预处理和干燥方式对方便米饭品质的影响

龙 杰 吴凤凤 金征宇 徐学明

(江南大学食品学院，无锡 214122)

方便米饭是一种以大米为原材料，经过一系列先进工艺制备而成的易于保存的即食性食品。脱水方便米饭根据加工工艺的不同，可分为多孔型脱水方便米饭，如膨化米饭及冷冻干燥米饭等，及非多孔型脱水方便米饭，如α化脱水米饭。脱水方便米饭具有良好的复水性，通过控制工艺生产条件，复水后的口感和外观形态可以与新鲜制备的米饭相媲美。大米中含有70%以上的淀粉，因此方便米饭的加工可以看作是淀粉的再处理过程。淀粉经过高温糊化和快速干燥脱水可以制成易于快速分散的粉末状物质，即可溶性糊化淀粉。

方便米饭的加工过程主要包括米饭的蒸煮和干燥过程，涉及淀粉的糊化和再回生过程。控制生产工艺与优化实验参数可以获得高品质的方便米饭。常规沸水蒸煮和专用电设备蒸煮是主要的2种蒸煮方法。在沸水蒸煮前，一般会将大米浸泡一段时间，以达到软化大米的效果;而利用电饭锅蒸煮方式制备的米饭则往往需要进一步的预处理，例如简单水洗处理［1］。但是利用常规煮沸方法制备的米饭并不需要这种水洗处理，因为米饭没有凝结成块［2］。蒸煮过后新鲜的米饭需要经过干燥处理使最终含水率≤10%。由于干燥方法的不同，例如热风干燥、冷冻干燥，制备的方便米饭的香味、颜色和质构等性质也会不同。

Yu等［3］研究了冷却速度和储存温度对米饭品质的影响，结果表明，冷却速度越快，米饭在储存过程中的回生速度会较慢;反之，冷却速度较慢，回生速度一般较快。米饭的回生主要是支链淀粉的回生。温度能影响支链淀粉重结晶的最初和最终的数量，因此温度对米饭的回生速率有显著的影响。延缓支链淀粉的回生是抑制米饭回生的重要手段。因此，通过控制储藏温度可以延缓支链淀粉的回生，从而有效地抑制米饭的回生。方便米饭在24.0℃以上回生速度慢，在低温(0～4℃)时回生速度快，接近10℃回生会受到一定程度的抑制。淀粉的回生会导致产品质构变硬。淀粉分子质量再次聚合形成有序的结晶程度高的结构，这将进一步不利于淀粉的酶水解消化［4－5］。在方便米饭干燥之前，进行水洗预处理，可以显著降低方便米饭的黏连度，提高干燥速率［6］。由于水分的流失或者气体的产生等，米饭的质构会发生改变，引起米饭的收缩或者膨胀［7－8］。

因此，本实验主要探讨预处理方式和干燥方法对方便米饭质构、复水率、复水时间、碘蓝值、酶解率等因素的影响，以期得到感官评价较好的方便米饭，为方便米饭生产工艺等提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

粳米:市售;葡萄糖苷酶、葡糖糖氧化酶/过氧化物酶试剂:Sigma有限公司;五水硫酸铜、硫酸钾、硫酸、硼酸、95% 乙醇、冰乙酸、氢氧化钠、碘、碘化钾、溴甲酚绿指示剂、甲基红指示剂:国药集团化学试剂有限公司;其他化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

MB－WFS4017TM美的电饭煲:美的集团有限公司;LFRA质构仪:美国Brookfield公司;DHG－9246A型鼓风干燥箱:上海昕仪仪器仪表有限公司;Labconco Free Zone冷冻干燥机:美国Labconco公司;TA.XTPlus物性分析仪:英国Stable Micro Systems公司;FA25快速均质机:德国FLUKO公司。

1.3 试验方法

1.3.1 方便米饭生产工艺流程

原料粳米→米饭蒸煮→预处理→干燥→成品→复水→评价。其中，常规蒸煮方式按照如下步骤:粳米和水的比例为 1∶1.3，室温浸泡 10 min，煮沸13 min，然后保温10min。电饭锅蒸煮方式按照如下步骤:粳米和水的比例为1∶1.5，室温浸泡10 min，蒸煮20 min，然后保温10 min。

