糙米復(fù)配粉中淀粉直/支比對擠壓速食粥品質(zhì)與結(jié)構(gòu)的影響

,2,*,3,2

(1.國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院,北京 100037;2.集美大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,福建廈門 361021;3.哈爾濱商業(yè)大學(xué)旅游烹飪學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150076)

糙米是稻谷脫殼后保留胚芽、糠層和胚乳的全谷米粒,因其米糠層聚集了60%～70%的營養(yǎng)物質(zhì),如膳食纖維、維生素、礦物質(zhì),從而較精白米有更好的營養(yǎng)價(jià)值[1]。糙米中豐富的膳食纖維和多種功能性成分對于改善人們膳食結(jié)構(gòu)、緩解糖尿病及高血壓等疾病具有重要的作用[2-4]。目前糙米的使用方式除了粒食以外其他方式較少[5]。擠壓膨化屬于質(zhì)構(gòu)調(diào)整技術(shù),是一種在熱能和機(jī)械能的作用下,集混合、攪拌、破碎、加熱、蒸煮、殺菌、膨化及成型為一體的新型加工方式[6],其工藝簡單,能耗低,具有高效性、連續(xù)性等特點(diǎn),在食品工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛[7]。

目前,國內(nèi)外的研究學(xué)者已經(jīng)深入研究了擠壓對大米[8-10]、小米[11]、小麥[12-13]、玉米[14-15]等主要谷物理化性質(zhì)的影響。Silvinar D等[16]將玉米和糙米與豆科植物復(fù)配進(jìn)行高溫高剪切力擠壓膨化加工,經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),糙米本身成分比例的變化對糖米的膨化度、復(fù)水性、單元能耗均有顯著影響,豆類和糙米重組后可提升糖米粥的食用品質(zhì),重組后的擠出物膨化度也顯著減小。寧更哲等[17]、盧健鳴等[18]各自研究了燕麥與小米的擠壓膨化生產(chǎn)復(fù)合雜糧食品的操作工藝條件,獲得了新型的、具備良好物理性質(zhì)的燕麥、小米類雜糧擠壓食品。但基于擠壓膨化工藝以糙米為主要原料制作速食粥的研究相對較少。另根據(jù)相關(guān)報(bào)道,不同品種大米的淀粉組成對擠壓特性有一定影響[19],因此利用糙米的原料特性研究速食粥的擠壓特性對糙米速食粥有一定的指導(dǎo)意義。

基于上述研究現(xiàn)狀,本文通過調(diào)節(jié)糙米粉和糯米粉的比例建立模式體系,調(diào)控原料中直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例,觀察擠壓速食粥內(nèi)部結(jié)構(gòu),研究糙米淀粉直/支比對其擠壓速食粥品質(zhì)與結(jié)構(gòu)影響,以期得到最佳的生產(chǎn)糙米擠壓速食粥的淀粉直/支比,為生產(chǎn)糙米擠壓速食粥原料的選擇與復(fù)配提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

江西省早秈米 江西省市售;安徽省糯米 安徽省市售;氯化鈉、冰醋酸、無水乙醇、氫氧化鈉、鹽酸、氯化鎂、氯化錳、氯化鈣 均為分析純,西隴化工股份有限公司;Megazyme總淀粉、直鏈淀粉測定試劑盒 北京智微科技有限公司。

FMHE36雙螺桿擠壓機(jī) 湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司;AR5120精密電子天平 奧豪斯公司;DGG-9140BD電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;GT10-1型高速臺式離心機(jī) 北京時(shí)代北利離心機(jī)有限公司;FW-135型中草藥粉碎機(jī) 天津泰斯特公司;TA-XT型物性儀 英國Stable Microsystems;S-300N型掃描電鏡 日本Hitach;200FC型差示掃描熱量儀 德國Netzsch公司;Super-3型快速黏度儀 澳大利亞Newpory科學(xué)分析儀器有限公司;Startorius MA150水分含量測定儀 德國賽多利斯科學(xué)儀器北京有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 糙米復(fù)配粉擠壓速食粥的制作 根據(jù)本課題組前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分別將糙米和糯米磨粉過60目篩備用,并根據(jù)糙米粉和糯米粉中支鏈淀粉和直鏈淀粉的含量調(diào)節(jié)糙米粉和糯米粉的比例,進(jìn)一步得到配比淀粉直/支比為0.176、0.196、0.216、0.236、0.256、0.276的六組糙米復(fù)配粉。采用雙螺桿擠壓機(jī),設(shè)定擠壓工藝參數(shù)條件:筒體溫度Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)、Ⅴ區(qū)、Ⅵ區(qū)溫度分別為60、90、110、40、40 ℃,加水量31%,喂料速度19 kg/h,螺桿轉(zhuǎn)速190 r/min,切刀轉(zhuǎn)速2800 r/min,烤爐溫度240 ℃,將不同直支比糙米復(fù)配粉制備糙米擠壓速食粥。

