調質溫度和時間對黑糯米半干法制粉品質的影響

孫 威,陳 軒,莊 坤,曾蓓蓓,呂慶云

(武漢輕工大學食品科學與工程學院,農產品加工與轉化湖北省重點實驗室(武漢輕工大學), 大宗糧油精深加工教育部重點實驗室(武漢輕工大學),湖北武漢 430023)

黑糯米即紫米,是水稻的一個品種,學名OryzasativaL. spp. Keng Ting,喬本科,稻屬。我國黑糯米主要產自廣西、江西、浙江、貴州、福建、江蘇等地。黑糯米種皮因含有花青素呈紫黑色,去掉種皮后的米粒與精白米無異,而與其他品種的糯米相比,黑糯米含有較高的維生素B2、纖維素、蛋白質[1]。張俊巍等[2]將遵義香血糯、遵義黑優粘、惠水黑優粘三種黑糯米與貴州白米的微量元素含量檢測進行比較,結果顯示,除了硒含量以外,鋅、錳、鉀、鈣、鎂等微量元素遠遠高出貴州白米。

黑糯米中的花青素屬于一類功能性物質。傅翠真等[3]采用中草藥化學成分系統預試法,將黑糯米碾磨成粉末提取其中有效的藥用成分,分析得黑糯米中含有水溶性花青素、強心苷、生物堿和植物甾醇等成分,這些營養成分對產婦和心理衰弱人群具有滋補作用。徐杰等[4]對貴州黑糯米種皮中的成分分析,結果顯示,種皮中的脂溶性成分主要是葉綠素a、α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、亞油酸等,采用高效液相色譜法證實種皮中的色素主要是矢車菊花色素-3-G和矢車菊花色素-3-GG。其中亞油酸為不飽和脂肪酸,有降低膽固醇的作用[5]。有研究表明,矢車菊花色素-3-G可以顯著減少大鼠血清中脂質過氧化物的產生,從而減少其肝臟缺血再灌注引起的自由基損傷,防止血清中的VC被氧化[6],作為營養因子添加在食物中,對肥胖癥和糖尿病有一定的預防作用[7]。

花色苷是一種黃酮類的化合物,存在于黑糯米表皮中的花色苷是黑糯米呈現黑色的主要原因,花色苷是黑糯米色素抗氧化作用的物質基礎[8],并具有調節血脂的作用[9]。目前國內對于花色苷含量的測定,一般采用比色法計算色價來表示其相對含量[10]。色價是天然色素的主要質量指標之一,能從一定程度上反映色素含量的高低。

目前,我國的糯米粉的制粉方法有濕法制粉、半干法制粉和干法制粉三種方法。濕法制粉的粉質細膩,但是耗水量較大,周期較長[11]。干法制粉工藝簡單,不產生廢水,降低了產品滋生微生物的風險,可以更好地保留蛋白質、脂質和灰分等營養成分,但耗能高,且對淀粉損傷較大,粉質粗糙,出粉率較低[12]。半干法一般是將物料充分潤濕,使糯米的淀粉顆粒充分疏松,再烘干至一定水分進行粉碎,與干法制得的粉相比,糯米粉的粒度更小,且更節省水資源,降低生產成本,工藝也較為簡單[13]。半干法磨制可以獲得與濕磨相近的谷物粉品質。張玉榮等[14]通過響應面試驗方法得到半干法、濕法、干法的最優工藝參數,從粒度、理化特性、糊化特性等方面比較了不同制粉方法對糯米粉品質的影響,發現半干法的保水力最大,凍融穩定性最好,粉質特性更接近于濕法制粉。Tong等[15]在水分33%時進行半干法制備湯圓糯米粉,可以保護淀粉顆粒,降低糯米粉的損傷程度,對糯米粉的品質特性有一定的保護作用。

本文通過研究半干法制黑糯米粉工藝,探討不同調質溫度和時間對黑糯米粉品質特性的影響,以期為減少實際生產中黑糯米粉花青素的流失、提高糯米粉質特性、節能降耗及選擇合適的生產參數條件提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑糯米 安徽燕之坊食品有限公司;鹽酸、95%乙醇等化學試劑 國藥集團化學試劑有限公司,均為分析純。

