加工精度對方便米飯理化性質(zhì)的影響

楊 榕，吳建永，張水軍，熊 勇，劉成梅，羅舜菁*

大米是世界一半人口的主糧，通常以精白米形式銷售[1]，而精白米血糖指數(shù)較高，易造成血糖波動，不利于糖尿病和心腦血管疾病人群的健康[2]。不僅如此，片面追求精、細、白的大米加工方式還造成大量的糧食和能源浪費，已引起我國農(nóng)業(yè)部高度重視。鑒于此，我國2018年新發(fā)布的大米標(biāo)準(zhǔn)GB/T1354-2018[3]首次對大米加工精度設(shè)置上限，引導(dǎo)和促進節(jié)糧減損。

加工精度（DOM，degree of milling）[4]是指大米糠層（皮層、糊粉層和胚）的去除程度，通常用去糠工序中米粒的質(zhì)量損失（%）來表示。DOM 顯著影響大米理化性質(zhì)，包括營養(yǎng)成分[5]、蒸煮品質(zhì)[6]、食用品質(zhì)[7]、外觀品質(zhì)[8]、能量損耗[9]、糊化性質(zhì)[10]和儲藏性質(zhì)[11]等。全谷物糙米保留了完整糠層（DOM=0%），富含膳食纖維、維生素、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等多種營養(yǎng)成分，對糖尿病、肥胖等慢性病有顯著預(yù)防和抑制作用[12]，然而其食用品質(zhì)差，未受消費者青睞[1]。提高DOM 可以顯著提高大米蒸煮和食用品質(zhì)[7]，而當(dāng)DOM≥10%時，大米的糠層及其所富含的營養(yǎng)物質(zhì)也隨之除盡[13]。鑒于此，近年來我國農(nóng)業(yè)部大力倡導(dǎo)糧食適度加工，要求盡可能地保留大米營養(yǎng)成分，同時保證較好的食用品質(zhì)。

方便米飯是一種以大米為原料，短時間復(fù)水后即可食用的新型米制品[14]。目前，DOM 對方便米飯理化性質(zhì)的影響尚未見報道。本文以秈米為原料，制備不同DOM（0%，3%，6%，9%和12%）的方便米飯，研究DOM 對方便米飯復(fù)水性質(zhì)（水分含量和水分分布）、形態(tài)特征（長寬比、延長率和體積膨脹率）、顏色（L 值、b 值和ΔE 值）、質(zhì)構(gòu)（硬度和黏度）和微觀結(jié)構(gòu)的影響及規(guī)律，揭示方便米飯的最適大米DOM 范圍，為我國糧食適度加工戰(zhàn)略提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 原料

早秈糙米（江早361），水分含量13.2%，江西新龍糧油公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TM 05 型碾米機，日本佐竹公司；MBYJ50EG 型美的電飯煲，美的集團有限公司；DIR631C 型遠紅外線加熱爐，重慶雅馬拓科技有限公司；MicroMR-25 型核磁共振成像分析儀，上海紐邁電子科技有限公司；SMZ 800 型體式顯微鏡，日本Nikon 公司；NS810 型色差儀，深圳三恩時科技有限公司；TA.TX2.plus 質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable 公司；Quanta-200 型場發(fā)射電子掃描電鏡，荷蘭FEI 公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 方便米飯的制備 糙米經(jīng)碾米機碾磨不同時間后制備成不同DOM（0%，3%，6%，9%和12%）的大米，DOM 用重量法[4]表征（公式1）。其中DOM 0%為糙米，DOM 12%為精白米。稱取30 g不同DOM 米樣，室溫下浸泡30 min，在米水質(zhì)量比1∶1.4 的條件下用電飯煲蒸煮20 min，保溫10 min。將蒸煮后的米飯置于冷水中離散1 min，然后均勻平鋪于篩網(wǎng)中，置于遠紅外線加熱爐中干燥。干燥溫度80 ℃，干燥時間1 h 40 min，得到不同DOM 的方便米飯，樣品分別標(biāo)記為DOM 0%、DOM 3%、DOM 6%、DOM 9%和DOM 12%，水分含量分別為8.50%，8.66%，8.69%，8.80%和8.65%。

