糙米复配粉中淀粉直/支比对挤压速食粥品质与结构的影响

,2,*,3,2

(1.国家粮食和物资储备局科学研究院,北京 100037;2.集美大学食品与生物工程学院,福建厦门 361021;3.哈尔滨商业大学旅游烹饪学院,黑龙江哈尔滨 150076)

糙米是稻谷脱壳后保留胚芽、糠层和胚乳的全谷米粒,因其米糠层聚集了60%～70%的营养物质,如膳食纤维、维生素、矿物质,从而较精白米有更好的营养价值[1]。糙米中丰富的膳食纤维和多种功能性成分对于改善人们膳食结构、缓解糖尿病及高血压等疾病具有重要的作用[2-4]。目前糙米的使用方式除了粒食以外其他方式较少[5]。挤压膨化属于质构调整技术,是一种在热能和机械能的作用下,集混合、搅拌、破碎、加热、蒸煮、杀菌、膨化及成型为一体的新型加工方式[6],其工艺简单,能耗低,具有高效性、连续性等特点,在食品工业中的应用越来越广泛[7]。

目前,国内外的研究学者已经深入研究了挤压对大米[8-10]、小米[11]、小麦[12-13]、玉米[14-15]等主要谷物理化性质的影响。Silvinar D等[16]将玉米和糙米与豆科植物复配进行高温高剪切力挤压膨化加工,经试验发现,糙米本身成分比例的变化对糖米的膨化度、复水性、单元能耗均有显著影响,豆类和糙米重组后可提升糖米粥的食用品质,重组后的挤出物膨化度也显著减小。宁更哲等[17]、卢健鸣等[18]各自研究了燕麦与小米的挤压膨化生产复合杂粮食品的操作工艺条件,获得了新型的、具备良好物理性质的燕麦、小米类杂粮挤压食品。但基于挤压膨化工艺以糙米为主要原料制作速食粥的研究相对较少。另根据相关报道,不同品种大米的淀粉组成对挤压特性有一定影响[19],因此利用糙米的原料特性研究速食粥的挤压特性对糙米速食粥有一定的指导意义。

基于上述研究现状,本文通过调节糙米粉和糯米粉的比例建立模式体系,调控原料中直链淀粉与支链淀粉的比例,观察挤压速食粥内部结构,研究糙米淀粉直/支比对其挤压速食粥品质与结构影响,以期得到最佳的生产糙米挤压速食粥的淀粉直/支比,为生产糙米挤压速食粥原料的选择与复配提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

江西省早籼米 江西省市售;安徽省糯米 安徽省市售;氯化钠、冰醋酸、无水乙醇、氢氧化钠、盐酸、氯化镁、氯化锰、氯化钙 均为分析纯,西陇化工股份有限公司;Megazyme总淀粉、直链淀粉测定试剂盒 北京智微科技有限公司。

FMHE36双螺杆挤压机 湖南富马科食品工程技术有限公司;AR5120精密电子天平 奥豪斯公司;DGG-9140BD电热恒温鼓风干燥箱 上海森信实验仪器有限公司;GT10-1型高速台式离心机 北京时代北利离心机有限公司;FW-135型中草药粉碎机 天津泰斯特公司;TA-XT型物性仪 英国Stable Microsystems;S-300N型扫描电镜 日本Hitach;200FC型差示扫描热量仪 德国Netzsch公司;Super-3型快速黏度仪 澳大利亚Newpory科学分析仪器有限公司;Startorius MA150水分含量测定仪 德国赛多利斯科学仪器北京有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 糙米复配粉挤压速食粥的制作 根据本课题组前期实验结果,分别将糙米和糯米磨粉过60目筛备用,并根据糙米粉和糯米粉中支链淀粉和直链淀粉的含量调节糙米粉和糯米粉的比例,进一步得到配比淀粉直/支比为0.176、0.196、0.216、0.236、0.256、0.276的六组糙米复配粉。采用双螺杆挤压机,设定挤压工艺参数条件:筒体温度Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅴ区、Ⅵ区温度分别为60、90、110、40、40 ℃,加水量31%,喂料速度19 kg/h,螺杆转速190 r/min,切刀转速2800 r/min,烤炉温度240 ℃,将不同直支比糙米复配粉制备糙米挤压速食粥。

