保鮮米飯工業化關鍵技術研究進展

孟慶虹,張守文,張志宏,嚴 松,王麗群,張英蕾,關海濤,盧淑雯

(1.哈爾濱商業大學食品工程學院,黑龍江哈爾濱 150076;2.黑龍江省農業科學院食品加工研究所,黑龍江哈爾濱 150086;3.黑龍江省農業科學院農產品質量安全研究所,黑龍江哈爾濱 150086)

中國在世界上100多個稻米生產國中產量位居第一,近10年來年均產量1.8～2.0 億t,占世界稻谷總產量的37%左右。但我國稻米加工業的發展相對于這種資源優勢明顯滯后,稻米加工產品種類比較單一,受市場價格波動影響明顯[1]。同時,人們對傳統主食大米有了更高要求,主食品工業化、社會化制成品的需求迅速上升,對稻米的需求己經由對量的追求轉向對質的追求[2]?！吨袊澄锱c營養發展綱要(2014-2020年)》明確提出,強化對主食類加工產品的營養科學指導,推進主食工業化、規模化發展;加快傳統食品生產的工業化改造,推進農產品綜合開發與利用。

保鮮米飯產業的興起,對中國傳統食品的工業化具有重要意義。保鮮米飯是指由工業化大規模生產的,未經過干燥,產品含水量較高,只需簡單加熱即可食用的方便食品,作為一種新興的又源于傳統的方便美食,發展前景不可估量[3]。日本及歐美國家近幾年在保鮮米飯技術上取得重大突破,已開發出數十種方便米飯,其生產工藝及生產設備已比較完善[4-5],我國現有的加工技術多借鑒于日本,還有待研發適合我國稻米品質與飲食習慣的加工技術。

本文主要針對不同保鮮米飯的工業化加工關鍵技術、原料篩選、品質及結構變化這三個方面的研究現狀、趨勢和待解決的問題進行綜述,以期為我國保鮮米飯的工業化研究提供參考。

1 保鮮米飯工業化加工關鍵技術

在一些發達國家的市場上,保鮮米飯在方便食品中的比重愈來愈高,既避免了方便面需要高溫油炸的缺點,又滿足了現代人快節奏生活下健康飲食消費的需求。保鮮米飯在日本的銷量僅次于方便面,年銷量3萬多噸[6],具有良好的發展前景。目前常用的保鮮米飯工業化加工關鍵技術主要包括無菌加工技術、高溫殺菌技術、超高壓技術及微波蒸汽技術。

1.1 無菌加工技術

無菌加工技術是將原料白米淘洗、浸泡,然后采用大鍋連續煮飯設備蒸煮,在無菌室內將米飯從飯鍋倒出拌勻,稱重，往容器里裝填，密封[7],由于所有的作業都在常壓常溫下進行,所以必須使用pH調整劑和脫氧劑等[8],因此使產品呈現酸感的現象不可避免。陳慧等對降低無菌米飯酸感進行了研究,建立了無菌米飯酸感評價方法,并發現大米食味、香味和新鮮度與米飯酸感評分呈現負相關,采用ε-聚賴氨酸替代葡萄糖酸-δ-內酯作為抑菌劑,能夠使無菌米飯酸感降低[9]。無菌加工技術的工藝流程要求從連續煮飯到單個容器充填包裝過程,必須在10000等級的無菌間中進行,在這一工藝過程中會產生大量水蒸氣[10],要注意無菌間的除濕,從而導致無菌加工技術生產成本較高。

1.2 高溫殺菌技術

高溫殺菌技術是將蒸煮好的米飯密封在氣密性較高的軟容器內,用12l ℃的條件加壓加熱殺菌[11]。飯粒表面淀粉糊化后發粘,長時間殺菌后米飯非常容易粘連,導致產品的食用品質下降,錢平等采取含氣調理殺菌技術,將軟罐頭充入一定量的氮氣后密封,再通過多階段升溫、兩階段冷卻的殺菌方式進行殺菌,米飯罐頭的中心溫度快速下降到40 ℃以下,可盡快脫離高溫狀態,從而提高保鮮米飯殺菌后的分散性及產品品質[12]。目前,對高溫殺菌技術的研究主要集中在蒸煮及殺菌工藝的改進研究[13]。