1.3.2 復(fù)水性質(zhì)的測定

1.3.2.1 水分含量的測定 稱取一定量方便米飯置于5 倍質(zhì)量的沸水中復(fù)水[15]。每隔30 s 取出樣品，測定其水分含量，繪制樣品水分含量隨復(fù)水時間變化的關(guān)系曲線，曲線拐點記為最佳復(fù)水時間。

1.3.2.2 水分分布的測定 按照1.3.2.1 節(jié)中方法對方便米飯進行復(fù)水，每隔1 min 將樣品取出，用吸水紙吸干米飯表面水分后裝入核磁瓶中，置于核磁共振成像儀（MRI）中進行測定。采用SE 脈沖序列獲得不同DOM 方便米飯的質(zhì)子密度加權(quán)像。成像的主要參數(shù)為：主頻SF=21 MHz，90°射頻脈寬RFA1=8.0，重復(fù)采樣時間TR=1 000 ms，回波時間TE=1.05 ms，設(shè)定層數(shù)為1，視域（FOV）設(shè)定為GA4=50，GA5=50，重復(fù)采樣4 次，相位編碼步數(shù)256 步。采集樣品縱斷面圖像，獲取方便米飯縱斷面水分分布信息。

1.3.3 食用品質(zhì)的測定

1.3.3.1 外觀形態(tài)和顏色

1）采用體視顯微鏡觀察復(fù)水前后方便米飯的外觀形態(tài)。

2）用游標(biāo)卡尺測定方便米飯的長度和寬度，延長率為復(fù)水后的米飯長度與復(fù)水前的米飯長度的比值，長寬比為復(fù)水后的方便米飯的長度和寬度的比值[16]。用排水法[17]測定方便米飯的體積，體積膨脹率為復(fù)水后的米飯體積與復(fù)水前的米飯體積的比值。

3）采用色差儀測定方便米飯復(fù)水后的色度值，其中，“L”表示亮度，“a”表示紅-綠色，“b”表示黃-藍色?？偵钪担é）用以下公式計算：

式中，ΔL、Δa 和Δb 分別為測試值與標(biāo)準(zhǔn)白板值的差值，L*=93.70，a*=0.07，b*=-3.39。

1.3.3.2 質(zhì)構(gòu)特性 參照Mohapatra 等[17]的方法，采用質(zhì)構(gòu)儀測定方便米飯的質(zhì)構(gòu)特性。取3 粒復(fù)水后的方便米飯，呈三角環(huán)狀排列于測試平臺上，用直徑為26 mm 的圓柱形探頭（P/36）對其進行兩次下壓測試（TPA），米飯形變程度設(shè)為90%，探頭的測前、測中和測后速度分別設(shè)為0.5，0.5 和5 mm/s，由儀器軟件分析計算方便米飯的硬度和黏度。

1.3.4 微觀結(jié)構(gòu)的測定 將復(fù)水后的方便米飯凍干，用刀片沿米粒中部、橫軸方向施加壓力，使其自然斷裂。將樣品橫斷面朝上，表面濺射鍍金后用掃描電鏡在17 kV 的加速電壓下觀察，得到放大倍數(shù)為35 倍和200 倍的米粒橫斷面圖像。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS 17.0 軟件分析試驗數(shù)據(jù)，并采用單因素方差分析（Tukey's 檢驗）對均值進行兩兩比較，顯著性水平設(shè)為0.05，試驗結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 加工精度對方便米飯復(fù)水性質(zhì)的影響

