鲜湿方便米饭原料适宜性研究——以东北地区粳米为例

李思萱, 任 欣, 张 敏,*, 吕启欣, 沈 枫, 马 东

(1.北京工商大学 北京食品营养与人类健康高精尖创新中心/北京市食品添加剂工程技术研究中心, 北京 100048;2.辽宁省水稻研究所, 辽宁 沈阳 110101)

随着人们生活水平的提高、工作节奏的加快,方便食品的需求量越来越大[1]。鲜湿方便米饭作为新型方便主食产品[2],在感官品质上与新鲜米饭更接近,经过简单加热即可食用,且具有方便携带、储存等优点,市场潜力巨大[3-4]。由于我国稻米品种多样[5],不同品种大米的蛋白质、脂肪、淀粉、水分等组分含量差异较大,米饭食味品质也相差甚远[6]。大米品种是影响鲜湿方便米饭品质的直接因素,然而目前鲜湿方便米饭生产原料的选择存在较大的盲目性,产品质量难以稳定[7]。选择适宜加工鲜湿方便米饭的优质原料品种是当前亟须解决的问题之一。鲜湿方便米饭食味品质评价和大米原料筛选的方法主要包括测定组分含量、蒸煮特性、糊化特性、质构特性以及感官品质等,并结合相关性分析、主成分分析以及回归分析等多元统计方法,建立大米与鲜湿方便米饭食味品质之间的联系[8-9]。目前的研究存在一些不足:分析理化指标与感官品质之间的相关性,建立多个线性回归方程,导致评价方法过于复杂;未对原料米的组分含量、蒸煮和糊化品质等指标进行筛选,直接通过主成分分析得到综合评分公式,公式中的指标较多,使其难以应用[10-11]。因此,还需建立一个大米原料适宜性评价模型,简便科学地选择大米品种,并对鲜湿方便米饭品质做出准确评价。

东北地区的粳米食用品质较好[12]。本研究拟以东北地区30种粳米为原料,测定粳米的外观品质、基本组分、糊化特性、蒸煮品质以及鲜湿方便米饭的食味品质,通过描述性分析和相关性分析探究原料粳米对鲜湿方便米饭品质的影响。利用因子分析计算鲜湿方便米饭品质得分,进一步通过逐步回归分析建立评价模型,并结合聚类分析确定适宜的粳米品种。本研究旨在为优选适宜制作鲜湿方便米饭的东北地区粳稻提供理论参考,为提高鲜湿方便米饭的食味品质以及促进鲜湿方便米饭产业的快速发展提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

东北地区30种粳米:龙粳31、龙粳39、龙粳46、龙粳71、金郁3号,黑龙江省龙粳高科有限责任公司;稻花香,黑龙江省五常市种子公司;绥粳18、绥粳28、绥粳302、绥粳306,黑龙江省农业科学院绥化分院;吉粳303、吉粳525、吉粳816、吉粳830,吉林省农业科学院;吉洋1、吉洋100、通禾887、通禾822、通科29、通院568,通化市农业科学研究院;辽粳212、辽粳436、辽粳433、辽粳419、辽星21号,辽宁省水稻研究所;盐粳927、盐粳337、盐丰47、盐粳939、盐粳219,盘锦丰年农业科技有限公司。以上品种均是2020年10月收获,储存在4 ℃冰箱。碾米前室温放置30 min,分别砻谷、碾磨(脱壳30 s,碾磨80 s),达到加工一级精米标准[13]。部分米粒经真空冷冻干燥60 h,磨粉、过80目筛,密封包装存放在-20 ℃冰箱,用于粉质测定实验。

二甲基亚砜、碘、碘化钾、盐酸、氢氧化钠、浓硫酸、硼酸指示剂、石油醚,均为分析纯,北京半夏科技发展有限公司;直链淀粉检测试剂盒, 爱尔兰Megazyme公司。

1.2 仪器与设备

CR-400型色差计,日本柯尼卡美能达控股株式会社;JSWL200型大米食味计,北京东孚久恒仪器技术有限公司;LGJ-10型冷冻干燥机,北京天林恒泰科技有限公司;TMS-Pilot型质构仪,美国 FTC 公司;RVA 4500型快速黏度分析仪,瑞典波通仪器公司;GR85DF型高压灭菌锅,北京中豪莱伯科技发展有限公司;PHSJ-3F型 pH值测定仪,上海雷磁仪器厂;UV-2800A型紫外分光光度计,尤尼科(上海)仪器有限公司;UDK159型全自动凯式定氮仪,北京盈盛恒泰科技有限责任公司;SOX 606型脂肪测定仪,济南海能仪器股份有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1粳米外观品质测定

