電磁加熱米飯的品質(zhì)預(yù)測模型研究

蔣 雁，樊慶晗，吳 躍

(1.貴州省糧油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站，貴州 貴陽 550001； 2.中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，稻谷及副產(chǎn)物深加工國家工程實驗室，湖南 長沙 410004)

稻米是我國第一大農(nóng)產(chǎn)品和糧食品種，其消費量占全部糧食消費量的五分之二[1]，全世界有超過半數(shù)的人以稻米為主食。目前，消費者對米飯食味、蒸煮和外觀品質(zhì)的關(guān)注度越來越高。而大米的品種、生產(chǎn)地區(qū)、儲藏、加工方式等因素共同決定了大米的組成與結(jié)構(gòu)特性，米飯的色澤、氣味以及口感等因素是食味品質(zhì)重要的評判標(biāo)準(zhǔn)。如何提升大米的食味品質(zhì)一直以來都是研究的熱點問題，其中，通過選取更優(yōu)的加熱方式及蒸煮參數(shù)為最常見且有效的方式。對于熟制米飯的方法，根據(jù)加熱的方式和熱量來源可分為電磁感應(yīng)加熱、微波加熱、明火加熱等[2]，其中，電磁加熱由于其加熱速度快、參數(shù)易控制、生產(chǎn)效率高、自動化能力強的優(yōu)點，成為了最適合進行熟制米飯的方法之一[3]。

目前，家庭中常見的電飯煲通過設(shè)定好的蒸煮參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化的升溫程序使其制作出來的米飯可口、食味佳[4]。隨著城市化的推進，中央廚房標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)逐漸成為了一種趨勢，如何令工業(yè)化的米飯也擁有良好的食味品質(zhì)成為了目前需要解決的問題之一。本研究利用電磁加熱智能、精確和高效的特性，研究不同蒸煮燜制組合下的米飯各品質(zhì)指標(biāo)并進行建模分析，為工業(yè)化米飯的工藝改造提供理論支撐，以期實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)米飯食味品質(zhì)更佳。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

福臨門絲苗米，中糧米業(yè)(仙桃)有限公司；福臨門油粘米，中糧八方米業(yè)(京山)有限公司；福臨門香粘米，中糧米業(yè)(江西)有限公司；稻可道絲苗米，京山泰昌米業(yè)有限公司；金龍魚東北大米，益海(佳木斯)糧油工業(yè)有限公司；福臨門寒地東北長粒香米，中糧米業(yè)(大連)有限公司；金龍魚寒地東北大米，益海嘉里(盤錦)糧油工業(yè)有限公司；金龍魚特選東北大米，益海(佳木斯)糧油工業(yè)有限公司；碘，分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；碘化鉀，分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；無水乙醇，分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TG25KR高速離心機，長沙東旺儀器有限公司；721-G可見分光光度計，上海儀電分析儀器有限公司；STA1B米飯食味計，日本佐竹公司；ACS-JE 21高精度電子秤，廣東香山衡器集團股份有限公司；YP-BYP-C電子天平，上海光正醫(yī)療器械有限公司；HHS電熱恒溫水浴鍋，上海博訊實業(yè)有限公司；UltraScan PRO分光測色儀，美國HunterLab公司；TA XT Plus質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro Systems公司；IC-A2102電磁爐，廣東太古電器科技有限公司；ZZSX超聲波清洗機，深圳市重子聲學(xué)科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1米飯的制備

稱取大米500 g置于超聲波浸泡裝置中，粳米浸泡20 min，秈米浸泡30 min，浸泡后將大米濾掉多余水分放入鍋內(nèi)。粳米和秈米加水量分別為米重1.3倍、1.6倍，減去大米已吸收的水量，補足所需水分，開始蒸煮。

1.3.2大米蒸煮燜制參數(shù)設(shè)定

秈米在1 400 W功率下分別蒸煮6 min 30 s、5 min 30 s和4 min 30 s，再以500 W和100 W的功率蒸煮至完全熟化，然后分別燜制0、15、30 min。

