小苏打对糙米蒸煮及食用品质的影响

张毅力，梅冬旭，李 行，韩文芳，杨 英，李江涛,*，夏 旭

（1.中南林业科技大学食品科学与工程学院，稻米及副产物深加工国家工程研究中心，湖南 长沙 410004；2.怀化市农业科学研究所，湖南 怀化 418000）

糙米是稻谷脱去外壳后，经过较少加工或者不加工得到的全谷米粒，含有丰富的膳食纤维、谷维素和-氨基丁酸等营养物质，是一种比精白米营养更丰富的全谷物。近年来，糙米因具有较高的营养价值，常被用来制作无麸质面包、糙米乳和糙米饼等休闲食品。而将糙米作为主食蒸煮食用的报道较为鲜见，其原因主要在于糙米蒸煮时间长且适口性差。目前，常采用一些化学或物理方法改善糙米的蒸煮食用品质，例如：利用乳酸菌发酵改善糙米的吸水能力、高温流化缩短糙米的最佳蒸煮时间和低温等离子体处理改善糙米的风味特性等。

小苏打作为常见的食品添加剂之一，常被用作代餐泡腾片、荞麦馒头和面包等食品的辅料，在降解食品中毒素方面也有一定研究。有研究指出，添加0.8%的小苏打能够改善杏仁饼干的外观和食用品质；在制作小米酥性饼干时，添加1%的小苏打可以丰富小米酥性饼干的营养，使口感更佳；在制作荞麦馒头时，添加0.6%的小苏打，荞麦馒头的比容、高径比及质构品质均得到明显改善，这一研究结果利于其工业化生产。小苏打在糙米食品中也有应用，如小苏打可用于研制糙米桃酥，使糙米桃酥蜂窝状结构空隙均匀且无较大空洞，口感更加松脆。此外，小苏打对谷物淀粉的糊化、回生特性和淀粉凝胶的流变学行为等物理特性均会产生影响，进而改善淀粉基食品的品质。小苏打的添加增大淀粉的成糊温度、峰值黏度和崩解值，且随着小苏打添加量的增加，其峰值黏度及崩解值均随之升高。小苏打也可显著降低各种淀粉的回生焓，Lai等研究表明随着小苏打浓度增大，淀粉的回生速率显著降低。由此可见，将小苏打应用于谷物加工可显著增加其食用品质。目前，对于小苏打在谷物食品中的研究，多数国内外学者将小苏打应用于对谷物食品蒸煮和挤压过程中赭曲霉毒素A的影响，但将其应用于改善糙米等谷物蒸煮食用品质的研究尚且有限。本研究以盐丰47糙米为研究对象，分析不同质量浓度小苏打溶液对糙米饭的感官评价、蒸煮指标、宏观形貌、色度差异、质构差异、微观形貌结构及米汤中淀粉链长分布的影响，以探明不同质量浓度小苏打溶液对糙米饭蒸煮食用品质影响的本质，为小苏打应用于改良糙米饭蒸煮食用品质的可行性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

盐丰47糙米 辽宁盘锦运通米业有限公司；小苏打（食品级） 安琪酵母股份有限公司；异淀粉酶美国Sigma-Aldrich公司；氢氧化钠、3,5-二硝基水杨酸（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱 上海汇泰仪器有限公司；MB-FS2002型电饭煲 广东美的生活电器制造有限公司；JCM-700型扫描电子显微镜 日本电子株式会社；PHS-3C型pH计 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；WR-10型色差仪 深圳市威福光电科技有限公司；XTPLUS型质构仪 美国TA公司；ICS-5000型高效阴离子交换色谱仪 美国赛默飞戴安公司；EOS M50型微单相机 佳能有限公司。

1.3 方法

1.3.1 不同质量浓度小苏打溶液的制备

分别称取小苏打粉末0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g于烧杯中加入少量超纯水搅拌溶解，分别倒入容量瓶中定容至100 mL，配制成质量浓度为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/100 mL的小苏打溶液。空白组为超纯水（即不添加小苏打）。