1.2.2 淀粉含量的測定 總淀粉含量:Megazyme試劑盒測定法。直鏈淀粉含量:Megazyme試劑盒測定法。

1.2.3 糙米粉差示掃描量熱測定 參照王娜等[20]的方法進(jìn)行糙米粉差示掃描量熱測定(DSC)測定,用十萬分之一天平準(zhǔn)確稱取5.00 mg糙米粉樣品放在鋁制坩堝內(nèi),加入10 μL去離子水,密封后室溫平衡2 h,然后放置在4 ℃冰箱中靜置20 h,取出后在室溫平衡1 h后進(jìn)行測定。以10 ℃/min的加熱速度使鋁制坩堝溫度從25 ℃升高至100 ℃。密封空白鋁制坩堝作為對照。

1.2.4 糙米粉糊化特性測定 參照GB/T 24853-2010的方法,稱取(25.0±0.1) g水,加入(3.00±0.10) g糙米粉,用攪拌器將樣品攪拌均勻,然后放入快速粘度儀(RVA)中測定。采用升溫/降溫循環(huán),其糊化程序如下:50 ℃開始升溫,3.75 min內(nèi)加熱至95 ℃,并保溫2.5 min,3.85 min內(nèi)冷卻至50 ℃,并保溫1.4 min,另外,旋轉(zhuǎn)漿在起始10 s內(nèi)旋轉(zhuǎn)速度為960 r/min,以后保持160 r/min至結(jié)束[21]。

1.2.5 糙米電鏡掃描觀察 用鋒利刀片將米粒從中間切斷,粘在樣品臺上,樣品斷面噴金鍍膜,用掃描電鏡(SEM)觀察米粒微觀結(jié)構(gòu)并拍照。

1.2.6 千粒重的測定 采用自動(dòng)數(shù)粒機(jī),數(shù)一千粒擠壓速食米粒稱重,每個(gè)樣品做三次平行,取平均值。

1.2.8 復(fù)水率及復(fù)水時(shí)間的測定 參照張敏等測定復(fù)水率及復(fù)水時(shí)間的方法[22]。

復(fù)水率:準(zhǔn)確稱取糙米擠壓速食粥成品米粒A(g)置于燒杯中,加5倍沸水立即加蓋,復(fù)水5 min后立即瀝干,并用吸水紙吸干表面水分,稱重B(g),復(fù)水率用B/A表示。

復(fù)水時(shí)間的測定:將一定量的糙米擠壓速食粥成品米粒置于100 ℃開水中加蓋,復(fù)水時(shí)間為米粒完全復(fù)水(米粒中心完全軟化)所用時(shí)間。

1.2.9 米湯固形物含量測定 取10 g樣品,以1∶5的比例加入沸水,浸泡5 min后將米湯倒出,放入鋁盒內(nèi)105 ℃干燥12 h至完全干燥,測其固形物質(zhì)量[23]。

1.2.10 質(zhì)構(gòu)特性測定 取10 g擠壓速食粥,與沸水以1∶5的比例浸泡5 min,然后將米湯濾去,隨機(jī)選取10粒米粒進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測定,去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值,取余下的平均值。質(zhì)構(gòu)儀TPA方法測定的參數(shù)設(shè)置如下:測試探頭P/36R型,測試前速度0.5 mm/s,測試中速度0.5 mm/s,測試后速度1.0 mm/s,觸發(fā)力值5.0 g,壓縮程度90%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理使用軟件Excel 2007和SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,繪圖采用Origin 8.0,所有試驗(yàn)都重復(fù) 3 次,結(jié)果表示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”。

表1 不同直/支比糙米復(fù)配粉糊化特征參數(shù)Table 1 Characteristic parameters of gelatinization of brown rice with different amylose to amylopectin ratios

注:同列數(shù)據(jù)中不同小寫字母肩標(biāo)代表差異顯著(P<0.05)。表2、表3同。

表2 不同直/支比糙米復(fù)配粉的熱力學(xué)參數(shù)Table 2 Thermodynamic parameters of brown rice compound powder with different amylose to amylopectin ratios

