謝 丹,蹇 偉,孫逸文,劉 軒
(浙江省糧食科學研究所有限責任公司,浙江 杭州 310012)
糙米是稻谷經(jīng)過加工,脫去稻殼后的穎果,糙米中含有豐富的維生素、蛋白質、礦物質等營養(yǎng)成分[1]。糙米發(fā)芽后一些營養(yǎng)成分含量會升高,同時食用品質也會得到改善[2]。發(fā)芽糙米中富含的γ-氨基丁酸、谷維素、膳食纖維等活性成分,具有降血糖、降血脂等功效,近年來作為一種糖尿病功能性食品得到了廣泛關注[3]。糙米發(fā)芽是在足夠的水分、適宜的溫度、充足的氧氣的條件下,胚芽萌發(fā),長成新的個體。根據(jù)糙米發(fā)芽方法的不同,糙米發(fā)芽工藝可分為浸泡法[4]、微量加水法[5]和高溫高濕法[6]3種加工工藝,這3種工藝加水方式不同,導致發(fā)芽糙米的品質也有差異,浸泡法加工出的發(fā)芽糙米爆腰率高,微量加水法爆腰率比浸泡法少,高溫高濕法的加水速度比微量加水法更小,爆腰率最低。爆腰的發(fā)芽后在后續(xù)碾磨過程中會破碎,而且會影響發(fā)芽糙米的食味品質[7-8]。
糙米吸水過程屬于質傳遞過程,目前Peleg方程[9]已被證實在許多食品的質傳遞過程中具有良好的擬合性和預測性。Peleg方程是由學者Peleg在1988年提出的兩參數(shù)、非指數(shù)型的經(jīng)驗性方程,被廣泛運用于各種谷物雜糧的浸泡吸水研究。目前已有基于浸泡法的糙米吸水動力學研究報道,徐杰等[10]研究了糙米在10、20、30 ℃ 3個浸泡溫度下的吸水動力學性質,呂慶云等[11]研究了糙米在25~65 ℃浸泡溫度下的吸水動力學性質。但還未見對微量加水法和高溫高濕法中糙米的吸水動力學性質的研究。
糙米發(fā)芽前的吸水是導致發(fā)芽糙米裂紋產(chǎn)生的根本原因。本研究擬運用Peleg方程比較糙米在浸泡吸水和微量加水兩種模式下的吸水動力學性質,并比較兩種吸水模式制備的發(fā)芽糙米的爆腰率,以期為糙米的精深加工提供參考。
糙米:龍粳31號,產(chǎn)地黑龍江;嘉豐優(yōu)2號,產(chǎn)地浙江。
HWS-24型恒溫水浴鍋、MGC-300H型人工氣候箱:上海一恒科技有限公司;EasyQ-A0.5型實驗室超純水機:上海技舟化工科技有限公司;ME204E型電子太平:梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。
1.3.1 糙米浸泡吸水及其發(fā)芽樣品的制備
稱取100 g糙米于250 mL燒杯中,加30 ℃溫水直至浸沒糙米,放置于30 ℃水浴鍋中保溫6 h后取出瀝干水分,在溫度30 ℃、相對濕度90%的恒溫恒濕箱中萌芽24 h。
1.3.2 糙米微量吸水及其發(fā)芽樣品的制備
稱取100 g糙米,平鋪在溫度30 ℃、相對濕度90%恒溫恒濕箱中,在前8 h每隔1 h噴10 mL水,在11、16、22 h時噴5 mL 水,30 h后發(fā)芽試驗結束。
1.3.3 水分測定
(1) 水分含量:按GB/T 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》執(zhí)行。
(2) 糙米浸泡吸水過程中吸水率的測定:準確稱取 15 g整糙米12份,分別放入盛有200 mL、30 ℃的蒸餾水的燒杯中,用水浴鍋控制浸泡溫度在(30±1)℃,當達到浸泡時間時將1份糙米從水浴鍋中取出倒入濾網(wǎng)中,并用濾紙吸干米粒表面水分,迅速用電子天平進行稱量,精確到0.000 1 g[12],按式(1)計算吸水率。
式中:M1為吸水前糙米質量,g;M2為吸水后糙米質量,g。
(3) 糙米微量吸水過程中吸水率的測定:準確稱取 20 g整糙米12份,置于人工氣候箱中,設置溫度30 ℃、濕度90%,每份樣品在前8 h每隔1 h噴2 mL水,在11、16、22 h時噴1 mL水,30 h后終止試驗,當達到設定的時間點后取出1份樣品,用濾紙吸干米粒表面水分,迅速用電子天平進行稱量,精確到 0.000 1 g,按式(1)計算吸水率計算。
1.3.4 Peleg數(shù)學模型
Peleg數(shù)學模型為兩參數(shù)、非指數(shù)的經(jīng)驗型方程,吸水過程方程式:
式中:M為t時間下的水分含量,%;M0為初始水分含量,%;t為時間,h;K1和K2為Peleg常數(shù)。
