碾磨度对红米蒸煮、糊化特性、抗氧化活性及其米饭质构、感官品质的影响

林俊帆,赵俐淇,贾玉凤,刘庆庆,孔 凌,包清彬,*

(1.西华大学食品与生物工程学院,四川成都 610039;2.成都大帝汉克生物科技有限公司,四川成都 610039)

水稻是世界上最重要的谷类作物之一,是亚洲多个国家的主食谷物。稻谷由最外层的稻壳和颖果组成,颖果俗称糙米,它由皮层(糠层)、胚和胚乳三部分组成[1]。糠层是糙米中酚类等植物化学物质主要集中部位。有报道指出,大米糠层中的酚类化合物在降低动脉粥样硬化的发生率[2]、降低血液胆固醇[3]等方面做出贡献。糙米虽然营养丰富,但是在利用过程中还是面临着诸多问题,如不易蒸煮、口感粗糙等,使得糙米的消费和推广受到限制。

现在已有学者研究通过超高压、超声波、酶解和预糊化等处理技术[4-7]来改善糙米的品质,但这类技术操作复杂、成本高、生产不便,不利于大规模推广。适度碾磨是一种使得加工后产品精度介于糙米和精白米之间,在兼顾糙米的主体营养价值的同时,也能改善米粒蒸煮食味特性的加工方法,其成本较低,可行性较高。

红米是一种营养丰富的珍贵水稻品种,含有丰富的生物活性物质和营养成分,红米中的总酚、蛋白质、矿物质和不饱和脂肪酸均高于普通白米[8],有着“补血米”的美誉[9]。目前,红米因其丰富的营养价值及生理活性价值,越来越受到消费者的关注,但适度碾磨运用在有色糙米的研究还比较少见。因此,本文以红米为研究对象,研究不同碾磨度对红米蒸煮品质、糊化特性、质构特性以及抗氧化活性和感官品质的影响,以期为适度碾磨红米产品的开发提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红米 市售;福林酚 上海金穗生物科技有限公司;DPPH、ABTS、维生素C(vitamin C,VC) 上海源叶生物科技有限公司;乙醇、Na2CO3、没食子酸、NaNO2、AlCl3·6H2O、过硫酸钾、NaOH 均为国产分析纯。

CSLJNM-1型碾米机 国家粮食储备局成都粮食储藏科学研究所;CFXB30-5M保温式全自动电饭煲 江门市威多福电器有限公司;GZX-9140MBE电热鼓风干燥箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂;TD-5M离心机 四川蜀科仪器有限公司;物性仪Texture Analyser 英国Stable Micro System公司;MCR 302流变仪 安东帕(上海)商贸有限公司;UV2400紫外可见分光光度计 上海舜宇恒平科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品准备 红米糙米筛选除杂(Red Rice,RR),使用碾米机对RR进行碾磨,通过控制碾米时间,得到碾磨度分别为2%±0.03%、4%±0.08%、6%±0.05%、8%±0.08%和10%±0.02%的5组轻碾红米样品,分别编号MD2、MD4、MD6、MD8和MD10,自封袋密封包装,4 ℃下保存备用。碾磨度的计算如下:

式中:A表示碾磨度,%;A0表示原料米的重量,g;Ai表示碾磨后米粒的重量,g。

1.2.2 蒸煮特性 蒸煮特性的测定参考刘庆庆等[7]和Sirisoontaralak等[10]的方法,并稍作修改。

1.2.2.1 蒸煮时间的测定 使用玻璃板-白芯法进行米饭蒸煮时间的测定。取5.00 g不同碾磨度的样品,分别加入到250 mL沸水中进行蒸煮,每隔2 min随机取出6粒米,置于玻璃板上进行挤压,观察有无不透明白芯。当其中有5粒米无白芯时,则缩短间隔为10 s。当连续两次取样时,米粒均无白芯,则第1次取样所对应的时间为蒸煮时间。

