浸泡和微波处理对三种高粱熟化的影响

姜 鹏，李 忍,3，戴凌燕，阮长青，张东杰,3,，王长远，李志江,3,

（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆 163319；2.黑龙江省杂粮加工及质量安全工程技术研究中心，黑龙江大庆 163319；3.国家杂粮工程技术研究中心，黑龙江大庆 163319；4.黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院，黑龙江大庆 163319）

高粱是世界上仅次于水稻、玉米、小麦和大麦的第五大作物，也是一种拥有3000 多年历史的重要的耐旱经济作物[1-2]。高粱富含蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素和膳食纤维等营养物质[3]，还具有独特的功能性成分，在治疗和预防2 型糖尿病、延缓衰老、对抗癌症等方面具有显著效果[4]，因此，高粱类食品在一些发达国家逐渐受到欢迎[5]。但由于高粱淀粉结构紧凑，质地坚硬，不易熟化，在食用前通常需要预先蒸煮或者浸泡，蒸煮时耗费的时间较长，给高粱食品食用带来不便[6]。陈静等[7]对杂粮米的蒸煮特性进行研究，得出高粱属于不易糊化的杂粮，在经过浸泡工艺后仍需要很长的蒸煮时间才能熟化。因此研制一种可以使高粱快速熟化的工艺，会给人们的生产和生活带来很大的便利，有助于高粱中生理功能成分的消化吸收[8-9]。

微波是一种新型的热加工技术，与挤压膨化、焙烤、蒸煮等传统的热加工技术相比具有加热快速、清洁无污染、耗能比较低等优点[10]，杀菌效果较好，有助于抑制微生物生长，在食品加工和储藏中具有重要作用[11]。研究表明，微波处理糙米等谷物具有缩短其蒸煮时间和改善其蒸煮品质等作用[12]。李存芝等[13]采用微波处理的方法研究了薏米饼的膨化技术，有效提升了杂粮的膨化率；王立东等[14]通过微波技术等方式确定了红小豆熟化和干燥的最佳工艺条件，缩短了红小豆熟化时间。但利用微波技术缩短高粱的蒸制熟化时间，以达到快速熟化的研究鲜有报道。本研究以三种高粱为主要原料，探讨浸泡和微波处理对熟化工艺参数的影响，为高粱熟化提供加工工艺参考。

1 材料与方法

1.1 原料与设备

龙米粮1 号高粱、龙杂13 号高粱和红糯高粱均由黑龙江省农业科学院提供，含水率分别为4.7%、5.3%和5.7%。

XPR205/AC 分析天平 梅特勒-托利多国际有限公司；M1-211A 微波炉 美的集团有限公司；C21-SDHCB06G 电磁炉 苏泊尔股份有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 高粱熟化工艺操作 将脱壳后的高粱进行筛选，去除变质和不完整的高粱粒，用蒸馏水清洗两遍去除表面灰尘与其他杂质，在一定的浸泡温度和浸泡时间的条件下浸泡后取出备用。自然沥干至表面无水分后，采用不同的微波功率和微波时间对高粱进行微波处理，处理后冷却至室温，在45 ℃，20 min 的条件下热风干燥，冷却至室温后，取10 g 高粱，置于蒸锅中蒸煮40 min，根据其内部是否有硬芯来判断高粱的熟化程度。

1.2.2 指标检测 高粱原料中含水率的测定采用国标《谷物及谷物制品水分的测定GB/T 21305-2007》方法[15]。吸水率测定参考姚万春等[16]的方法，稍作改动。熟化程度测定参考张桂芳等[17]的方法。

1.2.3 浸泡工艺对高粱吸水率的影响 取3 个500 mL烧杯分别加入400 mL 水，待测高粱样品100 g，每1 h取出全部样品，沥干后待其表面水分自然风干后至室温，测其吸水率[16]，考察不同的浸泡时间和浸泡温度条件对高粱吸水率的影响。

1.2.3.1 浸泡时间对高粱吸水率的影响 分别取100 g除杂后的高粱放入三个500 mL 的烧杯中，以料液比为1:4 的比例加水进行浸泡，在浸泡温度为45 ℃的条件下，用蒸馏水分别浸泡1、2、3、4 和5 h，取样后计算吸水率，确定浸泡时间对高粱吸水率的影响。

1.2.3.2 浸泡温度对高粱吸水率的影响 分别取100 g除杂后的高粱放入三个500 mL 的烧杯中，以料液比为1:4 的比例加水进行浸泡，在浸泡温度分别为25、35、45、55 和65 ℃的条件下浸泡3 h，取样后根据实验方法计算吸水率，研究浸泡温度对高粱吸水率的影响。

1.2.4 微波处理对高粱熟化程度的影响 在经过微波处理过的高粱中随机抽取30 粒剖开，若有硬芯则记为未熟透的高粱颗粒；若内部色泽均匀，透明程度相同则记为已熟透的高粱颗粒[17]，考察不同的微波时间和微波功率条件对高粱熟化程度的影响。

