预制条件及干燥方式对自热米饭品质的影响

赵 萌,张 磊,朱 洁,裴 斐,王立峰,姚轶俊

(南京财经大学食品科学与工程学院,江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心,江苏南京 210023)

米饭是我国人民日常消费的主要粮食品种。随着人们生活方式的转变,米饭的方便性、快捷性需求不断增加,方便米饭产业应运而生。方便米饭是指由工业化生产制成的可直接食用或者经简单烹调就可立即食用的米饭品种[1]。早在“二战”时期,欧美国家就研制出方便米饭作为军需食品[2],我国直到90年代才开展方便米饭的研究,出现了保鲜米饭、冷冻米饭、速煮米饭等产品[3]。其中,利用发热袋遇水产生热量对预制米进行加热,形成可即食的自热米饭更具有方便性和特色性,近年来越来越受到人们的关注。目前自热米饭的生产具有一定规模,但仍受米饭口感等问题的困扰[4]。

目前针对一般方便米饭品质提升的研究已有相关报道,多集中在对方便米饭的蒸煮条件、干燥方式等因素方面的研究。随着蒸煮温度的升高,所得方便米饭的复水速度和复水率下降,复水后的硬度和黏度上升;真空冷冻干燥制备的方便米饭表面纹理有规则、空隙致密均匀,复水特性与感官品质均优于热风、微波干燥制备的方便米饭[5-8]。但是由于现有的发热袋加热技术大致可以在95 ℃加热13 min左右,并不能完全达到米饭的常规蒸煮条件,因此针对一般方便米饭的预处理条件并不完全适用于自热米饭[9-10]。

本实验研究不同蒸煮条件及干燥方式对预制米质构、糊化度的影响,并通过对其微观结构及复水后米饭的质构、气味等特征指标的测定,改良技术参数,以期得到最佳预制工艺,解决复水后米饭蒸煮品质差的问题,为自热米饭生产加工工艺的优化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大米 为五常大米,市售;氢氧化钾(分析纯) 上海麦克林生化科技有限公司;盐酸(分析纯)、碘液(分析纯) 南京化学试剂有限公司。

YJ597M Midea 自动电饭煲 广东美的生活电器制造有限公司;SOP电子天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;TA-XT plus质构仪 英国Stable Micro Systems公司;TDL-5-A型离心机 上海安亭科学仪器厂;HH-4型数显恒温水浴锅 常州国华电器有限公司;101A-0型电热鼓风干燥箱 上海苏进仪器设备厂;格兰仕微波炉 格兰仕微波炉电器有限公司;多功能酶标仪-M2e 美谷分子仪器(上海)有限公司;LABCONCO真空冷冻干燥机 北京照生行仪器设备有限公司;TM-3000型台式扫描电子显微镜 日本日立公司;FOX3000型电子鼻 法国AlphMOS公司。

1.2 实验方法

1.2.1 自热米饭生产工艺流程 原料大米→淘洗→浸泡→蒸煮→预处理米饭→干燥→预制米→复水→自热米饭

1.2.2 自热米饭预处理 分别称取10 g大米试样于蒸饭皿中,参照国标GBT 15682-2008清洗大米后[11],依次分别加入不同体积(0、3、6、9、13、15 mL)的蒸馏水,室温浸泡30 min,蒸锅内加入适量水加热至沸腾,放入加盖后的蒸饭皿置于蒸屉上,蒸煮不同时间(0、10、20、30、40、50 min),焖制20 min,得到预处理米饭样品。

1.2.3 预处理样品的干燥和预制米的复水

1.2.3.1 预处理样品的干燥 将预处理米饭样品分别进行真空冷冻干燥、鼓风干燥和微波干燥。将预处理样品平铺在培养皿中放入-4 ℃冰箱里冷冻12 h后取出放入真空冷冻干燥机中在-20 ℃中干燥24 h,得到冷冻干燥的预制米。将预处理样品平铺在培养皿中放入鼓风干燥箱中60 ℃下干燥12 h,得到鼓风干燥的预制米。将预处理样品平铺在培养皿中放入微波炉中320 W功率下干燥6 min,得到微波干燥的预制米。

