电磁加热米饭的品质预测模型研究

蒋 雁，樊庆晗，吴 跃

(1.贵州省粮油产品质量监督检验站，贵州 贵阳 550001； 2.中南林业科技大学食品科学与工程学院，稻谷及副产物深加工国家工程实验室，湖南 长沙 410004)

稻米是我国第一大农产品和粮食品种，其消费量占全部粮食消费量的五分之二[1]，全世界有超过半数的人以稻米为主食。目前，消费者对米饭食味、蒸煮和外观品质的关注度越来越高。而大米的品种、生产地区、储藏、加工方式等因素共同决定了大米的组成与结构特性，米饭的色泽、气味以及口感等因素是食味品质重要的评判标准。如何提升大米的食味品质一直以来都是研究的热点问题，其中，通过选取更优的加热方式及蒸煮参数为最常见且有效的方式。对于熟制米饭的方法，根据加热的方式和热量来源可分为电磁感应加热、微波加热、明火加热等[2]，其中，电磁加热由于其加热速度快、参数易控制、生产效率高、自动化能力强的优点，成为了最适合进行熟制米饭的方法之一[3]。

目前，家庭中常见的电饭煲通过设定好的蒸煮参数、标准化的升温程序使其制作出来的米饭可口、食味佳[4]。随着城市化的推进，中央厨房标准化生产逐渐成为了一种趋势，如何令工业化的米饭也拥有良好的食味品质成为了目前需要解决的问题之一。本研究利用电磁加热智能、精确和高效的特性，研究不同蒸煮焖制组合下的米饭各品质指标并进行建模分析，为工业化米饭的工艺改造提供理论支撑，以期实现工业化生产米饭食味品质更佳。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

福临门丝苗米，中粮米业(仙桃)有限公司；福临门油粘米，中粮八方米业(京山)有限公司；福临门香粘米，中粮米业(江西)有限公司；稻可道丝苗米，京山泰昌米业有限公司；金龙鱼东北大米，益海(佳木斯)粮油工业有限公司；福临门寒地东北长粒香米，中粮米业(大连)有限公司；金龙鱼寒地东北大米，益海嘉里(盘锦)粮油工业有限公司；金龙鱼特选东北大米，益海(佳木斯)粮油工业有限公司；碘，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；碘化钾，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

TG25KR高速离心机，长沙东旺仪器有限公司；721-G可见分光光度计，上海仪电分析仪器有限公司；STA1B米饭食味计，日本佐竹公司；ACS-JE 21高精度电子秤，广东香山衡器集团股份有限公司；YP-BYP-C电子天平，上海光正医疗器械有限公司；HHS电热恒温水浴锅，上海博讯实业有限公司；UltraScan PRO分光测色仪，美国HunterLab公司；TA XT Plus质构仪，英国Stable Micro Systems公司；IC-A2102电磁炉，广东太古电器科技有限公司；ZZSX超声波清洗机，深圳市重子声学科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1米饭的制备

称取大米500 g置于超声波浸泡装置中，粳米浸泡20 min，籼米浸泡30 min，浸泡后将大米滤掉多余水分放入锅内。粳米和籼米加水量分别为米重1.3倍、1.6倍，减去大米已吸收的水量，补足所需水分，开始蒸煮。

1.3.2大米蒸煮焖制参数设定

籼米在1 400 W功率下分别蒸煮6 min 30 s、5 min 30 s和4 min 30 s，再以500 W和100 W的功率蒸煮至完全熟化，然后分别焖制0、15、30 min。

粳米在1 400 W功率下分别蒸煮5 min、4 min和3 min，再以500 W和100 W的功率蒸煮至完全熟化，然后分别焖制0、15、30 min。

1.3.3电磁加热米饭的质构分析

参照王玉军等[5]的方法，将已焖制完成的米饭冷却至室温，从中随机选取18粒形态完整的米粒摆放至质构仪进行测定，压缩探头型号：P36R圆柱形。每个样品平行测定6次，结果取平均值。

1.3.4电磁加热米饭外观色泽测定

使用透明袋装取适量米饭样品，使用UItraScan-PRO色度仪进行测定，每个样品重复测定5次，结果取平均值。其中，L值代表亮度的变化，0代表黑色，100代表白色[6]。

1.3.5电磁加热米饭碘蓝值测定

取3 g米饭样品于50 ml离心管中，加入25 ml蒸馏水，轻轻晃动离心管使米饭分散均匀，放置于40℃水浴锅中1 h，取出后于1 500 r/min，25℃的条件下离心5 min，吸取10 ml上清液于100 ml容量瓶内，加入1 ml碘试剂，定容，摇匀。静置10 min后，于600 nm下测定吸光度[7]。平行测定3次，结果取平均值。