2 結(jié)果與討論

2.1 淀粉直/支比對糙米復(fù)配粉糊化性能的影響

采用快速黏度測定儀(RVA)測定六組不同淀粉直/支比糙米復(fù)配粉的糊化特性,結(jié)果見表1。糙米淀粉直/支比在0.176～0.276之間,糙米復(fù)配粉的峰值黏度隨著糙米淀粉直/支比的增加而上升,在0.276時(shí)達(dá)到最大值2036.50 Cp;保持黏度隨著淀粉直/支比的升高呈先升高后下降趨勢,在淀粉直/支比為0.256時(shí)達(dá)到最大為1443.70 Cp;崩解值呈現(xiàn)先升高后下降再上升的趨勢,在淀粉直/支比為0.276時(shí)達(dá)到最大,為613.00 Cp;最終黏度與保持粘度的趨勢相同,在淀粉直/支比為0.256時(shí)達(dá)到最大,為3288.70 Cp;回生值也呈現(xiàn)先上升后下降趨勢,在淀粉直/支比為0.256時(shí)達(dá)到最大,為1490.02 Cp。根據(jù)研究結(jié)果可得,直鏈淀粉含量高的復(fù)配粉糊化特性各特征參數(shù)均高于直鏈淀粉含量低的復(fù)配粉,這與Varavinit S等[24]的研究結(jié)果一致。

2.2 淀粉直/支比對糙米復(fù)配粉熱力學(xué)性質(zhì)的影響

采用差示熱量掃描儀(DSC)測定六組不同淀粉直/支比糙米復(fù)配粉的熱力學(xué)特性,結(jié)果見表2。糙米淀粉直/支比在0.176～0.276之間,起始糊化溫度呈先上升后下降趨勢,在0.256時(shí)達(dá)到最大為74.10 ℃;峰值溫度呈先上升后下降趨勢,但是變化趨勢不明顯,在淀粉直/支比為0.216、0.236時(shí)達(dá)到最大,為79.40 ℃;終止溫度差異不明顯,在淀粉直/支比為0.236時(shí)達(dá)到最大,為87.60 ℃;焓變呈先下降后上升趨勢,在淀粉直/支比為0.216時(shí)最小,為6.05 J/g。根據(jù)研究結(jié)果可得,糙米淀粉直/支比在一定范圍內(nèi),直鏈淀粉含量越高,起始糊化溫度和峰值溫度也高,此趨勢結(jié)果與曾潔等[25]研究結(jié)果相一致。

2.3 淀粉直/支比對擠壓速食粥米粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響

對不同淀粉直/支比糙米擠壓速食粥米粒橫截面進(jìn)行掃描電鏡觀察,結(jié)果如圖1。放大5000倍可清晰地觀察到擠壓速食粥米粒的橫截面結(jié)構(gòu)均緊密均一,呈現(xiàn)大小不一的氣孔。這是因?yàn)樵跀D壓機(jī)中物料被高溫高剪切作用下混合均一,使試樣橫截面緊密,試樣經(jīng)過高溫烤爐二次膨化時(shí),由于高溫作用使式樣中的水分迅速蒸發(fā),氣態(tài)水分子從式樣表面迅速逸出,對米粒內(nèi)部造成消極影響,所以試樣橫截面出現(xiàn)大小不同的凹坑結(jié)構(gòu)。隨著淀粉直/支比的增加,擠壓速食粥米粒橫截面的光滑度及緊密度增加,試樣橫截面小坑洞數(shù)量減少,在直/支比為0.256時(shí),試樣橫截面的結(jié)構(gòu)最均一、最緊密。這是因?yàn)橹辨湹矸劬哂泻芎玫哪z性及成型性,隨著直鏈淀粉含量增加,樣品的質(zhì)構(gòu)漸致密均一,有研究者通過研究支鏈淀粉與直鏈淀粉的比例對擠壓重組米品質(zhì)的影響得出,隨著淀粉直/支比的增大,試樣橫截面的光滑度及結(jié)構(gòu)緊密度增大,與本文研究結(jié)果基本一致[25]。

圖1 不同直/支比糙米擠壓速食粥米粒橫截面的SEM圖(5000×)Fig.1 SEM image of cross section of different straight/minute ratio porridge(5000×)注:a:淀粉直/支比0.176;b:淀粉直/支比0.196;c:淀粉直/支比0.216;d:淀粉直/支比0.236;e:淀粉直/支比0.256;f:淀粉直/支比0.276。

2.4 淀粉直/支比對擠壓速食粥品質(zhì)的影響

由圖2a可知,擠壓速食粥千粒重隨著淀粉直/支比的增加整體呈上升趨勢,但直支比在0.176～0.256之間時(shí)變化趨勢不明顯。由圖2b可知,擠壓速食粥米粒的徑向膨化率隨著淀粉直/支比的降低呈先下降后上升的趨勢,在直/支比為0.256時(shí)最低,為2.282%。

表3 不同直/支比擠壓速食粥的質(zhì)構(gòu)特性特征參數(shù)Table 3 Characteristic parameters of texture characteristics of extruded instant porridge with different amylose to amylopectin ratios

