超聲-微波處理對(duì)米飯品質(zhì)的影響

姜倩倩，田耀旗，金征宇

（1.煙臺(tái)大學(xué)文經(jīng)學(xué)院，山東煙臺(tái)264000；2.江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江南無(wú)錫214122）

大米是世界上最重要的糧食作物之一，提供了世界人口能量需求的21%，在亞洲地區(qū)高達(dá)76%。近年來(lái)，大米制品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及市場(chǎng)價(jià)值已經(jīng)得到消費(fèi)者和產(chǎn)品制造商的普遍認(rèn)可，大米制品加工產(chǎn)業(yè)已經(jīng)卷入到全球工業(yè)中。目前米制品的加熱方式主要有傳統(tǒng)蒸煮加熱、擠壓自熟、焙烤糊化三種，其中傳統(tǒng)蒸煮加熱仍是最常用的方式，但生產(chǎn)的米飯制品品質(zhì)有缺陷且容易回生，嚴(yán)重影響其口感。微波技術(shù)表現(xiàn)出節(jié)省能源和時(shí)間、簡(jiǎn)化操作程序，并具有提高加熱速率等優(yōu)點(diǎn)[1-3]，Ndife[4]曾報(bào)道過(guò)在微波加熱中，不同淀粉的糊化速度受到了影響。他還提出了一個(gè)定量模型用來(lái)描述小麥淀粉、玉米淀粉及大米淀粉在微波加熱中含水量與糊化速率的關(guān)系。超聲-微波協(xié)同加熱技術(shù)在微波技術(shù)的優(yōu)勢(shì)上有增加了超聲波的振動(dòng)勻化作用[5]，是大米在加熱的過(guò)程中受熱更均勻，進(jìn)一步節(jié)省加熱時(shí)間。但是目前尚無(wú)關(guān)于超聲-微波協(xié)同加熱對(duì)米制品加工的影響的研究。因此，本實(shí)驗(yàn)擬采用粳米和糯米為研究對(duì)象，探討傳統(tǒng)加熱、微波加熱和超聲-微波協(xié)同加熱對(duì)米制品品質(zhì)特性的影響及其初步機(jī)理，旨在對(duì)大米制品的加工和品質(zhì)控制方面提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

粳米和糯米 浙江五芳齋農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司；淀粉葡糖苷酶（EC 3.2.1.3） 無(wú)錫賽得生物化工有限公司；其他試劑均為分析純。

超聲-微波協(xié)同萃取儀 微波頻率2450MHz，功率10～800W，超聲波頻率40kHz，功率50W上海新拓微波溶樣測(cè)試有限公司；TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)SMS公司；Trace MS氣質(zhì)聯(lián)用儀 美國(guó)Finingan公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 米飯樣品的制備 本實(shí)驗(yàn)中米飯加熱終點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)是采用Desikachar和Subrahmanyan的平行玻璃板法進(jìn)行判斷[6]。通過(guò)反復(fù)預(yù)實(shí)驗(yàn)確定了粳米米飯和糯米米飯適宜的加熱工藝。具體步驟為：分別將粳米和糯米經(jīng)過(guò)蒸餾水淘洗、瀝水后按米水質(zhì)量比例3∶5加入蒸餾水，恒溫水浴鍋中保溫浸泡1h，再分別采用超聲-微波協(xié)同加熱、微波加熱、傳統(tǒng)蒸煮加熱使其完全煮熟。在微波加熱中，微波輸出功率固定為500W，粳米米飯和糯米米飯所需加熱時(shí)間分別是9min和6min；超聲-微波協(xié)同加熱中，微波輸出功率固定為500W，超聲波功率固定為50W，粳米米飯和糯米米飯所需加熱時(shí)間分別是8min和5min。每次平行實(shí)驗(yàn)都采用相同的容器，以減少微波加熱的菱角效應(yīng)。傳統(tǒng)加熱是采用在電磁爐（500W）上，待水沸騰后放入裝有粳米和糯米的飯盒，進(jìn)行加熱并計(jì)時(shí)。粳米和糯米米飯煮熟的時(shí)間分別為25min和22min。所有的米飯?jiān)诩訜岷蠖歼M(jìn)行燜飯10min。

