基于自热米饭所需的高温流化全谷物筛选及配合技术研究

马万成，杜艳，张晶晶，常明，陈正行，李永富，3*

（1.江南大学食品学院，粮食发酵工艺与技术国家工程实验室，江苏 无锡 214122；2.青海华实科技投资管理有限公司青海省青稞资源综合利用工程技术研究中心，青海 西宁 810016；3.江苏省生物活性制品加工工程技术研究中心，江苏 无锡 214122）

近年来，由于人们生活水平的提高，健康成了大家越来越关注的话题，饮食结构和组成更是影响健康和疾病的重要因素，其中谷物在日常饮食中占很大比重。全谷物指的是完整、粉状、碎块状的谷物颖果，其糠麸、胚乳、胚芽的比例与完整颖果中的比例基本相同。例如，糙米[1]、发芽糙米[2]、黑米[3]、绿豆[4]、红小豆[5]、青稞糙米[6]及小麦[7]等，由于全谷物的加工过程简单，保留了膳食纤维、维生素、矿物质、植酸等大部分对人体有益的活性成分，比精制谷物更营养[8]。全谷物具有高含量的膳食纤维，可以增强饱腹感、降血糖、控制体重，对清理人体内部环境、加快废物从肠道的排出有显著作用。随着全谷物营养健康价值不断被认识和接受，全谷物籽粒如何完整进入到日常主食中越来越受到学术界的重视和消费者的关注。刘芳等[9]研究表明，在米饭中适量添加红小豆有助于稳定饭后血糖反应。Takahama等[10]研究表明，当红小豆与大米同煮时，红小豆中的黄酮类化合物与大米淀粉结合，可以抑制大米淀粉的消化特性。

然而，由于全谷物保留了皮层和胚芽，水分难以进入籽粒内部，导致蒸煮出来的全谷物米饭质地硬、口感差。例如，糙米质地粗糙且不容易煮熟，还散发出一种令人不悦的米糠味[11]。红小豆的皮层致密，内部结构坚硬，水分更难穿过皮层进入内部，使得蒸煮过程中细胞内的淀粉、蛋白质等物质不易溶出，蒸煮品质较差[12]。目前已有研究者致力于改善这一问题，乔筱童[13]通过低压蒸煮和干燥技术研究了一种使绿豆和大米同煮同熟的技术，从而让绿豆米饭有好的口感以及更易被人体消化吸收。李建林等[14]采用特轻碾制法使黑米米饭口感明显改善，同时最大程度保留了黑米的特色和营养品质。殷明等[15]研究了通过双螺杆挤压技术改进的小麦、玉米、燕麦等全谷物米饭。吴莹等[16]研究了以高粱、燕麦、糯米为原料制备的无菌杂粮米饭，改善了米饭添加杂粮后的食用品质。卜玲娟等[11]、苏勋[17]、滕菲等[18]分别研究了高温流化技术对糙米、发芽糙米和黑米的蒸煮及食用品质的改良，结果发现全谷物经过高温流化处理后，表观形态、横截面积、吸水能力、蒸煮时间、硬度、感官品质均得到了有效的改善。

目前国内外对自热米饭的研究方法都是以精米为主、全谷物为辅，然而针对全谷物添加到自热米饭中的工艺以及配方的研究较少。因此，本文针对自热米饭膳食纤维含量低、饱腹感不足、全谷物食用口感粗糙等问题，利用高温流化技术对糙米、发芽糙米、黑米、绿豆、红小豆、青稞糙米及小麦7种全谷物籽粒进行食用品质改良，将上述流化后的全谷物以一定质量添加到自热米饭中，通过检测其在4℃贮藏14 d复热后的硬度，筛选出适合添加在自热米饭中的全谷物种类。另外，对筛选出的全谷物添加到自热米饭中的工艺进行了优化，并通过感官评定得到2个以上食用品质较优的全谷物组合配方，以期为有效提高自热米饭的营养价值及食用品质提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

精米：淮稻5号；红小豆：东北朝阳米市；绿豆、糙米、发芽糙米、黑米、青稞糙米、小麦：吉林老爷岭集团。

1.2 仪器与设备

热空气流化干燥机：江南大学粮食精深加工实验室自制；TA.Xpplus质构仪：英国SMS公司；CFXB20FC17-35多功能电蒸锅：浙江苏泊尔家电制造有限公司；GI54T高压灭菌锅：致微仪器有限公司；S-988真空包装机：漳州力展电子科技有限公司；HHS-21-6数显恒温水浴锅：上海博迅实业有限公司。

