紅外預處理改善糙米品質的研究

金 建，馬海樂，*，閆景坤，涂海峰，吳 平，曲文娟

（1.江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇省農產品物理加工重點實驗室，江蘇鎮江212013；2.中央儲備糧上海閔行直屬庫，上海200241）

紅外預處理改善糙米品質的研究

金 建1，馬海樂1，*，閆景坤1，涂海峰2，吳 平1，曲文娟1

（1.江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇省農產品物理加工重點實驗室，江蘇鎮江212013；2.中央儲備糧上海閔行直屬庫，上海200241）

利用紅外輻射對糙米進行預處理，考察了糙米初始水分含量、紅外輻射距離和處理時間對糙米品質的影響，同時，采用掃描電鏡觀察處理前后糙米的表觀形貌。在糙米初始水分含量15%，紅外輻射距離20cm和處理時間5min時，糙米的殘余脂肪酶活為69.8%，相對過氧化氫酶活為70.8%，脂肪酸值降低9.5mg KOH/100g糙米。經紅外輻射處理后，糙米的表面形成小孔，內部淀粉顆粒棱角消失。結果表明：紅外預處理能夠穩定糙米脂肪酶酶活。實驗結果為提高糙米安全儲藏周期與改善其蒸煮特性提供理論基礎。

糙米，紅外輻射，殘余脂肪酶酶活，脂肪酸值，蒸煮特性

糙米是指脫殼后仍保留著外層組織的稻米，其含有豐富的營養素和多種精米所缺乏的天然生物活性物質如γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、γ-谷維醇、神經酰胺[1-2]。研究表明，糙米有防治糖尿病、抗癌等功效[3-7]，美國FDA已將其列為全谷物健康食品，倡議直接食用[1]。但是，由于糙米中含有較高含量的脂類，易在脂肪酶和微生物的作用下發生酸敗[8]、耐儲藏性差，限制了糙米營養價值的開發和利用。此外，由于糙米透水性差，使得蒸煮性差、質地堅硬、口感不佳，一般很少直接食用。目前，國內外許多學者致力于穩定糙米脂肪酶活的研究，先后有熱處理、有機溶劑提取、乙醇處理、油減壓加熱處理及過熱蒸汽處理等。然而，化學試劑的殘留、熱處理營養成分的損失等都會使糙米品質受損[9-11]。紅外輻射加熱具有很強的選擇性加熱特點，被加熱物體的吸收率遠大于周圍空氣，熱能均勻，有一定的穿透效應，熱效應和過程效率較高，且干燥時間短、處理效率高、較少能量消耗以及較高的產品質量等優勢[12-17]，該技術已用于農副產品的脫水干燥、酶的鈍化和稻谷殺蟲、防霉等。目前，紅外輻射用于穩定糙米脂肪酶活的研究還未見報道。因此，本研究擬采用紅外輻射的方法處理糙米，分析糙米初始水分含量、紅外輻射距離和處理時間對糙米理化指標和蒸煮特性的影響，獲得穩定糙米脂肪酶活和改善蒸煮特性的最佳處理條件，以期能提高糙米安全儲藏周期，同時，為糙米營養價值的開發和利用提供基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮粳稻糙米 中儲糧上海閔行直屬庫，初始水分含量為13.6%±0.1%；橄欖油 歐麗薇蘭特級初榨；其他化學試劑 均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司。

催化式紅外加熱器 堪薩斯催化工業集團有限公司（圖1）；TM 350+紅外測溫儀 香港泰克曼電子儀器控股有限公司；Fz-4藥材調料高速粉碎機 溫嶺市百樂粉碎設備廠；101-3電熱恒溫干燥箱 金壇市醫療儀器廠；WFJ7200可見光分光光度計 尤尼柯上海儀器有限公司；BS224S分析天平 北京賽多利斯儀器系統有限公司；HH-S2數顯恒溫水浴箱 金壇市醫療儀器廠；Hitachi S-3400N掃描電子顯微鏡 日立高新技術國際貿易有限公司。

