红外预处理改善糙米品质的研究

金 建，马海乐，*，闫景坤，涂海峰，吴 平，曲文娟

（1.江苏大学食品与生物工程学院，江苏省农产品物理加工重点实验室，江苏镇江212013；2.中央储备粮上海闵行直属库，上海200241）

红外预处理改善糙米品质的研究

金 建1，马海乐1，*，闫景坤1，涂海峰2，吴 平1，曲文娟1

（1.江苏大学食品与生物工程学院，江苏省农产品物理加工重点实验室，江苏镇江212013；2.中央储备粮上海闵行直属库，上海200241）

利用红外辐射对糙米进行预处理，考察了糙米初始水分含量、红外辐射距离和处理时间对糙米品质的影响，同时，采用扫描电镜观察处理前后糙米的表观形貌。在糙米初始水分含量15%，红外辐射距离20cm和处理时间5min时，糙米的残余脂肪酶活为69.8%，相对过氧化氢酶活为70.8%，脂肪酸值降低9.5mg KOH/100g糙米。经红外辐射处理后，糙米的表面形成小孔，内部淀粉颗粒棱角消失。结果表明：红外预处理能够稳定糙米脂肪酶酶活。实验结果为提高糙米安全储藏周期与改善其蒸煮特性提供理论基础。

糙米，红外辐射，残余脂肪酶酶活，脂肪酸值，蒸煮特性

糙米是指脱壳后仍保留着外层组织的稻米，其含有丰富的营养素和多种精米所缺乏的天然生物活性物质如γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、γ-谷维醇、神经酰胺[1-2]。研究表明，糙米有防治糖尿病、抗癌等功效[3-7]，美国FDA已将其列为全谷物健康食品，倡议直接食用[1]。但是，由于糙米中含有较高含量的脂类，易在脂肪酶和微生物的作用下发生酸败[8]、耐储藏性差，限制了糙米营养价值的开发和利用。此外，由于糙米透水性差，使得蒸煮性差、质地坚硬、口感不佳，一般很少直接食用。目前，国内外许多学者致力于稳定糙米脂肪酶活的研究，先后有热处理、有机溶剂提取、乙醇处理、油减压加热处理及过热蒸汽处理等。然而，化学试剂的残留、热处理营养成分的损失等都会使糙米品质受损[9-11]。红外辐射加热具有很强的选择性加热特点，被加热物体的吸收率远大于周围空气，热能均匀，有一定的穿透效应，热效应和过程效率较高，且干燥时间短、处理效率高、较少能量消耗以及较高的产品质量等优势[12-17]，该技术已用于农副产品的脱水干燥、酶的钝化和稻谷杀虫、防霉等。目前，红外辐射用于稳定糙米脂肪酶活的研究还未见报道。因此，本研究拟采用红外辐射的方法处理糙米，分析糙米初始水分含量、红外辐射距离和处理时间对糙米理化指标和蒸煮特性的影响，获得稳定糙米脂肪酶活和改善蒸煮特性的最佳处理条件，以期能提高糙米安全储藏周期，同时，为糙米营养价值的开发和利用提供基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜粳稻糙米 中储粮上海闵行直属库，初始水分含量为13.6%±0.1%；橄榄油 欧丽薇兰特级初榨；其他化学试剂 均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司。

催化式红外加热器 堪萨斯催化工业集团有限公司（图1）；TM 350+红外测温仪 香港泰克曼电子仪器控股有限公司；Fz-4药材调料高速粉碎机 温岭市百乐粉碎设备厂；101-3电热恒温干燥箱 金坛市医疗仪器厂；WFJ7200可见光分光光度计 尤尼柯上海仪器有限公司；BS224S分析天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司；HH-S2数显恒温水浴箱 金坛市医疗仪器厂；Hitachi S-3400N扫描电子显微镜 日立高新技术国际贸易有限公司。

图1 催化式红外装置示意图Fig.1 Flameless gas infrared catalytic heater

1.2 实验方法

1.2.1 红外辐射预处理糙米 准确称取200g糙米（平铺至托盘厚度为0.8cm），加水调质至水分含量为13.6%～18.0%，保鲜膜密封，于4℃冰箱中静置、平衡12h。打开红外辐射装置，待红外辐射板温度稳定后，调节红外辐射距离10～30cm，处理3～7m in，用红外测温仪分析处理后糙米的表面温度。待样品冷至室温后，一部分糙米用手提式粉碎机粉碎，并过CQ16筛（40目），筛下物用于理化指标的测定；剩余整粒糙米用于蒸煮特性的测定。

1.2.2 理化指标和蒸煮特性的测定

1.2.2.1 常规理化指标分析 水分含量采用GB5497-1985中105℃恒重法测定。按照GB/T20569-2006分析处理前后糙米的脂肪酸值，脂肪酸值变化量定义为：