1.3.1.1 粳米色泽的测定

采用色差计测定不同品种粳米的亮度(L*)、红绿值(a*)和黄蓝值(b*)。色差计开机预热5～10 min,测试前用白板调白,校准仪器,每个样品平行测定6次。按式(1)计算ΔE[14]。

(1)

式(1)中,ΔE为总色差,ΔL*为亮度偏差量,Δa*为红绿偏差量,Δb*为黄蓝偏差量。

1.3.1.2 粳米粒型的测定

每种粳米随机选取15粒米,用游标卡尺测量大米长度、宽度,计算平均值以及长宽比。

1.3.2粳米组分含量测定

直链淀粉含量按Megazyme直链淀粉试剂盒操作说明测定。蛋白质含量采用凯氏定氮法,参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》[15]。脂肪含量采用索式提取法,参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》[16]。水分含量测定采用直接干燥法,参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》[17]。

1.3.3食味值测定

将大米食味计开机预热30 min,并校准。称取200 g粳米放入样品槽内,选择检量线,近红外光透过扫描30 s后即得食味值。同一样品平行测定3次,取平均值。

1.3.4粳米蒸煮特性测定

参照刘巧真[18]的方法测定吸水率、膨胀率以及米汤pH值。称取7.0 g粳米于100 mL量筒内,加入50 mL蒸馏水,读取体积V1。再将其转移至烧杯(记作M1),蒸馏水洗米3次,向烧杯中加入50 ℃蒸馏水120 mL,沸水蒸煮20 min。分别收集米饭和米汤,米饭冷却至室温称重(记作M2),并转移至量筒,加入50 mL蒸馏水,读取体积V2。吸水率和膨胀率分别按式(2)、(3)计算。冷却米汤,测定pH值。

(2)

(3)

式(2)、(3)中,M1为生米质量,g;M2为熟米质量,g;V1为生米体积,mL;V2为熟米体积,mL。

参照刘瑶[19]的方法,测定米汤干物质和碘蓝值。将米汤加蒸馏水定容至100 mL,取50 mL于离心管,4 000 r/min离心15 min,再移取10 mL米汤离心液于铝盒(W1),105 ℃烘至恒重(W2)。按式(4)计算米汤干物质。

(4)

式(4)中,w为干物质的质量比,mg/g;W1、W2分别为干燥前后铝盒质量,g。

取1 mL米汤离心液,加入5 mL的0.5 mol/L HCl、1 mL质量浓度为2 g/L的碘试剂,定容至 25 mL,静置10 min后于660 nm波长处测定吸光值,以吸光值表示样品碘蓝值。

1.3.5粳米糊化特性测定

参照Han等[20]的方法并稍加修改,用快速黏度分析仪测定粳米的糊化特性。称取3.00 g米粉样品(以14%为基准水分)于测试罐中,并加入25 mL蒸馏水。测试程序:50 ℃保持1 min,以12 ℃/min上升到95 ℃,保持2.5 min;再以12 ℃/min降到 50 ℃,保持2 min。搅拌器初始10 s内转速为 960 r/min,随后转速为160 r/min。

1.3.6鲜湿方便米饭制作工艺

鲜湿方便米饭的制作工艺参照Fu[21]的方法并稍加修改。称取50 g粳米放入铝罐,洗米3次,按质量比(g/g)1.0∶1.3加水,40 ℃浸泡60 min,电蒸锅蒸煮30 min,保温10 min。将蒸好的米饭装入耐高温灭菌袋,密封,121 ℃高压灭菌20 min,冷却。

1.3.7鲜湿方便米饭品质测定

1.3.7.1 含水量的测定

参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》[17]方法测定。

1.3.7.2 质构特性的测定

测定前将样品放入微波炉复热2 min,参照刘惠惠等[22]的方法测定样品质构特性,并稍加修改。采用全质构分析(TPA)模式,随机选取3粒米摆成三角状。选用P/36R探头,设置触发力为0.05 N,测试速度为60 mm/min,压缩比为75%。