1.3.2 糙米蒸煮特性分析

1.3.2.1 糙米最佳蒸煮时间测定

参照Mohapatra等的压片法并进行适当修改。将100 mL不同质量浓度的小苏打溶液分别置于烧杯中，经封口膜密封后加热至沸腾（（98±2）℃）。加入5 g颗粒饱满、大小均匀且已清洗的糙米样品，并立即开始计时。待蒸煮10 min后，每隔1 min随机取10 粒样品压在两个清洁的玻璃板之间，观察糙米饭是否有白芯。直至出现白芯的饭粒数量≤1时，记录时间。此时间加上2 min即为糙米的最佳蒸煮时间。实验重复5 次。

1.3.2.2 糙米饭吸水率测定

准确称取10 g糙米，分别加入50 mL不同质量浓度的小苏打溶液，沸水蒸煮至米粒采用玻璃板压片后无硬芯。用100 目的滤网过滤蒸煮得到米饭，冷却至室温后称重，记质量为。糙米饭的吸水率计算如下：

1.3.2.3 糙米饭膨胀率测定

将一定质量的原料米做成米饭，取50 g米饭放入100 mL量筒内，加入50 mL水后立即测量体积（），计算50 g米饭的体积（）：

按同样的方法测定50 g原料糙米的体积（），按下式计算米饭膨胀率：

1.3.2.4 糙米汤pH值测定

准确称取10 g糙米，分别加入90 mL不同质量浓度的小苏打溶液，沸水蒸煮至米粒采用玻璃板压片后无硬芯。蒸煮后搅拌30 min，4 000 r/min离心10 min，取上清液。过滤后，测量滤液的pH值。

1.3.2.5 糙米汤固形物相对含量的测定

将1.3.2.2节过滤得到的糙米汤转移至已知质量的干燥铝盒（）中，称量干燥前总质量（）。于105 ℃干燥箱中干燥至质量恒定，记录此时总质量（），计算糙米汤固形物的相对含量：

1.3.3 糙米饭的制备

用超纯水淘洗颗粒饱满、大小均匀的糙米样品3 次。采用不同质量浓度的小苏打溶液制备糙米饭样品，糙米与小苏打溶液料液比1∶1.3（g/mL）。置于电饭煲中，用电饭煲煮饭模式进行蒸煮（此过程由电饭煲自动控制），蒸煮完成后保温10 min。制得的糙米饭样品依次命名为BR-0.0（空白组）、BR-0.2、BR-0.4、BR-0.6、BR-0.8、BR-1.0。

1.3.4 糙米饭表面淀粉的链长分布测定

1.3.4.1 糙米汤淀粉样品制备

取1.3.3节中的糙米饭样品，用5 倍糙米饭质量的沸水冲淋。冲淋过程中用玻璃棒轻轻拨动糙米粒，收集冲淋后的液体。100 目滤网过滤后，用液氮快速冷冻滤液至－40 ℃以下，并于－80 ℃冰箱中冷冻7 d。冷冻干燥后，得到糙米汤淀粉样品。

1.3.4.2 支链淀粉分支链的链长分布测定

参考Oh等的方法。用异淀粉酶脱去糙米汤淀粉样品的淀粉分支，于37 ℃反应24 h后沸水浴10 min灭活异淀粉酶，冷却后得到脱支样品。取200 μL脱支样品，用2 mL 150 mmol/L NaOH溶液稀释。用0.45 μm滤膜过滤后，采用高效阴离子色谱仪测定支链淀粉分支链的链长分布。色谱柱为Dionex CarboPac PA-200碳水化合物分析柱（3 mm×250 mm），分析柱前需接CarboPac PA-200保护柱（3 mm×50 mm）；柱温35 ℃；流速1 mL/min。用去离子水配制流动相，流动相A为150 mmol/L NaOH溶液，流动相B为150 mmol/L NaOH与0.5 mol/L醋酸钠缓冲溶液；梯度洗脱程序为0～5 min，40% A；5～15 min，70% A；15～50 min，70% A＋30% B。

1.3.5 糙米饭微观结构观察

参照Silva等的方法。取蒸煮后的糙米饭，经液氮迅速冷冻至－40 ℃以下，并置于－80 ℃的冰箱中冷藏。经冷冻干燥和真空喷镀金处理后，于加速电压15 kV、放大60、600、1 200 倍的扫描电子显微镜下观察糙米饭的微观结构。