1.3 方法

1.3.1 高温流化处理

将7种全谷物（糙米、发芽糙米、黑米、绿豆、红小豆、小麦、青稞糙米）放入料斗内，提前设定好处理温度、进料速度、加热时间，等温度升高到试验温度时，打开进料阀门，对原料进行处理，处理后的样品即为试验样品。流化处理温度分别为：糙米135℃、发芽糙米135℃、黑米155℃、绿豆175℃、红小豆200℃、小麦150℃、青稞糙米178℃，处理时间均为55 s。

1.3.2 吸水率的曲线积分面积测定

吸水率的测定依据Turhan等[19]的方法并进行修改。准确称取5 g样品，精确至0.001 g。在离心管中加入适量水并置于30℃恒温水浴锅中。将称好的样品倒入离心管，每 0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4 h 取出样品，用纱布擦干表面水分并称重。绘制时间-吸水率曲线，计算4 h后吸水率的曲线积分面积。吸水率的计算方法如下。

式中：m1为浸泡前的质量，g；m2为浸泡后的质量，g。

1.3.3 膨胀率的测定

称取7 g全谷物原料，用排水法在量筒中测出体积。置于铜丝笼中，流水淘洗5遍。在200 mL烧杯中加120 mL自来水，置加热板上至沸腾。水沸腾后，样品倒入烧杯，开始计时。蒸煮20 min后，将烧杯中的米饭倒入铁丝网中，滤干水分，置于洁净的干纱布上冷却降温，再用量筒测出体积。流化过的全谷物体积膨胀率测定方法与原料相同。体积膨胀率的计算方法如下。

式中：V1为原料的体积，mL；V2为原料蒸煮后的体积，mL；V3为原料流化后的蒸煮体积，mL。

1.3.4 全谷物自热米饭的制备

称取精米84 g，淘洗后浸泡1 h。沥干水后放入电蒸锅中蒸40 min。将蒸煮后的精米取出，并加入36 g淘洗过的全谷物，补水48 g。将搅拌均匀的全谷物米饭装入锡纸包装袋中，抽真空封口后在121℃的条件下灭菌30 min。将高压灭菌后的米饭冷却至室温25℃，放在 4℃的冰箱冷藏0、1、14 d。

1.3.5 全谷物自热米饭硬度的测定

质构测定参数的设置参照杨晓娜[20]的方法并作适当修改：压缩探头为p35圆柱型，感应力5 g，测前速度为1 mm/s，测试速度为1 mm/s，测后速度为5 mm/s，压缩比为75%。打开米饭包装，挑选3粒完整的全谷物籽粒以放射状摆在载物台上进行测试，重复测试操作。分别进行10次平行试验。

1.3.6 全谷物自热米饭工艺的优化

相比初始工艺，主要针对筛选出的全谷物的浸泡时间和在自热米饭中添加的方法进行改进。考虑到浸泡时间过长会导致全谷物籽粒营养物质流失[21-22]，所以浸泡时间设计为0、1、2 h。添加方法有两种：一种是全谷物在精米蒸好后直接加到米饭中，另一种是全谷物和精米混匀后一起蒸。以黏性、弹性、软硬度为适口性评分指标衡量工艺优化后的效果。

1.3.7 自热米饭中全谷物的配方设计

每个独立包装的全谷物自热米饭总质量为120 g，全谷物质量占其中的30%，即36 g，全谷物自热米饭中全谷物的种类为2种。筛选出的4种食用品质较好的全谷物分别是高温流化处理后的绿豆、红小豆、小麦和黑米，则共有6种搭配，即绿豆和红小豆、绿豆和小麦、绿豆和黑米、红小豆和小麦、红小豆和黑米、小麦和黑米。为了比较不同质量比对全谷物自热米饭风味的影响，每种搭配设计 3个组合：1∶1、1∶2、2∶1（质量比）。配方设计中全谷物自热米饭的制备方法以工艺优化后的为准。

1.3.8 全谷物自热米饭的感官评定

评价标准参考GB/T 15682—2008《粮油检验稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》，由于国标中米饭的评价指标和级别主要针对的是精米，不能完全用于全谷物自热米饭，因而对其做适当修改，全谷物米饭的感官评价标准如表1所示。

