糙米原料对挤压速食粥品质特性的影响

,2,*,4

(1.国家粮食和物资储备局科学研究院,北京 100037;2.哈尔滨商业大学旅游烹饪学院,黑龙江哈尔滨 150076;3.中国食品科学技术学会,北京 100048;4.集美大学食品与生物工程学院,福建厦门 361021)

近年来,随着人们饮食观念的转变,饮食健康受到越来越多人的关注,全谷物食品的开发也随之兴起[1]。糙米作为来源广泛,营养丰富的全谷物食品,受到了国内外的高度重视。糙米是稻谷经砻谷机脱去颖壳后得到的产物[2]。与作为主食的精白米相比,糙米除了含有丰富的蛋白质、维生素、矿物质等营养成分,还含有膳食纤维、谷维素、γ-氨基丁酸等功能因子[3]。糙米中游离的矿物元素是精白米的数倍,并且更容易被人体吸收,可与维生素产生相辅相成的效果[4]。但是由于糙米粗纤维含量高且质地较为致密,直接食用咀嚼感差,口感粗糙。目前国内外学者和企业已采用酶解法[5-6]、超声波处理[7-8]、高温流化技术[9]、乳酸菌发酵法[10]和超高压处理[11]等多种技术方法对糙米及糙米食品的品质进行改善。

本文采用了挤压膨化的加工技术对糙米进行加工。这种加工方式是一种重要的物理加工手段,在挤压的混合、啮合、捏合、高温、高压过程中,使糙米发生了一系列物理、化学的变化,从而改变糙米的内部结构和口感品质[12]。挤压膨化在食品工业中的应用越来越广泛[13]。目前,国内外的研究学者已经深入研究了挤压对大米[14-16]、小米[17]、小麦[18-19]、玉米[20-21]等主要谷物理化性质的影响,但有关挤压糙米粥不同品种原料之间的优选鲜有报道。

因此,本文对比了8种不同品种糙米挤压速食粥的品质,比较分析其直链淀粉/支链淀粉比和淀粉含量等存在的差异,以期为生产糙米挤压速食粥原料的选择、复配以及产业化生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

8种糙米 黑龙江长粒粳米(HCL)、黑龙江圆粒粳米(HYL)、江西2013早籼米(JZX-13)、江西2014早籼米(JZX-14)、江西2014晚籼米(JXW-14)、广元早籼米(GCX),湖北早籼米(HCX)、巴中早籼米(BCX),均为2018年收获,储藏温度为4 ℃,储藏时间为3～4月;氯化钠、冰醋酸、无水乙醇、氢氧化钠、盐酸、氯化镁、氯化锰、氯化钙等 均为分析纯。

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;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;SuperNose-电子鼻 美国ISENSO;SP60积分球式分光光度仪 美国X-rite;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 8种糙米挤压速食粥的制作 设定双螺杆挤压机挤压工艺参数条件: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 ℃[22],得出糙米粥粒以待后续实验备用。每批实验1000 g。

1.2.2 糙米电镜扫描观察(SEM) 用锋利刀片将挤压速食粥粒和糙米自然米粒从中间切断,粘在样品台上,样品断面喷金镀膜,放大5000倍,用扫描电镜观察米粒微观结构并拍照。

1.2.3 糙米色泽测定 称取3 g糙米挤压速食粥放入玻璃蒸煮杯中,采用全自动色泽仪对糙米的色泽进行测定。色泽指标为L*值、a*值、b*值。L*值表示黑白色或亮度,值越大则代表样品色泽越白越亮。a*值表示红绿色,值越大则代表样品色泽越红。b*值表示蓝黄色,值越大则代表样品色泽越黄。每组样品重复6次,取其平均值。

1.2.4 千粒重的测定 采用自动数粒机,数一千粒挤压速食粥粒称重,每个样品做3次平行,取平均值。

1.2.6 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[23]。复水率:准确称取糙米挤压速食粥成品挤压速食粥粒A(g)置于烧杯中,以1∶5的比例加入,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,复水时间为挤压速食粥粒完全复水(米粒中心完全软化)所用时间[24]。

1.2.7 米汤固形物质量测定 称取10 g挤压速食粥粒,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 ℃下干燥12 h至完全干燥,测其固形物质量。

1.2.8 糙米质构特性测定 称取10 g挤压速食粥粒,以1∶5的比例加入沸水浸泡5 min,然后将米汤滤去,随机选取10粒挤压速食粥粒进行质构测定,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%[25]。