1.3 超高壓技術

超高壓技術是指將食品放入水、油等液體介質中,在100～1000 MPa壓力下進行處理[14]。2000年日本越后制藥成功地將超高壓技術應用于的保鮮米飯產業化生產。侯磊等針對浸泡和高壓處理對大米品質的影響做了初步研究,用檸檬酸溶液浸泡大米有利于提高其糊化度,再加上400 MPa壓強下糊化度的邊緣效應,能夠明顯降低大米的老化度,提高產品品質[15]。對煮飯前的精白米施以超高壓,得到長徑比短、粒型保持較好的米飯[14],其能容易與多種多樣的配料輔料混合,適用于批量性生產。超高壓技術制作保鮮米飯使得能耗增加,對設備要求過高,且超高壓裝置初期投入成本比較高,不利于產業化推廣。

1.4 微波蒸汽技術

日本首先將微波蒸汽技術應用于保鮮米飯制作[16],該技術是先將原料米加入部分水,用微波蒸汽設備預處理,蒸汽使米粒的表面形成一層糊化層,米粒內部則沒有熟化,然后對預處理的米再次加水至適量,用惰性氣體置換密封包裝,最終進行殺菌處理,將米飯完全熟化制成保鮮米飯。目前,國內還沒有關于微波蒸汽保鮮米飯的研究。微波腔室的內壓與煮飯水的沸點具有緊密的關系,微波蒸汽技術的核心在于提高水的沸點,使食物具有更好的口感。但是氣壓越高、沸點也越高,若沸點過高,米飯食味會變差,若沸點低,則米粒的表層無法在短時間內充分進行糊化[17]。目前關于該技術的研究主要圍繞工藝流程及參數優化,對于微波蒸汽過程中米的品質及結構變化及腔室內復雜的傳熱傳質過程還未深入研究。

2 保鮮米飯原料篩選

確定適宜的生產原料有利于獲得食味品質良好的保鮮米飯產品,是進行保鮮米飯生產首先要考慮的因素。因此,保鮮米飯在進行原料篩選時,必須要建立原料稻米品質評價方法,并進行加工適宜性研究。

2.1 原料稻米品質評價方法

原料米的碾磨品質、外觀品質及理化品質均與保鮮米飯的食味品質有密切關系[18]。稻米品質是個綜合性狀,主要包括碾磨品質、外觀品質、理化品質和食味品質四個方面[19]。評價碾磨品質的指標主要有:出糙率、碾白率、整精米率及精米率,整精米率是碾米品質中最重要的指標[20],整精米率越高的稻米,表明碾磨后的成品碎米率越低,該稻米品種的商品價值越高。外觀品質一般指精米的形狀、大小、堊白性狀等表觀物理特性[21-22],稻米的形狀一般以長度、寬度及其比值等表示,分為長粒型、中粒型和圓粒型,對米粒長度及形狀的嗜好,因各地消費者的生活習慣和食用喜好而異;而稻米的堊白是指未成熟的米粒,易在碾磨過程中產生碎米。理化品質指標包括:膠稠度、直鏈淀粉含量、米率延伸性、蛋白質含量、大米吸水率、糊化特性及質構特性等,這些指標均與稻米食味品質有關[19]。食味品質的感官評價項目,包括米飯的外觀、氣味、味道、口感、冷飯質地及綜合評分,通常用綜合評分表示最終結果[23]。稻米品質受品種、產地、氣候、收獲、干燥、加工、炊飯方法等因素影響,稻米品質的有效評價在粳稻的選育、生產、加工等過程都有重要的指導作用。

2.2 米飯原料與其品質特性關系的研究

米飯的口感與原料米的直鏈淀粉含量、蛋白質等化學性質相關性較高[24]。Suwansri和Meullenet研究發現方便米飯的消費者接受度可以用表觀直鏈淀粉、蛋白質、膠稠度、米粒延伸性等理化性質進行預測[25];Champagne等人也嘗試用大米理化性質預測米飯的質地口感[26]。陳天鵬等對凍干方便米飯的原料適應性進行了研究[27],對感官品質與大米的直鏈淀粉含量、蛋白含量以及物性指標的進行相關性分析,得出了低直鏈淀粉含量的品種更適合加工成凍干方便米飯;熊善柏[28]以21種不同品種稻米為實驗對象,研究適宜方便米飯生產的原料,結果表明方便米飯的食味品質因稻米品種的不同會產生較大差異,稻米種類對米飯的膨脹率、碘藍值、酶解率等理化指標影響較大,粳稻生產的方便米飯產品品質要優于秈稻和糯稻。王佳等以38個稻米品種為原料進行方便米飯制備,證實用大米理化指標的線性方程描述方便米飯的食味品質具有較高的擬合度。陳正行等精選37個品種稻米制作方便米飯[29],對大米的理化性質與方便米飯的質構性質和感官品質之間進行了Pearson相關性分析,證明直鏈淀粉及蛋白質含量低,吸水率和體積膨脹率小的稻米品種制作的方便米飯食味品質較好。王莉等通過因子分析、聚類分析對米飯的原料適應性進行研究[30],篩選出最低粘度、峰值粘度、回生值、糊化溫度、直鏈淀粉含量、蛋白含量、膨脹體積等12個原料品質指標。