1.2.3.2 预制米的复水 根据龙杰等[8]以及实验室前期的研究,分别取10 g冷冻、微波、鼓风干燥方式下的预制米(加水倍数1.3,蒸煮时间40 min的预处理方式下)加入15 mL的蒸馏水在90 ℃下加热13 min进行复水。

1.2.4 物性测定 参照Champagne等[12-13]的研究,使用质构分析仪,采用TPA模式,对蒸煮后的预处理样品和复水后的自热米饭立即进行测定,选取三粒米平放于载物台,得到硬度、胶着度、咀嚼度和回复性这四个物性指标。

实验参数:测试前速度:1 mm/s;测试速度:0.5 mm/s;测试后速度:1 mm/s;压缩比75%;两次压缩时间间隔5 s;探头型号SMS P36R。

1.2.5 糊化度测定 参照王宝石等[14]的研究并作修改,将干燥后的样品进行研磨成粉,取0.03 g粉状样品溶于14.7 mL蒸馏水和0.3 mL 10 mol/L KOH溶液中,涡旋,4500 r/min离心10 min,取离心后的上清液加0.2 mL 0.2 mol/L HCl溶液,加入15 mL蒸馏水,加碘溶液0.2 mL,在600 nm处测得溶液的吸光值A1;再取0.03 g粉状样品,溶于14.25 mL蒸馏水和0.75 mL 10 mol/L KOH溶液中,涡旋,4500 r/min离心10 min,取离心后的上清液加0.2 mL 0.5 mol/L HCl溶液,加入15 mL蒸馏水,加碘溶液0.2 mL,在600 nm处测得溶液的吸光值A2,样品的糊化度为A1与A2的比值。

1.2.6 扫描电镜的测定 根据Luangmalawat等[15]的研究,选取不同干燥方式的预制米,敲击形成断面制成约3 mm厚的样品,附着铜台上,对其喷金。置样品在扫描电镜下,加速电压15 kV,观察米断面结构形态和孔径。

1.2.7 电子鼻的测定 以空白顶空瓶作为对照,取复水后的三种干燥方式下的自热米饭,进行电子鼻的测定,准确称取复水后的样品3 g于10 mL的顶空瓶中,盖好密封。电子鼻的参数条件:载气为净化空气,流速150 mL/min,进样体积1000 μL,进样速度1000 μL/s,顶空加热温度35 ℃,顶空加热时间300 s,搅拌速度500 r/min,进样针温度70 ℃,数据采集时间120 s,延滞时间1080 s。每个样品重复测定3次,确定实验的准确性[16]。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2007和IBM SPSS Statistics 23.0进行数据处理与分析,Origin 2018进行相关图形的绘制。

2 结果与分析

2.1 蒸煮时间和加水倍数对预制米饭质构特性的影响

表1 不同预处理方式制备的米饭的质构特性Table 1 Texture properties of rice prepared by different pretreatments