1.2.9 糙米挤压速食粥的风味物质分析 参考刘敬科等[26]的方法测定糙米挤压速食粥中风味物质。

顶空固项微萃取法:称取10 g糙米挤压速食粥粒,以1∶5的比例加入沸水浸泡5 min后,立即称取8 g样品于20 mL样品瓶中,随后在60 ℃下平衡10 min。将已老化的萃取头插入样品瓶顶空部分,于60 ℃下吸附40 min;再将吸附好的萃取头取出迅速插入GC进样口,于250 ℃解吸5 min,同时启动仪器采集数据。

表1 糙米挤压速食粥感官评价标准Table 1 Sensory evaluation criteria for brown rice extruded instant porridge

色谱条件:毛细管色谱柱为DB-5ms柱(30 mm×0.25 mm×0.25 μm),进样口温度250 ℃,接口温度250 ℃。程序升温:起始温度45 ℃保留2 min,以6 ℃/min升温到240 ℃保留5 min。载气为He,流速1.0 mL/min,不分流。

质谱条件:电离方式为EI+,电子能量70 eV,灯丝发射电流为200 μA,离子温度为200 ℃,接口温度为250 ℃。

1.2.10 糙米电子鼻分析 称取5 g糙米挤压速食粥,以1∶5的比例加入沸水,浸泡5 min后滤干放入样品瓶中,用电子鼻对气味成分进行测定,每组样品重复5次。

1.2.11 糙米挤压速食粥的感官评价 由8人组成感官评定小组,对糙米挤压速食粥产品进行评价。称取20 g糙米挤压速食粥,以1∶5的比例加入沸水,浸泡5 min后,以色泽、气味、表观状态、分散性、复水性等为评价指标,采用感官描述法评定产品,具体评价标准见表1。

1.3 数据处理

采用软件Excel 2007进行数据分析,结果表示为“平均值±标准差”。利用SPSS 17.0软件Duncan进行多重比较分析,绘图采用Origin 8.0绘制,所有试验都重复3次。

2 结果与分析

2.1 8种原料糙米自然米粒与挤压速食粥米粒内部结构对比

本试验分别对8种糙米的自然米试样与其挤压后的速食粥进行了扫描电镜分析,结果如图1所示。挤压速食粥与自然米试样内部结构存在明显差异。自然米试样呈现不规则颗粒状,且有裂缝。挤压速食粥米粒内部横截面结构紧密均一,呈现不等量、大小不一的凹坑结构。出现这种差异是因为在挤压机中物料在高温高剪切作用下混合均匀,各种物质被混合在一起,经过切割成型,使试样界面紧密。凹坑结构的出现是因为经过高温烤炉二次膨化时,高温作用使试样中的水分迅速蒸发,气态水分子从试样表面迅速逸出,对挤压速食粥粒内部造成消极影响。将8种糙米挤压速食粥的扫描电镜图进行对比,发现黑龙江圆粒粳糙米和长粒粳糙米、2013和2014年的早籼米内部结构较其他试样更加紧密均一,凹结构的面积小于其他试样,这有利于挤压速食粥在复水的过程中形状的保持。

图1 原糙米米粒与挤压速食米粒内部结构电镜扫描(5000×)Fig.1 Internal structure scanning by electron microscope of raw brown rice grains and extruded instant rice grains(5000×)注:A、a分别为黑龙江圆粒粳糙米挤压速食粥和自然米;B、b分别为黑龙江长粒粳糙米挤压速食粥米粒和自然米;C、c分别为2013年早籼糙米挤压速食粥和自然米;D、d分别为2014年早籼糙米挤压速食粥和自然米;E、e分别为2014年晚籼糙米挤压速食粥和自然米;F、f分别为广元早籼糙米挤压速食粥米粒和自然米;G、g分别为湖北早籼糙米挤压速食粥和自然米;H、h分别为四川巴中早籼糙米挤压速食粥和自然米。

表2 8种糙米挤压速食粥色泽值Table 2 Color values of eight kinds of brown rice extruded instant porridge