1.3.2 方便米饭的预处理和干燥方式的影响

在干燥之前，考察了不同的预处理方式及干燥方式对方便米饭品质的影响。4℃冷却或者－20℃冻干，然后进行不同温度(50、60、80、100、120 ℃)的鼓风干燥处理;采用常温水或4℃水洗涤方便米饭，然后进行不同温度(－10、－20、－40℃)的冷冻干燥处理，测定方便米饭的相关品质。

1.3.3 方便米饭的复水

根据Maskan等［9］的方法略有改进。取以上不同方式干燥后的米饭成品W0(g)，加入4倍体积的沸水，并立即加盖。复水完成后立即沥干，并用纸巾吸干表明水分，称量质量 W1(g)及记录时间(t/min)。复水率按照以下公式计算:

复水时间:取一定量的米饭，完全浸入沸水中，并加盖，待米粒完全复水后，即米粒中心无白芯，完全软化，记录时间。

1.3.4 复水后方便米饭的质构特性

复水后的方便米饭采用质地分析仪分析，采用TPA模式［10］测定复水后的方便米饭的质构。用小勺挑选20 g米粒完整、饱满、形态基本一致的复水方便米饭样品，然后均匀分布在底板检测区域，将米饭粒放平，上表面不能突起，下表面不能悬空，平行做9次试验，剔除偏差明显的测试曲线，取平均值。实验参数:测前速度 2.0 mm/s，测试速度 1.0 mm/s，测后速度2.0 mm/s，2 次下压间隔时间5 s，触发力5 g，探头类型 P75，数据收集率200 pps(点/秒)，压缩距离3 mm，使用5 kg感应元。仪器自动测定应力的变化，给出应力随时间的变化曲线，分别测定3、5、8、10、15、20 min时的TPA参数，着重考虑硬度(Hardness)和胶黏性(Gumminess)两项指标，因为前者主要反映米饭的口感，后者主要与米饭复水后的胶体性质有关。

1.3.5 碘蓝值的测定

碘蓝值的测定参考蒲彪等［11］的方法。准确称量方便米饭10.0 g，加入10倍体积的沸水并浸泡10 min，过滤汤汁。取滤液 10 mL，加入 0.5 mL 0.1 mol/mL 的碘液，0.5 mL 0.1 mol/mL 的盐酸，定容到50 mL，混合均匀，反应 1.5 h，以含有 0.5mL 0.1 mol/mL的盐酸溶液作为空白对照，620 nm测定吸光度值，以吸光度表示碘蓝值。

1.3.6 DSC法测定淀粉的回生度

根据Liu等［12］略有修改。取一定量的方便米饭，粉碎，过目。取4 mg置于铝盒中，加12 μL去离子水，密封保存，25℃下平衡15 h。标准铟校准，用密封空铝盒作参比。初始温度25℃，终止温度100℃，升温速率15℃/min。所得曲线用随机软件分析。回生度用焓的变化值(ΔH)表示。ΔH值越大，回生程度就越高。

1.3.7 样品收缩率

干燥后的样品收缩率测定参考Laneuville等［1］方法。取一定量的大小较为均匀的大米颗粒和干燥后的样品米饭颗粒，分别测定样品体积。样品收缩率按以下公式计算:

式中:V0为样品初始体积;V为干燥后样品体积。

1.3.8 淀粉体外消化测定

方便米饭的体外消化参考Goni等［13］方法。取50 mg复水后的方便米饭，置于30 mL的圆底烧瓶内;加入10 mL pH1.5的HCl–KCl缓冲液，并且利用快速均质机搅拌均匀。加入0.2 mL 0.01%的胃蛋白酶溶液(pH 1.5的HCl–KCl缓冲液配制)，40℃水浴振荡，保温60 min，然后加入15 mL pH 6.9的Tris－马来酸缓冲液。加入5 mL pH 6.9含有2.6 IU单位α－淀粉酶的Tris－马来酸缓冲液，37℃保温水解淀粉。每隔30 min取出0.1 mL的溶液，并立即沸水煮沸5 min灭酶，直至反应至3 h。依次加入1mL 0.4 mol/L的乙酸钠缓冲液(pH 4.75)和 30 μL的淀粉转葡萄糖苷酶，60℃保温45 min，完全水解米饭中的可溶性淀粉。利用葡糖糖氧化酶/过氧化物酶试剂测定 30、60、90、120、150、180 min葡糖糖浓度。