Enspire多功能酶標儀 美國鉑金埃爾默公司;HH-4數顯恒溫水浴鍋 上海一恒設備有限公司;AL204電子天平 美國梅特勒公司;TD6M離心機 長沙平凡儀器儀表有限公司;JYL-C020E多功能料理機 九陽股份有限公司;快速黏度儀 瑞典Perten公司;CR-10色度儀 日本KONICA MINOLTA公司;MS3000激光粒度儀 英國馬爾文儀器有限公司;DHG-914385電熱恒溫鼓風干燥箱 上海新苗醫療器械制造有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 半干法制備黑糯米粉的工藝 參考周顯青等[16]和Tong等[17]的方法。稱取50.0 g黑糯米于潔凈干燥的燒杯中,加170 mL蒸餾水,分別置于不同的水浴溫度中浸泡調質水分,調質一段時間后,40 ℃干燥至水分含量約20%,取出冷卻至室溫,粉碎后過100目篩,篩下物即為成品,密封常溫保存,進行后續品質特性實驗,每個樣品3組平行實驗。

1.2.2 調質對黑糯米制粉品質的影響

1.2.2.1 調質溫度對黑糯米制粉品質的影響 固定調質時間均為4 h,調質溫度分別為15、25、35、45、55 ℃,其他實驗條件按照1.2.1進行,制備實驗樣品。

1.2.2.2 調質時間對黑糯米制粉品質的影響 固定調質溫度均為35 ℃,調質時間分別為2、3、4、5、6 h,按照1.2.1進行,制備實驗樣品。

1.2.3 黑糯米粉品質指標的測定

1.2.3.1 色素含量的測定 參照NY/T 832-2004標準中附錄A的方法檢測[18],略有改動。稱取1.00 g(以干基計)的樣品于索氏抽提器中,加入100 mL濃度1.5 mol/L的HCl-95%乙醇混合液(HCl∶95%乙醇=15∶85,V/V),80 ℃恒溫水浴1 h,浸提完畢,冷卻至室溫,吸取上清液用0.45 μm濾膜過濾,稀釋10倍后,在535 nm波長處檢測吸光度值A,上機量為30 μL。按式(1)計算:

E=10A/W

式(1)

式中:E-色價,即1 g黑糯米粉所含色素溶于100 mL酸性乙醇溶液,在535 nm吸收波長處測得的吸光度值;A-上機液吸光度值;10-稀釋倍數;W-樣品質量,g。

1.2.3.2 色度的測定 將糯米粉置于新的無色透明自封袋中,按壓粉使其表面平整,用色度儀檢測L*、a*、b*值。L*值越大,米粉越白(亮);其中a*、b*值分別代表米粉紅-綠、黃-藍度,正a*值表示紅色,a*值越大,米粉越紅;正b*值表示黃色,b*值越大,米粉越黃;a*、b*值為0值則為灰色[19]。

1.2.3.3 溶解度和溶脹度的測定 溶解度和溶脹度的測定參考張玉榮[20]方法,略有改動。稱取2 g樣品(干基)于100 mL離心管中,加入40 mL蒸餾水混合均勻,置于80 ℃水浴中恒溫振蕩0.5 h,3000 r/min離心20 min,將上清液移入已恒重的鋁盒中,在105 ℃下烘至恒重,得到溶于水的淀粉質量m1,計算黑糯米粉的溶解度A。此時,由離心管中糯米粉的質量m2可以計算出溶脹度B,溶解度和溶脹度計算公式見式(2)、(3)。

式(2)

式(3)

其中:m1-溶于水的淀粉質量,g;m2-離心管中沉淀物質量,g;m-樣品質量,g。

1.2.3.4 保水力的測定 參照周顯青等[16]方法,略有改動。稱取0.1 g樣品(干重),放入離心管中,向離心管中加入10 mL蒸餾水,在20、40和60 ℃的恒溫振蕩搖床內振蕩1 h,以3000 r/min離心20 min,去除上層清液后稱重,由下式計算保水力H,公式見式(4)。