注：不同小写字母表示同行数据差异显著,P<0.05。

2.2 8种糙米挤压速食粥的色泽对比

表2为8种糙米挤压速食粥色泽值对比分析结果。由表2可知,8种糙米挤压速食粥的L*值在59～70之间,其中,湖北早籼糙米的L*值最小(59.67),与其他几种糙米速食粥具有显著(P<0.05)差异。黑龙江长粒粳米的L*值最大,为69.51;8种糙米速食粥的a*值在2.80～5.21之间,差异较明显,黑龙江长粒粳米最小,为2.80,四川巴中早籼糙米最大,为5.21。8种糙米挤压速食粥的b*值在16.12～19.01之间,黑龙江长粒粳糙米最小,为16.12,四川巴中早籼糙米最大,为19.01;不同样品之间的色泽值不同,这可能与原料差异有关。湖北早籼糙米挤压速食粥L*最小,a*、b*较大,色泽最深。黑龙江长粒粳糙米挤压速食粥L*最大,a*、b*较小,色泽最白且色泽明亮。综合来看黑龙江长粒粳糙米最适合作为挤压速食粥的原料米。

2.3 8种糙米挤压速食粥品质指标对比

由图2可知,8种糙米挤压速食粥的品质指标有差异。由图2A可知,8种糙米挤压速食粥米粒的千粒重差异不明显,千粒重可以反应米粒的密度,说明8种糙米挤压速食粥米粒的密度差异不明显,千粒重最大的为湖北早籼糙米,为11.80 g,最小为2014年晚籼糙米,仅为10.01 g。由图2B可知,8种糙米挤压速食粥的膨化度差异不明显,在1.73～1.96之间,湖北早籼糙米挤压速食粥径向膨化度最大为1.96,2014晚籼糙米挤压速食粥最小为1.73。由图2C可知,8种糙米挤压速食粥复水率差异较明显,在2.27～3.06 g之间,黑龙江长粒粳糙米挤压速食粥最大,为3.06 g,湖北早籼糙米挤压速食粥最小,为2.27 g。由图2D可知,8种糙米挤压速食粥复水时间差异较明显,在12.00～15.33 min之间,2013年早籼糙米挤压速食粥复水时间最长为15.33 min,黑龙江长粒粳糙米挤压速食粥复水时间最短为12.00 min。由图2E可知,8种糙米挤压速食粥米汤固形物质量差异较明显,在0.21～0.30 g之间,2014年晚籼糙米挤压速食粥最大,为0.30 g,湖北早籼糙米挤压速食粥最小,为0.21 g。综合来看,以黑龙江长粒粳糙米为原料制成的挤压速食粥径向膨化度大,复水时间短,复水率高,冲泡品质较好。

图2 8种糙米挤压速食粥品质指标分析Fig.2 Quality index analysis of eight kinds of brown rice extruded instant porridge注：不同小写字母表示数据差异显著,P<0.05。

表3 8种糙米挤压速食粥质构特性Table 3 Texture characteristics of eight kinds of brown rice extruded instant porridge

注：*表示同列数据差异显著,P<0.05;**表示同列数据差异极显著,P<0.01。

2.4 8种糙米挤压速食粥质构特性对比

表3为8种糙米挤压速食粥质构特性分析结果,可以看出,江西2014年早籼糙米(JZX-14)和广元早籼糙米(GCX)的挤压速食粥与其他品种糙米挤压速食粥的硬度相比较小,分别为1543.77和1514.82 g,说明二者的吸水性较差,导致口感较硬;从表3中可以看出,江西2013年早籼糙米(JZX-13)挤压速食粥的弹性及凝聚性与其他品种糙米的挤压速食粥相比均是最小,分别为0.41 mm和0.46 g·s;广元早籼糙米(GCX)挤压速食粥的胶着度、耐咀性及回复性均是最小,分别为756.66、360.23和0.16 g;由不同品种糙米挤压速食粥质构特性分析结果可知,早籼糙米挤压速食粥的质构特性与粳糙米挤压速食粥的质构特性相比,整体较差。

2.5 8种糙米挤压速食粥的风味物质对比

表4为8种糙米挤压速食粥风味物质分析结果,从表4中可以看出,8种糙米挤压速食粥共鉴定出27种风味物质,主要包括醛类、醇类、酯类、烷烃类、烯类、苯类、杂环类及其他物质。其中含有醛类化合物9种,醇类化合物2种,酯类化合物1种,烷烃类化合物5种,烯类化合物3种,苯类化合物1种,杂环类及其他化合物共6种。其中醛类化合物相对含量最多,醛类物质的产生赋予了样品特有的香味[27]。结果中不含有酮类物质,可能是由于糙米挤压速食粥在经过高温烤炉二次膨化过程中,醇类物质直接被氧化成醛类物质而没有生成酮类化合物。结果中酯类化合物种类及含量均较少,可能是由于糙米挤压速食粥在二次膨化过程中酯类物质分解成其他化合物造成的[28]。结果中还含有其他一些杂环类物质,其中吡嗪类、嘧啶类、萘类物质的产生是由于在高温过程中,样品中的氨基酸容易发生降解生成复杂化合物,产生的吡嗪类、嘧啶类化合物大多是氨基酸和糖类发生美拉德反应以及斯特克反应形成的[27],这类物质阈值较低,具有较浓的烤坚果香气[29],对糙米挤压速食粥的香味有一定的贡献作用。