1.2.2.2 蒸煮吸水率的测定 准确称取5.00 g不同碾磨度的样品(精确至0.01 g)于电饭锅中蒸制至所测得的蒸煮时间,滤出米粒,冷却至室温(约25 ℃)后称量。蒸煮吸水率计算如下:

式中:T表示蒸煮吸水率,%;W0表示原料米的重量,g;Wi表示蒸煮后米粒重量,g。

1.2.2.3 体积膨胀率的测定 按照蒸煮吸水率的测定中的方法对各个碾磨度的样品进行蒸煮,滤出米粒并冷却至室温,利用水作为介质用体积置换法测定样品蒸煮前、后的体积。体积膨胀率计算如下:

式中:V表示体积膨胀率,%;V0表示原料米的体积,cm3;Vi表示蒸煮后米粒体积,cm3。

1.2.2.4 固形物损失率的测定 按照蒸煮吸水率的测定中的方法将各个碾磨度的样品进行蒸煮,将取出熟米后用热水冲洗,将冲洗液和米汤合并,在4000 r/min的条件下离心30 min后,取沉淀置于105 ℃烘箱中烘干至恒重。

式中:S表示固形物损失率,%;S0表示原料米的重量,g;Si表示米汤中固形物质量,g。

1.2.3 糊化特性 参考Sandhu等[11]的方法略加修改。将各个碾磨度的红米粉碎后过100目筛,把粉末与蒸馏水按质量比1∶9的比例加入样品池中,测试程序设定为初始温度50 ℃保温50 s,以6 ℃/min的速率上升至温度为95 ℃,并在95 ℃保持5 min,再以6 ℃/min的速率下降温度至50 ℃,在50 ℃保持1 min。得到红米的峰值糊化粘度(Peak Viscosity,PV)、崩解值(Breakdown,BD)和最终糊化粘度(Final Viscosity,FV)。

1.2.4 米饭质构分析 采用物性仪测定米饭质构,物性仪测定方法参考刘庆庆等[7]和Han等[12]的方法,并稍作修改。采用3粒米法,将每个碾磨度的样品与水按质量比1∶1.8的比例混合后,按1.2.2.1中所测得的蒸煮时间蒸煮成米饭,选取米饭中层完整的、厚度相仿的米粒排放成三角形。物性仪测试程序为refine-TPA(two-profile analysis),探头为P36R、测前速度1 mm/s、测试速度0.5 mm/s、测后速度1 mm/s、第一次压缩比例为40%,第二次压缩比例为75%,得到样品的硬度、弹性和粘性。每个碾磨度的米饭样品测定6次平行,舍去最大和最小测定值。

1.2.5 游离酚的提取与测定 参考Park等[13]的方法。

1.2.5.1 游离酚的提取 分别称取不同碾磨度红米粉体0.50 g(精确至0.01 g),用10 mL 70%乙醇浸提2 h后在4000 r/min的条件下离心20 min,提取5次,合并上清液并定容至50 mL容量瓶中,-18 ℃下保存待用。

1.2.5.2 游离酚含量的测定 取0.5 mL的提取液或标准液加到盛有2.5 mL蒸馏水的试管中,再加入0.5 mL福林酚试剂,充分混合,再加入7.5% Na2CO3溶液1.5 mL,摇匀后放置在避光条件下室温反应90 min后,在760 nm波长下测定其吸光度。采用没食子酸作为标准品,配制成0.010、0.015、0.02、0.025 mg/mL没食子酸标准液。以没食子酸的含量为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线。标准曲线回归方程为y=9.795x+0.0079,R2=0.9986。结果以没食子酸当量(gallic acid equivalent,GAE)表示。

1.2.5.3 总黄酮含量的测定 取1 mL提取液或标准液,加到盛有2 mL蒸馏水的试管中,再添加0.3 mL的5% NaNO2溶液,反应5 min后加入10% AlCl3·6H2O溶液0.3 mL,5 min后加入1 mol/L的NaOH溶液2 mL,保持15 min后在415 nm处测定其吸光度。将芦丁配制成0.15、0.30、0.45和0.60 mg/mL的标准液。以芦丁的含量为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线。标准曲线回归方程为y=0.9548x+0.0229，R2=0.9962。结果以芦丁当量(rutin equivalent,RE)表示。