1.3.7.3 感官评价

参照GB/T 15682—2008《粮油检验 稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》[23]附录 B的评分规则并加以调整。从 4 个方面进行评价:气味占20分,外观占25分,适口性占30分,滋味占25分,最终计算总分数(表1)。经过初级筛选,由12名食品专业相关人员组成评定小组(7名女性和5名男性),按感官评分细则对经微波炉复热2 min后的鲜湿方便米饭进行评分。

1.4 数据处理

所有结果均以平均值±标准偏差表示。利用SPSS 20.0软件对数据进行描述性统计、相关性分析、因子分析、逐步回归分析、聚类分析。用OriginPro 2022软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同粳米品质指标分析结果

粳米品质指标的描述性分析结果见表2。由 表2 可知,不同品种粳米的L*值(2.54%)差别不大,数据分布集中,而a*值(58.64%)、b*值(11.45%)、长宽比(15.29%)之间却有显著差异。脂肪含量的变异系数为38.06%,是粳米基本组分指标中变异系数最大的,蛋白质含量的变异系数为9.91%,直链淀粉含量的变异系数为9.53%。这说明不同品种粳米的组分含量存在差异,可能由于不同粳米品种的遗传基因、栽培措施以及地域环境等因素不同所导致的[6,24-25]。蒸煮特性中的碘蓝值和米汤干物质的变异系数较大,分别为34.10%和32.37%,表明不同品种的粳米在蒸煮过程中溶出的直链淀粉含量差异较大[26]。米汤pH值的变异系数是所有指标中最小的,仅为2.47%。糊化特性指标中,崩解值(18.69%)、谷值黏度(12.90%)、最终黏度(9.60%)、峰值黏度(8.87%)以及回生值(7.57%)的变异系数在品种间均有较大差异,而峰值时间和糊化温度的变异系数较小,分别为2.95%和4.46%。通过变异系数可知粳米理化品质指标在不同品种间的差异性。变异系数由大到小依次为a*值、脂肪含量、碘蓝值、米汤干物质含量、崩解值、长宽比、谷值黏度、膨胀率、b*值、蛋白质含量、最终黏度、直链淀粉、峰值黏度、ΔE、吸水率、回生值、水分含量、糊化温度、食味值、峰值时间、L*值、米汤pH值。

表2 粳米品质指标的描述性分析

2.2 鲜湿方便米饭品质指标分析结果

鲜湿方便米饭品质指标的描述性分析结果,见表3。由表3可知,鲜湿方便米饭含水量的变异系数较小,仅为2.44%,而感官评分和质构品质指标的变异系数均较大。感官评分、硬度、内聚性和弹性的变异系数比较接近,分别为14.54%、15.02%、13.51%、15.80%。黏附性、胶黏性、咀嚼性的变异系数均大于20%,其中咀嚼性的变异系数最大,为29.19%。黏附性反映米饭颗粒之间黏结能力强弱,胶黏性反映咀嚼过程米饭黏牙的程度,咀嚼性反映米饭是否软烂,咀嚼性适中口感最佳[27]。因此,质构特性是影响米饭食味品质的关键因素[28]。质构特性受原料粳米品种的影响较大,主要是由于粳米自身组分含量和淀粉颗粒结构差异所致。蛋白质、直链淀粉含量低的粳米加工成鲜湿方便米饭质地松软,黏弹性适中[29]。