將式(2)進行適當變換可以得到式(3)。
由式(3)可知t/(M-M0)與t呈線性關系,通過線性回歸分析,可以求得K1和K2的值。
1.3.5 爆腰率測定
取發(fā)芽糙米100粒,在自制爆腰燈下檢查其爆腰情況,橫向有裂紋但未貫穿整個米粒,為輕度爆腰,裂紋橫向貫穿整個米粒為重度爆腰。爆腰率以重度爆腰米粒數(shù)占總米粒數(shù)的百分比表示[13]。
1.3.6 數(shù)據(jù)分析
每組試驗平行測定3次,采用Excel進行數(shù)據(jù)分析與作圖。
糙米嘉豐優(yōu)2號和龍粳31在浸泡和微量加水過程中糙米水分含量與吸水率隨時間的變化如圖1和圖2所示,兩種糙米在不同的吸水模式下顯示了同樣的變化趨勢,吸水過程總體特征是先快速吸水,而后吸水率減緩,曲線趨于水平,最終達到飽和。但是,吸水率及最終水分含量依然受到初始水分含量、原料、吸水模式等的影響。浸泡法模式下,吸水6~8 h后糙米的水分含量即趨于平衡,可滿足發(fā)芽的需要。與浸泡法相比,糙米在微量加水條件下的水分含量更低,浸泡6 h后,嘉豐優(yōu)2號和龍粳31號的水分含量分別為39.5%和40.0%,而微量加水6 h后嘉豐優(yōu)2號和龍粳31號的水分含量分別為38.7%和36.4%。糙米快速吸水階段,糙米達到相同的水分含量,微量加水法需要更長的時間。
圖1 糙米浸泡吸水和微量加水過程中水分含量隨時間的變化
圖2 糙米浸泡吸水和微量加水過程中吸水率隨時間的變化
從表1可以看出,糙米品種不同(龍粳31號為粳稻,嘉豐優(yōu)2號為秈稻),其吸水動力學參數(shù)K1和K2也是不同的,并且糙米在不同的吸水模式下具有不同的吸水動力學性質。徐杰等[10]研究發(fā)現(xiàn)糙米在浸泡溫度為25~65 ℃時的常數(shù)K1為0.011 2~0.058 6,本研究中浸泡吸水模式的K1在此范圍之內。本研究中4組方程相關系數(shù)R2均在0.99 以上,說明試驗數(shù)據(jù)能較好地擬合Peleg 方程。通過對Peleg方程進行分析可知,K1與初始吸水率有關,且與初始吸水率呈負相關[14],糙米品種不同,其初始吸水速率存在差異,浸泡吸水時龍粳31號的初始速率小于嘉豐優(yōu)2號;吸水模式不同,初始吸水速率也不同,微量吸水的初始吸水速率要顯著小于浸泡吸水,這可能是導致微量吸水模式加工的發(fā)芽糙米的爆腰率低于浸泡法的原因之一。
表1 不同糙米在不同吸水模式下的動力學參數(shù)
為了判定試驗對Peleg 方程的擬合程度,采用式(4)進行相對誤差分析。
式中:E為相對誤差,%;Mexp為試驗測得的水分含量,%;Mpro為Peleg方程預測的水分含量,%。
當E<10%時,即可認為建立的Peleg方程具有較好的擬合度[15],用相對誤差來估算由Peleg方程計算所得結果與試驗所得結果之間的誤差,結果見表2。從表2可以看出,試驗測定水分含量值與預測數(shù)據(jù)間的相對誤差均小于 10%,說明建立的方程均具有較好的擬合度。
表2 Peleg方程準確性驗證結果
分別用浸泡吸水和微量吸水模式進行糙米發(fā)芽試驗,并測定兩種模式下發(fā)芽糙米的爆腰率,結果如表3所示。從表3可以看出,浸泡吸水模式制備的發(fā)芽糙米爆腰率極高,發(fā)芽糙米基本上都存在重度爆腰的情況,而微量吸水模式制備的發(fā)芽糙米爆腰率要顯著低于浸泡法,微量加水模式可改善發(fā)芽糙米的爆腰率。
表3 不同吸水模式下的爆腰率
在同一種吸水模式下,糙米品種會影響糙米的吸水率,本研究中龍粳31號的初始吸水率要小于嘉豐優(yōu)2號的初始吸水率;在糙米原料相同的情況下,微量加水法的吸水率要小于浸泡法的吸水率。結合浸泡法和微量加水法對糙米爆腰率的結果發(fā)現(xiàn),微量加水法制得發(fā)芽糙米爆腰率更小,這與邱碩等[16]對糙米發(fā)芽前含水率提升工藝的研究結果即加濕過快會導致糙米產(chǎn)生過多的應力裂紋一致。因此,為了減少糙米吸水過程中的吸濕裂紋,可優(yōu)化糙米在吸水階段的加濕速率,采用分段微量加濕的方法生產(chǎn)發(fā)芽糙米,這有利于發(fā)芽糙米的生產(chǎn)以及后續(xù)的加工,促進發(fā)芽糙米產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。