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.黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江大慶 163319；2.黑龍江省雜糧加工及質量安全工程技術研究中心，黑龍江大慶 163319；3.國家雜糧工程技術研究中心，黑龍江大慶 163319；4.黑龍江八一農墾大學生命科學技術學院，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濟作物[1-2]。高粱富含蛋白質、脂肪、碳水化合物、維生素和膳食纖維等營養物質[3]，還具有獨特的功能性成分，在治療和預防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達國家逐漸受到歡迎[5]。但由于高粱淀粉結構緊湊，質地堅硬，不易熟化，在食用前通常需要預先蒸煮或者浸泡，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，與擠壓膨化、焙烤、蒸煮等傳統的熱加工技術相比具有加熱快速、清潔無污染、耗能比較低等優點[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，有效提升了雜糧的膨化率；王立東等[14]通過微波技術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業科學院提供，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，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 的條件下熱風干燥，冷卻至室溫后，取10 g 高粱，置于蒸鍋中蒸煮40 min，根據其內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 取經最優浸泡工藝參數處理后的高粱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 取經最優浸泡工藝參數處理后的高粱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 根據上述實驗的結果，對經過最優浸泡工藝和最優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 未經微波處理高粱與微波處理高粱蒸煮時間對比 三種未經微波處理高粱經最優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 數據處理

實驗處理采用三次重復進行測定和計算，利用SPSS 25.0 和Graphpad Prism 8.0 軟件進行數據分析，結果均以平均值±標準偏差來表示。

2 結果與分析

2.1 浸泡工藝參數的確定

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先增加后平穩的趨勢。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，而紅糯高粱在浸泡3 h 時吸水率變化趨于平穩。已有研究表明，高粱吸水率與高粱品種有關，且隨著浸泡時間的增加其表面結構被破壞，高粱吸水率會緩慢上升，且高粱內部會發生生理變化，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，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生了斷裂，且隨著溫度的升高導致高粱的表皮受損，色素大量的溶解，營養物質流出，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出先增加后平穩的趨勢，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%。微波技術的熱效應具有可以減少能量的消耗和營養成分的流失等特點，進而改變了高粱的某些理化特性，但當微波加熱時間過長，容易導致高粱表面顏色加深，一些熱敏性的營養物質容易發生降解，影響其感官品質和營養價值[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出先增加后平穩的趨勢，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產生大量熱量的特點，因此谷物淀粉的微觀結構會遭到破壞，直鏈淀粉鏈的長度變短，使其更易糊化，且當微波功率較高時，會導致水分損失，食品營養元素破壞[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果

由圖5 可知，三種高粱在最優的浸泡溫度、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與淀粉的凝膠化過程有關，而其蒸煮時間的長短與其內部淀粉間的空隙有關，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構，使谷物在蒸煮時水分更容易進入內部，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果

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

圖7 未經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 結論

高粱米營養價值豐富，但是其在蒸煮過程中不易熟，這與高粱籽粒淀粉結構致密難糊化相關，高粱經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：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，此工藝為預熟化高粱快速食用或復配大米蒸煮提供了數據。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，應在保持高粱食用品質基礎上開展速熟高粱食品研發，讓高粱食品逐漸走進人們的生活。