注:每列不同字母表示存在显著差异(P<0.05)；表2同。

米饭的硬度、胶着度、咀嚼度和回复性等质构特性,是评价米饭品质的重要指标[17]。表1显示了不同蒸煮时间和加水倍数对预制米饭的质构特性影响,可以看出,蒸煮时间为30 min,加水倍数由0到1.5时,硬度从23373.68 g降低到1932.88 g,胶着度从17077.79减小到715.41,咀嚼度从14374.99减小到393.99,回复性从0.53减小到0.12。当蒸煮时间一致时,随着加水倍数的增加,预制米饭的硬度下降,胶着度、咀嚼度和回复性也都呈现下降的规律。这是由于加水量高时,米饭糊化均匀,形成的淀粉凝胶结构紧密,预制米饭硬度较小,与黄天柱的研究发现随米饭水分的增加或减小,米饭的硬度会相应的减小或增加的结果基本一致[18]。同时随着蒸煮时间的增加,预制米饭的硬度和咀嚼性明显降低,硬度从26595.48 g降低到18696.83 g,咀嚼性从13952.22降低到10642.24,但硬度在20 min后呈现上升趋势,这可能是蒸煮时间过长导致米饭的水分蒸发,使其内部结构收缩而变得紧实,硬度变大[19]。Bello[20]等研究了水热处理条件对蒸煮米品质的影响,也说明了米饭的硬度与蒸煮时间呈负相关。

2.2 三种干燥条件下蒸煮时间和加水倍数对预制米糊化度的影响

糊化是指谷物中淀粉微晶结构被破环形成网络结构,糊化度是评价谷物熟化程度的指标[21]。由图1～图3可知,三种干燥条件下,不同蒸煮时间和不同加水倍数下的预制米的糊化度之间存在显著性差异(P<0.05)。由图1可以看出,冷冻干燥方式下,随着加水倍数的增加,预制米的糊化度存在差异,呈现先增加后减小的趋势。这可能由于米饭加水蒸煮时,淀粉颗粒胀大发生糊化,随着水分的增加糊化程度增加,当加水量达到一定程度时,预制米糊化度达到最大值,米饭淀粉溶液稀释,糊化度降低[22]。当加水倍数为0.9时,蒸煮时间对预制米的糊化度影响较大。冷冻干燥下,加水倍数1.3,蒸煮时间40 min的预制米的糊化度达到最大值。

图1 冷冻干燥下蒸煮时间和加水倍数 对预制米糊化度的影响Fig.1 Effect of cooking time and water ratio on gelatinization of prepared rice under freeze drying 注:每相同颜色的条形柱不同字母表示各样品之间 存在显著差异(P<0.05);图2、图3同。

表2 三种干燥方式的自热米饭的质构特性比较Table 2 Comparison of texture characteristics of self-heated rice by three kinds of drying methods

由图2可以看出,随加水倍数增加,鼓风干燥方式下的预制米的糊化度的趋势与冷冻干燥方式下的趋势基本一致。当加水倍数在0～0.9时,蒸煮时间对鼓风干燥下的预制米的糊化度影响较大。鼓风干燥下,加水倍数1.3,蒸煮时间40 min的预制米的糊化度达到最大值。

图2 鼓风干燥下蒸煮时间和加水倍数 对预制米糊化度的影响Fig.2 Effect of cooking time and water ratio on gelatinization of prepared rice under drum wind drying

由图3可以看出,当加水倍数由0增加0.6时,微波干燥方式下的预制米糊化度增大,当加水倍数为0.6时,预制米的糊化度下降。蒸煮时间20 min的预制米高于其他两个蒸煮时间的预制米的糊化度。微波干燥下,加水倍数0.6,蒸煮时间20 min的预制米的糊化度达到最大值。

图3 微波干燥下蒸煮时间和加水倍数 对预制米糊化度的影响Fig.3 Effect of cooking time and water ratio on gelatinization of prepared rice under microwave drying

陈小聪等[23]研究了加水量对淀粉糊化度及米粉理化品质、色泽、质构及机械性能的影响,发现水分含量对大米淀粉的糊化程度影响明显,侧面证明了水分对于稻谷类食品糊化度的影响巨大。此外邹秀荣等[7]研究复配方便米饭的糊化度得出在一定范围内随着蒸煮时间的增加,方便米饭的糊化增加的规律。因此米饭的蒸煮时间影响糊化度,且在一定范围内,米饭的加水倍数与糊化度成正比。

