糙米浸泡吸水與微量吸水動力學比較研究

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(zhì)、礦物質(zhì)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(zhì)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(guān)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(zhì)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(zhì)[7-8]。

糙米吸水過程屬于質(zhì)傳遞過程，目前Peleg方程[9]已被證實在許多食品的質(zhì)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(zhì)，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(zhì)。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(zhì)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(zhì)，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。

1 材料與方法

1.1 材料

糙米：龍粳31號，產(chǎn)地黑龍江；嘉豐優(yōu)2號，產(chǎn)地浙江。

1.2 儀器

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 試驗方法

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(jié)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(zhì)量，g；M2為吸水后糙米質(zhì)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(shè)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(shè)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(guān)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。

2 結(jié)果與討論

2.1 糙米浸泡吸水和微量吸水的吸水特性比較

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

2.2 吸水動力學參數(shù)研究

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(zhì)。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(nèi)。本研究中4組方程相關(guān)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(guān)，且與初始吸水率呈負相關(guān)[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)

2.3 方程準確性驗證

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(jié)果與試驗所得結(jié)果之間的誤差，結(jié)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(jié)果

2.4 浸泡吸水和微量吸水的糙米萌發(fā)爆腰率比較

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(jié)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

3 結(jié) 論

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(jié)合浸泡法和微量加水法對糙米爆腰率的結(jié)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(jié)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。