表3 鲜湿方便米饭品质指标的描述性分析

2.3 粳米及鲜湿方便米饭品质的相关性分析

粳米品质与鲜湿方便米饭品质指标相关性分析结果见图1。由图1可知,原料粳米的22个品质指标与鲜湿方便米饭的7个品质指标之间存在不同程度的相关性。粳米的长宽比与鲜湿方便米饭的内聚性和咀嚼性均呈显著正相关(P<0.05)。较长粒型的大米吸水率较高,在蒸煮糊化过程中,有利于淀粉与水分子之间形成氢键,使米粒的内聚性增大,结构更紧实,即需要咀嚼的次数更多[30]。直链淀粉含量与内聚性、胶黏性、咀嚼性呈显著正相关(P<0.05)。在粳米糊化后的降温过程中,直链淀粉含量相对越高,分子链之间交联聚合形成的氢键越多,米粒内部的黏合力越大,促使从咀嚼米饭到吞咽所需能量较多,即内聚性、胶黏性和咀嚼性较大[28]。粳米糊化特性中部分指标也与鲜湿方便米饭的质构品质具有一定相关性。崩解值与内聚性呈极显著负相关(P<0.01),崩解值反映淀粉糊的热稳定性,其值越大,淀粉颗粒越容易破裂,使米饭口感较软,导致内聚性和咀嚼性值较小[31]。回生值与内聚性呈显著正相关(P<0.05),回生值表示短期内直链淀粉重新聚集形成结晶从而引起回生的趋势,回生会导致米饭硬度变大[32]。谷值黏度、最终黏度均与内聚性呈显著正相关(P<0.05)。谷值黏度是指在保温阶段持续受到机械剪切力的作用,淀粉颗粒进一步崩解,糊液黏度下降[33]。若破裂程度大,谷值黏度较小,内聚性也较小[34]。最终黏度反映的是淀粉分子互相交联形成网络结构的强度,其值越大,米饭的内聚性也越大[35]。此外,蒸煮特性中碘蓝值和米汤干物质含量均与弹性、黏附性呈极显著正相关(P<0.01)。碘蓝值和米汤干物质含量越高,表明在蒸煮过程中可溶性直链淀粉含量越多,米粒内淀粉糊化更加完全,米饭的黏弹性较好,适宜加工成方便米饭[36]。因此,与理化指标相比,糊化特性和蒸煮特性参数更能客观反映鲜湿方便米饭食味品质,但部分测定指标反映的信息存在重叠现象,有必要对各品质指标进行分类和简化,以提高评价效率[37]。

红色和蓝色分别表示正相关和负相关,颜色越深,说明相关性越强,*表示显著相关(P<0.05),**表示极显著相关(P<0.01)。图1 粳米与鲜湿方便米饭品质指标相关性分析Fig.1 Correlation analysis between rice and fresh instant rice quality indicators

2.4 鲜湿方便米饭品质指标的因子分析

因子分析是利用降维的思想,在损失很少信息的前提下把多个指标转化为几个综合指标的多元统计方法[23]。由于评价指标的量纲不同,需先按式(5)对数据进行标准化处理[8]。

(5)

式(5)中,Zi为标准化后的变量值,Xi为实际变量值,Xmin为变量中最小值,Xmax为变量中最大值。

将标准化后的鲜湿方便米饭的7个品质指标进行因子分析,结果见表4。由表4可知,特征值大于1的前2个主成分累计方差贡献率达到78.226%,说明前2个主成分能够代表全部指标的绝大部分信息[38]。因此,选择前2个因子进行旋转处理,使变量在每个因子上的载荷分配更清楚。变量在因子上的载荷绝对值越大,说明对该因子的影响更重要[39]。品质指标在各因子中的载荷值见表5。由表5可知,第1个因子代表的是硬度(X1)、内聚性(X3)、胶黏性(X5)、咀嚼性(X6),第2个因子代表的是黏附性(X2)、弹性(X4)、鲜湿方便米饭含水量(X7)。

表4 特征值及方差贡献率

表5 旋转后因子载荷和得分系数

通过回归法计算各变量在因子上的得分系数(表5),进而按式(6)和(7)计算因子1和因子2得分(F1和F2)。

F1=0.225X1-0.058X2+0.351X3-0.049X4+
0.359X5+0.239X6+0.103X7;

(6)

F2=0.060X1+0.412X2-0.254X3+0.407X4-
0.116X5+0.113X6-0.233X7。

(7)

根据旋转后各因子的方差贡献率和因子得分[40],按式(8)计算鲜湿方便米饭品质综合得分(F)。

(8)

式(8)中,F1、F2分别为鲜湿方便米饭品质指标的因子分析中因子1和因子2得分。

2.5 鲜湿方便米饭的原料筛选结果

2.5.1逐步回归分析

以因子分析计算得到的鲜湿方便米饭品质综合得分(表6)为因变量,原料粳米品质指标中变异系数大于10%且与鲜湿方便米饭品质有显著相关性的指标(长宽比、b*值、谷值黏度、崩解值、碘蓝值、米汤干物质含量)为自变量[37],通过SPSS 20.0统计分析软件对数据进行逐步回归分析。选择“步进法”引入和剔除自变量,标准分别为0.05和0.10。在6个自变量中,碘蓝值和崩解值对因变量有显著影响,其余自变量影响不显著被剔除,得出回归方程如式(9)。