粳米在1 400 W功率下分別蒸煮5 min、4 min和3 min，再以500 W和100 W的功率蒸煮至完全熟化，然后分別燜制0、15、30 min。

1.3.3電磁加熱米飯的質(zhì)構(gòu)分析

參照王玉軍等[5]的方法，將已燜制完成的米飯冷卻至室溫，從中隨機選取18粒形態(tài)完整的米粒擺放至質(zhì)構(gòu)儀進行測定，壓縮探頭型號：P36R圓柱形。每個樣品平行測定6次，結(jié)果取平均值。

1.3.4電磁加熱米飯外觀色澤測定

使用透明袋裝取適量米飯樣品，使用UItraScan-PRO色度儀進行測定，每個樣品重復(fù)測定5次，結(jié)果取平均值。其中，L值代表亮度的變化，0代表黑色，100代表白色[6]。

1.3.5電磁加熱米飯碘藍值測定

取3 g米飯樣品于50 ml離心管中，加入25 ml蒸餾水，輕輕晃動離心管使米飯分散均勻，放置于40℃水浴鍋中1 h，取出后于1 500 r/min，25℃的條件下離心5 min，吸取10 ml上清液于100 ml容量瓶內(nèi)，加入1 ml碘試劑，定容，搖勻。靜置10 min后，于600 nm下測定吸光度[7]。平行測定3次，結(jié)果取平均值。

1.3.6電磁加熱米飯食味測定

取秈米飯7 g或粳米飯8 g于樣品池中，用擠壓裝置將米飯壓實在鐵圈中，放入STA1B米飯食味計進行測定，正反面各測定1次，每種樣品測定3次，結(jié)果取平均值[8]。

1.3.7數(shù)據(jù)分析

將所得數(shù)據(jù)使用Origin軟件進行建模分析及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 電磁加熱米飯食味品質(zhì)的硬度和彈性特性預(yù)測模型

8種大米在不同蒸煮燜制組合下制得的米飯硬度和彈性檢測結(jié)果如表1所示。從表1來看，并不能直觀的觀察到不同蒸煮燜制組合對不同米飯硬度和彈性的影響規(guī)律，所以需借助Origin軟件，通過非線性曲面擬合得到不同米飯在不同蒸煮燜制組合下硬度和彈性的預(yù)測模型，結(jié)果如圖1(1)～(2)，系數(shù)R2如表2所示。

表1 不同蒸煮燜制組合對米飯硬度和彈性的影響

表2 不同秈米和粳米品種米飯的硬度和彈性預(yù)測R2系數(shù)

在不同蒸煮燜制條件下所構(gòu)建的米飯硬度預(yù)測模型中，福臨門香粘米、金龍魚特選大米和金龍魚寒地東北大米硬度預(yù)測模型R2均大于0.90，擬合程度好。金龍魚東北大米和福臨門東北寒地長粒香的硬度預(yù)測模型R2分別為0.754 6、0.646 4，可以反映硬度變化趨勢，但擬合效果一般。而福臨門絲苗米、稻可道絲苗米和福臨門油粘米的硬度預(yù)測模型R2均小于0.5，擬合效果較差。所構(gòu)建的米飯彈性預(yù)測模型中，稻可道絲苗米、福臨門油粘米、金龍魚東北大米、金龍魚寒地東北大米、福臨門寒地東北長粒香硬度預(yù)測模型的擬合程度較好，其中，福臨門寒地東北長粒香彈性預(yù)測方程的R2大于0.97，擬合程度非常好。而福臨門絲苗米、福臨門香粘米和金龍魚特選東北大米擬合程度都較低。

為了進一步驗證硬度和彈性預(yù)測模型的可靠性，采用外部驗證法，對硬度和彈性的預(yù)測值和實測值進行線性擬合得出其相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如表3所示。福臨門絲苗米、稻可道絲苗米、福臨門油粘米硬度的預(yù)測值和實測值相關(guān)系數(shù)均小于0.75，且P值小于0.05，擬合程度一般，后續(xù)需對實驗方案進行改進。福臨門香粘米、金龍魚特選東北大米和金龍魚寒地東北大米相關(guān)系數(shù)均大于0.95，金龍魚東北大米和福臨門寒地東北長粒香相關(guān)系數(shù)均大于0.80，P值小于0.01，擬合較好。福臨門絲苗米、福臨門香粘米和金龍魚特選東北大米彈性的線性擬合相關(guān)系數(shù)均小于0.80，P值大于0.05，擬合較差，后續(xù)需對實驗方案進行改進。稻可道絲苗米、福臨門油粘米、金龍魚東北大米、金龍魚寒地東北大米以及福臨門寒地東北長粒香彈性的相關(guān)系數(shù)均大于0.91，P值小于0.01，擬合較好。