1.2.2 米飯感官品質(zhì)的評(píng)價(jià) 米飯樣品的感官評(píng)定具體過(guò)程為：按要求挑選10名品評(píng)人員組成品評(píng)小組，在事先不說(shuō)明試樣情況下，將制備好的米飯樣品平均分入10個(gè)盤(pán)中，每人1盤(pán)進(jìn)行品評(píng)，舍去誤差較大的值，以綜合評(píng)分的平均值作為評(píng)定結(jié)果。感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The standard of sensory scoring

1.2.3 米飯質(zhì)構(gòu)的測(cè)定 采用P/36R型探針，在TPA測(cè)試模式下，每次選取3粒米飯平行放在探針正下方進(jìn)行測(cè)試，測(cè)前速度是2.0mm/s，測(cè)后速度為0.5mm/s，測(cè)試速度為0.5mm/s，壓縮比例為70%，兩次壓縮的間隔時(shí)間為10s。每個(gè)樣品平行測(cè)定6次，最大值和最小值被舍去，取平均值。

1.2.4 米飯風(fēng)味測(cè)定 采用頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)（SPME/GC-MS）進(jìn)行分析[7]，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理由Xcalibur軟件系統(tǒng)完成，其中未知化合物經(jīng)計(jì)算機(jī)檢索。同時(shí)結(jié)合NIST質(zhì)譜庫(kù)和Wiley質(zhì)譜庫(kù)進(jìn)行匹配分析定性[8]，相對(duì)定量采用峰面積歸一化法得出。

1.2.5 米飯淀粉消化性的測(cè)定 米飯?bào)w外淀粉消化性的測(cè)定是采用3，5-二硝基水楊酸（DNS）法。測(cè)定具體步驟為：稱(chēng)取0.2g米飯，在研缽中輕輕研磨。用蒸餾水洗滌入50mL比色管中，再加入0.5mL的淀粉葡糖苷酶酶液，然后定容至25mL，放置于37℃的振蕩水浴鍋中，分別于10、20、30、40、50、60min后取上清液測(cè)定。取上清液1mL，分別加入0.2mL 1mol/L HCl，定容至25mL。搖勻過(guò)濾后取濾液0.5mL，加入1.5mL DNS試劑，沸水浴5min，快速冷卻后補(bǔ)加4mL蒸餾水，混勻靜置20min后，于波長(zhǎng)540nm下測(cè)吸光度。實(shí)驗(yàn)中的空白對(duì)照用蒸餾水代替，其他步驟同上。平行測(cè)定3次，結(jié)果采用Rivers等[9]的計(jì)算方法計(jì)算。

2 結(jié)果與討論

2.1 米飯感官品質(zhì)

超聲-微波協(xié)同加熱（UMSH）、微波加熱（MH）和傳統(tǒng)加熱（CH）的粳米米飯和糯米米飯的感官評(píng)定結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，UMSH和MH制備的粳米米飯的氣味、口感和滋味明顯優(yōu)于CH制備的米飯，并且UMSH的米飯色澤更均一；由于微波的快速加熱和超聲波的機(jī)械振蕩使得這兩種加熱方式制備的粳米米飯的形態(tài)略差于傳統(tǒng)加熱的樣品，但感官綜合得分明顯高于傳統(tǒng)加熱的樣品。這表明超聲-微波協(xié)同加熱和微波加熱的新鮮粳米米飯的食味品質(zhì)比傳統(tǒng)加熱的樣品好。與粳米米飯相比，UMSH、MH、CH處理對(duì)糯米米飯的氣味、色澤、滋味、形態(tài)、口感及綜合得分影響相對(duì)較小。

2.2 米飯質(zhì)構(gòu)性質(zhì)

超聲-微波協(xié)同加熱、微波加熱和傳統(tǒng)加熱的粳米米飯和糯米米飯的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)如圖1所示。從圖1中可以看出，與傳統(tǒng)加熱的樣品相比，微波加熱和超聲-微波協(xié)同加熱的粳米米飯硬度較小，但是糯米米飯對(duì)物理處理的敏感性較低。由于米飯的硬度與其含有的直鏈淀粉量及加熱方式的不同密切相關(guān)，在三種加熱方式中，質(zhì)熱傳遞的形式有本質(zhì)的區(qū)別。與常規(guī)熱傳導(dǎo)相比，微波加熱的速率和效率更高，淀粉在微波場(chǎng)中的糊化過(guò)程是不同步的[10]。在微波基礎(chǔ)上輔助超聲波的機(jī)械作用，可以提高體系加熱的均一性，但也對(duì)米飯內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定程度的破壞。結(jié)果表明，超聲-微波協(xié)同加熱和微波加熱的粳米米飯內(nèi)部淀粉顆粒結(jié)構(gòu)破壞程度更小。