式(4)

其中:m1-離心管質量,g;m2-離心管與沉淀物總質量,g;m-樣品質量,g。

1.2.3.5 糊化特性的測定 按照GB/T 24852-2010測定[21]。

1.2.3.6 粒度的測定 取適量糯米粉,采用MS3000激光粒度儀檢測,折射率為1.68,每個樣品測兩次,結果用平均粒徑表示,取兩次試驗平均值。以D50表示粒徑大于該數值的顆粒占總量的50%,D90是粒徑大于該數值的顆粒占總量的90%,D10是粒徑小于該數值的顆粒占總量的10%。

1.3 數據處理

以上所有檢測項目每個重復測試3次,試驗數值以均數±標準偏差(n=3)表示。使用SPSS19.0軟件進行數據的單因素方差顯著性分析,使用Excel進行圖表繪制。

2 結果與討論

2.1 調質溫度對黑糯米粉色價及品質特性的影響

圖1 不同調質溫度對黑糯米粉色價的影響Fig.1 The effect of different tempering temperature on color value of black glutinous rice flour注:圖中相同字母表示差異不顯著(P>0.05), 不同字母表示差異顯著(P<0.05)。圖2～圖8同。

2.1.1 調質溫度對黑糯米粉色素含量的影響 由圖1可知,隨著調質溫度升高,色價先增大后減小,調質25 ℃時最高為0.89,其后色價顯著下降(P<0.05),55 ℃時降至最低0.33。隨著調質溫度的升高,黑糯米粉的色素含量先增加后減少;色價與溫度顯著相關(P<0.05),當溫度大于25 ℃時，溫度越高,色價越低。色價是天然色素的主要質量指標之一,反映色素含量的高低。趙慧芳等[22]研究發現,在45和55 ℃時,提取液色價和總花色苷的含量同35 ℃時比均顯著下降(P<0.05),花色苷類物質在高于35 ℃時不穩定,長時間加熱會生成無色的查爾酮結構,與本實驗結果相符。在調質溫度在35 ℃之后,隨著調質溫度升高,色價顯著降低(P<0.05),花色苷分解成查爾酮越多,花色苷損失也逐漸增大。由于花色素不穩定,在植物中主要以花色苷(即配糖體)存在[23]。花色苷一般可溶于水和醇溶液,大多數花色苷類對熱都不太穩定,對光敏感,田喜強等[24]和孫鵬堯等[25]的研究結果都表明在80 ℃以上時,花青素損失較大。本文中實驗均在60 ℃以下,較好地保留了花青素的含量與活性,且調質溫度較低時有利于保留黑糯米粉中的花色苷。

2.1.2 調質溫度對黑糯米粉色度的影響 從表1中可以看出,在調質15～45 ℃之間,隨著溫度的升高,黑糯米粉的亮度L*值無顯著差異(P>0.05),調質55 ℃時,糯米粉亮度L*值顯著降低(P<0.05)。a*值隨調質溫度變化趨勢與色價變化趨勢相同,均為先增后減,調質35 ℃最高為6.53。a*值表示米粉顯紅綠色的程度,軟件分析結果為調質溫度對a*值影響不顯著(P>0.05),即對米粉顯紅綠色影響不顯著,可能與黑糯米中花色苷的含量以及花色苷和米粉的結合程度有關,需進一步研究。黑糯米粉的b*值整體呈增大趨勢,在15～35 ℃之間無顯著性差異(P>0.05),35 ℃后隨著溫度的升高,b*值顯著增大(P<0.05),米粉的顏色趨于黃色越來越深,溫度的升高會導致淀粉的糊化和蛋白質的變色。綜上色度實驗結果,在a*值較高且米粉沒有發黃的情況下,35 ℃為比較適宜的調質溫度。

表1 調質溫度對黑糯米粉色度的影響Table 1 The effect of tempering temperature on color of black glutinous rice flour

