糙米原料對擠壓速食粥品質(zhì)特性的影響

,2,*,4

(1.國家糧食和物資儲備局科學研究院,北京 100037;2.哈爾濱商業(yè)大學旅游烹飪學院,黑龍江哈爾濱 150076;3.中國食品科學技術(shù)學會,北京 100048;4.集美大學食品與生物工程學院,福建廈門 361021)

近年來,隨著人們飲食觀念的轉(zhuǎn)變,飲食健康受到越來越多人的關(guān)注,全谷物食品的開發(fā)也隨之興起[1]。糙米作為來源廣泛,營養(yǎng)豐富的全谷物食品,受到了國內(nèi)外的高度重視。糙米是稻谷經(jīng)礱谷機脫去穎殼后得到的產(chǎn)物[2]。與作為主食的精白米相比,糙米除了含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分,還含有膳食纖維、谷維素、γ-氨基丁酸等功能因子[3]。糙米中游離的礦物元素是精白米的數(shù)倍,并且更容易被人體吸收,可與維生素產(chǎn)生相輔相成的效果[4]。但是由于糙米粗纖維含量高且質(zhì)地較為致密,直接食用咀嚼感差,口感粗糙。目前國內(nèi)外學者和企業(yè)已采用酶解法[5-6]、超聲波處理[7-8]、高溫流化技術(shù)[9]、乳酸菌發(fā)酵法[10]和超高壓處理[11]等多種技術(shù)方法對糙米及糙米食品的品質(zhì)進行改善。

本文采用了擠壓膨化的加工技術(shù)對糙米進行加工。這種加工方式是一種重要的物理加工手段,在擠壓的混合、嚙合、捏合、高溫、高壓過程中,使糙米發(fā)生了一系列物理、化學的變化,從而改變糙米的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和口感品質(zhì)[12]。擠壓膨化在食品工業(yè)中的應用越來越廣泛[13]。目前,國內(nèi)外的研究學者已經(jīng)深入研究了擠壓對大米[14-16]、小米[17]、小麥[18-19]、玉米[20-21]等主要谷物理化性質(zhì)的影響,但有關(guān)擠壓糙米粥不同品種原料之間的優(yōu)選鮮有報道。

因此,本文對比了8種不同品種糙米擠壓速食粥的品質(zhì),比較分析其直鏈淀粉/支鏈淀粉比和淀粉含量等存在的差異,以期為生產(chǎn)糙米擠壓速食粥原料的選擇、復配以及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

8種糙米 黑龍江長粒粳米(HCL)、黑龍江圓粒粳米(HYL)、江西2013早秈米(JZX-13)、江西2014早秈米(JZX-14)、江西2014晚秈米(JXW-14)、廣元早秈米(GCX),湖北早秈米(HCX)、巴中早秈米(BCX),均為2018年收獲,儲藏溫度為4 ℃,儲藏時間為3～4月;氯化鈉、冰醋酸、無水乙醇、氫氧化鈉、鹽酸、氯化鎂、氯化錳、氯化鈣等 均為分析純。

FMHE36雙螺桿擠壓機 湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司;AR5120精密電子天平 奧豪斯公司;DGG-9140BD電熱恒溫鼓風干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司;高速臺式離心機 北京時代北利離心機有限公司;FW-135型中草藥粉碎機 天津泰斯特公司;TA-XT型物性儀 英國Stable Microsystems;S-300N型掃描電鏡 日本Hitach;SuperNose-電子鼻 美國ISENSO;SP60積分球式分光光度儀 美國X-rite;Startorius MA150水分含量測定儀 德國賽多利斯科學儀器北京有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 8種糙米擠壓速食粥的制作 設定雙螺桿擠壓機擠壓工藝參數(shù)條件:筒體溫度Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)、Ⅴ區(qū)、Ⅵ區(qū)溫度分別為60、90、110、40、40 ℃,加水量31%,喂料速度19 kg/h,螺桿轉(zhuǎn)速190 r/min,切刀轉(zhuǎn)速2800 r/min,烤爐溫度240 ℃[22],得出糙米粥粒以待后續(xù)實驗備用。每批實驗1000 g。

1.2.2 糙米電鏡掃描觀察(SEM) 用鋒利刀片將擠壓速食粥粒和糙米自然米粒從中間切斷,粘在樣品臺上,樣品斷面噴金鍍膜,放大5000倍,用掃描電鏡觀察米粒微觀結(jié)構(gòu)并拍照。