淀粉水解速率按照公式计算:

式中:C为t时间的淀粉水解百分比;C∞为180 min时的淀粉水解百分比;k为动力学常数/min－1;t为消化t/min。

水解曲线面积(AUC)根据以下公式计算:

式中:t1为最终消化时间(180 min);t0为起始时间(0 min);水解指数(HI)为样品的淀粉水解曲线下面积与参比物(白面包)淀粉水解曲线下面积的比值。血糖指数GI根据公式计算:

1.3.9 感官评定

挑选12名相关专业的感官评定人员，组成评审小组，对方便米饭进行感官评定。品评时间安排在饭后2 h，评价时要求相互之间不能讨论;根据表1参数进行评分。最终感官评定结果取平均值，并舍弃误差较大的评定结果，计算平均值。

表1 方便米饭感官评价参考表

1.3.10 数据处理与结果分析

采用OriginPro 8.5软件进行相关数据分析及统计。所有实验平行测定3次，结果以平均值±标准差表示。使用单向方差分析(ANOVA)posthoc Tukey测试确定显著差异性，P＜0.05为统计学显著性差异。

2 结果与讨论

2.1 蒸煮和预处理方法对方便米饭硬度和黏度的影响

表2显示了不同蒸煮方式和预处理方式对方便米饭硬度和黏度的影响。显然，蒸煮方式的不同会影响方便米饭的质构特性。常规蒸煮方式制备的新鲜米饭硬度和黏度要明显的高于利用电饭锅制备的新鲜米饭。Tester等［14］认为米饭的质构特性与浸出淀粉的数量和组成有重大关联。常规蒸煮时间为13 min，而电饭锅蒸煮米饭时间为20 min。据Chiang等［15］报道可知，更长时间的蒸煮会产生更多的浸出淀粉。这些浸出淀粉主要由不同比例的直链淀粉和支链淀粉组成;一般而言，支链淀粉的含量要高于直链淀粉，而短链支链淀粉是支链淀粉的主要组成;短支链淀粉和直链淀粉共同决定了米饭的硬度和黏度特性［16］。因此，经过电饭锅制备得到的米饭含有更少的短支链淀粉和直链淀粉，导致了更低的硬度和黏度。

表2 不同预处理方式和干燥方法制备方便米饭的质构特性

实验发现，对于常规处理方式，未经任何处理直接热风干燥的方便米饭虽然硬度接近新鲜制备的方便米饭，但是黏度却显著的降低。经过4℃冷却和－20℃冻干处理制备的方便米饭硬度之间没有显著性差异(P＞0.05)，但是两者黏度存在显著性差异(P＜0.05)，其中－20℃冻干处理的方便米饭的黏度值最接近于新鲜的方便米饭。4℃冷却处理制备的方便米饭的硬度要高于新鲜的米饭，其原因可能是由于在此温度下，方便米饭发生了一定程度的回生;而－20℃冻干处理则避免了这种回生［3］。因此，经过－20℃冷冻预处理复合热风干燥处理制备的方便米饭质构特性最好。

对于另一种干燥方式，冷冻干燥而言，经过不同的水洗预处理，得到不同的硬度和黏度结果。常温水洗附以热风干燥制备的方便米饭，其硬度接近新鲜米饭，但是黏度仅约占新鲜米饭的1/2。常温水洗与4℃水洗预处理比较，后者制备的方便米饭的黏度值和硬度值更为接近新鲜制备的方便米饭。水洗预处理会导致一定量的浸出淀粉的流失，因此其最终黏度仍然会低于新鲜制备的米饭，但是相比较常温水洗，4℃水洗预处理得到的米饭黏度更高。