2.1.1 水分含量 快速復(fù)水是方便米飯所需的基本品質(zhì)[18]。如圖1所示，所有DOM 的方便米飯的水分含量隨復(fù)水時間的增加而增加。糙米方便米飯（DOM 0%）的水分含量在復(fù)水6～7 min 后趨于穩(wěn)定，表明其最佳復(fù)水時間在6～7 min 之間，其最終水分含量約為51%。其它DOM 方便米飯的水分含量在復(fù)水4～5 min 后便達到穩(wěn)定，且最終介于60%和63%之間，表明DOM 3%～DOM 12%的方便米飯的復(fù)水速度顯著高于糙米方便米飯。這可能是由于糙米含有完整皮層（圖3a1、a2），阻擋水分滲透，阻礙方便米飯復(fù)水。Desikachar 等[19]和Tran 等[20]也發(fā)現(xiàn)，皮層是阻礙米粒吸水的首要因素。觀察復(fù)水曲線可知，DOM 3%、DOM 6%、DOM 9%、DOM 12%的復(fù)水速度沒有明顯差別，表明當(dāng)DOM≥3%時，方便米飯的復(fù)水速度已經(jīng)接近精白米（DOM 12%）。這是因為大米糊粉層不會阻礙水分滲透，僅破壞部分皮層（圖3b1、b2）即可為方便米飯?zhí)峁┳銐虻乃譂B透通道[21]。

圖1 加工精度對方便米飯復(fù)水過程中的水分含量的影響Fig.1 Effect of different degree of milling on the moisture content of instant rice during rehydration

2.1.2 水分分布 通過核磁共振成像可以更直觀地觀察方便米飯的水分分布信息（圖2），越明亮的區(qū)域代表水分含量越高[22-23]。復(fù)水7 min 后，大部分糙米方便米飯（DOM 0%）的水分仍集中于米粒外圍，中心部位能觀察到較多的黑色像素（圖2a7），表明即使達到最佳復(fù)水時間（6～7 min），糙米方便米飯也未能完全復(fù)水，這將會顯著影響糙米方便米飯的食用品質(zhì)。復(fù)水過程的前4 min，DOM 6%（圖2c1～c4）、DOM 9%（圖2d1～d4）和DOM 12%（圖2e1～e4）的水分分布相似，且略高于DOM 3%（圖2b1～b4），但當(dāng)復(fù)水時間超過4 min后，DOM 3%～12%的水分分布圖像相似，米飯中心部位明亮，黑色像素較少，水分分布較為均勻，表明方便米飯已充分復(fù)水（圖2b5～b7、c5～c7、d5～d7、e5～e7）。以上結(jié)果顯示，DOM 3%～6%的方便米飯在復(fù)水過程中的水分分布情況已經(jīng)接近精白米（DOM 12%），與水分含量的結(jié)果一致。

圖2 加工精度對方便米飯復(fù)水過程中的水分分布的影響Fig.2 Effect of degree of milling on the water distribution of instant rice during rehydration

2.2 加工精度對方便米飯食用品質(zhì)的影響

2.2.1 外觀形態(tài)和顏色 方便米飯的外觀形態(tài)會影響消費者的可接受度[24]。如圖3所示，復(fù)水前后，糙米方便米飯（圖3a1，a2）的外形和顏色明顯異于其它DOM 的方便米飯，其外層包裹著堅硬的皮層，呈棕黃色。復(fù)水前，隨著DOM 的增加，方便米飯的顏色逐漸由黃變白（圖3a1、b1、c1、d1、e1）。復(fù)水后，當(dāng)DOM ≥6%時，方便米飯的外觀形態(tài)與精白米（DOM 12%）接近（圖3c2、d2、e2）。

圖3 復(fù)水前后不同加工精度方便米飯的外觀形態(tài)Fig.3 Appearance of instant rice with different degree of milling before and after rehydration

復(fù)水后方便米飯的形態(tài)特征，包括長寬比、延長率和體積膨脹率如表1所示。糙米方便米飯的長寬比、延長率和體積膨脹率最小。當(dāng)DOM≥3%時，繼續(xù)提高DOM 對方便米飯的長寬比、延長率和體積膨脹率無顯著影響（P > 0.05）。Mohapatra等[25]研究發(fā)現(xiàn)，米飯長度和體積的增加與水分含量呈正相關(guān)。本文水分含量的結(jié)果（圖1）表明，當(dāng)DOM≥3%時，方便米飯的水分含量曲線與精白米方便米飯無明顯差異，因此，當(dāng)大米DOM≥3%，即可使方便米飯的形態(tài)特征和精白米方便米飯相似。