1.2.2 淀粉含量的测定 总淀粉含量:Megazyme试剂盒测定法。直链淀粉含量:Megazyme试剂盒测定法。

1.2.3 糙米粉差示扫描量热测定 参照王娜等[20]的方法进行糙米粉差示扫描量热测定(DSC)测定,用十万分之一天平准确称取5.00 mg糙米粉样品放在铝制坩埚内,加入10 μL去离子水,密封后室温平衡2 h,然后放置在4 ℃冰箱中静置20 h,取出后在室温平衡1 h后进行测定。以10 ℃/min的加热速度使铝制坩埚温度从25 ℃升高至100 ℃。密封空白铝制坩埚作为对照。

1.2.4 糙米粉糊化特性测定 参照GB/T 24853-2010的方法,称取(25.0±0.1) g水,加入(3.00±0.10) g糙米粉,用搅拌器将样品搅拌均匀,然后放入快速粘度仪(RVA)中测定。采用升温/降温循环,其糊化程序如下:50 ℃开始升温,3.75 min内加热至95 ℃,并保温2.5 min,3.85 min内冷却至50 ℃,并保温1.4 min,另外,旋转浆在起始10 s内旋转速度为960 r/min,以后保持160 r/min至结束[21]。

1.2.5 糙米电镜扫描观察 用锋利刀片将米粒从中间切断,粘在样品台上,样品断面喷金镀膜,用扫描电镜(SEM)观察米粒微观结构并拍照。

1.2.6 千粒重的测定 采用自动数粒机,数一千粒挤压速食米粒称重,每个样品做三次平行,取平均值。

1.2.8 复水率及复水时间的测定 参照张敏等测定复水率及复水时间的方法[22]。

复水率:准确称取糙米挤压速食粥成品米粒A(g)置于烧杯中,加5倍沸水立即加盖,复水5 min后立即沥干,并用吸水纸吸干表面水分,称重B(g),复水率用B/A表示。

复水时间的测定:将一定量的糙米挤压速食粥成品米粒置于100 ℃开水中加盖,复水时间为米粒完全复水(米粒中心完全软化)所用时间。

1.2.9 米汤固形物含量测定 取10 g样品,以1∶5的比例加入沸水,浸泡5 min后将米汤倒出,放入铝盒内105 ℃干燥12 h至完全干燥,测其固形物质量[23]。

1.2.10 质构特性测定 取10 g挤压速食粥,与沸水以1∶5的比例浸泡5 min,然后将米汤滤去,随机选取10粒米粒进行质构测定,去掉一个最大值和一个最小值,取余下的平均值。质构仪TPA方法测定的参数设置如下:测试探头P/36R型,测试前速度0.5 mm/s,测试中速度0.5 mm/s,测试后速度1.0 mm/s,触发力值5.0 g,压缩程度90%。

1.3 数据处理

数据处理使用软件Excel 2007和SPSS 17.0进行数据分析,绘图采用Origin 8.0,所有试验都重复 3 次,结果表示为“平均值±标准差”。

表1 不同直/支比糙米复配粉糊化特征参数Table 1 Characteristic parameters of gelatinization of brown rice with different amylose to amylopectin ratios

注:同列数据中不同小写字母肩标代表差异显著(P<0.05)。表2、表3同。

表2 不同直/支比糙米复配粉的热力学参数Table 2 Thermodynamic parameters of brown rice compound powder with different amylose to amylopectin ratios