圖1 催化式紅外裝置示意圖Fig.1 Flameless gas infrared catalytic heater

1.2 實驗方法

1.2.1 紅外輻射預處理糙米 準確稱取200g糙米（平鋪至托盤厚度為0.8cm），加水調質至水分含量為13.6%～18.0%，保鮮膜密封，于4℃冰箱中靜置、平衡12h。打開紅外輻射裝置，待紅外輻射板溫度穩定后，調節紅外輻射距離10～30cm，處理3～7m in，用紅外測溫儀分析處理后糙米的表面溫度。待樣品冷至室溫后，一部分糙米用手提式粉碎機粉碎，并過CQ16篩（40目），篩下物用于理化指標的測定；剩余整粒糙米用于蒸煮特性的測定。

1.2.2 理化指標和蒸煮特性的測定

1.2.2.1 常規理化指標分析 水分含量采用GB5497-1985中105℃恒重法測定。按照GB/T20569-2006分析處理前后糙米的脂肪酸值，脂肪酸值變化量定義為：

脂肪酸值變化量=處理后的糙米脂肪酸值-處理前的糙米脂肪酸值。

1.2.2.2 相對過氧化氫酶活的測定 按照GB/T5522-2008測定過氧化氫酶活，相對過氧化氫酶活定義為：

相對過氧化酶活（%）=處理后的糙米的過氧化酶活/處理前的糙米的過氧化酶活×100 式（1）

1.2.2.3 殘余脂肪酶活的測定 按照GB/T5523-2008測定脂肪酶活，殘余脂肪酶活定義為：

殘余脂肪酶活（%）=處理后的糙米的脂肪酶酶活/處理前的糙米的脂肪酶酶活×100 式（2）

1.2.2.4 碘藍值測定 處理前后糙米的碘藍值參照文獻[18]的方法。準確稱取0.50g糙米粉50m L比色管中，加水25m L于40℃下振動浸提1h，定容50m L，離心分離（3000r/m in，15m in），取上清液5m L，加入0.5m L KI-I2溶液、0.5m L 0.1mol/L HCl溶液，加水定容至50m L，靜置15m in后于620nm處測定吸光值，即為碘藍值，以吸光值與每克糙米（干基）的比值表示。

1.2.2.5 吸水量與可溶性固形物含量測定 參照文獻[19]的方法并稍作修改。稱取糙米1.50g置于試管中，用移液管加入15m L蒸餾水，加塞，置于80℃水浴中30m in。取出，準確移取10m L湯汁于已知恒重的稱量瓶中，于130℃恒溫烘箱中烘干8h，冷卻、稱重，與稱量瓶的質量差，即為可溶性固形物含量，以每100g糙米的溶出物質量表示。倒出試管中的糙米粒，用濾紙吸干米粒表面水分，測定質量，與烘干后的糙米質量差為糙米的吸水量，以每克吸收的水分質量表示。

1.2.3 掃描電鏡觀察 用小刀將糙米沿垂直于長軸的方向切成約2mm的剖面，分別用雙面膠將整粒糙米和剖片粘在樣品臺上，鍍上一層電鍍層，使用Hitachi S-3400N掃描電子顯微鏡在15kV的加速電壓下觀察樣品的表觀形貌。