1.3.6 糙米饭外观特征观察

使用微单相机对蒸煮后的糙米饭（不取出）进行拍照，镜头距样品20 cm，拍照结果不进行美化，记录糙米饭的外观特征。

1.3.7 糙米饭色泽测定

通过色差仪对不同糙米饭的表观色泽进行测定，记录亮度值（*）、黄蓝值（*）和红绿值（*），计算实验组与空白组的色差值（Δ）：

1.3.8 糙米饭质构特性测定

参考杨晓娜的方法并稍作修改。米饭蒸煮完成后，立刻随机选取3 粒完整的米饭粒，并按辐射状摆放在载物台上，使用探头为P35的质构仪对其硬度、黏性、弹性、咀嚼性及胶黏性进行测定。每个糙米饭粒样品测定6 次，去掉每组的最大值和最小值，其余4 次测定值的平均值为测定结果。

1.3.9 糙米饭感官评价

选择30 名同学组成糙米饭感官评价小组，对随机编码的糙米饭进行感官评分。评价标准（表1）参照GB/T 15682—2008《稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》并进行一定的修改，其中各项占比为气味20%、外观30%（其中色泽15%、露白15%）、滋味20%、适口性20%（其中软硬度10%、黏弹性10%）、质地10%。

表1 糙米饭的感官评价标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of cooked brown rice

1.4 数据处理

每个样品的各项指标均重复测定3 次以上，使用SPSS Statistics 23软件进行单因素方差分析，采用Origin 8.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 小苏打对糙米汤中支链淀粉分支链链长分布的影响

米汤中含淀粉是因为蒸煮时米粒结构被破坏，胚乳中的淀粉溶出所致，溶出淀粉的结构对糙米饭的食味品质具有较大影响。Hanashiro等将支链淀粉分支链分为4 种类型：A链（短链，聚合度6～12）、B1链（中等长度链，聚合度13～24）、B2链（较长链，聚合度25～36）、B3链（长链，聚合度＞37）。由图1和表2可知，添加小苏打可降低糙米汤中淀粉B2链和B3链的含量，增加B1链的含量，对糙米汤中支链淀粉的平均聚合度没有显著影响；添加0.4%的小苏打可使糙米汤中淀粉的A链含量增加，其余质量浓度的小苏打可使糙米汤中淀粉的A链含量降低。由此推测，在一定程度上，小苏打会使糙米汤中长链淀粉断裂并形成中长链的淀粉分支，而短链可能也在小苏打作用下发生降解，形成聚合度低于6的小分子。但由于碱液浓度较低且加热时长较短，导致支链淀粉的长分支链虽有所降低，但其平均链长并无显著差异。

图1 糙米汤中支链淀粉分支链的链长分布Fig. 1 Effect of baking soda on chain length distribution of amylopectin in brown rice soup

表2 糙米汤中支链淀粉的4 种分支链占比Table 2 Effect of baking soda on proportions of four branch chains of amylopectin in brown rice soup

2.2 小苏打对糙米饭微观结构的影响

如图2所示，原料糙米（未经蒸煮）与添加不同质量浓度小苏打蒸煮出的糙米饭的微观结构存在差异。原料糙米颗粒表面致密光滑。蒸煮后的糙米皮层出现微小褶皱，部分区域有明显的裂纹和沟壑，破损及孔洞也在某些糙米饭表面出现（图2b、c、g）。BR-0.0表面部分区域较光滑、褶皱较小且裂纹少，这与刘明等研究结果一致。随着小苏打质量浓度的增加，糙米饭表面褶皱和裂纹增多（图2c、d、e），尤其是BR-0.4和BR-0.6，说明低质量浓度和中质量浓度的小苏打对糙米皮层有显著影响。糙米饭表面出现裂纹有利于蒸煮过程中糙米吸水，促进胚乳中淀粉的糊化，从而降低糙米饭的硬度及蒸煮时间。而BR-0.8和BR-1.0（图2f、g）糙米饭表面褶皱明显减少，皮层变得光滑，是因为高质量浓度的小苏打使糙米皮层外表面被破坏，从而出现较光滑的表面。

图2 糙米饭扫描电镜图Fig. 2 Effect of baking soda on scanning electron micrograph of cooked brown rice