2.3 三种干燥方式下预制米的微观结构及其复水后的质构特性的比较

如图4所示,不同干燥方式对预制米的微观结构具有较大的影响。冷冻干燥下的预制米断面多孔且粗糙,而鼓风干燥下的预制米断面较粗糙,而微波干燥下的预制米断面趋于光滑。这是由于温度使米饭内的水分蒸发,致使米粒严重收缩,孔状消失,形成致密的结构[24]。

图4 三种干燥方式下预制米的电镜扫描图 Fig.4 Scanning electron microscopy of prepared rice under three kinds of drying methods 注:a表示冷冻干燥方式,b表示鼓风干燥方式, c表示微波干燥方式。

表2可以看出,不同干燥方式下的自热米饭的质构特性之间存在显著性差异(P<0.05)。微波干燥下与冷冻和鼓风干燥下的自热米饭的硬度存在差异(P<0.05),而冷冻干燥下与鼓风、微波干燥下的胶着度却存在明显差异(P<0.05),且三种干燥方式下自热米饭的咀嚼度都存在差异(P<0.05)。冷冻干燥制备的自热米饭的硬度、胶着度、咀嚼度和回复性都低于其他干燥方式,这说明冷冻干燥制备的自热米饭的质构特性较好,米饭软且有嚼劲,食味性好。

从不同干燥方式得到的预制米的微观结构差异看,内部粗糙、多孔的样品有利于米饭的复水,而内部结构趋于平滑的样品复水性较差,这解释了冷冻干燥制备的自热米饭的硬度、胶着度等质构特性低于其他干燥方式的原因。这与郑志等[7]研究得出的真空冷冻干燥制备的方便米饭表面孔隙致密,复水特性和感官特性优于其他干燥方式的结果一致。

2.4 三种干燥方式对自热米饭气味品质的比较

由图 5 可知,三种干燥方式制备的自热米饭在传感器T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、T70/2、PA/2均表现出较高响应值,这些传感器主要对乙醇、氨气、有机胺类、芳香化合物敏感[25]。其中,冷冻干燥和微波干燥制备的自热米饭具有相同的指纹图谱,鼓风干燥制备的自热米饭在传感器T30/1、PA/2与其他干燥方式有明显差异,这些传感器对乙醇、有机胺类、有机溶剂敏感,其次,是对芳香化合物敏感的传感器T70/2,说明鼓风干燥制备的自热米饭的香味更为浓郁。

图5 三种干燥方式的自热米饭的电子鼻指纹图谱Fig.5 Electronic nose fingerprint of self-heated rice of three kinds of drying methods

由图6可知,主成分1和主成分2的总贡献率为93.01%,能够反映样品的整体信息[26]。分析图6可知,三种干燥方式制备的自热米饭的风味成分差异很大,说明在自热米饭的预制过程中,干燥方式对于自热米饭的气味品质有很大的影响。这验证了2.3实验得出的结论干燥方式对自热米饭的品质有重要的影响,为自热米饭的制备工艺提供一定的理论基础。

图6 三种干燥方式的自热米饭气味分布图Fig.6 Odor distribution map of self-heated rice of three kinds of drying methods

3 结论

通过研究不同预制条件及干燥方式对复水后自热米饭品质特性的影响,发现冷冻干燥和鼓风干燥方式下,预制米的最优预处理工艺为加水倍数1.3,蒸煮时间40 min;微波干燥下,预制米最优的预处理工艺为加水倍数0.6,蒸煮时间20 min。同时通过扫描电镜观察到冷冻干燥得到的预制米断面多孔粗糙,并基于质构仪测定得出冷冻干燥制备的自热米饭的质构特性优于其他干燥方式制备的自热米饭,基于电子鼻测定发现鼓风干燥制备的自热米饭香味更为浓郁。这为不同加工需求得到最佳自热米饭的预制工艺奠定了理论基础,一定程度上解决了目前自热米饭风味差的缺点,为自热米饭的研发领域提供了理论依据,推动了营养健康型方便食品的进一步研究和发展。