1.2.3 糙米色澤測定 稱取3 g糙米擠壓速食粥放入玻璃蒸煮杯中,采用全自動色澤儀對糙米的色澤進行測定。色澤指標為L*值、a*值、b*值。L*值表示黑白色或亮度,值越大則代表樣品色澤越白越亮。a*值表示紅綠色,值越大則代表樣品色澤越紅。b*值表示藍黃色,值越大則代表樣品色澤越黃。每組樣品重復6次,取其平均值。

1.2.4 千粒重的測定 采用自動數(shù)粒機,數(shù)一千粒擠壓速食粥粒稱重,每個樣品做3次平行,取平均值。

1.2.6 復水率及復水時間的測定 參照張敏等測定復水率及復水時間的方法[23]。復水率:準確稱取糙米擠壓速食粥成品擠壓速食粥粒A(g)置于燒杯中,以1∶5的比例加入,沸水立即加蓋,復水5 min后立即瀝干,并用吸水紙吸干表面水分,稱重B(g),復水率用B/A表示。

復水時間的測定:將一定量的糙米擠壓速食粥成品米粒置于100 ℃開水中加蓋,復水時間為擠壓速食粥粒完全復水(米粒中心完全軟化)所用時間[24]。

1.2.7 米湯固形物質(zhì)量測定 稱取10 g擠壓速食粥粒,以1∶5的比例加入沸水,浸泡5 min后將米湯倒出,放入鋁盒內(nèi)105 ℃下干燥12 h至完全干燥,測其固形物質(zhì)量。

1.2.8 糙米質(zhì)構(gòu)特性測定 稱取10 g擠壓速食粥粒,以1∶5的比例加入沸水浸泡5 min,然后將米湯濾去,隨機選取10粒擠壓速食粥粒進行質(zhì)構(gòu)測定,去掉一個最大值和一個最小值,取余下的平均值。質(zhì)構(gòu)儀TPA方法測定的參數(shù)設置如下:測試探頭:P/36R型;測試前速度0.5 mm/s,測試中速度0.5 mm/s,測試后速度1.0 mm/s;觸發(fā)力值5.0 g,壓縮程度90%[25]。

1.2.9 糙米擠壓速食粥的風味物質(zhì)分析 參考劉敬科等[26]的方法測定糙米擠壓速食粥中風味物質(zhì)。

頂空固項微萃取法:稱取10 g糙米擠壓速食粥粒,以1∶5的比例加入沸水浸泡5 min后,立即稱取8 g樣品于20 mL樣品瓶中,隨后在60 ℃下平衡10 min。將已老化的萃取頭插入樣品瓶頂空部分,于60 ℃下吸附40 min;再將吸附好的萃取頭取出迅速插入GC進樣口,于250 ℃解吸5 min,同時啟動儀器采集數(shù)據(jù)。

表1 糙米擠壓速食粥感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria for brown rice extruded instant porridge

色譜條件:毛細管色譜柱為DB-5ms柱(30 mm×0.25 mm×0.25 μm),進樣口溫度250 ℃,接口溫度250 ℃。程序升溫:起始溫度45 ℃保留2 min,以6 ℃/min升溫到240 ℃保留5 min。載氣為He,流速1.0 mL/min,不分流。

質(zhì)譜條件:電離方式為EI+,電子能量70 eV,燈絲發(fā)射電流為200 μA,離子溫度為200 ℃,接口溫度為250 ℃。

1.2.10 糙米電子鼻分析 稱取5 g糙米擠壓速食粥,以1∶5的比例加入沸水,浸泡5 min后濾干放入樣品瓶中,用電子鼻對氣味成分進行測定,每組樣品重復5次。

1.2.11 糙米擠壓速食粥的感官評價 由8人組成感官評定小組,對糙米擠壓速食粥產(chǎn)品進行評價。稱取20 g糙米擠壓速食粥,以1∶5的比例加入沸水,浸泡5 min后,以色澤、氣味、表觀狀態(tài)、分散性、復水性等為評價指標,采用感官描述法評定產(chǎn)品,具體評價標準見表1。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用軟件Excel 2007進行數(shù)據(jù)分析,結(jié)果表示為“平均值±標準差”。利用SPSS 17.0軟件Duncan進行多重比較分析,繪圖采用Origin 8.0繪制,所有試驗都重復3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 8種原料糙米自然米粒與擠壓速食粥米粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)對比