脂肪酸值变化量=处理后的糙米脂肪酸值-处理前的糙米脂肪酸值。

1.2.2.2 相对过氧化氢酶活的测定 按照GB/T5522-2008测定过氧化氢酶活，相对过氧化氢酶活定义为：

相对过氧化酶活（%）=处理后的糙米的过氧化酶活/处理前的糙米的过氧化酶活×100 式（1）

1.2.2.3 残余脂肪酶活的测定 按照GB/T5523-2008测定脂肪酶活，残余脂肪酶活定义为：

残余脂肪酶活（%）=处理后的糙米的脂肪酶酶活/处理前的糙米的脂肪酶酶活×100 式（2）

1.2.2.4 碘蓝值测定 处理前后糙米的碘蓝值参照文献[18]的方法。准确称取0.50g糙米粉50m L比色管中，加水25m L于40℃下振动浸提1h，定容50m L，离心分离（3000r/m in，15m in），取上清液5m L，加入0.5m L KI-I2溶液、0.5m L 0.1mol/L HCl溶液，加水定容至50m L，静置15m in后于620nm处测定吸光值，即为碘蓝值，以吸光值与每克糙米（干基）的比值表示。

1.2.2.5 吸水量与可溶性固形物含量测定 参照文献[19]的方法并稍作修改。称取糙米1.50g置于试管中，用移液管加入15m L蒸馏水，加塞，置于80℃水浴中30m in。取出，准确移取10m L汤汁于已知恒重的称量瓶中，于130℃恒温烘箱中烘干8h，冷却、称重，与称量瓶的质量差，即为可溶性固形物含量，以每100g糙米的溶出物质量表示。倒出试管中的糙米粒，用滤纸吸干米粒表面水分，测定质量，与烘干后的糙米质量差为糙米的吸水量，以每克吸收的水分质量表示。

1.2.3 扫描电镜观察 用小刀将糙米沿垂直于长轴的方向切成约2mm的剖面，分别用双面胶将整粒糙米和剖片粘在样品台上，镀上一层电镀层，使用Hitachi S-3400N扫描电子显微镜在15kV的加速电压下观察样品的表观形貌。

2 结果与分析

2.1 初始水分含量对糙米品质的影响

在红外辐射距离为25cm，处理时间为3m in，糙米初始水分含量对其理化指标和蒸煮特性的影响如表1所示。从表1中可以看出，糙米的初始水分含量越高，处理后糙米的水分含量越高，且糙米的表面温度显著升高（p＜0.05），可能是水分子与热的共同作用结果。红外处理后，糙米的脂肪酸值显著降低（p＜0.05），可能是由于红外使游离脂肪酸进一步降解为醛、酮等物质[20]，当初始水分含量过高时，脂肪酸值反而有所升高。相对过氧化氢酶活随初始水分含量的增高而显著下降（p＜0.05），当水分含量为18%时，相对过氧化氢酶活为60.9%，这是因为过氧化氢酶是热敏性酶，水分含量越高，水分子受热量的作用越明显；但是，在糙米储藏中，过氧化氢酶起到解除呼吸伤害的作用，使糙米一直处于“活米”状态[21]。糙米初始水分含量为15%时，残余脂肪酶活为83.8%，这表明红外预处理能起到钝化脂肪酶的作用；随着水分含量的增加，残余脂肪酶活呈上升趋势，这与脂肪酸值变化量相一致。糙米水分含量为15%时，糙米的脂肪酸值显著下降，在糙米脂肪酶活得到显著（p＜0.05）稳定的同时，能最大限度保持过氧化氢酶活。

表1 初始水分含量对糙米品质的影响Table 1 The effects of initialwater contenton the quality of brown rice

碘蓝值能间接反映出直链淀粉的含量高低。碘蓝值越高，直链淀粉含量就越高，蒸煮特性越佳；碘蓝值的变化是水分和淀粉在红外辐射热作用下的共同结果。另一方面，糙米的吸水量与可溶性固形物呈“互补”趋势，红外处理后，糙米的水分含量越高，吸水量就越低，即吸水量与可溶性固形物含量可能存在一个平衡点。当糙米初始水分含量为15%时，蒸煮特性得到显著性提高（p＜0.05）。

因此，综合考虑各理化指标和蒸煮特性的变化规律，选择糙米的初始水分含量为15%。

2.2 红外辐射距离对糙米品质的影响

在糙米初始水分含量为15%，处理时间为3min，红外辐射距离对糙米各理化指标和蒸煮特性的影响如表2所示。可以看出，辐射距离越大，红外处理后糙米的水分含量越高，这是因为红外辐射以热辐射为主，其次是红外线引起分子的摆动而导致水分的散失。随着红外辐射距离的增加，脂肪酸值呈先减小后增加的趋势，在距离为25cm时，脂肪酸值变化量达到最大值，与距离为20cm相比，不存在显著性差异（p＜0.05）。脂肪酸值的这一变化规律可能是由于糙米中脂肪酸降解成小分子类物质与热量有关；另一方面，酯类物质的水解会生成游离脂肪酸。在红外辐射距离为20cm时，糙米的残余脂肪酶活为76.8%，显著低于其他条件下处理后的酶活（p＜0.05）。随着红外辐射距离的减小，过氧化氢酶活性丧失越高，辐射高度为10cm时，其相对酶活仅为44.5%，进一步揭示过氧化氢酶是一种热敏性的酶。糙米的碘蓝值、吸水量和可溶性固形物含量变化趋势一致，在一定范围内对糙米的蒸煮特性影响较小。因此，综合考虑各理化指标和蒸煮特性的变化规律，着重考虑酶活的稳定情况，选择红外辐射距离20cm为宜。