1.3.6电磁加热米饭食味测定

取籼米饭7 g或粳米饭8 g于样品池中，用挤压装置将米饭压实在铁圈中，放入STA1B米饭食味计进行测定，正反面各测定1次，每种样品测定3次，结果取平均值[8]。

1.3.7数据分析

将所得数据使用Origin软件进行建模分析及作图。

2 结果与分析

2.1 电磁加热米饭食味品质的硬度和弹性特性预测模型

8种大米在不同蒸煮焖制组合下制得的米饭硬度和弹性检测结果如表1所示。从表1来看，并不能直观的观察到不同蒸煮焖制组合对不同米饭硬度和弹性的影响规律，所以需借助Origin软件，通过非线性曲面拟合得到不同米饭在不同蒸煮焖制组合下硬度和弹性的预测模型，结果如图1(1)～(2)，系数R2如表2所示。

表1 不同蒸煮焖制组合对米饭硬度和弹性的影响

表2 不同籼米和粳米品种米饭的硬度和弹性预测R2系数

在不同蒸煮焖制条件下所构建的米饭硬度预测模型中，福临门香粘米、金龙鱼特选大米和金龙鱼寒地东北大米硬度预测模型R2均大于0.90，拟合程度好。金龙鱼东北大米和福临门东北寒地长粒香的硬度预测模型R2分别为0.754 6、0.646 4，可以反映硬度变化趋势，但拟合效果一般。而福临门丝苗米、稻可道丝苗米和福临门油粘米的硬度预测模型R2均小于0.5，拟合效果较差。所构建的米饭弹性预测模型中，稻可道丝苗米、福临门油粘米、金龙鱼东北大米、金龙鱼寒地东北大米、福临门寒地东北长粒香硬度预测模型的拟合程度较好，其中，福临门寒地东北长粒香弹性预测方程的R2大于0.97，拟合程度非常好。而福临门丝苗米、福临门香粘米和金龙鱼特选东北大米拟合程度都较低。

为了进一步验证硬度和弹性预测模型的可靠性，采用外部验证法，对硬度和弹性的预测值和实测值进行线性拟合得出其相关系数，结果如表3所示。福临门丝苗米、稻可道丝苗米、福临门油粘米硬度的预测值和实测值相关系数均小于0.75，且P值小于0.05，拟合程度一般，后续需对实验方案进行改进。福临门香粘米、金龙鱼特选东北大米和金龙鱼寒地东北大米相关系数均大于0.95，金龙鱼东北大米和福临门寒地东北长粒香相关系数均大于0.80，P值小于0.01，拟合较好。福临门丝苗米、福临门香粘米和金龙鱼特选东北大米弹性的线性拟合相关系数均小于0.80，P值大于0.05，拟合较差，后续需对实验方案进行改进。稻可道丝苗米、福临门油粘米、金龙鱼东北大米、金龙鱼寒地东北大米以及福临门寒地东北长粒香弹性的相关系数均大于0.91，P值小于0.01，拟合较好。

(1)硬度预测

(2)弹性预测图1 不同蒸煮焖制组合下米饭硬度和弹性预测模型图

表3 米饭硬度和弹性预测模型的实测值与预测值的相关性

2.2 电磁加热米饭食味品质的食味计评分预测模型

将表4中的各组数据通过非线性曲面拟合得到不同米饭在不同蒸煮焖制组合下食味计评分的预测模型，结果如图2所示，R2如表5所示。福临门丝苗米、福临门油粘米、福临门香粘米食味计评分显示出同样的趋势，在蒸煮时间为4 min 30 s、焖制时间为15～20 min时，食味计评分最高。较短时间的高功率加热可以令米饭更慢的进入沸腾状态，从而充分吸水，充分糊化，15～20 min的焖制时间可以令米饭有嚼劲、有光泽，这与袁超等人的研究结论一致[11]。稻可道丝苗米食味计评分随着蒸煮时间的增加而逐渐降低。4种粳米在焖制15 min左右、蒸煮3 min时食味计评分最高，蒸煮时间越长，食味计评分越低。在所构建的8个食味计评分预测模型中，4种籼米R2均大于0.97，拟合程度好；4种粳米除金龙鱼寒地东北大米外，其他预测模型的R2均大于0.87，拟合程度较好，可以较准确的反映预测情况。

表4 不同蒸煮焖制组合对不同品种米饭食味计评分的影响

图2 不同蒸煮焖制组合下米饭食味计评分预测模型图

表5 不同品种米饭的食味计评分预测R2系数

不同蒸煮焖制组合下米饭食味计评分预测模型验证结果如表6所示，除金龙鱼寒地东北大米的线性拟合相关系数R为0.893 6，拟合较好，其他7种大米的相关系数R均大于0.93，P值小于0.01，拟合非常好。