表1 全谷物米饭感官评价标准Table 1 Sensory evaluation criteria

续表1 全谷物米饭感官评价标准Continue table 1 Sensory evaluation criteria

1.4 数据处理

采用Excel 2010对数据进行分析处理，测得结果用“平均值±标准差”表示，之后再用SPSS软件进行数据之间的显著性分析。用Origin 9.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 高温流化后全谷物吸水率的曲线积分面积

全谷物的吸水性能是影响全谷物自热米饭蒸煮及食用品质好坏的主要因素之一。水分进入全谷物籽粒后造成其膨胀，细胞中的淀粉体内外产生微缝，淀粉均一糊化[23]。本文用浸泡的方法研究全谷物的吸水能力。表2是全谷物30℃吸水率的曲线积分面积，积分面积越大说明吸水能力越强。

表2 30℃吸水率的曲线积分面积Table 2 Curve integral area of water absorption at 30℃

由表2可知，相比原料，流化处理后的7种全谷物在4 h后的吸水率积分面积均显著增大（p＜0.05）。全谷物吸水性能的提高主要是因为高温流化改变了其理化性质[17]。全谷物经过高温流化处理后，籽粒表面的水分迅速蒸发，籽粒内外形成了水分梯度，并且产生了表面应力[11]，表皮结构受损打开了吸水通道，所以流化处理后的全谷物籽粒吸水能力更强。其中，流化处理的红小豆曲线积分面积的增加比例最大，达到1 127.02%，而小麦的增加比例最小，仅为24.95%。由于本试验所用的红小豆流化处理温度较高（200℃），籽粒开裂明显，水分能迅速进入其内部，而红小豆原料皮层结构紧实，水分很难穿过皮层进入籽粒内部，所以流化处理后的红小豆吸水能力远强于红小豆原料。而小麦流化处理温度较低，小麦皮层未出现明显开裂，吸水能力相比小麦原料增加不大。总之，吸水能力的提高能促进淀粉充分糊化，减少蒸煮时间，使全谷物质地变柔软[18]。故全谷物经过高温流化处理后蒸煮品质能得到明显改善。

2.2 高温流化后全谷物的膨胀率

体积膨胀率指蒸煮时全谷物体积的增加。流化前后全谷物膨胀率见图1。

图1 流化前后全谷物膨胀率的比较Fig.1 Comparison of whole grains expansion ratio before and after fluidization

由图1可以看出流化处理前后的发芽糙米膨胀率没有显著差异（p＞0.05），其它流化处理后的全谷物膨胀率相比原料显著增加（p＜0.05）。流化后的红小豆膨胀率比原料红小豆升高了84.61%，升高最为明显。膨胀率升高主要由于流化后的全谷物籽粒表面产生微缝，为水分进入籽粒内部打开了通道，蒸煮时导致籽粒吸水后体积膨胀率大于原料的体积膨胀率。发芽糙米流化处理后膨胀率无明显增加，可能是因为糙米发芽后蛋白质结构严重弱化，淀粉凝胶化能力显著降低[17]，水分就很容易进入发芽糙米内部。从蒸煮后全谷物的体积膨胀率来看，高温流化处理有效地改善了其蒸煮特性，能让全谷物自热米饭具有更佳的食用品质。

2.3 自热米饭中全谷物的硬度

全谷物自热米饭的质构测定指标以硬度为主，全谷物的硬度能反映全谷物的软硬程度，间接反映全谷物自热米饭的食用品质。储藏0 d的硬度见图2。

图2 储藏0 d的硬度Fig.2 Hardness after storage for 0 day

由图2可以看出，全谷物自热米饭储藏0 d后，流化红小豆、绿豆、黑米硬度相较于原料显著降低（p＜0.05）；主要是因为全谷物高温流化处理后，籽粒表面形成微缝，籽粒内部产生气孔，为蒸煮过程中水分的进入打开了通道，加快了淀粉的水合作用[24]，从而降低了全谷物的硬度。由此可见，高温流化处理对降低自热米饭中全谷物的硬度有积极的作用，能提高自热米饭的食用品质。这与卜玲娟等[11]的研究结果一致。

自热米饭的回生实际上是淀粉变化的现象，糊化后的淀粉缓慢冷却后，分子间运动减弱，分子间氢键平行排列，淀粉链之间相互聚拢，重新形成生硬状态。淀粉回生有短期回生和长期回生两个阶段[25]。储藏1 d的硬度见图3。