本試驗分別對8種糙米的自然米試樣與其擠壓后的速食粥進行了掃描電鏡分析,結(jié)果如圖1所示。擠壓速食粥與自然米試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在明顯差異。自然米試樣呈現(xiàn)不規(guī)則顆粒狀,且有裂縫。擠壓速食粥米粒內(nèi)部橫截面結(jié)構(gòu)緊密均一,呈現(xiàn)不等量、大小不一的凹坑結(jié)構(gòu)。出現(xiàn)這種差異是因為在擠壓機中物料在高溫高剪切作用下混合均勻,各種物質(zhì)被混合在一起,經(jīng)過切割成型,使試樣界面緊密。凹坑結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)是因為經(jīng)過高溫烤爐二次膨化時,高溫作用使試樣中的水分迅速蒸發(fā),氣態(tài)水分子從試樣表面迅速逸出,對擠壓速食粥粒內(nèi)部造成消極影響。將8種糙米擠壓速食粥的掃描電鏡圖進行對比,發(fā)現(xiàn)黑龍江圓粒粳糙米和長粒粳糙米、2013和2014年的早秈米內(nèi)部結(jié)構(gòu)較其他試樣更加緊密均一,凹結(jié)構(gòu)的面積小于其他試樣,這有利于擠壓速食粥在復水的過程中形狀的保持。

圖1 原糙米米粒與擠壓速食米粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)電鏡掃描(5000×)Fig.1 Internal structure scanning by electron microscope of raw brown rice grains and extruded instant rice grains(5000×)注:A、a分別為黑龍江圓粒粳糙米擠壓速食粥和自然米;B、b分別為黑龍江長粒粳糙米擠壓速食粥米粒和自然米;C、c分別為2013年早秈糙米擠壓速食粥和自然米;D、d分別為2014年早秈糙米擠壓速食粥和自然米;E、e分別為2014年晚秈糙米擠壓速食粥和自然米;F、f分別為廣元早秈糙米擠壓速食粥米粒和自然米;G、g分別為湖北早秈糙米擠壓速食粥和自然米;H、h分別為四川巴中早秈糙米擠壓速食粥和自然米。

表2 8種糙米擠壓速食粥色澤值Table 2 Color values of eight kinds of brown rice extruded instant porridge

注：不同小寫字母表示同行數(shù)據(jù)差異顯著,P<0.05。

2.2 8種糙米擠壓速食粥的色澤對比

表2為8種糙米擠壓速食粥色澤值對比分析結(jié)果。由表2可知,8種糙米擠壓速食粥的L*值在59～70之間,其中,湖北早秈糙米的L*值最小(59.67),與其他幾種糙米速食粥具有顯著(P<0.05)差異。黑龍江長粒粳米的L*值最大,為69.51;8種糙米速食粥的a*值在2.80～5.21之間,差異較明顯,黑龍江長粒粳米最小,為2.80,四川巴中早秈糙米最大,為5.21。8種糙米擠壓速食粥的b*值在16.12～19.01之間,黑龍江長粒粳糙米最小,為16.12,四川巴中早秈糙米最大,為19.01;不同樣品之間的色澤值不同,這可能與原料差異有關(guān)。湖北早秈糙米擠壓速食粥L*最小,a*、b*較大,色澤最深。黑龍江長粒粳糙米擠壓速食粥L*最大,a*、b*較小,色澤最白且色澤明亮。綜合來看黑龍江長粒粳糙米最適合作為擠壓速食粥的原料米。

2.3 8種糙米擠壓速食粥品質(zhì)指標對比

由圖2可知,8種糙米擠壓速食粥的品質(zhì)指標有差異。由圖2A可知,8種糙米擠壓速食粥米粒的千粒重差異不明顯,千粒重可以反應米粒的密度,說明8種糙米擠壓速食粥米粒的密度差異不明顯,千粒重最大的為湖北早秈糙米,為11.80 g,最小為2014年晚秈糙米,僅為10.01 g。由圖2B可知,8種糙米擠壓速食粥的膨化度差異不明顯,在1.73～1.96之間,湖北早秈糙米擠壓速食粥徑向膨化度最大為1.96,2014晚秈糙米擠壓速食粥最小為1.73。由圖2C可知,8種糙米擠壓速食粥復水率差異較明顯,在2.27～3.06 g之間,黑龍江長粒粳糙米擠壓速食粥最大,為3.06 g,湖北早秈糙米擠壓速食粥最小,為2.27 g。由圖2D可知,8種糙米擠壓速食粥復水時間差異較明顯,在12.00～15.33 min之間,2013年早秈糙米擠壓速食粥復水時間最長為15.33 min,黑龍江長粒粳糙米擠壓速食粥復水時間最短為12.00 min。由圖2E可知,8種糙米擠壓速食粥米湯固形物質(zhì)量差異較明顯,在0.21～0.30 g之間,2014年晚秈糙米擠壓速食粥最大,為0.30 g,湖北早秈糙米擠壓速食粥最小,為0.21 g。綜合來看,以黑龍江長粒粳糙米為原料制成的擠壓速食粥徑向膨化度大,復水時間短,復水率高,沖泡品質(zhì)較好。