2.3 小苏打对糙米蒸煮特性的影响

由表3可知，添加小苏打使糙米饭的最佳蒸煮时间显著缩短（＜0.05），并且小苏打质量浓度越高其最佳蒸煮时间越短，由23.42 min缩至15.91 min。米粒的吸水能力与米饭的蒸煮食用品质呈正相关。与未添加小苏打蒸煮的糙米饭相比，经小苏打溶液蒸煮后，糙米的吸水率增加。与BR-0.0相比，BR-0.2、BR-0.4、BR-0.6、BR-0.8和BR-1.0的膨胀率均显著增大。吸水率和膨胀率的增加，可能是其蒸煮时间缩短的原因。糙米在相同蒸煮时间内，吸水率越高，其米粒膨胀率越大，使淀粉能更充分的糊化，在较短时间即获得品质较好的糙米饭。而BR-0.8和BR-1.0因小苏打质量浓度较高，使糙米饭米粒间孔隙降低、体积减小。

如表3所示，随着小苏打质量浓度的增加，糙米汤pH值呈先升高后几乎不变的趋势，是因为小苏打溶于水呈碱性，而它作为一种强碱弱酸盐，在溶于水后不会因其添加量的增加使pH值持续增加。同时，当小苏打质量浓度不大于0.6 g/100 mL时，糙米汤固形物相对含量随小苏打质量浓度增加持续降低；当小苏打质量浓度大于0.6 g/100 mL时，糙米汤固形物相对含量随小苏打质量浓度增加而增加；其中BR-0.2和BR-1.0的糙米汤固形物相对含量与BR-0.0较为接近。这是因为一定质量浓度的小苏打溶液（0.4%～0.8%），促进了淀粉糊化并通过在糙米表面形成凝胶减少了糙米内容物向水中扩散。

表3 糙米饭样品的蒸煮特性Table 3 Effect of baking soda on cooking characteristics of brown rice

2.4 小苏打对糙米饭外观的影响

由图3可知，BR-0.0整体颗粒完整、体积膨胀小、表面光滑、露白少、米粒间较松散且黏性较差。BR-0.2～BR-1.0能明显观察到米粒间隙变小，黏性变强。糙米在蒸煮过程中吸水膨胀，糙米皮层因胚乳膨胀而破裂，形成露白。随着小苏打质量浓度的增加，糙米饭的露白逐渐增多，表明添加小苏打有利于糙米在蒸煮过程中吸水膨胀及糊化，改善了糙米的蒸煮性质，使糙米饭更柔软，以此改善糙米饭的食用品质。添加小苏打后蒸煮糙米，黄色的糙米饭随着小苏打质量浓度的增加而逐渐加深；其中，BR-0.4和BR-0.6糙米饭呈现黄白色，BR-0.8和BR-1.0糙米饭渐渐变为黄褐色。这是因为谷类糊粉层和亚糊粉层中天然存在的类黄酮物质会在碱性环境中变黄，使糙米饭颜色加深。

图3 蒸煮后糙米饭实物图Fig. 3 Pictures of cooked brown rice with and without baking soda

2.5 小苏打对糙米饭表观色度的影响

由表4可知，随着小苏打质量浓度的增加，糙米饭的*值下降，*值上升，*值呈先上升后下降的趋势。这代表糙米饭的外观变暗、黄色逐渐加深。因为蛋白质在碱性环境下构象更易变化，所以推测糙米中的蛋白质在碱性条件下加热，使部分氨基酸发生氧化而变黄，同时糙米皮层中的部分黄酮类物质变色，从而造成糙米饭颜色加深。由表4可知，与未添加小苏打溶液蒸煮的糙米饭相比，添加小苏打蒸煮的糙米饭Δ值均显著增大；表明在使用小苏打溶液蒸煮糙米后，糙米饭整体颜色变化较大，这与图3观察到的糙米饭整体颜色变化一致。

表4 糙米饭表观色度变化Table 4 Effect of baking soda on color parameters of cooked brown rice