(1)硬度預(yù)測

(2)彈性預(yù)測圖1 不同蒸煮燜制組合下米飯硬度和彈性預(yù)測模型圖

表3 米飯硬度和彈性預(yù)測模型的實測值與預(yù)測值的相關(guān)性

2.2 電磁加熱米飯食味品質(zhì)的食味計評分預(yù)測模型

將表4中的各組數(shù)據(jù)通過非線性曲面擬合得到不同米飯在不同蒸煮燜制組合下食味計評分的預(yù)測模型，結(jié)果如圖2所示，R2如表5所示。福臨門絲苗米、福臨門油粘米、福臨門香粘米食味計評分顯示出同樣的趨勢，在蒸煮時間為4 min 30 s、燜制時間為15～20 min時，食味計評分最高。較短時間的高功率加熱可以令米飯更慢的進入沸騰狀態(tài)，從而充分吸水，充分糊化，15～20 min的燜制時間可以令米飯有嚼勁、有光澤，這與袁超等人的研究結(jié)論一致[11]。稻可道絲苗米食味計評分隨著蒸煮時間的增加而逐漸降低。4種粳米在燜制15 min左右、蒸煮3 min時食味計評分最高，蒸煮時間越長，食味計評分越低。在所構(gòu)建的8個食味計評分預(yù)測模型中，4種秈米R2均大于0.97，擬合程度好；4種粳米除金龍魚寒地東北大米外，其他預(yù)測模型的R2均大于0.87，擬合程度較好，可以較準(zhǔn)確的反映預(yù)測情況。

表4 不同蒸煮燜制組合對不同品種米飯食味計評分的影響

圖2 不同蒸煮燜制組合下米飯食味計評分預(yù)測模型圖

表5 不同品種米飯的食味計評分預(yù)測R2系數(shù)

不同蒸煮燜制組合下米飯食味計評分預(yù)測模型驗證結(jié)果如表6所示，除金龍魚寒地東北大米的線性擬合相關(guān)系數(shù)R為0.893 6，擬合較好，其他7種大米的相關(guān)系數(shù)R均大于0.93，P值小于0.01，擬合非常好。

表6 米飯食味計評分實測值與預(yù)測值的相關(guān)性

2.3 電磁加熱米飯外觀品質(zhì)的色澤預(yù)測模型

由表7數(shù)據(jù)可知，福臨門絲苗米米飯L*值隨著蒸煮時間的增加而增加，但燜制時間對L*值的影響并不大。稻可道絲苗米和金龍魚東北大米在蒸煮時間為5 min 30 s時，米飯的L*值最高，并且隨著燜制時間的增加而升高。福臨門香粘米和福臨門油粘米的L*值隨著蒸煮時間和燜制時間的增加而上升。金龍魚特選東北大米L*值隨蒸煮時間的增加而下降，不燜制或燜制20 min以上的米飯會更潔白。金龍魚寒地東北大米在蒸煮4 min 30 s，燜制30 min左右時，米飯的L*值最高。福臨門寒地東北長粒香米飯不經(jīng)過燜制時，L*值隨蒸煮時間的延長而升高，當(dāng)燜制時間在30 min左右時，4 min 30 s的蒸煮時間反而會使米飯色澤更好。

表7 不同蒸煮燜制組合對不同品種米飯色澤的影響

將表7中的各組數(shù)據(jù)通過非線性曲面擬合得到不同米飯在不同蒸煮燜制組合下色澤的預(yù)測模型，結(jié)果如圖3所示，R2系數(shù)如表8所示。在所構(gòu)建的8種大米色澤預(yù)測模型中，除福臨門絲苗米及金龍魚特選東北大米外，其余6種預(yù)測模型的R2均大于0.85，擬合程度較好，福臨門絲苗米和金龍魚特選東北大米色澤預(yù)測需改進試驗方案后重新建模。

表8 米飯色澤預(yù)測方程的R2系數(shù)