1.2.4.1 微波时间对高粱熟化程度的影响 取经最优浸泡工艺参数处理后的高粱10 g，均匀铺在90 mm的平皿上，在微波功率为600 W 的条件下，用微波分别处理2、5、8、11 和14 min，取样后常压蒸煮40 min计算其熟化程度，确定微波时间对高粱熟化程度的影响。

1.2.4.2 微波功率对高粱熟化程度的影响 取经最优浸泡工艺参数处理后的高粱10 g，均匀铺在90 mm的平皿上，在微波功率分别为200、400、600、800和1000 W 的条件下微波处理8 min，取样后常压蒸煮40 min 后计算其熟化程度，确定微波功率对高粱熟化程度的影响。

1.2.5 微波处理高粱最佳蒸煮时间的确定 根据上述实验的结果，对经过最优浸泡工艺和最优微波工艺处理后的三种高粱进行蒸煮，确定最佳的蒸煮时间（5、10、15、20、25、30、35、40 min）。

1.2.6 未经微波处理高粱与微波处理高粱蒸煮时间对比 三种未经微波处理高粱经最优浸泡工艺吸水后进行蒸煮（龙米粮1 号高粱、龙杂13 号高粱、红糯高粱最佳浸泡时间分别为：2、2 和3 h，浸泡温度分别为45、35 和35 ℃），确定其熟化时间，并与经微波处理高粱熟化时间进行感官对比（龙米粮1 号高粱、龙杂13 号高粱、红糯高粱微波时间分别为：8、11、11 min，微波功率分别为：600、800、800 W）。

1.3 数据处理

实验处理采用三次重复进行测定和计算，利用SPSS 25.0 和Graphpad Prism 8.0 软件进行数据分析，结果均以平均值±标准偏差来表示。

2 结果与分析

2.1 浸泡工艺参数的确定

2.1.1 浸泡时间对高粱吸水率的影响 由图1 可知，在浸泡温度为45 ℃时，随着浸泡的时间增加，三种高粱的吸水率均呈现先增加后平稳的趋势。龙米粮1 号和龙杂13 号高粱在浸泡2 h 后吸水率趋于平稳，而红糯高粱在浸泡3 h 时吸水率变化趋于平稳。已有研究表明，高粱吸水率与高粱品种有关，且随着浸泡时间的增加其表面结构被破坏，高粱吸水率会缓慢上升，且高粱内部会发生生理变化，高粱胚开始萌动[18-19]。因此，为了不影响高粱原有的感官及食用品质，确定龙米粮1 号和龙杂13 号高粱的最佳浸泡时间为2 h，红糯高粱的最佳浸泡时间为3 h。

图1 浸泡时间对三种高粱吸水率的影响Fig.1 Effects of soaking time on water absorption of three kinds of sorghums

2.1.2 浸泡温度对高粱吸水率的影响 由图2 可知，在最佳浸泡时间为3 h 的条件下，由于储藏条件和初始含水率对高粱含水率的影响（含水率分别为：龙米粮1 号4.7%、龙杂13 号5.3%、红糯高粱5.7%），在浸泡温度为25 ℃时，龙米粮1 号相比于龙杂13 号和红糯高粱吸水率较高[20]。但随着浸泡的温度的升高，三种高粱的吸水率均呈现出增加的趋势，研究表明，温度对谷物的吸水能力有一定的影响，这可能是由于温度的升高，高粱胚乳中淀粉颗粒间形成的羟基键发生了断裂，且随着温度的升高导致高粱的表皮受损，色素大量的溶解，营养物质流出，影响食用口感[21-22]。因此，龙杂13 号和红糯高粱的最佳浸泡温度为35 ℃，龙米粮1 号最佳浸泡温度为45 ℃。

图2 浸泡温度对高粱吸水率的影响Fig.2 Effects of soaking temperature on water absorption of sorghums

2.2 微波处理对高粱熟化程度的影响结果

2.2.1 微波处理时间对高粱熟化程度的影响 由图3可知，当微波处理功率为600 W 和蒸煮40 min 时，随着微波处理时间的增加，三种高粱的熟化程度均呈现出先增加后平稳的趋势，龙米粮1 号高粱在微波处理时间大于8 min 时其蒸煮后的熟化程度接近100%，龙杂13 号和红糯高粱在处理时间大于11 min时两者蒸煮后的熟化程度接近100%。微波技术的热效应具有可以减少能量的消耗和营养成分的流失等特点，进而改变了高粱的某些理化特性，但当微波加热时间过长，容易导致高粱表面颜色加深，一些热敏性的营养物质容易发生降解，影响其感官品质和营养价值[23]。因此龙米粮1 号高粱的最佳微波处理时间为8 min，龙杂13 号和红糯高粱的处理时间各为11 min。