表6 米饭食味计评分实测值与预测值的相关性

2.3 电磁加热米饭外观品质的色泽预测模型

由表7数据可知，福临门丝苗米米饭L*值随着蒸煮时间的增加而增加，但焖制时间对L*值的影响并不大。稻可道丝苗米和金龙鱼东北大米在蒸煮时间为5 min 30 s时，米饭的L*值最高，并且随着焖制时间的增加而升高。福临门香粘米和福临门油粘米的L*值随着蒸煮时间和焖制时间的增加而上升。金龙鱼特选东北大米L*值随蒸煮时间的增加而下降，不焖制或焖制20 min以上的米饭会更洁白。金龙鱼寒地东北大米在蒸煮4 min 30 s，焖制30 min左右时，米饭的L*值最高。福临门寒地东北长粒香米饭不经过焖制时，L*值随蒸煮时间的延长而升高，当焖制时间在30 min左右时，4 min 30 s的蒸煮时间反而会使米饭色泽更好。

表7 不同蒸煮焖制组合对不同品种米饭色泽的影响

将表7中的各组数据通过非线性曲面拟合得到不同米饭在不同蒸煮焖制组合下色泽的预测模型，结果如图3所示，R2系数如表8所示。在所构建的8种大米色泽预测模型中，除福临门丝苗米及金龙鱼特选东北大米外，其余6种预测模型的R2均大于0.85，拟合程度较好，福临门丝苗米和金龙鱼特选东北大米色泽预测需改进试验方案后重新建模。

表8 米饭色泽预测方程的R2系数

图3 不同蒸煮焖制组合下的米饭色泽预测模型图

不同蒸煮焖制组合下米饭色泽预测模型验证结果如表9所示，福临门丝苗米色泽的预测值和实测值线性拟合相关系数为0.768 53，P值小于0.05，拟合程度一般，后续需要继续改进。稻可道丝苗米、福临门油粘米、福临门香粘米、金龙鱼东北大米、金龙鱼寒地东北大米以及福临门寒地东北长粒香线性拟合的相关系数均大于0.92，P值小于0.01，拟合效果很好，金龙鱼特选东北大米线性拟合相关系数为0.857 0，拟合较好。

表9 米饭色泽实测值与预测值的相关性

2.4 电磁加热米饭蒸煮品质的碘蓝值预测模型

由表10可知，米饭的碘蓝值随着焖制时间的增加而增加，但蒸煮时间对碘蓝值得影响各不相同。福临门丝苗米和稻可道丝苗米经过较短或较长的蒸煮时间可以一定程度上提高碘蓝值。福临门油粘米碘蓝值在蒸煮4 min 30 s时最高，并随着蒸煮时间的延长不断降低。福临门香粘米在蒸煮5 min 30 s时的碘蓝值达到最高。除了金龙鱼特选东北大米外，其余三种粳米在蒸煮时间为4 min 30 s及6 min 30 s时碘蓝值最高，在5 min 30 s时最低。金龙鱼特选东北大米的碘蓝值则需要长时间的蒸煮，碘蓝值才能达到一个较高的数值。

表10 不同蒸煮焖制组合对不同品种米饭碘蓝值的影响

将表10中的各组数据通过非线性曲面拟合得到不同米饭在不同蒸煮焖制组合下碘蓝值的预测模型，结果如图4所示，R2系数如表11所示。所构建的8种米饭碘蓝值预测模型的R2均大于0.80，大部分模型R2大于0.90，说明拟合程度很好，可以较准确的对米饭碘蓝值进行预测。

图4 不同蒸煮焖制组合下的米饭碘蓝值预测模型图

表11 米饭碘蓝值预测方程的R2系数

不同蒸煮焖制组合下米饭碘蓝值预测模型验证结果如表12所示，8种大米的碘蓝值预测值和实测值线性拟合相关系数均大于0.92，P值均小于0.01，拟合效果好，可使用Poly2D方程进行建模。

表12 米饭碘蓝值实测值与预测值的相关性

3 结论

本研究建立了以电磁加热为热源，基于Poly2D方程的不同蒸煮焖制组合下8种米饭食味品质预测模型。8种米饭的硬度、弹性、食味计评分、色泽和碘蓝值预测模型的验证结果显示，福临门香粘米、金龙鱼特选东北大米和金龙鱼寒地东北大米的米饭硬度预测值与实测值相关系数均大于0.95；稻可道丝苗米、福临门油粘米、金龙鱼东北大米、金龙鱼寒地东北大米和福临门寒地东北长粒香的米饭弹性预测值与实测值相关系数均大于0.91；福临门丝苗米、稻可道丝苗米、福临门油粘米、福临门香粘米、金龙鱼东北大米、金龙鱼特选东北大米、福临门寒地东北长粒香的米饭食味计评分预测值与实测值相关系数均大于0.93；稻可道丝苗米、福临门油粘米、福临门香粘米、金龙鱼东北大米、金龙鱼寒地东北大米、福临门寒地东北长粒香的米饭色泽预测值与实测值相关系数均大于0.92；8种米饭碘蓝值预测值与实测值相关系数均大于0.92。这说明基于Ploy2D方程建立的电磁加热米饭的品质预测模型具有良好的预测能力，但是对于不同品种大米米饭的品质预测仍有缺陷，后续研究需进一步改进试验方案。