图3 储藏1 d的硬度Fig.3 Hardness after storage for 1 day

由图3可知，全谷物自热米饭在4℃的条件下储藏1 d后，自热米饭中全谷物的硬度普遍升高，且小麦和青稞糙米的硬度最大。此时，储藏1 d的全谷物淀粉回生属于短期回生，是由直链淀粉的有序缠绕引起的，直链淀粉是一种线性高分子，直链淀粉分子链内和链间有很强的有序聚拢的趋势，从而导致直链淀粉结晶趋势强[25]。

全谷物自热米饭品质变差的主要因素是淀粉的长期回生，主要因为支链淀粉分子短链缓慢结晶，老化速度慢，时间长。储藏14 d的硬度见图4。

图4 储藏14 d的硬度Fig.4 Hardness after storage for 14 days

由图4可知，7种全谷物自热米饭在4℃的条件下储藏14 d后，除了红小豆、绿豆外，其它全谷物的硬度仍不断升高；其中青稞糙米的硬度最大，流化前后的硬度均超过14 000 g；流化后的红小豆和绿豆硬度较原料显著降低（p＜0.05）；流化后的发芽糙米、糙米硬度较原料无显著变化（p＞0.05）。该现象主要是由于储藏14 d后的全谷物淀粉发生了长期回生导致的。然而回生后的自热米饭加热至60℃以上可以消除老化现象[24]。储藏14 d复热后的硬度见图5。

图5 储藏14 d复热后的硬度Fig.5 Hardness after storage for 14 days of reheating

由图5可知，储藏14 d并复热后，全谷物的硬度相比复热之前普遍降低。储藏14 d后的全谷物的硬度最能反映回生特性，作为选择全谷物的主要依据。由图4可知，储藏14 d后流化处理后红小豆和绿豆的硬度较原料均显著降低（p＜0.05），且硬度相较于其它全谷物种类小，食用品质好，作为添加到自热米饭中的全谷物种类的首选；流化处理后黑米和小麦的硬度相比原料显著降低（p＜0.05），尽管硬度相比其它全谷物不是很低，但仍在可接受范围内，可作次选；流化糙米和发芽糙米的硬度较原料没有明显降低不作考虑；青稞糙米流化前后硬度过大，也不作考虑。故选择流化处理的红小豆、绿豆、小麦和黑米这4种全谷物添加到自热米饭中使用。

2.4 流化全谷物自热米饭工艺优化

初始工艺中，全谷物籽粒不经过浸泡、蒸煮，直接加在蒸好的米饭里，由于全谷物籽粒皮层紧实，水分难以进入籽粒内部，蒸煮时淀粉不能充分糊化，从而导致硬度很大，口感粗糙，故针对筛选出的4种全谷物，对全谷物自热米饭的制备工艺进行优化。流化全谷物与米饭的蒸煮方式对自热米饭适口性评分的影响见图6～图9。

图6 黑米的适口性评分Fig.6 Palatability score of black rice

图7 红小豆的适口性评分Fig.7 Palatability score of red adzuki beans

图8 绿豆的适口性评分Fig.8 Palatability score of green beans

图9 小麦的适口性评分Fig.9 Palatability score of wheat

由图6～图9可知，流化后的绿豆、红小豆、小麦、黑米不和精米一起蒸煮，直接加到蒸好的米饭中，最终制得的全谷物自热米饭适口性评分均偏低，口感较差，即使先将这4种全谷物延长浸泡时间也没有得到改善。然而将全谷物和精米混匀后一起蒸煮40min后，制得的全谷物自热米饭适口性评分显著升高（p＜0.05），用浸泡1、2h的绿豆和红小豆制备的自热米饭适口性评分均较高，达到25分左右，口感稍差的小麦适口性评分也从6分升高到15分。主要是因为全谷物和精米一起蒸煮的过程中，淀粉已经大部分糊化，硬度变小。由此可见，全谷物和精米一起蒸煮的方法有效改善了全谷物自热米饭的食用品质。此外，当全谷物与精米一起蒸煮时，随着黑米、小麦浸泡时间的延长，适口性没有显著变化（p＞0.05）；相比浸泡0h和2h，绿豆和红小豆在浸泡1h后的适口性评分显著提高（p＜0.05）。