圖3 不同蒸煮燜制組合下的米飯色澤預(yù)測模型圖

不同蒸煮燜制組合下米飯色澤預(yù)測模型驗證結(jié)果如表9所示，福臨門絲苗米色澤的預(yù)測值和實測值線性擬合相關(guān)系數(shù)為0.768 53，P值小于0.05，擬合程度一般，后續(xù)需要繼續(xù)改進。稻可道絲苗米、福臨門油粘米、福臨門香粘米、金龍魚東北大米、金龍魚寒地東北大米以及福臨門寒地東北長粒香線性擬合的相關(guān)系數(shù)均大于0.92，P值小于0.01，擬合效果很好，金龍魚特選東北大米線性擬合相關(guān)系數(shù)為0.857 0，擬合較好。

表9 米飯色澤實測值與預(yù)測值的相關(guān)性

2.4 電磁加熱米飯蒸煮品質(zhì)的碘藍值預(yù)測模型

由表10可知，米飯的碘藍值隨著燜制時間的增加而增加，但蒸煮時間對碘藍值得影響各不相同。福臨門絲苗米和稻可道絲苗米經(jīng)過較短或較長的蒸煮時間可以一定程度上提高碘藍值。福臨門油粘米碘藍值在蒸煮4 min 30 s時最高，并隨著蒸煮時間的延長不斷降低。福臨門香粘米在蒸煮5 min 30 s時的碘藍值達到最高。除了金龍魚特選東北大米外，其余三種粳米在蒸煮時間為4 min 30 s及6 min 30 s時碘藍值最高，在5 min 30 s時最低。金龍魚特選東北大米的碘藍值則需要長時間的蒸煮，碘藍值才能達到一個較高的數(shù)值。

表10 不同蒸煮燜制組合對不同品種米飯碘藍值的影響

將表10中的各組數(shù)據(jù)通過非線性曲面擬合得到不同米飯在不同蒸煮燜制組合下碘藍值的預(yù)測模型，結(jié)果如圖4所示，R2系數(shù)如表11所示。所構(gòu)建的8種米飯碘藍值預(yù)測模型的R2均大于0.80，大部分模型R2大于0.90，說明擬合程度很好，可以較準(zhǔn)確的對米飯碘藍值進行預(yù)測。

圖4 不同蒸煮燜制組合下的米飯碘藍值預(yù)測模型圖

表11 米飯碘藍值預(yù)測方程的R2系數(shù)

不同蒸煮燜制組合下米飯碘藍值預(yù)測模型驗證結(jié)果如表12所示，8種大米的碘藍值預(yù)測值和實測值線性擬合相關(guān)系數(shù)均大于0.92，P值均小于0.01，擬合效果好，可使用Poly2D方程進行建模。

表12 米飯碘藍值實測值與預(yù)測值的相關(guān)性

3 結(jié)論

本研究建立了以電磁加熱為熱源，基于Poly2D方程的不同蒸煮燜制組合下8種米飯食味品質(zhì)預(yù)測模型。8種米飯的硬度、彈性、食味計評分、色澤和碘藍值預(yù)測模型的驗證結(jié)果顯示，福臨門香粘米、金龍魚特選東北大米和金龍魚寒地東北大米的米飯硬度預(yù)測值與實測值相關(guān)系數(shù)均大于0.95；稻可道絲苗米、福臨門油粘米、金龍魚東北大米、金龍魚寒地東北大米和福臨門寒地東北長粒香的米飯彈性預(yù)測值與實測值相關(guān)系數(shù)均大于0.91；福臨門絲苗米、稻可道絲苗米、福臨門油粘米、福臨門香粘米、金龍魚東北大米、金龍魚特選東北大米、福臨門寒地東北長粒香的米飯食味計評分預(yù)測值與實測值相關(guān)系數(shù)均大于0.93；稻可道絲苗米、福臨門油粘米、福臨門香粘米、金龍魚東北大米、金龍魚寒地東北大米、福臨門寒地東北長粒香的米飯色澤預(yù)測值與實測值相關(guān)系數(shù)均大于0.92；8種米飯碘藍值預(yù)測值與實測值相關(guān)系數(shù)均大于0.92。這說明基于Ploy2D方程建立的電磁加熱米飯的品質(zhì)預(yù)測模型具有良好的預(yù)測能力，但是對于不同品種大米米飯的品質(zhì)預(yù)測仍有缺陷，后續(xù)研究需進一步改進試驗方案。