注:表中同列數據相同字母表示差異不顯著(P>0.05),不同字母表示差異顯著(P<0.05)。表2～表4同。

2.1.3 調質溫度對黑糯米粉溶解度和溶脹度的影響 由圖2可知,黑糯米粉的溶解度隨著溫度的上升總體呈先下降后上升的趨勢,在15 ℃時最高為5.21%,在35 ℃時最低為4.45%,總體上看黑糯米粉溶解度在15、35和55 ℃時有顯著性差異(P<0.05),調質溫度對溶解度有一定的影響。溶脹度先降低再上升,在25 ℃時最低,為4.13%,在55 ℃達到最高4.87%,與25 ℃相比升高17.9%,表明溫度對溶脹度影響較大,溫度越高,溶脹度越大。

圖2 調質溫度對黑糯米粉溶解度和溶脹度的影響Fig.2 The effect of tempering temperature on solubility and swelling degree of black glutinous rice flour

2.1.4 調質溫度對黑糯米粉保水力的影響 淀粉表現的保水力實際是由淀粉顆粒和水產生鏈接作用的羥基數目來決定的,而能與水分子相互作用的羥基數目由淀粉的結構和淀粉的組成成分來決定,當淀粉顆粒的結晶區結構受到破壞,水分子可能進入結晶區與暴露出的羥基形成氫鍵[26]。

由圖3可知,黑糯米粉的20 ℃保水力和40 ℃保水力在不同調質溫度條件下無顯著性差異(P>0.05);隨調制溫度的升高,黑糯米粉60 ℃的保水力先增大后減小,最大為3.42 g/g(調質45 ℃);25和55 ℃調質溫度條件下的黑糯米粉保水力略低于其他3個調質溫度的保水力,但差異不顯著(P>0.05)。橫向比較,黑糯米粉在60 ℃的保水力明顯高于在20和40 ℃的保水力,平均保水力比20和40 ℃分別高出35.07%和41.41%,這是因為溫度升高引起淀粉分子振動加劇,致使淀粉分子之間的氫鍵斷裂,導致淀粉分子有更多的位點可以和水分子發生氫鍵締合[27]。

表2 調質溫度對黑糯米粉糊化特性的影響Table 2 The effect of tempering temperature on pasting properties of black glutinous rice flour

圖3 不同調質溫度對黑糯米粉保水力的影響Fig.3 The effect of tempering temperature on water-holding capacity of black glutinous rice flour

2.1.5 調質溫度對黑糯米粉糊化特性的影響 由表2可知,在25～55 ℃時,最終黏度和回生值先減后增,崩解值先增后減。峰值黏度是指在大米粉加熱過程中出現的最大黏度值,反映淀粉糊化程度;峰值時間是指達到峰值黏度時所需的時間;最終黏度是指冷卻到實驗結束溫度時的黏度值[28],回生值為淀粉糊化后的最終黏度與最低黏度的差值,它反映淀粉糊在低溫下老化的趨勢或冷糊的穩定性,回生值越小,冷糊穩定性越大,不易老化[29]。結果表明,隨著調質溫度的升高,黑糯米粉糊化特性先降低后升高;在調質溫度15 ℃時,峰值黏度、最終黏度和回生值均顯著低于其他調質溫度(P<0.05),崩解值顯著低于45和55 ℃調質溫度的崩解值(P<0.05),崩解值越低,說明其熱糊穩定性越好[28]。林靜等[30]研究發現,直鏈淀粉含量和支鏈淀粉長鏈的比率越高,崩解值越小,淀粉粒越不易充分糊化,溶脹后的淀粉顆粒強度大,不易破裂,導致其熱糊穩定性好。糊化溫度是大米粉黏度開始增大時的溫度,反映大米粉糊化的難易程度[29]。15 ℃調質會顯著降低黑糯米粉的糊化溫度(P<0.05),最多降低糊化溫度4 ℃,此調質溫度下黑糯米粉可以用于制作速食食品。

2.1.6 調質溫度對黑糯米粉粒度的影響 由圖4可見,隨著調質溫度的升高,半干法制備的黑糯米粉平均粒徑逐漸降低,從最高的72.8 μm下降至最低72.4 μm,同比下降0.5%,同時單因素方差分析顯示在15、25和55 ℃黑糯米粉平均粒徑之間有顯著性差異(P<0.05),在35和45 ℃平均粒徑無顯著性差異(P>0.05)。實驗結果說明調質對制粉的粒徑減小有正效應影響,調質溫度升高會使米粒結構變得疏松,更利于破碎碾磨,但也需要考慮高溫產生的更高能耗影響。