這是因?yàn)閿D壓速食粥米粒在進(jìn)入高溫烤爐時(shí),內(nèi)部水分迅速蒸發(fā)產(chǎn)生二次膨化,但是由于支鏈淀粉分支較多,成型性差,所以支鏈淀粉越低,直鏈淀粉含量越高,空間位阻就越小,擠壓速食粥中淀粉與其他大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)、脂肪之間的結(jié)合鍵越緊密[26],結(jié)合圖1,在一定范圍內(nèi),擠壓速食粥內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密均一,內(nèi)部大分子物質(zhì)及進(jìn)入內(nèi)部的水分子被牢牢的鎖住,所以在進(jìn)入烤爐之前的米粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)越緊密,經(jīng)過高溫烤爐時(shí)內(nèi)部水分越不易蒸發(fā),所以其徑向膨化率就越小。由圖2c可知,隨著淀粉直/支比的升高,擠壓速食粥復(fù)水時(shí)間呈先升高后下降的趨勢,在淀粉直/支比為0.256時(shí)達(dá)到最大,為12.6 min。由圖2d可知,隨著淀粉直/支比的增加擠壓速食粥的復(fù)水率呈先下降后上升趨勢,在淀粉直/支比為0.256時(shí)最小,為2.35%。米湯中固形物含量反映了米湯的濃稠度。由圖2e可知,擠壓速食粥米湯內(nèi)的固形物含量隨著淀粉直/支比的增加呈先降低后上升的趨勢,當(dāng)?shù)矸壑?支比為0.256時(shí)米湯中固形物含量最小,為0.153 g。這是因?yàn)殡S著淀粉直/支比的增加,擠壓速食米粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越均一、致密,導(dǎo)致水分不易進(jìn)入米粒內(nèi)部,造成復(fù)水時(shí)間的增加及復(fù)水率的降低及米湯中固形物含量的降低。當(dāng)?shù)矸壑?支比為0.176時(shí),千粒重?cái)?shù)值過小,在浸泡過程中米粒吸水性太強(qiáng),米粒容易復(fù)水過多造成米粒破裂及潰散,粥體形態(tài)及口感不佳。從擠壓速食粥蒸煮品質(zhì)來看,當(dāng)?shù)矸壑?支比為0.256時(shí)擠壓速食粥品質(zhì)最佳,與掃面電鏡結(jié)果一致。

圖2 直/支比對擠壓速食粥品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of amylose to amylopectin ratios on the quality of extruded instant porridge注:a:千粒重;b:徑向膨化率;c:復(fù)水時(shí)間;d:復(fù)水率;e:米湯固形物含量。

2.5 淀粉直/支比對擠壓速食粥質(zhì)構(gòu)特性的影響

表3是不同直/支比對擠壓速食粥質(zhì)構(gòu)特性的影響,從中可以看出,隨著淀粉直/支比的增加,擠壓速食粥浸泡后米粒的硬度及耐咀性均呈先升高后降低的趨勢。淀粉直/支比為0.236時(shí)硬度最大,為3544.23 g,淀粉直/支比為0.256時(shí)耐咀性最大,為744.73 g。黏聚性、膠著度及回復(fù)性也呈現(xiàn)先上升后下降趨勢,但黏聚性上升趨勢不明顯,膠著度在0.176時(shí)最小,而且差距較明顯,這可能是浸泡過程中米粒破裂造成的。

由于隨著淀粉直/支比的增加,擠壓速食粥內(nèi)部結(jié)構(gòu)的致密性增加,導(dǎo)致硬度、黏聚性、膠著度及耐咀性等也增大,但當(dāng)?shù)矸壑?支比為0.276時(shí),擠壓速食粥米粒的硬度及耐咀性呈下降趨勢,沒有嚼勁,口感不佳。從質(zhì)構(gòu)結(jié)果來看,當(dāng)?shù)矸壑?支比為0.256時(shí),擠壓速食粥米粒浸泡后達(dá)到最佳質(zhì)構(gòu)品質(zhì)。

3 結(jié)論

對不同淀粉直/支比的糙米復(fù)配粉進(jìn)行RVA和DSC測定,發(fā)現(xiàn)當(dāng)比例為0.256時(shí),復(fù)配粉糊化特性和熱力學(xué)性質(zhì)最好,保持黏度和最終黏度高于其他比例,焓變最高(7.71 J/g)。隨后對糙米擠壓速食粥進(jìn)行了電鏡觀察,當(dāng)?shù)矸壑?支比為0.256時(shí),試樣橫截面的結(jié)構(gòu)最均一、最緊密。對比不同淀粉直/支比的擠壓速食粥品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性,淀粉直支比為0.256時(shí),復(fù)水時(shí)間為12.6 min,復(fù)水率為2.35%,固形物含量為0.153 g;硬度、膠著度和耐咀性最高,分別為3323.85、1242.76和744.73 g,確定淀粉直/支比為0.256是制作擠壓速食粥的最佳比例。