1.2.6 抗氧化性测定 抗氧化性测定的方法参考Park等[13]和吴迪[14]的方法略加修改。

1.2.6.1 DPPH自由基清除能力测定 用无水乙醇配制0.2×10-3mol/L的DPPH溶液,在试管中加入3.0 mL DPPH溶液和1.0 mL样品溶液,混匀后室温避光反应30 min,在517 nm波长下测定吸光值。分别取0、0.05、0.10、0.15和0.20 mg/mL的VC标准溶液1 mL,代替样品溶液作为标准测定吸光度,以VC含量为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线y=-7.6815x+1.6171(R2=0.9971)。结果以VC当量(ascorbic acid equivalent antioxidant capacity,AEAC)表示。

1.2.6.2 ABTS自由基清除能力测定 将7×10-3mol/L的ABTS溶液和2.45×10-3mol/L的过硫酸钾溶液等体积混合,避光静置反应12 h得ABTS工作液,然后用无水乙醇逐级稀释到吸光度值在732 nm处为0.70±0.02。在试管中分别取不同浓度的样品溶液0.1 mL,加入ABTS工作液3.0 mL,混匀后室温避光反应 30 min,在732 nm 波长下测定吸光值。分别取0.4、0.8、1.2和1.6 mg/mL的VC溶液0.1 mL,代替样品溶液作为标准测定吸光度,以VC含量为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线y=-3.4421x+0.6095(R2=0.9995)。结果以VC当量表示。

1.2.7 感官评定 米饭的感官评定及品评人员的挑选参照GB/T 15682-2008进行。米饭蒸煮条件和感官评分标准根据红米特点略加修改,蒸煮米水比为1∶1.8,蒸煮时间为1.2.3中所测蒸煮时间,感官评分标准见表1。为了评价结果的稳定性和客观性,将对照样品随机放入被测试样中进行感官评价。

表1 红米米饭感官品质评分标准

1.3 数据处理

试验结果均表示为“平均值±标准差”,数据处理及制图使用SPSS 22.0以及Origin-Pro 2018。单因素方差分析采用Duncan检验,显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同碾磨度对蒸煮特性的影响

由图1可以看出,红米的蒸煮时间随碾磨度的增加而逐渐缩短,与张海波[15]的结果相似,由54.5 min(RR)缩短至25.5 min(MD10),其他碾磨度下的蒸煮时间分别为(37.5±0.71)(MD2)、(31±0.82)(MD4)、(28.83±0.62)(MD6)、(27.17±0.85)(MD8)min。Briffaz等[16]指出蒸煮期间米粒中水分的扩散情况对淀粉糊化具有显著影响。糙米的蒸煮时间长是因为疏水蜡质的糠层在一定程度上阻碍了水分渗入米粒[17],并且糙米糠层中丰富的蛋白质和脂质在蒸煮过程中会形成蛋白质-淀粉、脂质-淀粉复合物,进一步限制淀粉的糊化[18]。经过碾磨后,糙米糠层受到不同程度的损失,使得水分能从破损处快速渗入米粒内部,由此淀粉颗粒更好的膨胀,大米的熟化过程加速,从而缩短了蒸煮时间[19-20]。从RR到MD2的蒸煮时间缩短最大,相比于RR下降了31.19%,下降比例最大,由此可以看出糠层一旦产生缺口,水分扩散速率将快速增加,蒸煮时间急剧缩短,并且随着碾磨程度的进一步增加,蒸煮时间的下降趋势逐渐减缓。

图1 不同碾磨度对红米蒸煮时间、吸水率、体积膨胀率及固形物损失率的影响

在最适蒸煮时间下,RR的吸水率和体积膨胀率分别为182.46%±9.67%和219.07%±7.91%,经过碾磨后,样品的吸水率和体积膨胀率均出现升高的趋势,其中MD10的蒸煮吸水率和体积膨胀率上升最为显著(P<0.05),分别达到308.44%±5.78%和413.41%±20.85%。由固形物损失率的数据可以看出,随着碾磨度的增大,样品的固形物损失率逐渐增加,但MD6～MD10之间并无显著性差异(P>0.05)。由此可以看出,糙米糠层在蒸煮过程中起到了屏障作用,阻挡了米粒中固形物进入水中,有利于减少米粒蒸煮时营养物质的流失[9],但同时也束缚了米粒的膨胀。