2.3 红外处理时间对糙米品质的影响

在糙米初始水分含量为15%，红外辐射距离为20cm，处理时间对糙米理化指标和蒸煮特性的影响如表3所示。可以看出，在一定初始水分含量和辐射距离条件下，红外处理时间越长，糙米的最终水分含量越低，3～4m in内水分变化率较大，这是因为这段时间的水分梯度较大，传质推动力大；辐射时间越长，糙米的表面温度显著升高（p＜0.05）。3～5m in的红外处理能有效减少游离脂肪酸的含量；红外处理时间越长，过氧化氢酶活和残余脂肪酶的活性越低，但是，脂肪酶的活性下降速率比过氧化氢酶的要低得多，残余脂肪酶活总比过氧化氢酶的高。同时，延长处理时间，糙米的色泽加深。

表2 红外辐射距离对糙米品质的影响Table 2 The effects of IR irradiation distances on the quality of brown rice

表3 处理时间对糙米品质的影响Table 3 The effects of treatment time on the quality of brown rice

经红外处理后，糙米的碘蓝值和可溶性固形物含量升高，这表明红外处理有助于糙米可溶性直链淀粉的溶出，有助于水分向米粒内部迁移，进而能够改善糙米的蒸煮特性。因此，选择5m in为最佳处理时间。在此条件下，糙米的残余脂肪酶活为69.8%，相对过氧化氢酶活为70.8%；糙米的蒸煮特性得到显著性改善（p＜0.05）。

2.4 扫描电镜观察

图2 处理前后糙米的表观形貌Fig.2 SEM images of brown rice注：表面图：a.对照组，b.红外组；剖面图：c.对照组，d.红外组。

图2为红外辐射处理前后糙米的扫描电镜图。从图2中可以看出，糙米表面有比较规整的纹理，经远红外处理后（图2b），糙米表面的纹理得到破坏，形成了无数的小孔和细小的裂纹，蒸煮时，水分能够迁移到糙米内部，引起吸水率增高或者米汤中可溶性固形物含量升高；图2c和d表明，糙米经红外处理后，内部淀粉晶格的棱角明显被破坏，变得比较圆滑，但是各颗粒能独立存在，没有晶格塌陷现象的发生，揭示了糙米具有很好的持水性。

3 结论

3.1 糙米的初始水分含量为15%，红外辐射距离为20cm，处理时间为5m in的条件下，糙米的残余脂肪酶活为69.8%，过氧化氢酶活为70.8%，脂肪酸值降低9.5mg KOH/100g糙米，红外预处理稳定了脂肪酶和过氧化氢酶的酶活，能够为保证糙米的储藏安全提供理论基础。

3.2 经红外处理后，糙米的碘蓝值和可溶性固形物含量升高，揭示红外预处理能够改善糙米的通透性，提高糙米的蒸煮特性。

3.3 通过扫描电镜观察，经红外处理后，糙米表面有小孔和细纹的形成，淀粉颗粒变得比较圆滑，进一步表明红外预处理能够改善糙米的通透性，利于蒸煮特性的改善。

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Study on im provementof the quality of brown rice by infrared pretreatment

JIN Jian1，M A Hai-le1，*，YAN Jing-kun1，TU Hai-feng2，WU Ping1，QUW en-juan1

（1.School of Food and Biological Engineering，Jiangsu University，Jiangsu Provincial Key Lab of Physics Processing of Agri-products，Zhenjiang 212013，China；2.ShanghaiMinhang Depot，Central Grain Reserves，Shanghai200241，China）

The infrared（IR）p retreatmentwas used to investigate the quality of b rown rice（BR）.Various factors，such as the initial moisture content of BR，IR irradiation distance and treatment time on quality of BR were exam ined.Meanwhile，surface morphologies of BR before and after treatment were observed by scanning electronm icroscope（SEM）.The results showed that the residualof lipase activity and catalase activity of treated BR was 69.8%and 70.8%，respec tively，and the free fatty acid value was dec reased 9.5mg KOH/（100g BR）when the initialwater content of BR，IR irrad iation distance and treatment time was controlled at 15%，20cm，and 5m in，respec tively.In addition，the surface of treated BR formed many m icrospores，and the edges of starch granules disappeared.Therefore，these results revealed that IR p retreatment could not only stabilize the lipase enzyme activity of BR to ensure the safety storage，butalso im p rove the cooking quality of BR.

brown rice（BR）；IR p retreatment；residual lipase enzyme activity；fatty acid value；cooking quality

TS210.1

A

1002-0306（2014）18-0128-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.18.018

2014－01－03 *通讯联系人

金建（1986-），男，硕士研究生，研究方向：农产品物理加工。

国家公益性行业（农业）科研专项（201003077）；江苏省国际科技合作计划项目（BZ2012052）；江苏高校优势学科建设工程资助项目；江苏省普通高校研究生科研创新计划（CXZZ12_0699）。