2 结果与讨论

2.1 淀粉直/支比对糙米复配粉糊化性能的影响

采用快速黏度测定仪(RVA)测定六组不同淀粉直/支比糙米复配粉的糊化特性,结果见表1。糙米淀粉直/支比在0.176～0.276之间,糙米复配粉的峰值黏度随着糙米淀粉直/支比的增加而上升,在0.276时达到最大值2036.50 Cp;保持黏度随着淀粉直/支比的升高呈先升高后下降趋势,在淀粉直/支比为0.256时达到最大为1443.70 Cp;崩解值呈现先升高后下降再上升的趋势,在淀粉直/支比为0.276时达到最大,为613.00 Cp;最终黏度与保持粘度的趋势相同,在淀粉直/支比为0.256时达到最大,为3288.70 Cp;回生值也呈现先上升后下降趋势,在淀粉直/支比为0.256时达到最大,为1490.02 Cp。根据研究结果可得,直链淀粉含量高的复配粉糊化特性各特征参数均高于直链淀粉含量低的复配粉,这与Varavinit S等[24]的研究结果一致。

2.2 淀粉直/支比对糙米复配粉热力学性质的影响

采用差示热量扫描仪(DSC)测定六组不同淀粉直/支比糙米复配粉的热力学特性,结果见表2。糙米淀粉直/支比在0.176～0.276之间,起始糊化温度呈先上升后下降趋势,在0.256时达到最大为74.10 ℃;峰值温度呈先上升后下降趋势,但是变化趋势不明显,在淀粉直/支比为0.216、0.236时达到最大,为79.40 ℃;终止温度差异不明显,在淀粉直/支比为0.236时达到最大,为87.60 ℃;焓变呈先下降后上升趋势,在淀粉直/支比为0.216时最小,为6.05 J/g。根据研究结果可得,糙米淀粉直/支比在一定范围内,直链淀粉含量越高,起始糊化温度和峰值温度也高,此趋势结果与曾洁等[25]研究结果相一致。

2.3 淀粉直/支比对挤压速食粥米粒内部结构的影响

对不同淀粉直/支比糙米挤压速食粥米粒横截面进行扫描电镜观察,结果如图1。放大5000倍可清晰地观察到挤压速食粥米粒的横截面结构均紧密均一,呈现大小不一的气孔。这是因为在挤压机中物料被高温高剪切作用下混合均一,使试样横截面紧密,试样经过高温烤炉二次膨化时,由于高温作用使式样中的水分迅速蒸发,气态水分子从式样表面迅速逸出,对米粒内部造成消极影响,所以试样横截面出现大小不同的凹坑结构。随着淀粉直/支比的增加,挤压速食粥米粒横截面的光滑度及紧密度增加,试样横截面小坑洞数量减少,在直/支比为0.256时,试样横截面的结构最均一、最紧密。这是因为直链淀粉具有很好的凝胶性及成型性,随着直链淀粉含量增加,样品的质构渐致密均一,有研究者通过研究支链淀粉与直链淀粉的比例对挤压重组米品质的影响得出,随着淀粉直/支比的增大,试样横截面的光滑度及结构紧密度增大,与本文研究结果基本一致[25]。

图1 不同直/支比糙米挤压速食粥米粒横截面的SEM图(5000×)Fig.1 SEM image of cross section of different straight/minute ratio porridge(5000×)注:a:淀粉直/支比0.176;b:淀粉直/支比0.196;c:淀粉直/支比0.216;d:淀粉直/支比0.236;e:淀粉直/支比0.256;f:淀粉直/支比0.276。

2.4 淀粉直/支比对挤压速食粥品质的影响

由图2a可知,挤压速食粥千粒重随着淀粉直/支比的增加整体呈上升趋势,但直支比在0.176～0.256之间时变化趋势不明显。由图2b可知,挤压速食粥米粒的径向膨化率随着淀粉直/支比的降低呈先下降后上升的趋势,在直/支比为0.256时最低,为2.282%。

表3 不同直/支比挤压速食粥的质构特性特征参数Table 3 Characteristic parameters of texture characteristics of extruded instant porridge with different amylose to amylopectin ratios

