考察不同的浸泡時間和浸泡溫度條件對高粱吸水率的影響。

1.2.3.1 浸泡時間對高粱吸水率的影響 分別取100 g除雜后的高粱放入三個500 mL 的燒杯中，以料液比為1:4 的比例加水進行浸泡，在浸泡溫度為45 ℃的條件下，用蒸餾水分別浸泡1、2、3、4 和5 h，取樣后計算吸水率，確定浸泡時間對高粱吸水率的影響。

1.2.3.2 浸泡溫度對高粱吸水率的影響 分別取100 g除雜后的高粱放入三個500 mL 的燒杯中，以料液比為1:4 的比例加水進行浸泡，在浸泡溫度分別為25、35、45、55 和65 ℃的條件下浸泡3 h，取樣后根據(jù)實驗方法計算吸水率，研究浸泡溫度對高粱吸水率的影響。

1.2.4 微波處理對高粱熟化程度的影響 在經(jīng)過微波處理過的高粱中隨機抽取30 粒剖開，若有硬芯則記為未熟透的高粱顆粒；若內(nèi)部色澤均勻，透明程度相同則記為已熟透的高粱顆粒[17]，考察不同的微波時間和微波功率條件對高粱熟化程度的影響。

1.2.4.1 微波時間對高粱熟化程度的影響 取經(jīng)最優(yōu)浸泡工藝參數(shù)處理后的高粱10 g，均勻鋪在90 mm的平皿上，在微波功率為600 W 的條件下，用微波分別處理2、5、8、11 和14 min，取樣后常壓蒸煮40 min計算其熟化程度，確定微波時間對高粱熟化程度的影響。

1.2.4.2 微波功率對高粱熟化程度的影響 取經(jīng)最優(yōu)浸泡工藝參數(shù)處理后的高粱10 g，均勻鋪在90 mm的平皿上，在微波功率分別為200、400、600、800和1000 W 的條件下微波處理8 min，取樣后常壓蒸煮40 min 后計算其熟化程度，確定微波功率對高粱熟化程度的影響。

1.2.5 微波處理高粱最佳蒸煮時間的確定 根據(jù)上述實驗的結(jié)果，對經(jīng)過最優(yōu)浸泡工藝和最優(yōu)微波工藝處理后的三種高粱進行蒸煮，確定最佳的蒸煮時間（5、10、15、20、25、30、35、40 min）。

1.2.6 未經(jīng)微波處理高粱與微波處理高粱蒸煮時間對比 三種未經(jīng)微波處理高粱經(jīng)最優(yōu)浸泡工藝吸水后進行蒸煮（龍米糧1 號高粱、龍雜13 號高粱、紅糯高粱最佳浸泡時間分別為：2、2 和3 h，浸泡溫度分別為45、35 和35 ℃），確定其熟化時間，并與經(jīng)微波處理高粱熟化時間進行感官對比（龍米糧1 號高粱、龍雜13 號高粱、紅糯高粱微波時間分別為：8、11、11 min，微波功率分別為：600、800、800 W）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗處理采用三次重復(fù)進行測定和計算，利用SPSS 25.0 和Graphpad Prism 8.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果均以平均值±標準偏差來表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 浸泡工藝參數(shù)的確定

2.1.1 浸泡時間對高粱吸水率的影響 由圖1 可知，在浸泡溫度為45 ℃時，隨著浸泡的時間增加，三種高粱的吸水率均呈現(xiàn)先增加后平穩(wěn)的趨勢。龍米糧1 號和龍雜13 號高粱在浸泡2 h 后吸水率趨于平穩(wěn)，而紅糯高粱在浸泡3 h 時吸水率變化趨于平穩(wěn)。已有研究表明，高粱吸水率與高粱品種有關(guān)，且隨著浸泡時間的增加其表面結(jié)構(gòu)被破壞，高粱吸水率會緩慢上升，且高粱內(nèi)部會發(fā)生生理變化，高粱胚開始萌動[18-19]。因此，為了不影響高粱原有的感官及食用品質(zhì)，確定龍米糧1 號和龍雜13 號高粱的最佳浸泡時間為2 h，紅糯高粱的最佳浸泡時間為3 h。