圖4 調質溫度對黑糯米粉平均粒徑的影響Fig.4 The effect of tempering temperature on the average particle size of black glutinous rice flour

2.2 調質時間對黑糯米粉色價及品質特性的影響

2.2.1 調質時間對黑糯米粉色素含量的影響 從圖5可見,隨著調質時間的延長,色價逐漸降低,從0.92降至0.57,降幅38.04%,即黑糯米粉中的花青素含量隨著調質時間的增加而減少。通過單因素方差分析結果可知,黑糯米粉在調質時間2、3 h時的色價顯著高于調質5、6 h的色價(P<0.05)。調質時間2～4 h時,色價變化的幅度比較小,無顯著差異性(P>0.05);其后隨著調質時間延長,色價值顯著降低(P<0.05),亦即黑糯米粉中的花青素含量下降。由于花青苷是水溶性天然植物色素,所以隨著調質時間延長,一部分的花青素溶于浸泡液中,隨后隨著浸泡液的棄去而流失,因此會出現色價下降的現象[31]。花青素是黑糯米粉的特色功能性物質,調質時間越短含量越高,實驗最短調質時間為2 h。

圖5 不同調質時間對黑糯米粉色價的影響Fig.5 The effect of different tempering time on color valence of black glutinous rice flour

2.2.2 調質時間對黑糯米粉色度的影響 表3為調質時間對黑糯米粉色度的影響。L*值和a*值都能反映黑糯米的色素留存度,L*值越小,米粉色澤越暗,a*值越大,紅色越深,色素含量越高。從表3中可以看出,隨著調質時間的增加,L*值先增后減;調質3 h時糯米粉亮度L*值最大,顯著高于5 h(P<0.05)。可能是米皮中的色素一開始時溶出到水中流失,制備的黑糯米粉中色素含量減少,顏色較亮,其后隨著調質時間的延長,色素與米粉相結合,反而又降低了米粉亮度。僅3與6 h的a*值有顯著差異(P<0.05),其他調質時間差異不顯著(P>0.05)。黑糯米粉的b*值在2～5 h之間差異性不顯著(P>0.05);所有b*值為正值,b*值越大,米粉的黃色越深,在調質時間為6 h,米粉黃色最深。

表3 調質時間對黑糯米粉色度的影響Table 3 The effect of tempering time on color of black glutinous rice flour

2.2.3 調質時間對黑糯米粉溶解度和溶脹度的影響 調質時間對溶解度和溶脹度的影響如圖6所示。溶解度隨著調質時間的增加,先降低后升高,最大為5.82%(調質2 h),最小為4.10%(調質5 h)。黑糯米粉的調質時間越長,溶解度越低。張玉榮等[32]研究發現,濕法制備糯米粉比干法和半干法制粉的溶解度都低,水分調質會降低糯米粉的溶解度,與實驗結果相符。在調質5 h時達到最低點,其后可能是長時間的調質導致淀粉顆粒水解,黑糯米粉的溶解度又增加。溶脹度隨著調質時間的增加先降低后升高,與溶解度的變化趨勢相同,最大值和最小值分別為3.31%(調質2 h)和3.20%(調質5 h);但不同調質時間的溶脹度之間無顯著性差異(P>0.05)。可能是由于在相同調質溫度下,黑糯米粉的溶脹度接近,調質時間對溶脹度影響較小。

圖6 調質時間對溶解度和溶脹度的影響Fig.6 The effect of tempering time on solubility and swelling degree of black glutinous rice flour