2.6 小苏打对糙米饭质构特性的影响

由表5可知，与未添加小苏打蒸煮的糙米饭相比，经质量浓度为0.2、0.4、0.6、0.8 g/100 mL和1.0 g/100 mL的小苏打蒸煮后，糙米饭的硬度均显著降低；BR-0.2胶黏性显著降低；BR-1.0黏性的绝对值显著增加；而经质量浓度为0.4、0.6、0.8、1.0 g/100 mL的小苏打蒸煮后，糙米饭的咀嚼性显著降低。较高的硬度和咀嚼性与糙米中淀粉颗粒水合作用不强有关。添加小苏打使糙米表面产生明显的沟壑和裂纹，且部分位置出现孔洞；在蒸煮过程中，水分能快速迁移至米粒内部，加速了淀粉的水合，使淀粉充分糊化，使糙米饭的硬度和咀嚼性减小，增加食味品质。糙米饭黏度的增加一方面与米粒吸水率提高有关；另一方面，可能是碱浸泡可以增加非糯米黏性并改变其分子结构。小苏打质量浓度的增加可以部分去除糙米颗粒表层的胚乳蛋白，使蒸煮时糙米中更多的支链淀粉浸出，从而增加黏度。蔡一霞等的研究结果显示，分支链的长链比率高，米饭的硬度大、黏附性小、质地硬且咀嚼有渣感。除此之外，Li Hongyan等的研究表明随着米饭渗滤液中支链淀粉含量及短链比例的增加，米饭颗粒间的黏性增加。因此，添加小苏打蒸煮出的糙米饭硬度和胶黏性减小可能与支链淀粉B2、B3链和较短的A链比例降低有关。米饭的弹性与其测试时受到挤压而产生的形变有关。由表5可知，随着小苏打质量浓度的增加，糙米饭的弹性逐渐降低，至0.31后保持不变。弹性降低可能是因为添加小苏打蒸煮糙米有利于部分水分子的吸收。BR-0.6～BR-1.0弹性值保持不变，可能是因为蒸煮糙米饭时加水量不足，使米饭颗粒吸水量有限。

表5 不同质量浓度小苏打溶液蒸煮糙米饭的质构特性Table 5 Texture characteristics of cooked brown rice with different concentrations of baking soda solution

2.7 小苏打对糙米饭感官评价的影响

由表6的综合评分可知，BR-0.0糙米饭的感官品质较差，糙米蒸煮后开裂不明显，有一定的米糠味、黏性差、口感硬且不易咀嚼。添加小苏打后，糙米饭综合评分呈先增加后降低的趋势。BR-0.2和BR-0.4糙米饭在感官评价除气味外的外观、滋味、适口性和质地方面均有所提升；而BR-0.6～BR-1.0糙米饭在气味上呈现较浓重的碱味，极大地影响了糙米饭的评分。糙米饭评分较低可能是因为糙米皮层导致糙米吸水困难。由此可知，在一定质量浓度的小苏打条件下，糙米饭中蛋白质变性并且阻碍淀粉吸水糊化的作用减弱，从而全面改善了糙米饭的感官品质，但过高质量浓度的小苏打会使糙米饭的感官品质降低；BR-0.4糙米饭的感官综合评分最高，其外观、适口性和质地等这些食用品质明显提高。

表6 不同质量浓度小苏打溶液蒸煮的糙米饭感官评价结果Table 6 Sensory evaluation results of cooked brown rice with different concentrations of baking soda solution

3 结 论

采用不同质量浓度小苏打溶液蒸煮糙米，能明显改善糙米饭的蒸煮特性和食用品质。添加小苏打蒸煮糙米可增强糙米的吸水能力、缩短其蒸煮时间、降低糙米饭的硬度、提高其黏性且一定程度上增加糙米饭的适口性，这可能与支链淀粉B2、B3链和较短的A链比例降低有关，从而改善了糙米饭的蒸煮性能和食用品质。通过扫描电镜观察发现，添加小苏打蒸煮糙米，糙米饭颗粒表面褶皱及裂纹结构更加明显，有利于蒸煮时水分的吸收，使糙米饭颗粒弹性增加。添加小苏打之后，通过外观形貌观察及色度分析发现，糙米饭的米粒体积膨胀增大，黄色加深且与BR-0.0相比，有明显色差。除此之外，通过感官评价发现BR-0.4糙米饭的感官综合评分最高，除气味外，其余方面食用品质均得到改善。此研究结果为小苏打应用于改良糙米饭蒸煮食用品质提供理论依据。但小苏打作为强碱弱酸盐，在食品中的添加量不宜过高，较高的pH值会对糙米中除淀粉外的各种成分（蛋白质和脂质等）产生影响。因此，使用小苏打蒸煮糙米饭对其它组分的影响有待进一步研究。