從以上的研究報道可以看出,保鮮米飯的原料篩選對提升保鮮米飯品質有重要影響,因此,如何建立快速簡便、可靠性和重復性好、又能夠容易實現標準化的保鮮米飯加工適宜性評價體系就顯得尤為必要。

3 米飯加工過程品質及結構變化

蒸煮、超高壓、微波等不同的加熱方式會對米飯的理化品質及微觀結構產生不同的影響[31-32]。

3.1 米飯加工過程理化品質的變化

不同蒸煮方法對米飯糊化程度有影響,進而影響米飯的硬度、彈性、粘性等最終食味品質。徐潤琪[33]指出米飯的細胞壁反映飯粒的彈性,糊化淀粉表征飯粒的粘性,加水量會對蒸煮過程中米粒細胞壁的破壞程度以及淀粉糊化程度產生影響[34]。較低溫度下蒸煮的米飯的硬度較大,較高溫度下蒸煮米飯的黏性較大[1,35]。詹耀[36]研究了超高壓處理對糙米膠稠度、質構特性、粘度曲線、糊化特性等物理特性的影響,發現500和600 MPa的超高壓處理,降低了達到吞咽所需的咀嚼度,會使糙米飯更容易咀嚼,同時提高了糙米的膠稠度,使糙米飯變軟,并得到更好的粘性,進而改善糙米的口感。高壓處理保鮮米飯與普通蒸煮米飯相比較,前者在全程保存期的糊化度都高,微波加熱后比剛剛煮飯后的糊化度高;且隨保存期的延長,高壓處理米飯經過微波加熱復原時的糊化度增高,保存期達到15 d以后糊化度接近了100%[37]。許金東[38]采用微波和常壓方式蒸煮米飯,比較了不同方式蒸煮米飯的理化品質,結果表明:與常壓蒸煮米飯相比,微波蒸煮的新鮮米飯結合水含量較大,米飯質地柔軟、黏彈性及感官品質較好,但老化速度較常壓蒸煮快。

3.2 米飯加工過程微觀結構的變化

米飯微觀結構研究的手段包括掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscope,SEM),X射線衍射、核磁共振技術(Nuclear magnetic resonance technology,NMR)等,這些技術可直觀或間接地測定出蒸煮過程中米粒中淀粉、蛋白質、脂類等的變化情況,解析米粒吸水路徑、籽粒內部水分分布等[39],還能有效地研究不同加工技術的炊飯機理,為保鮮米飯食味品質的提高奠定基礎。大米蒸煮后水溶性蛋白和游離氨基酸含量有不同程度的提高[40]。段小明采用低場核磁共振分析得出,400 MPa超高壓處理使米飯中結合水的流動性增加,促進米飯中其他狀態水向自由水轉化[41]。鄭志[42]研究了100、106和110 ℃蒸煮條件下制得的保鮮米飯,發現隨著蒸煮溫度的升高,100 ℃蒸煮條件下制得樣品的表面結構多孔且粗糙,而106、110 ℃溫度下制得的樣品表面則趨于平滑。微波加工米飯的過程中,微波蒸煮比常壓蒸煮對米飯中淀粉、蛋白質和脂類等的分子結構影響要大,因為微波作用會使組成米飯的高分子化合物中正、負電子云呈兩極化分布,并隨微波電場方向變化作高頻轉換[43]。許金東[37]研究了微波蒸煮對米飯品質的影響,結果表明微波蒸煮米飯的直鏈淀粉溢出量較大,淀粉顆粒的膨脹度較大,淀粉顆粒間的間隙較小,米飯結構較致密。目前關于不同方式米飯加工過程的研究報道較少,還需進一步利用新的科技手段探討米粒內部的大分子物質動態變化過程,解析保鮮米飯的炊飯機理。