2 結果與分析

2.1 初始水分含量對糙米品質的影響

在紅外輻射距離為25cm，處理時間為3m in，糙米初始水分含量對其理化指標和蒸煮特性的影響如表1所示。從表1中可以看出，糙米的初始水分含量越高，處理后糙米的水分含量越高，且糙米的表面溫度顯著升高（p＜0.05），可能是水分子與熱的共同作用結果。紅外處理后，糙米的脂肪酸值顯著降低（p＜0.05），可能是由于紅外使游離脂肪酸進一步降解為醛、酮等物質[20]，當初始水分含量過高時，脂肪酸值反而有所升高。相對過氧化氫酶活隨初始水分含量的增高而顯著下降（p＜0.05），當水分含量為18%時，相對過氧化氫酶活為60.9%，這是因為過氧化氫酶是熱敏性酶，水分含量越高，水分子受熱量的作用越明顯；但是，在糙米儲藏中，過氧化氫酶起到解除呼吸傷害的作用，使糙米一直處于“活米”狀態[21]。糙米初始水分含量為15%時，殘余脂肪酶活為83.8%，這表明紅外預處理能起到鈍化脂肪酶的作用；隨著水分含量的增加，殘余脂肪酶活呈上升趨勢，這與脂肪酸值變化量相一致。糙米水分含量為15%時，糙米的脂肪酸值顯著下降，在糙米脂肪酶活得到顯著（p＜0.05）穩定的同時，能最大限度保持過氧化氫酶活。

表1 初始水分含量對糙米品質的影響Table 1 The effects of initialwater contenton the quality of brown rice

碘藍值能間接反映出直鏈淀粉的含量高低。碘藍值越高，直鏈淀粉含量就越高，蒸煮特性越佳；碘藍值的變化是水分和淀粉在紅外輻射熱作用下的共同結果。另一方面，糙米的吸水量與可溶性固形物呈“互補”趨勢，紅外處理后，糙米的水分含量越高，吸水量就越低，即吸水量與可溶性固形物含量可能存在一個平衡點。當糙米初始水分含量為15%時，蒸煮特性得到顯著性提高（p＜0.05）。

因此，綜合考慮各理化指標和蒸煮特性的變化規律，選擇糙米的初始水分含量為15%。

2.2 紅外輻射距離對糙米品質的影響

在糙米初始水分含量為15%，處理時間為3min，紅外輻射距離對糙米各理化指標和蒸煮特性的影響如表2所示。可以看出，輻射距離越大，紅外處理后糙米的水分含量越高，這是因為紅外輻射以熱輻射為主，其次是紅外線引起分子的擺動而導致水分的散失。隨著紅外輻射距離的增加，脂肪酸值呈先減小后增加的趨勢，在距離為25cm時，脂肪酸值變化量達到最大值，與距離為20cm相比，不存在顯著性差異（p＜0.05）。脂肪酸值的這一變化規律可能是由于糙米中脂肪酸降解成小分子類物質與熱量有關；另一方面，酯類物質的水解會生成游離脂肪酸。在紅外輻射距離為20cm時，糙米的殘余脂肪酶活為76.8%，顯著低于其他條件下處理后的酶活（p＜0.05）。隨著紅外輻射距離的減小，過氧化氫酶活性喪失越高，輻射高度為10cm時，其相對酶活僅為44.5%，進一步揭示過氧化氫酶是一種熱敏性的酶。糙米的碘藍值、吸水量和可溶性固形物含量變化趨勢一致，在一定范圍內對糙米的蒸煮特性影響較小。因此，綜合考慮各理化指標和蒸煮特性的變化規律，著重考慮酶活的穩定情況，選擇紅外輻射距離20cm為宜。

2.3 紅外處理時間對糙米品質的影響

在糙米初始水分含量為15%，紅外輻射距離為20cm，處理時間對糙米理化指標和蒸煮特性的影響如表3所示。可以看出，在一定初始水分含量和輻射距離條件下，紅外處理時間越長，糙米的最終水分含量越低，3～4m in內水分變化率較大，這是因為這段時間的水分梯度較大，傳質推動力大；輻射時間越長，糙米的表面溫度顯著升高（p＜0.05）。3～5m in的紅外處理能有效減少游離脂肪酸的含量；紅外處理時間越長，過氧化氫酶活和殘余脂肪酶的活性越低，但是，脂肪酶的活性下降速率比過氧化氫酶的要低得多，殘余脂肪酶活總比過氧化氫酶的高。同時，延長處理時間，糙米的色澤加深。

表2 紅外輻射距離對糙米品質的影響Table 2 The effects of IR irradiation distances on the quality of brown rice

表3 處理時間對糙米品質的影響Table 3 The effects of treatment time on the quality of brown rice