2.2 不同碾磨度对红米糊化特性的影响

糊化特性是影响大米蒸煮、食味品质的重要指标[18],而且峰值糊化粘度、最终糊化粘度、崩解值与大米的味感均呈正相关[21],Isono等[22]更是认为较大的BD值是与大米良好的食味品质密切相关的特征之一。如图2所示,随着碾磨度的提升,红米的崩解值、峰值粘度和终止粘度均呈现逐渐上升的趋势,分别由(599.27±7.46)、(1485.33±12.23)和(2020.67±21.75) cP(RR)上升至(885.73±7.17)、(2098.33±5.56)和(2448.33±11.59) cP(MD10)。由此可见,经过碾磨后的轻碾米拥有更高的糊化特性[18,23],这主要是由于随着碾磨度的增加,糙米糠层的纤维素、蛋白质、脂质和非淀粉多糖类等大分子物质含量降低,减少了其对淀粉糊化的阻碍[19,23-24],并提高了淀粉百分含量,最终导致糊化粘度的升高。

图2 不同碾磨度对红米崩解值、峰值粘度和终止粘度的影响

2.3 不同碾磨度对熟米饭质构特性的影响

质构特性是对米粒食味品质最为直观的一种表示。由图3可以看出,米粒的硬度随碾磨度的提升先快速下降后逐渐趋于平缓,RR到MD2硬度的下降速率最快,由(144.37±3.76) g下降至(108.26±7.71) g,但MD4～MD10之间的硬度并无显著性差异(P>0.05)。由此可见,较为完整的糠层增加了熟米粒的硬度。RR经过碾磨后硬度迅速下降,可能是由于糠层结构被破坏,增加了水分扩散速率和淀粉糊化与溶胀程度[25],同时,糠层破碎使米粒在蒸煮过程中有更多的淀粉破裂和溶出,也可使得米粒硬度降低[19]。当碾磨度提升到4%以上,各个碾磨度的样品硬度之间差异不显著(P>0.05),可能是因为在4%以上的碾磨,糠层原有的支撑能力已经全部被破坏,此时胚乳的硬度为主要影响因子。有报道指出,较低的水分吸收可使大米蒸煮后硬度较大[26],前文中蒸煮吸水率的指标与熟米粒硬度的指标相吻合。

图3 不同碾磨度对红米米饭硬度、弹性和粘性的影响

由图3中的弹性数据可以看出,不同碾磨度的红米样品的弹性在0.53(RR)～0.58(MD6)之间,没有明显的变化。而粘度数据中,RR的粘度最低(568.30±75.15) g,随着碾磨度的增加,各样品的粘度呈现上升趋势,这与Saleh等[26]的研究结果相似,推测有两方面原因:较高的粘度与碾磨造成的低脂质、低蛋白质密切相关,蛋白质和脂类极易与淀粉形成复合物,通过减少碾磨可降低米粒蛋白质和表面脂质含量,从而减少复合物的形成,影响煮熟米粒的品质特性[26];固形物溶出也会影响熟米粘度[27],而轻碾红米米饭粘度的增加与前文固形物损失率(图1)的结果也相吻合。