表6 各品种鲜湿方便米饭的各因子得分及综合得分

y=1.907x碘蓝值-0.956x崩解值-0.518。

(9)

式(9)中,y为鲜湿方便米饭的品质得分,x碘蓝值和x崩解值分别为原料大米的碘蓝值和崩解值。

根据该回归方程可知粳米的碘蓝值和崩解值对鲜湿方便米饭的品质影响最大。因此,选取碘蓝值和崩解值作为筛选原料的核心评价指标。研究结果表明,碘蓝值和崩解值是影响米饭口感的关键因素,与前人的研究结果一致[26]。碘蓝值越高,米粒在蒸煮过程中溶出的直链淀粉越多,使米饭具有良好的适口性和黏弹性。崩解值较小说明米粒在蒸煮过程中颗粒不易破裂,有利于保持饭粒完整性,使米饭弹性好、更有嚼劲[31]。不同原料粳米的碘蓝值和崩解值存在差异,这与其自身淀粉、蛋白质、水分、脂质等含量不同有关,在蒸煮过程中各组分与大米淀粉相互作用影响碘蓝值和崩解值的大小,从而影响米饭食用口感[35]。

将标准化后的碘蓝值和崩解值代入回归方程中,计算各品种鲜湿方便米饭的品质预测得分,见表7。由表7可知,各品种鲜湿方便米饭品质预测得分最高的是绥粳306,得分最低的是吉洋1。感官评分与模型预测结果具有较高的相似性,说明预测得分越高,鲜湿方便米饭的食用品质越好。为了进一步验证模型的准确性,将各样品的预测得分与标准化后的感官评价结果进行线性拟合,见图2。由图2可知,拟合度R2达到0.706 4,说明鲜湿方便米饭品质预测得分与感官评分基本一致,基于该模型预测粳米品种是否适宜制作鲜湿方便米饭具有一定的可行性。

图2 感官评分与模型预测得分的拟合度验证Fig.2 Validation of fitting degree between sensory scores and model prediction scores

表7 鲜湿方便米饭的感官评分和模型预测得分

2.5.2聚类分析

以模型预测的30种鲜湿方便米饭品质得分为变量,根据样品的相似性并采用组间联接(平方欧式距离)法进行系统聚类,结果见图3。根据图3和表7中感官评分结果,在平方欧式距离为10处,将鲜湿方便米饭分为3类。结合表7中鲜湿方便米饭品质预测得分结果可知,第一类预测得分为0.28～1.08,第二类预测得分为-0.22～0.05,第三类预测得分为-1.17～ -0.41。第一类鲜湿方便米饭的预测得分较高,且感官评分也较高,说明食味品质较好。因此,将第一类列为优质鲜湿方便米饭。其中以绥粳306为原料制作的鲜湿方便米饭品质预测得分最高,将其列为最适宜的粳米品种。第一类鲜湿方便米饭的品质得分从高至低依次为:盐粳939、盐粳219、稻花香、绥粳302、金郁3号、辽粳433、辽星21号、绥粳28、盐丰47、吉粳830。影响品质得分的因素主要是各品种粳米的淀粉、蛋白质和脂肪等组分含量的不同,从而使碘蓝值和崩解值产生差异[29]。

图3 鲜湿方便米饭品质综合评分聚类分析Fig.3 Cluster analysis of comprehensive quality scores of fresh instant rice

3 结 论

通过对东北地区30种粳米及鲜湿方便米饭的品质指标进行变异系数和相关性分析,筛选出6个关键指标(长宽比、b*值、谷值黏度、崩解值、碘蓝值、米汤干物质含量),进一步采用因子分析和逐步回归分析,得到鲜湿方便米饭原料适宜性模型。经验证,模型预测得分与感官评分具有高度一致性,且模型中包含较少的指标。该模型可以简便科学地选择大米品种,并对鲜湿方便米饭的品质做出精准评价。基于聚类分析确定了制作鲜湿方便米饭综合品质较优的11种粳米,其中最适宜的品种是绥粳306。本研究旨在为鲜湿方便米饭的原料选择提供理论依据和技术支撑。