2.2 热风干燥处理对方便米饭干燥时间、硬度和黏度的影响

热风干燥是方便米饭最常用的干燥方法之一。热风干燥的温度对方便米饭的品质有很大的影响。相比较4℃冷却，－20℃冻干得到的方便米饭的硬度及黏度更接近新鲜米饭，因此采用常规蒸煮制备得到米饭后－20℃冻干，然后进行热风干燥。在温度为50～120℃的变化范围内，其对应的干燥时间(达到含水率≤10%)不断发生变化，结果如图1所示。在干燥的前期，含水率降低速度较快，但当含水率达到20%左右时，含水率衰减速度变缓。随着干燥温度的升高，达到所需含水率的干燥时间不断缩短;其中当干燥温度为50℃时，干燥时间大约为270 min;而当干燥温度为100℃时，干燥时间缩短为90 min;在120℃条件下的干燥时间仅为70 min。不同干燥温度下的具体干燥时间如表3所示。

图1 不同的干燥温度对方便米饭含水率的影响

在最终含水率≤10%的条件下，测定方便米饭的品质指标，结果如表3所示。复水时间和复水率是方便米饭的重要考察参数。碘蓝值与方便米饭的香味呈现正相关性［17］。收缩率反映了干燥米饭的形态体积变化。由表3可知，80℃干燥的方便米饭，其复水率最高，复水时间最短，米饭的滋味和香气较好。较高的干燥温度虽然可以缩短干燥时间，但是米饭复水后的风味和口感会受到较大影响。

表3 不同热风干燥条件下的方便米饭品质指标比较

2.3 冷冻干燥预处理对复水方便米饭复水时间、硬度和黏度的影响

冷冻干燥是另一种制备方便米饭主要的干燥方法。与热风干燥不同，在低温下的冷冻储藏过程中，会发生不同程度的淀粉回生，进而影响复水方便米饭的质构特性。相比较常温水洗，4℃水洗预处理得到的方便米饭硬度及黏度更接近新鲜米饭，因此采用电饭锅蒸煮制备得到米饭后进行4℃水洗预处理，然后冷冻干燥。由图2可以看出，随着复水时间的增加，3种冷冻温度下的方便米饭硬度均不断的降低。在复水的过程中，水分会进入米饭颗粒内部，软化组织，使得对应的压缩应力变小。在同一复水时间内，例如前3 min，方便米饭未复水完全，随着冻干温度的增加，米饭的硬度也不断增加，这可能与方便米饭的复水速度有关。当复水时间≥5 min时，3种方便米饭均基本完全复水。－20℃冷冻干燥制备的方便米饭硬度要高于其他温度(－10℃和－40℃)冷冻干燥制备的方便米饭。

图2 冷冻温度对方便米饭硬度和黏度的影响

与硬度变化不同，方便米饭的黏度值变化在8 min出现一个峰值，随后开始逐渐降低。实验同时发现，－20℃冷冻干燥制备的方便米饭黏度要高于其他2种温度处理。糊化后的淀粉在冷冻过程中会发生不同程度的回生，这种回生可以反映在焓值的变化上，如表4所示。随着冷冻温度的降低，焓值(ΔH)不断降低，即淀粉的回生程度在降低。与此同时，随着冷冻温度的降低，冻干米饭的分子内部空隙变小，内部结构更加致密，复水速度变慢。因此，方便米饭的硬度和黏度是米饭内部结构和回生程度综合作用的结果。

如表 4所示，在复水 5 min后，－10、－20、－40℃冷冻后的样品复水率分别为3.01、3.32和3.44;样品的收缩率分别为 74.98%、72.57% 和70.04%，说明温度的降低使米饭的体积发生了更大程度的收缩。结合方便米饭的硬度、黏度、香气和复水率等因素，在－20℃制备的方便米饭品质最好。冷冻温度过高，将会引起淀粉的回生，过低则不利于硬度和黏度的维持。