综上得出优化后的工艺：称取84 g精米，淘洗后浸泡1 h。称取流化绿豆或红小豆36 g，淘洗后浸泡1 h。精米和绿豆或红小豆沥干水分，混匀，放入电蒸锅蒸40 min。蒸煮后的绿豆或红小豆米饭补水48 g，搅拌均匀之后装袋，抽真空封口后在121℃高压灭菌30 min。小麦和黑米浸泡0 h，其余步骤与绿豆或红小豆米饭相同。

2.5 流化全谷物自热米饭的感官评定

感官评分见表3。

表3 感官评分Table 3 Sensory score

从全谷物的6种搭配来看，绿豆与红小豆组合的感官评分最高。经过蒸煮的绿豆和红小豆用拇指和食指轻轻按压可露出豆沙[26]，手感柔软。当绿豆和红小豆质量比1∶1时，色泽均匀鲜艳，闻起来有令人愉悦的豆类的清香，米饭结构紧密、完整性好，红小豆表皮明显开裂，咀嚼时有豆沙感和甜味，不粘牙，评分最高为78分。而当绿豆和红小豆的质量比1∶2时，米饭闻起来有红小豆的豆腥味，颜色较深，与质量比1∶1相比感官评分降低了18分。当绿豆和红小豆质量比2∶1时，颜色搭配略显不均匀，闻起来有淡淡的豆腥味，与质量比1∶1相比感官评分仅降低了6分。因此，绿豆和红小豆应以 1∶1（质量比）组合。

绿豆和黑米的组合评分最高60分，最低52分，总体上仅次于绿豆和红小豆，当绿豆和黑米质量比1∶1时，颜色悦目、咀嚼时滋味香甜且有合适的豆沙感；当绿豆和黑米质量比1∶2时，黑米过多导致米饭颜色暗沉；当绿豆和黑米质量比2∶1时，绿豆过多豆沙感过强。因此，绿豆和黑米应以1∶1组合。

红小豆和黑米的组合评分低于绿豆和黑米的组合，主要是因为红小豆具有豆腥味，并且黑米和红小豆的搭配颜色暗沉，不能激发人的食欲。红小豆和黑米的组合评分最高56分，最低46分。当红小豆和黑米质量比1∶2时，感官评分最高，可能是因为高温流化将黑米中具有米糠味的物质分解，使其无明显的米糠味[18]，同时高温下发生美拉德反应后产生香味[27-28]，这种香味掩盖了黑米的米糠味和红小豆的豆腥味。而其它两种比例组合中红小豆具有的豆腥味较重。因此，红小豆和黑米应以1∶2组合。

流化小麦分别和流化绿豆、红小豆、黑米的搭配评分普遍较低，除了小麦和黑米质量比1∶2时感官评分达到42分，其它8种搭配感官评分均未超过40分。流化小麦相比原料硬度上虽有减小，可硬度仍然达到8 303 g，由流化小麦搭配制成的自热米饭颜色暗黄，颗粒之间疏松多孔，闻起来有一种令人不悦的皮层气味并且咀嚼时粘牙、口感筋道，故排除小麦与其它全谷物的配方。最终筛选出的3种感官评分较好的全谷物组合质量配比为：绿豆红小豆 1∶1，绿豆黑米 1∶1，红小豆黑米 1∶2。

3 结论

高温流化处理后的7种全谷物的吸水率和膨胀率相比原料显著增大（p＜0.05），在一定程度上反映了高温流化能够有效改善全谷物的蒸煮品质。将流化改良后的全谷物添加到自热米饭中蒸煮，4℃储藏14 d后发生了长期老化，流化绿豆、红小豆、黑米、小麦的硬度相比原料均显著降低（p＜0.05），而流化糙米、发芽糙米的硬度相比原料无明显降低，流化青稞糙米的硬度超出可接受范围，故筛选出适合添加到自热米饭中的全谷物为流化红小豆、绿豆、黑米和小麦。另外，全谷物浸泡时间以及是否与精米一起蒸煮，直接影响到淀粉的糊化程度。为了改善全谷物自热米饭的食用品质，将流化绿豆、红小豆浸泡1 h，流化小麦、黑米浸泡0 h，且均与精米混匀后一同蒸煮。经感官评价得到了3种食用品质较好的全谷物自热米饭组合配方：流化红小豆15%、流化绿豆15%；流化绿豆15%、流化黑米15%；流化红小豆10%、流化黑米20%。