表4 8种糙米挤压速食粥风味物质分析结果Table 4 Analysis results of flavor substances of eight kinds of brown rice extruded instant porridge

2.6 8种糙米挤压速食粥电子鼻对比分析

图3为八种糙米挤压速食粥的PCA图。从图3中可以看出,第一主成分的贡献率为83.98%,第二主成分的贡献率为13.20%,总贡献率达到了97.18%,说明利用主成分分析法可以有效区分8种糙米挤压速食粥。8种糙米挤压速食粥之间均有重叠,说明这8种糙米挤压速食粥米粥中的主要呈味物质相似,但广元早籼糙米挤压速食粥与其他7种糙米挤压速食粥重叠部分较少,说明广元早籼糙米挤压速食粥与其他7种的风味差异较明显。

图3 8种糙米挤压速食粥PCA图Fig.3 PCA diagram of eight kinds ofbrown rice extruded instant porridge

2.7 8种糙米挤压速食粥感官评价对比分析

表5为8种不同品种的糙米挤压速食粥感官评价分析结果,从表5中可以看出,湖北早籼糙米(HCX)挤压速食粥米粒的色泽、气味及表观状态评分均为最低,分别为3.33、3.90和13.30分;2014年江西早籼糙米挤压速食粥杂质较多,故评分最低,为3.83分,巴中早籼糙米(BCX)挤压速食粥米粒的亮度最差,评分为3.50分;广元早籼糙米(GCX)和巴中早籼糙米(BCX)挤压速食粥浸泡后米粥的气味评分最低,均为3.90分,2013年江西早籼糙米(JZX-13)挤压速食粥浸泡后米粥的分散性及复水性均较差,评分分别为12.10和7.50分;广元早籼糙米(GCX)挤压速食粥浸泡后米粥的粘稠性及适口性均为最好,评分分别为8.20和8.98分;从表5中可知,早籼糙米挤压速食粥的感官评价总分均低于晚籼糙米挤压速食粥和粳糙米挤压速食粥,早籼糙米挤压速食粥不论在表观状态还是口感、滋味等方面均表现较差;黑龙江圆粒粳糙米(HYJ)与黑龙江长粒粳糙米(HCJ)挤压速食粥的米粥气味最佳,感官评价总分较高,可能与这两类糙米速食粥中烯类、呋喃类及杂环类物质相对含量较高有关。

表5 8种糙米挤压速食粥感官评价结果(分)Table 5 Sensory evaluation results of eight kinds of brown rice extruded instant porridge(scores)

表6 挤压速食粥品质指标与感官评价总分相关性Table 6 Correlation between quality index of extrudate instant porridge and sensory evaluation total score

注：*表示相关性显著,P<0.05;**表示相关性极显著,P<0.01。

2.8 挤压速食粥品质指标与感官评价总分相关性分析

表6为挤压速食粥品质指标与感官评价总分之间的相关性分析结果,从表6中可看出,复水率与感官评价总分呈极显著(P<0.01)正相关,说明复水率越好挤压速食粥感官评价总分越高;复水时间与挤压速食粥感官评价总分呈显著(P<0.05)负相关,说明复水时间越长,挤压速食粥感官评价总分越低。

3 结论

通过对8种糙米进行挤压膨化加工后,与自然米相比,挤压后8种糙米结构更加紧实均一,但是水分气化后呈现出不同程度的凹结构。黑龙江圆粒粳糙米和长粒粳糙米、2013和2014年的早籼米较其他试样品挤压后更为紧实且凹面积较少。在品质指标、质构特性和感官评价的对比中,粳糙米挤压速食粥总体品质好于籼糙米挤压速食粥。在风味分析中,共鉴定出27种风味物质,其中醛类物质为主要化合物。相关性分析表明,复水率与感官评价总分呈极显著(P<0.01)正相关,复水率越好挤压速食粥感官评价总分越高。复水时间与挤压速食粥感官评价总分呈显著(P<0.05)负相关,复水时间越长,挤压速食粥感官评价总分越低,研究为糙米速食粥产业化生产提供了理论基础和指导性意见。