4 問題與展望

我國現有保鮮米飯目前采用兩種主要加工技術,一是無菌加工技術,將蒸煮好的米飯在無菌狀態下包裝,生產過程中為了抑制有害微生物生長,需加入pH調整劑,使米飯的pH調整到5左右,加熱后品嘗有明顯酸味[44],且米飯有硬心,所以部分產品制作成蓋澆飯的形式,以菜肴的濃重味道和湯汁掩蓋米飯的酸味并增加米飯水分,但改善效果一般;二是高溫殺菌技術,其采用普通蒸煮與高溫殺菌相結合,大米經過總時長為60 min的兩次完全熟化,無法保持新鮮米飯的食味與質構,米飯粘結成團,食用時口感發渣、沒有彈性及潤滑感,消費者重復購買的意愿不強。因此,如何使保鮮米飯實現傳統米飯的食味,一直是研究者關注的焦點。

可以借鑒國際的先進技術,結合自有技術,從保鮮米飯工業化關鍵技術入手,嘗試多種炊飯方式相結合,并深入探討炊飯機理,有效解決米飯粘結的問題;另外,我國稻米產量大,品種繁多,更新換代速度快,要提高產品的食味,必須進行稻米加工適宜性研究。相信隨著科學的發展,必將通過技術集成創新推進保鮮米飯產業發展,實現稻谷加工應有的經濟和社會效益。

[1]陳正行,王韌,王莉,等.稻米及其副產品深加工技術研究進展[J]. 食品與生物技術學報,2012,31(4):355-364.

[2]姚惠源.糧食加工企業的產業定位和產業規劃[J]. 糧食與食品工業,2014,21(6):3-5.

[3]周歡偉,徐哲定,鄭奕才.節能環保的保鮮米飯生產線前置處理優化設計[J].機械工程師,2017(9):99-101.

[4]KWAK H S,KIM H G,KIM H S,et al. Sensory characteristics and consumer acceptance of frozen cooked rice by rapid freezing process compared to home-made and aseptic packaged cooked rice[J]. Preventive Nutrition and Food Science,2013,18:61-75.

[5]PORITOSH R,TSUTOM U I,Da I N,et al. Life cycle inventory(LCI)of different forms of rice consumed in house-holds in Japan[J]. Journal of Food Engineering,2009,91:49-55.

[6]増田敏郎. 無菌及びその他製法による炊飯技術について[J].食品機械裝置,2004(9):45-49.

[7]影山源三郎. 無菌月少夕米飯刃制造方法:日本,特開平9-172992[P]. 1997

[8]金本繁晴.新無菌化包裝米飯的制作工藝[J]. 農產品加工,2008(1):55-56.

[9]陳慧,陸婭,鄧莉瓊,等.降低方便米飯酸感影響研究[J]. 糧食與油脂,2013,26(5):9-11.

[10]王曉波.無菌包裝米飯的現狀及將來[C]. 上海市糧油科技學術報告會、上海市糧油學會2004年學術年會論文匯編. 上海:上海糧油行業協會,2004:77-82.

[11]劉佳玲.高溫殺菌常溫流通米飯制造技術[J].食品工業(臺灣),1995,27(6):23-29.

[12]錢平,王智渝,李艷青.一種新型軟包裝米飯罐頭工藝研究[J].食品科技,2002(6):29-33.

[13]張佩璐,杜雯楊,伊然,等.新型方便米飯的生產加工工藝[J]. 黑龍江科技信息,2013(16):54-55.

[14]YAMAKURAM,HARAGUCHIK,OKADOME H,et al. Effects of soaking and high-pressure treatment on the qualities of cooked rice[J]. Journal of Applied Glycoscience,2005,52(2):85-93.

[15]侯磊,沈群. 浸泡和超高壓預處理對大米品質的影響[J].糧油食品科技,2012,20(2):1-4.

[16]増田敏郎. 包裝アーカイブス[J]. 日本包裝學會誌,2011,20(5):447-458.

[17]天野裕文,孫慧先,井上文夫,等. 包裝米飯的制造方法:中國,ZL201210304018.1[P]. 2013-03-06.

[18]HAN S K,MISOOK K,YOUNGSEUNG L,et al. Identification of key sensory attributes for consumer acceptance and instrumental quality of aseptic-packaged cooked rice[J]. International Journal of Food Science & Technology,2014(9):1-9.