表4 不同冷冻干燥条件下的方便米饭品质指标比较

2.4 两种干燥方式对复水米饭体外淀粉消化率的影响

实验表明，经过－20℃冷冻预处理+80℃热风干燥和4℃水洗预处理+ －20℃冷冻干燥处理制备的方便米饭品质最接近新鲜蒸煮的米饭。图3分析比较了新鲜蒸煮的米饭和2种方法制备的方便米饭的体外淀粉消化率。在消化的前30 min内，4种处理制备的米饭淀粉水解速度都很快，最终在30 min达到平衡。首先，电饭锅制备的方便米饭消化率要高于常规煮沸的米饭，说明电饭锅蒸煮方式使米饭更加软化，易于消化。其次，常规煮沸的新鲜米饭消化率最低，经过－20℃预处理+80℃热风干燥后，米饭的消化率进一步提高;与此同时，电饭锅蒸煮制备的米饭经过4℃预处理+ －20℃冷冻干燥处理后，米饭的淀粉消化率最高。

表5为4种方式制备的米饭的其他品质特性变化。综合而言，常规煮沸制备的米饭的饱和浓度C∞、水解指数HI和血糖指数GI等指标略低于电饭锅煮沸制备的米饭，经过预处理后，方便米饭的饱和浓度C∞、水解指数HI和血糖指数GI等指标要高于未经任何处理的新鲜米饭，这与体外淀粉消化率的结合相吻合。这说明经过冷冻干燥和热风干燥处理制备的方便米饭仍然不可避免的出现了一定的淀粉回生现象。

表5 不同冷冻干燥条件下的方便米饭品质指标比较

2.5 两种干燥处理对方便米饭感官评定的比较

对制备的方便米饭样品复水后进行感官评定，结果如表6所示。由表6可知，对于复水前的方便米饭，热风干燥处理的米粒会有部分干瘪、发黄现象，这与米饭的内部蛋白多糖等分子在高温下发生一些氧化或交联反应有关;低温冷冻干燥制备的方便米饭形态结构更为完整。复水后，两种处理方式制备的方便米饭口感都较好，无异味;但是冷冻干燥制备的方便米饭香味更好一些。4℃水洗+ －20℃冷冻干燥制备的脱水型方便米饭感官评分最高。

表6 方便米饭感官评价结果

图3 新鲜的米饭和方便米饭的总淀粉水解率

3 结论

通过研究不同蒸煮方式和预处理方式对方便米饭品质的影响发现，当采用常规煮沸方式煮饭时，预先进行前处理浸泡，可以改善蒸煮米饭的黏度和硬度等质构特性。对比4℃冷却和－20℃冷冻预处理制备的方便米饭，－20℃冷冻预处理再进行热风干燥制备的方便米饭的硬度和黏度最接近新鲜米饭。对于冷冻干燥处理，进行－4℃的水洗预处理再进行－20℃真空低温冷冻干燥得到的方便米饭的硬度和黏度最接近新鲜米饭。

利用热风干燥制备方便米饭时，复水时间、复水率和碘蓝值与方便米饭的品质呈现正相关性。采用80℃，热风干燥120 min制备的方便米饭，其复水率最高，复水时间最短，米饭的滋味和香气较好。干燥温度过高虽然可以缩短干燥时间，但是米饭复水后的风味和口感会受到较大影响。利用冷冻干燥制备方便米饭时，结合方便米饭的硬度、黏度、香气和复水率等因素，－20℃冷冻干燥制备的方便米饭品质最好。冷冻温度过高，将会引起淀粉的回生，过低则不利于硬度和黏度的维持。

2种干燥方式制备的方便米饭体外消化率均要高于新鲜制备的米饭，其饱和浓度C∞、水解指数HI和血糖指数GI等指标也相应的增高。感官评价结果表明，2种干燥方式制备的方便米饭均具有较好的品质，口感良好;其中，4℃水洗+ －20℃冷冻干燥制备的方便米饭感官评价更高。通过常规煮沸辅以－20℃冷冻+80℃热风干燥的处理则更适合大规模的制备方便米饭。