图3 微波处理时间对高粱熟化程度的影响Fig.3 Effects of microwave treatment time on cultivability degree of sorghums

2.2.2 微波处理功率对高粱熟化程度的影响 由图4可知，当最佳微波处理时间为8 min 和蒸煮40 min时，随着微波处理功率的增加，三种高粱的熟化程度均呈现出先增加后平稳的趋势，龙米粮1 号高粱在微波处理大于600 W 时其蒸煮后的熟化程度接近100%，龙杂13 号和红糯高粱在处理功率大于800 W时两者蒸煮后的熟化程度接近100%。微波具有在短时间内产生大量热量的特点，因此谷物淀粉的微观结构会遭到破坏，直链淀粉链的长度变短，使其更易糊化，且当微波功率较高时，会导致水分损失，食品营养元素破坏[24-25]，因此龙米粮1 号高粱的最佳微波处理功率为600 W，龙杂13 号和红糯高粱的处理功率各为800 W。

图4 微波处理功率对高粱熟化程度的影响Fig.4 Effects of microwave power on the cultivability degree of sorghums

2.3 微波处理高粱最佳蒸煮时间的影响结果

由图5 可知，三种高粱在最优的浸泡温度、浸泡时间、微波功率和微波时间的处理条件下，三者的熟化程度随蒸煮时间的增加而升高。龙米粮1 号高粱在蒸煮时间大于25 min 时其熟化程度接近100%；红糯高粱在蒸煮时间大于35 min 时其熟化程度接近100%；龙杂13 号高粱在蒸煮时间大于40 min 时其熟化程度接近100%。研究表明，高粱的蒸煮食用品质与淀粉的凝胶化过程有关，而其蒸煮时间的长短与其内部淀粉间的空隙有关，空隙越小，吸水越慢，吸水量越少，蒸煮时间越长[26]，而红糯高粱为非食用性高粱，其内部淀粉空隙可能更细小，造成其所需蒸煮时间更长。因此龙米粮1 号高粱的最佳蒸煮时间为25 min，红糯高粱的最佳蒸煮时间为35 min，龙杂13 号高粱的最佳蒸煮时间为40 min。

图5 微波处理对高粱最佳蒸煮时间的影响Fig.5 Effects of microwave treatment on optimal cooking time of sorghums

2.4 未经微波处理高粱与微波处理高粱蒸煮时间对比

由图6 可知，经微波处理后，龙米粮1 号高粱的蒸煮时间缩短了约20 min，龙杂13 号高粱的蒸煮时间缩短20 min，红糯高粱的蒸煮时间缩短了15 min。文献研究表明，经过微波处理后稻米蒸煮时间缩短，可能是微波处理强烈扩散物料中的水分，破坏了淀粉颗粒的致密排列，形成了空隙，使淀粉更容易糊化[27]。或者微波处理破坏了谷物的表面结构，使谷物在蒸煮时水分更容易进入内部，加速淀粉糊化[28]。也有研究指出，谷物的表面积决定了其蒸煮时间，谷物比表面积越大其蒸煮时间越短，吸水后表面积变大，膨胀率升高，因此缩短了蒸煮时间[29]。

2.5 微波处理对高粱蒸煮感官影响结果

由图7 可知，经过蒸煮40 min 后，微波处理过的高粱与未经微波处理高粱相比，三种经微波处理的高粱均出现膨胀变大，部分高粱裂开且出现白芯，表现出熟化现象；而未经微波处理的三种高粱其膨胀程度较小，未出现白芯，没有表现出熟化现象。表明经微波处理过的高粱熟化感官效果更佳。

图7 未经微波处理的高粱与微波处理的高粱在蒸煮40 min 时的感官对比Fig.7 Comparison of sensory evaluation between microwave-treated and non-microwave-treated sorghum during cooking for 40 min

3 结论

高粱米营养价值丰富，但是其在蒸煮过程中不易熟，这与高粱籽粒淀粉结构致密难糊化相关，高粱经浸泡后利用微波处理进行熟化可缩短蒸煮时间，为高粱食品便捷食用提供了技术可能。研究确定了三种高粱的浸泡和微波处理熟化工艺参数：龙米粮1 号、龙杂13 号、红糯三种高粱的最适浸泡时间分别为2、2、3 h，浸泡温度分别为45、35、35 ℃，微波功率分别为600、800、800 W，微波时间分别为8、11、11 min，此工艺为预熟化高粱快速食用或复配大米蒸煮提供了数据。但文中未考虑浸泡和微波处理后对高粱自身的特性影响，如粘度、硬度、咀嚼性、弹性等。因此，对高粱的蒸煮熟化操作过程还有待进一步的研究，应在保持高粱食用品质基础上开展速熟高粱食品研发，让高粱食品逐渐走进人们的生活。