圖1 浸泡時間對三種高粱吸水率的影響Fig.1 Effects of soaking time on water absorption of three kinds of sorghums

2.1.2 浸泡溫度對高粱吸水率的影響 由圖2 可知，在最佳浸泡時間為3 h 的條件下，由于儲藏條件和初始含水率對高粱含水率的影響（含水率分別為：龍米糧1 號4.7%、龍雜13 號5.3%、紅糯高粱5.7%），在浸泡溫度為25 ℃時，龍米糧1 號相比于龍雜13 號和紅糯高粱吸水率較高[20]。但隨著浸泡的溫度的升高，三種高粱的吸水率均呈現(xiàn)出增加的趨勢，研究表明，溫度對谷物的吸水能力有一定的影響，這可能是由于溫度的升高，高粱胚乳中淀粉顆粒間形成的羥基鍵發(fā)生了斷裂，且隨著溫度的升高導(dǎo)致高粱的表皮受損，色素大量的溶解，營養(yǎng)物質(zhì)流出，影響食用口感[21-22]。因此，龍雜13 號和紅糯高粱的最佳浸泡溫度為35 ℃，龍米糧1 號最佳浸泡溫度為45 ℃。

圖2 浸泡溫度對高粱吸水率的影響Fig.2 Effects of soaking temperature on water absorption of sorghums

2.2 微波處理對高粱熟化程度的影響結(jié)果

2.2.1 微波處理時間對高粱熟化程度的影響 由圖3可知，當(dāng)微波處理功率為600 W 和蒸煮40 min 時，隨著微波處理時間的增加，三種高粱的熟化程度均呈現(xiàn)出先增加后平穩(wěn)的趨勢，龍米糧1 號高粱在微波處理時間大于8 min 時其蒸煮后的熟化程度接近100%，龍雜13 號和紅糯高粱在處理時間大于11 min時兩者蒸煮后的熟化程度接近100%。微波技術(shù)的熱效應(yīng)具有可以減少能量的消耗和營養(yǎng)成分的流失等特點，進而改變了高粱的某些理化特性，但當(dāng)微波加熱時間過長，容易導(dǎo)致高粱表面顏色加深，一些熱敏性的營養(yǎng)物質(zhì)容易發(fā)生降解，影響其感官品質(zhì)和營養(yǎng)價值[23]。因此龍米糧1 號高粱的最佳微波處理時間為8 min，龍雜13 號和紅糯高粱的處理時間各為11 min。

圖3 微波處理時間對高粱熟化程度的影響Fig.3 Effects of microwave treatment time on cultivability degree of sorghums

2.2.2 微波處理功率對高粱熟化程度的影響 由圖4可知，當(dāng)最佳微波處理時間為8 min 和蒸煮40 min時，隨著微波處理功率的增加，三種高粱的熟化程度均呈現(xiàn)出先增加后平穩(wěn)的趨勢，龍米糧1 號高粱在微波處理大于600 W 時其蒸煮后的熟化程度接近100%，龍雜13 號和紅糯高粱在處理功率大于800 W時兩者蒸煮后的熟化程度接近100%。微波具有在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量熱量的特點，因此谷物淀粉的微觀結(jié)構(gòu)會遭到破壞，直鏈淀粉鏈的長度變短，使其更易糊化，且當(dāng)微波功率較高時，會導(dǎo)致水分損失，食品營養(yǎng)元素破壞[24-25]，因此龍米糧1 號高粱的最佳微波處理功率為600 W，龍雜13 號和紅糯高粱的處理功率各為800 W。

圖4 微波處理功率對高粱熟化程度的影響Fig.4 Effects of microwave power on the cultivability degree of sorghums