[19]孟慶虹,李霞輝,盧淑雯,等.黑龍江省粳稻品種的品質現狀與評價[J]. 黑龍江農業科學,2010(6):108-113.

[20]任廣躍,李秀娟,尹君,等.稻米品質檢測技術研究進展及展望[J]. 中國糧油學報,2014,29(2):115-120.

[21]ALIZADEH M R. Effect of paddy husked ratio on rice breakage and whiteness during milling process[J]. Australian Journal of Crop Science,2011(5):562-565.

[22]BAGHERI I,DEHPOUR M B,PAYMAN S H,et al. Rupture strength of brown rice varieties as affected by moisture content and loading rate[J]. Australian Journal of Crop Science,2011(10):1239-1246.

[23]扶定,王青林,趙萬兵,等.基于主成分分析的稻米品質評價及聚類分析[J]. 湖北農業科學,2013,52(15):3488-3491.

[24]CHRISTIAN M,FABIENNE R,BRIGITTE P,et al. Sensory texture of cooked rice is rather linked to chemical than to physical characteristics of raw grain[J]. Journal of Cereal Science,2011,53:81-89.

[25]SUWANSRI S,MEULLENET J F. Physicochemical characterization and consumer acceptance by Asian consumers of aromatic Jasmine rice[J]. Journal of Food Science,2004,69:30-37.

[26]CHAMPAGNE E T,KAREN L B,BRYAN T V,et al. Correlation between cooked rice texture and rapid visco analyze measurements[J]. Cereal Chemistry,1999,76:764-771.

[27]陳天鵬,李里特,錢平.凍干方便米飯品質評價方法及原料適應性的研究[J]. 中國糧油學報,2006,21(1):15-19.

[28]熊善柏,趙思明,劉友明,等. 方便米飯的原料適應性與品質特性研究[J]. 糧食與飼料工業,2002(1):41-43.

[29]陳正行,王莉,王韌,等.方便米飯感官品質與稻米的理化性質和質構性質研究[C]. 第十四屆國際谷物科技與面包大會暨國際油料與油脂科技發展論壇論文集. 北京:國際谷物科技協會(ICC)和中國糧油學會(CCOA),2014:84-85.

[30]王莉,張子騰,趙鑫,等.方便米飯加工工藝及生產原料適應性研究[J].農產品加工,2010(12):58-61.

[31]MARCELO O,BELLO M A,LOUBES R J,et al. Hydrothermal treatment of rough rice:effect of processing conditions on product attributes[J]. Journal of Food Science and Technology,2014(9):1-8.

[32]NIRAV D J,DEBABANDYA M,DINESH C J,et al. Puffing Characteristics of parboiled pilled rice in a domestic convective-microwave oven and process optimization[J]. Food and Bioprocess Technology,2014(7):1678-1688.

[33]徐潤琪.大米品質評價技術的開發研究一米飯含水率及糊化度對米飯品質的影響[J].四川工業學院學報,2003,22(1):45-49.

[34]JAMES P,XIAOFANG G,YA JANE W,et al. Chemometric analysis of cooked rice texture in relation to starch fine structure and leaching characteristics[J]. Starch,2010,26(3-4):188-197.

[35]許永亮,熊善柏,趙思明. 蒸煮工藝和化學成分對米飯應力松弛特性的影響. 農業工程學報. 2007(10):235-240.

[36]詹耀.超高壓處理對糙米物性品質的影響研究[D]. 杭州:浙江大學,2014:18-25.

[37]山崎彬. 炊飯米:日本,特開平291424[P].2002

[38]許金東.微波蒸煮對米飯品質的影響[D].武漢:華中農業大學,2007:16-22.

[39]Hwang S S,Cheng Y C,Chang C,et al. Magnetic resonance imaging and analyses of tempering processes in rice kernels[J]. Cereal Science,2009:50(1):36-42.

[40]龔婷,趙思明,熊善柏,等. 蒸煮工藝對米飯蛋白質及氨基酸的影響. 中國糧油學報. 2008(4):14-17.

[41]段小明. 大米超高壓處理對米飯貯藏品質的影響[D]. 錦州:渤海大學,2015:58-59.

[42]鄭志,張原箕,周會喜,等. 蒸煮溫度對方便米飯特性的影響. 食品科學. 2010,31(3):83-86.