2.4 不同碾磨度对红米多酚类物质含量的影响

不同碾磨度对红米多酚类物质的影响如图4所示。随着碾磨度的增加,红米的游离酚含量和黄酮含量均呈现下降趋势[28]。未经碾磨处理样品中游离酚和黄酮含量分别为(2.39±0.07)和(0.820±0.008) mg RE/100 g,碾磨度由0%增加至2%时快速下降至(1.66±0.02)和(0.48±0.01) mg RE/100 g,碾磨度继续增大时,游离酚和黄酮含量缓慢下降至(1.22±0.06)和(0.07±0.04) mg RE/100 g。推测出现上述变化趋势的原因在于:碾磨逐渐去除的糠层是酚类化合物主要存在的部位[29];碾磨对游离酚的影响可能是由于糠层中酚类化合物的分布规律所致[13],红米游离酚和黄酮类物质可能主要分布于糠层中外层。并且,随着碾磨度的进一步提高,碾磨过程中小部分胚乳被去除导致米糠碾除比例下降,也可使得游离酚和黄酮含量下降趋势变缓。

图4 不同碾磨度对红米游离酚和黄酮含量的影响

2.5 不同碾磨度对红米抗氧化性的影响

红米游离酚对DPPH和ABTS自由基清除能力如图5所示。随着碾磨度上升,红米游离酚对DPPH和ABTS自由基清除能力均显著下降(P<0.05)[28],与游离酚含量和黄酮含量呈正相关[13],下降速率则先基本稳定后略微降低,尤其是碾磨度大于8%时。其中,DPPH自由基清除能力从(17.93±0.077)(RR)下降至(0.35±0.13) mg AEAC/g(MD10),接近于0,下降比例达98.05%,而ABTS自由基清除能力从(67.83±0.97)(RR)下降至(10.57±1.24) mg AEAC/g(MD10),下降比例为84.42%。由此可见,碾磨处理使得红米的抗氧化性能急剧下降,碾磨度越大,抗氧化能力越弱。

图5 不同碾磨度对红米DPPH和ABTS自由基清除能力的影响

2.6 不同碾磨度对米饭感官品质的影响

由表2可以知,随着碾磨度的增加,各碾磨度红米饭硬度得分呈现先上升后逐渐趋于稳定的趋势,MD6的硬度得分最高为(8.40±0.49)分,随后略有降低,但MD4、MD6、MD8和MD10之间无显著性差异(P>0.05),与前文质构仪硬度数据相吻合;粘性、弹性和粗糙感均随着碾磨度的增加而显著增加(P<0.05);而气味和滋味得分均随碾磨度的增加逐渐降低,原因在于高碾磨度样品糠层中酚类物质损失较多,使得红米特征气味和滋味的强度较RR有所减弱,进而影响了感官评分;在整体感官得分上,随着碾磨度的提高,样品感官评价总分呈上升趋势,最高为MD10得(43.20±0.98)分,但MD4～MD10之间无显著差异。有研究发现,随着碾磨程度的增加,大米在蒸煮过程中会吸收更多的水,从而影响其食味品质[30]。本研究中轻碾红米感官品质有所改善,这也与前文蒸煮吸水率指标变化结果相吻合。由此可见,4%的碾磨度即可明显改善红米的感官品质,继续增大碾磨度时,改善效果不大。

表2 不同碾磨度红米饭感官的得分(分)

3 结论

本文研究了碾磨度对红米蒸煮特性、糊化特性、米饭质构特性、感官评分及其酚类物质的影响。研究结果表明,随着碾磨度的增大,红米的蒸煮特性、糊化特性、米饭质构特性、感官评分均得到了不同程度的改善。当碾磨度为4%时,红米蒸煮时间缩短至31 min,蒸煮吸水率及体积膨胀率分别增大45.08%和60.75%,硬度减少50.94 g,感官总分增加7.4分。然而,随着碾磨度的增大,红米的酚类物质,包括游离酚及黄酮的含量及其抗氧化能力均呈现出下降的趋势,4%碾磨度时,红米中游离酚、黄酮的保留率分别为62.34%、33.41%,DPPH和ABTS自由基清除能力保留率为61.57%和53.28%。由此可以看出,适当的碾磨度可以改善红米的蒸煮及感官品质,并较好地保留其中的酚类物质。进一步完善了红米的基础理论研究,这在以往的研究中未见此类报道。接下来,作者将进一步研究碾磨度对红米酚类物质组成及储藏稳定性的影响,以期为红米的适度加工提供依据。