2.2.4 調質時間對黑糯米粉保水力的影響 調質時間對糯米粉保水力的影響如圖7所示。不同調質時間得到糯米粉的20 ℃保水力在調質5 h時最低,為2.34 g/g,在6 h時最高,為2.49 g/g;黑糯米粉不同調質時間的40 ℃保水力先增大后減小,最大值為2.43 g/g(調質5 h),調質時間(4～6 h)對40 ℃保水力有顯著性影響(P<0.05),可能是由于該實驗設定在35 ℃下進行,與保水力溫度接近,導致差異性被放大;黑糯米粉的60 ℃保水力先降低后升高，最低為3.26 g/g(調質3 h),最高為3.44 g/g(調質6 h),不同調質時間的60 ℃保水力差異性不顯著(P>0.05),即調質時間對保水力無顯著影響。橫向分析,黑糯米粉的60 ℃保水力明顯高于20、40 ℃保水力,平均保水力比20、40 ℃分別高出38.59%和46.49%,說明不同溫度之間的保水力差異較大。

圖7 調質時間對黑糯米粉保水力的影響Fig.7 The effect of tempering time on water-holding capacity of black glutinous rice flour

2.2.5 調質時間對黑糯米粉糊化特性的影響 調質時間對黑糯米粉糊化特性的影響如表4所示。在調質2～5 h時,峰值黏度、最終黏度、回生值總體呈現先減小后增大的趨勢。與調質時間為4、5 h相比，調質時間為6 h時,峰值黏度、最終黏度、回生值和糊化溫度出現顯著性降低(P<0.05),崩解值顯著性升高(P<0.05)。Kohyama等[33]研究了小分子糖對甘薯淀粉糊化特性的影響,指出小分子糖可以提高淀粉的糊化溫度。實驗結果原因可能是由于米粉經過充分的水分調質后,淀粉顆粒部分水解,大顆粒淀粉含量相對減少,降低了糊化溫度和回生值;而水解的小分子糖隨瀝干的調質水分流失,降低了糊化溫度。

表4 調質時間對黑糯米粉糊化特性的影響Table 4 The effect of tempering time on pasting properties of black glutinous rice flour

2.2.6 調質時間對黑糯米粉粒度的影響 調質時間對平均粒徑的影響見圖8。不同調質時間下的黑糯米粉平均粒徑逐漸降低,最高為72.60 μm(調質2 h),最低為72.49 μm(調質6 h),平均粒徑最多降低0.2%,調質時間的延長有助于黑糯米粉平均粒徑的減小,但在調質3～6 h時黑糯米粉的平均粒徑無顯著差異(P>0.05)。根據黑糯米粉花青素和粒徑因素,可以考慮調質時間設置為3 h。

圖8 調質時間對黑糯米粉平均粒徑的影響Fig.8 The effect of tempering time on the average particle size of black glutinous rice flour

3 結論

本文結果表明,調質溫度越高(25～55 ℃),溶脹度越大,平均粒徑越小;米粉的色價先增大后減小;米粉在調質溫度55 ℃時亮度L*值顯著降低(P<0.05),在35 ℃后b*值顯著增大(P<0.05),米粉黃色明顯加深;米粉的60 ℃保水力在45 ℃時最高,為3.42 g/g,低溫保水力無顯著性差異(P>0.05);在25～55 ℃時,米粉的最終黏度和回生值先減后增,崩解值先增后減,其中最終黏度和回生值均存在顯著性差異(P<0.05)。隨著調質時間的延長,米粉的色價降低,溶解度先減后增,平均粒徑逐漸降低,溶脹度無顯著性差異(P>0.05);米粉的L*值先增后減,在調質3 h最大,a*值在調質3 h時最小;在調質2～5 h時，米粉的峰值黏度、最終黏度、回生值呈現先減小后增大的趨勢。調質溫度對黑糯米粉的色價、色度、粒徑和峰值黏度、最終黏度有明顯影響,調質時間則對黑糯米粉的色價、粒徑、保水力和峰值黏度、最終黏度、回生值等有明顯影響。調質溫度和調質時間對黑糯米粉的品質特性影響不一,調質溫度相對調質時間對半干法制備黑糯米粉的品質特性影響更大,是制粉的重要影響因素,但僅以這些黑糯米粉品質特性為指標并不能得到半干法制粉的最優調質工藝,需要根據不同黑糯米粉產品的特點,進一步在色度、色價、糊化特性等品質特性中選出最重要指標,優化調質工藝。