表2 三種加熱方式制備的米飯感官評(píng)價(jià)Table 2 Sensory scoring of rice prepared by three heat treatments

圖1 三種加熱方式制備的米飯的硬度Fig.1 The hardness s of rice prepared by three heat treatments

2.3 米飯風(fēng)味分析

經(jīng)NIST質(zhì)譜庫(kù)和Wiley質(zhì)譜庫(kù)檢索并結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)超聲-微波協(xié)同加熱、微波加熱和傳統(tǒng)加熱的粳米米飯風(fēng)味物質(zhì)的鑒定及各種風(fēng)味物質(zhì)的相對(duì)百分含量如表3所示。從表3中可以看出，超聲-微波協(xié)同加熱、微波加熱的粳米米飯中主要風(fēng)味物質(zhì)（非烴類(lèi)化合物）的相對(duì)百分含量比傳統(tǒng)加熱的樣品高。米飯的風(fēng)味物質(zhì)主要是中長(zhǎng)鏈（C6～C14）的揮發(fā)性成分，主要是非烴類(lèi)的物質(zhì)中醛類(lèi)、醇類(lèi)、醚類(lèi)和酯類(lèi)等成分[11-12]。其中米飯水果香由醛類(lèi)賦予，米飯芳香和花香由醇類(lèi)賦予，米飯水果香味由酯類(lèi)賦予。結(jié)合上述感官評(píng)定的結(jié)果，也進(jìn)一步驗(yàn)證了超聲-微波協(xié)同加熱、微波加熱的粳米米飯香味比傳統(tǒng)加熱的樣品香味更濃郁。

表3 三種加熱方式制備的粳米米飯中各類(lèi)風(fēng)味化合物的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）Table 3 Relative mass fraction of flavor compounds in normal rice prepared by three heat treatments（%）

2.4 米飯的淀粉消化性

粳米米飯和糯米米飯的體外淀粉消化過(guò)程如圖2和圖3所示，從圖2和圖3中可以看出，隨著消化時(shí)間的延長(zhǎng)，米飯中淀粉的酶解程度逐漸增大，在酶解的前30min內(nèi)淀粉的消化速率增加最快。這是由于在米飯淀粉酶解消化過(guò)程中，葡萄糖含量逐漸上升。在酶解初期，米飯結(jié)構(gòu)較松散，淀粉分子很容易被切斷成較小的分子，酶解速度較快；但是隨著淀粉鏈的逐漸變短，酶作用底物的結(jié)合點(diǎn)也相應(yīng)減少，從而使得酶解速度減小。對(duì)于粳米米飯而言，與傳統(tǒng)加熱的樣品相比，超聲-微波協(xié)同加熱和微波加熱的米飯?bào)w外淀粉消化速率較慢且酶解終點(diǎn)葡萄糖含量較少。但是UMSH、MH、CH制備的糯米米飯?bào)w外淀粉消化趨勢(shì)差異不明顯。這表明在物理輻射下，不同品種的米飯發(fā)生性質(zhì)變化的敏感程度與其含有的直鏈淀粉含量密切相關(guān)。

圖2 粳米米飯的體外淀粉消化過(guò)程Fig.2 In vitro starch hydrolysis process of normal rice

圖3 糯米米飯的體外淀粉消化過(guò)程Fig.3 In vitro starch hydrolysis process of waxy rice

3 結(jié)論

3.1 與傳統(tǒng)加熱相比，超聲-微波協(xié)同加熱和微波加熱可以一定程度上提高粳米米飯的綜合品質(zhì)特性，但對(duì)糯米米飯影響并不顯著。

3.2 本研究中兩種新型加熱方式在米制品加工生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景，尤其是對(duì)改善粳米制品品質(zhì)以及降低制品的餐后血糖生成指數(shù)方面具有深遠(yuǎn)的意義。但是加熱方式造成的大米中淀粉顆粒變化及蛋白質(zhì)、脂類(lèi)的作用深度機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

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