2.3 微波處理高粱最佳蒸煮時間的影響結(jié)果

由圖5 可知，三種高粱在最優(yōu)的浸泡溫度、浸泡時間、微波功率和微波時間的處理條件下，三者的熟化程度隨蒸煮時間的增加而升高。龍米糧1 號高粱在蒸煮時間大于25 min 時其熟化程度接近100%；紅糯高粱在蒸煮時間大于35 min 時其熟化程度接近100%；龍雜13 號高粱在蒸煮時間大于40 min 時其熟化程度接近100%。研究表明，高粱的蒸煮食用品質(zhì)與淀粉的凝膠化過程有關(guān)，而其蒸煮時間的長短與其內(nèi)部淀粉間的空隙有關(guān)，空隙越小，吸水越慢，吸水量越少，蒸煮時間越長[26]，而紅糯高粱為非食用性高粱，其內(nèi)部淀粉空隙可能更細小，造成其所需蒸煮時間更長。因此龍米糧1 號高粱的最佳蒸煮時間為25 min，紅糯高粱的最佳蒸煮時間為35 min，龍雜13 號高粱的最佳蒸煮時間為40 min。

圖5 微波處理對高粱最佳蒸煮時間的影響Fig.5 Effects of microwave treatment on optimal cooking time of sorghums

2.4 未經(jīng)微波處理高粱與微波處理高粱蒸煮時間對比

由圖6 可知，經(jīng)微波處理后，龍米糧1 號高粱的蒸煮時間縮短了約20 min，龍雜13 號高粱的蒸煮時間縮短20 min，紅糯高粱的蒸煮時間縮短了15 min。文獻研究表明，經(jīng)過微波處理后稻米蒸煮時間縮短，可能是微波處理強烈擴散物料中的水分，破壞了淀粉顆粒的致密排列，形成了空隙，使淀粉更容易糊化[27]。或者微波處理破壞了谷物的表面結(jié)構(gòu)，使谷物在蒸煮時水分更容易進入內(nèi)部，加速淀粉糊化[28]。也有研究指出，谷物的表面積決定了其蒸煮時間，谷物比表面積越大其蒸煮時間越短，吸水后表面積變大，膨脹率升高，因此縮短了蒸煮時間[29]。

2.5 微波處理對高粱蒸煮感官影響結(jié)果

由圖7 可知，經(jīng)過蒸煮40 min 后，微波處理過的高粱與未經(jīng)微波處理高粱相比，三種經(jīng)微波處理的高粱均出現(xiàn)膨脹變大，部分高粱裂開且出現(xiàn)白芯，表現(xiàn)出熟化現(xiàn)象；而未經(jīng)微波處理的三種高粱其膨脹程度較小，未出現(xiàn)白芯，沒有表現(xiàn)出熟化現(xiàn)象。表明經(jīng)微波處理過的高粱熟化感官效果更佳。

圖7 未經(jīng)微波處理的高粱與微波處理的高粱在蒸煮40 min 時的感官對比Fig.7 Comparison of sensory evaluation between microwave-treated and non-microwave-treated sorghum during cooking for 40 min

3 結(jié)論

高粱米營養(yǎng)價值豐富，但是其在蒸煮過程中不易熟，這與高粱籽粒淀粉結(jié)構(gòu)致密難糊化相關(guān)，高粱經(jīng)浸泡后利用微波處理進行熟化可縮短蒸煮時間，為高粱食品便捷食用提供了技術(shù)可能。研究確定了三種高粱的浸泡和微波處理熟化工藝參數(shù)：龍米糧1 號、龍雜13 號、紅糯三種高粱的最適浸泡時間分別為2、2、3 h，浸泡溫度分別為45、35、35 ℃，微波功率分別為600、800、800 W，微波時間分別為8、11、11 min，此工藝為預(yù)熟化高粱快速食用或復(fù)配大米蒸煮提供了數(shù)據(jù)。但文中未考慮浸泡和微波處理后對高粱自身的特性影響，如粘度、硬度、咀嚼性、彈性等。因此，對高粱的蒸煮熟化操作過程還有待進一步的研究，應(yīng)在保持高粱食用品質(zhì)基礎(chǔ)上開展速熟高粱食品研發(fā)，讓高粱食品逐漸走進人們的生活。