这是因为挤压速食粥米粒在进入高温烤炉时,内部水分迅速蒸发产生二次膨化,但是由于支链淀粉分支较多,成型性差,所以支链淀粉越低,直链淀粉含量越高,空间位阻就越小,挤压速食粥中淀粉与其他大分子物质如蛋白质、脂肪之间的结合键越紧密[26],结合图1,在一定范围内,挤压速食粥内部结构致密均一,内部大分子物质及进入内部的水分子被牢牢的锁住,所以在进入烤炉之前的米粒内部结构越紧密,经过高温烤炉时内部水分越不易蒸发,所以其径向膨化率就越小。由图2c可知,随着淀粉直/支比的升高,挤压速食粥复水时间呈先升高后下降的趋势,在淀粉直/支比为0.256时达到最大,为12.6 min。由图2d可知,随着淀粉直/支比的增加挤压速食粥的复水率呈先下降后上升趋势,在淀粉直/支比为0.256时最小,为2.35%。米汤中固形物含量反映了米汤的浓稠度。由图2e可知,挤压速食粥米汤内的固形物含量随着淀粉直/支比的增加呈先降低后上升的趋势,当淀粉直/支比为0.256时米汤中固形物含量最小,为0.153 g。这是因为随着淀粉直/支比的增加,挤压速食米粒内部结构越来越均一、致密,导致水分不易进入米粒内部,造成复水时间的增加及复水率的降低及米汤中固形物含量的降低。当淀粉直/支比为0.176时,千粒重数值过小,在浸泡过程中米粒吸水性太强,米粒容易复水过多造成米粒破裂及溃散,粥体形态及口感不佳。从挤压速食粥蒸煮品质来看,当淀粉直/支比为0.256时挤压速食粥品质最佳,与扫面电镜结果一致。

图2 直/支比对挤压速食粥品质的影响Fig.2 Effect of amylose to amylopectin ratios on the quality of extruded instant porridge注:a:千粒重;b:径向膨化率;c:复水时间;d:复水率;e:米汤固形物含量。

2.5 淀粉直/支比对挤压速食粥质构特性的影响

表3是不同直/支比对挤压速食粥质构特性的影响,从中可以看出,随着淀粉直/支比的增加,挤压速食粥浸泡后米粒的硬度及耐咀性均呈先升高后降低的趋势。淀粉直/支比为0.236时硬度最大,为3544.23 g,淀粉直/支比为0.256时耐咀性最大,为744.73 g。黏聚性、胶着度及回复性也呈现先上升后下降趋势,但黏聚性上升趋势不明显,胶着度在0.176时最小,而且差距较明显,这可能是浸泡过程中米粒破裂造成的。

由于随着淀粉直/支比的增加,挤压速食粥内部结构的致密性增加,导致硬度、黏聚性、胶着度及耐咀性等也增大,但当淀粉直/支比为0.276时,挤压速食粥米粒的硬度及耐咀性呈下降趋势,没有嚼劲,口感不佳。从质构结果来看,当淀粉直/支比为0.256时,挤压速食粥米粒浸泡后达到最佳质构品质。

3 结论

对不同淀粉直/支比的糙米复配粉进行RVA和DSC测定,发现当比例为0.256时,复配粉糊化特性和热力学性质最好,保持黏度和最终黏度高于其他比例,焓变最高(7.71 J/g)。随后对糙米挤压速食粥进行了电镜观察,当淀粉直/支比为0.256时,试样横截面的结构最均一、最紧密。对比不同淀粉直/支比的挤压速食粥品质和质构特性,淀粉直支比为0.256时,复水时间为12.6 min,复水率为2.35%,固形物含量为0.153 g;硬度、胶着度和耐咀性最高,分别为3323.85、1242.76和744.73 g,确定淀粉直/支比为0.256是制作挤压速食粥的最佳比例。