經紅外處理后，糙米的碘藍值和可溶性固形物含量升高，這表明紅外處理有助于糙米可溶性直鏈淀粉的溶出，有助于水分向米粒內部遷移，進而能夠改善糙米的蒸煮特性。因此，選擇5m in為最佳處理時間。在此條件下，糙米的殘余脂肪酶活為69.8%，相對過氧化氫酶活為70.8%；糙米的蒸煮特性得到顯著性改善（p＜0.05）。

2.4 掃描電鏡觀察

圖2 處理前后糙米的表觀形貌Fig.2 SEM images of brown rice注：表面圖：a.對照組，b.紅外組；剖面圖：c.對照組，d.紅外組。

圖2為紅外輻射處理前后糙米的掃描電鏡圖。從圖2中可以看出，糙米表面有比較規整的紋理，經遠紅外處理后（圖2b），糙米表面的紋理得到破壞，形成了無數的小孔和細小的裂紋，蒸煮時，水分能夠遷移到糙米內部，引起吸水率增高或者米湯中可溶性固形物含量升高；圖2c和d表明，糙米經紅外處理后，內部淀粉晶格的棱角明顯被破壞，變得比較圓滑，但是各顆粒能獨立存在，沒有晶格塌陷現象的發生，揭示了糙米具有很好的持水性。

3 結論

3.1 糙米的初始水分含量為15%，紅外輻射距離為20cm，處理時間為5m in的條件下，糙米的殘余脂肪酶活為69.8%，過氧化氫酶活為70.8%，脂肪酸值降低9.5mg KOH/100g糙米，紅外預處理穩定了脂肪酶和過氧化氫酶的酶活，能夠為保證糙米的儲藏安全提供理論基礎。

3.2 經紅外處理后，糙米的碘藍值和可溶性固形物含量升高，揭示紅外預處理能夠改善糙米的通透性，提高糙米的蒸煮特性。

3.3 通過掃描電鏡觀察，經紅外處理后，糙米表面有小孔和細紋的形成，淀粉顆粒變得比較圓滑，進一步表明紅外預處理能夠改善糙米的通透性，利于蒸煮特性的改善。

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Study on im provementof the quality of brown rice by infrared pretreatment

JIN Jian1，M A Hai-le1，*，YAN Jing-kun1，TU Hai-feng2，WU Ping1，QUW en-juan1

（1.School of Food and Biological Engineering，Jiangsu University，Jiangsu Provincial Key Lab of Physics Processing of Agri-products，Zhenjiang 212013，China；2.ShanghaiMinhang Depot，Central Grain Reserves，Shanghai200241，China）

The infrared（IR）p retreatmentwas used to investigate the quality of b rown rice（BR）.Various factors，such as the initial moisture content of BR，IR irradiation distance and treatment time on quality of BR were exam ined.Meanwhile，surface morphologies of BR before and after treatment were observed by scanning electronm icroscope（SEM）.The results showed that the residualof lipase activity and catalase activity of treated BR was 69.8%and 70.8%，respec tively，and the free fatty acid value was dec reased 9.5mg KOH/（100g BR）when the initialwater content of BR，IR irrad iation distance and treatment time was controlled at 15%，20cm，and 5m in，respec tively.In addition，the surface of treated BR formed many m icrospores，and the edges of starch granules disappeared.Therefore，these results revealed that IR p retreatment could not only stabilize the lipase enzyme activity of BR to ensure the safety storage，butalso im p rove the cooking quality of BR.

brown rice（BR）；IR p retreatment；residual lipase enzyme activity；fatty acid value；cooking quality

TS210.1

A

1002-0306（2014）18-0128-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.18.018

2014－01－03 *通訊聯系人

金建（1986-），男，碩士研究生，研究方向：農產品物理加工。

國家公益性行業（農業）科研專項（201003077）；江蘇省國際科技合作計劃項目（BZ2012052）；江蘇高校優勢學科建設工程資助項目；江蘇省普通高校研究生科研創新計劃（CXZZ12_0699）。