復(fù)水后方便米飯的顏色參數(shù)如表1所示，包括亮度值L、黃-藍值b 和總色差值ΔE。糙米方便米飯的L 值（61.26）最低，其次為DOM 3%（69.48）。當(dāng)DOM≥6%時，方便米飯的L 值與精白米方便米飯無顯著差異（P>0.05）。糙米方便米飯的b 值（15.46）最高，顯著高于DOM 3%（7.58）和DOM 6%～12%（5.50，4.15 和3.23）（P<0.05），而DOM 9%和DOM 12%之間的b 值無顯著差異（P>0.05）。DOM 6%和DOM 9%的ΔE 值與精白米方便米飯（DOM 12%）無顯著差異（P>0.05），分別為22.87，21.73 和21.27，表明當(dāng)DOM≥6%時，方便米飯的整體色差值ΔE 與精白米方便米飯接近，該結(jié)果與體視顯微鏡的觀察一致。

2.2.2 質(zhì)構(gòu)分析 質(zhì)構(gòu)是方便米飯最重要的食用品質(zhì)之一[26]，尤其是硬度和黏度[27，28]。由表1可以看出，復(fù)水后方便米飯的硬度隨著DOM 的增大而降低。糙米方便米飯的硬度最大（1 736 g），其次為DOM 3%（536 g）。當(dāng)DOM≥6%時，方便米飯的硬度與精白米方便米飯無顯著性差異（P<0.05），這是因為當(dāng)DOM≥6%時，方便米飯的微觀結(jié)構(gòu)與精白米方便米飯相似（詳見3.3 節(jié)）。方便米飯的黏度則隨著DOM 的增大而增大。有報道指出，非淀粉成分（蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等）會抑制淀粉顆粒的糊化和溶脹，從而降低米飯的黏度[6，29]。隨著DOM 的增大，大米所含的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等營養(yǎng)成分的含量不斷降低[6]，淀粉質(zhì)胚乳暴露，使得米飯黏度增加。當(dāng)DOM≥9%時，方便米飯的黏度接近精白米方便米飯。

表1 加工精度對復(fù)水后方便米飯的形態(tài)特征和質(zhì)構(gòu)的影響Table 1 Effect of degree of milling on the morphological characteristics and texture of instant rice after rehydration

2.3 加工精度對方便米飯微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖4顯示了復(fù)水4 min 后方便米飯橫斷面的微觀結(jié)構(gòu)（圖4a1～e1）。糙米方便米飯的外圍包裹著一層糠層，中心部位為實心結(jié)構(gòu)（圖4a1），表明水分尚未進入米飯中心，米飯仍處于夾生狀態(tài)。而其余DOM 方便米飯的中心部位均為多孔結(jié)構(gòu)（圖4b1～e1），表明水分已經(jīng)滲透米飯中心。隨著DOM的增加，孔洞結(jié)構(gòu)變得致密而均勻（圖4a2～e2）。當(dāng)DOM≥6%時，孔洞數(shù)量和大小已經(jīng)和精白米方便米飯相似（圖4c2～e2）。該結(jié)果可以解釋為何當(dāng)DOM≥6%時，方便米飯的硬度與精白米方便米飯無顯著差異。

圖4 加工精度對復(fù)水后方便米飯微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.4 Effect of degree of milling on the microstructure of instant rice after rehydration

3 結(jié)論

隨著大米DOM 的不斷升高和糠層的不斷除去，所制得的方便米飯的理化性質(zhì)發(fā)生顯著變化。當(dāng)DOM≥3%時，方便米飯的復(fù)水速度、水分分布和形態(tài)特征（長寬比、延長率和體積膨脹）與精白米方便米飯（DOM 12%）相近。當(dāng)DOM 升高至6%時，方便米飯的外觀形態(tài)、總體顏色、硬度和微觀結(jié)構(gòu)也與精白米方便米飯相近。當(dāng)DOM 達到9%時，方便米飯的黏度已經(jīng)與精白米方便米飯無顯著差異。由此可見，方便米飯的適宜DOM 范圍為6%～9%。