圖2 8種糙米擠壓速食粥品質(zhì)指標分析Fig.2 Quality index analysis of eight kinds of brown rice extruded instant porridge注：不同小寫字母表示數(shù)據(jù)差異顯著,P<0.05。

表3 8種糙米擠壓速食粥質(zhì)構(gòu)特性Table 3 Texture characteristics of eight kinds of brown rice extruded instant porridge

注：*表示同列數(shù)據(jù)差異顯著,P<0.05;**表示同列數(shù)據(jù)差異極顯著,P<0.01。

2.4 8種糙米擠壓速食粥質(zhì)構(gòu)特性對比

表3為8種糙米擠壓速食粥質(zhì)構(gòu)特性分析結(jié)果,可以看出,江西2014年早秈糙米(JZX-14)和廣元早秈糙米(GCX)的擠壓速食粥與其他品種糙米擠壓速食粥的硬度相比較小,分別為1543.77和1514.82 g,說明二者的吸水性較差,導致口感較硬;從表3中可以看出,江西2013年早秈糙米(JZX-13)擠壓速食粥的彈性及凝聚性與其他品種糙米的擠壓速食粥相比均是最小,分別為0.41 mm和0.46 g·s;廣元早秈糙米(GCX)擠壓速食粥的膠著度、耐咀性及回復性均是最小,分別為756.66、360.23和0.16 g;由不同品種糙米擠壓速食粥質(zhì)構(gòu)特性分析結(jié)果可知,早秈糙米擠壓速食粥的質(zhì)構(gòu)特性與粳糙米擠壓速食粥的質(zhì)構(gòu)特性相比,整體較差。

2.5 8種糙米擠壓速食粥的風味物質(zhì)對比

表4為8種糙米擠壓速食粥風味物質(zhì)分析結(jié)果,從表4中可以看出,8種糙米擠壓速食粥共鑒定出27種風味物質(zhì),主要包括醛類、醇類、酯類、烷烴類、烯類、苯類、雜環(huán)類及其他物質(zhì)。其中含有醛類化合物9種,醇類化合物2種,酯類化合物1種,烷烴類化合物5種,烯類化合物3種,苯類化合物1種,雜環(huán)類及其他化合物共6種。其中醛類化合物相對含量最多,醛類物質(zhì)的產(chǎn)生賦予了樣品特有的香味[27]。結(jié)果中不含有酮類物質(zhì),可能是由于糙米擠壓速食粥在經(jīng)過高溫烤爐二次膨化過程中,醇類物質(zhì)直接被氧化成醛類物質(zhì)而沒有生成酮類化合物。結(jié)果中酯類化合物種類及含量均較少,可能是由于糙米擠壓速食粥在二次膨化過程中酯類物質(zhì)分解成其他化合物造成的[28]。結(jié)果中還含有其他一些雜環(huán)類物質(zhì),其中吡嗪類、嘧啶類、萘類物質(zhì)的產(chǎn)生是由于在高溫過程中,樣品中的氨基酸容易發(fā)生降解生成復雜化合物,產(chǎn)生的吡嗪類、嘧啶類化合物大多是氨基酸和糖類發(fā)生美拉德反應以及斯特克反應形成的[27],這類物質(zhì)閾值較低,具有較濃的烤堅果香氣[29],對糙米擠壓速食粥的香味有一定的貢獻作用。

表4 8種糙米擠壓速食粥風味物質(zhì)分析結(jié)果Table 4 Analysis results of flavor substances of eight kinds of brown rice extruded instant porridge

2.6 8種糙米擠壓速食粥電子鼻對比分析

圖3為八種糙米擠壓速食粥的PCA圖。從圖3中可以看出,第一主成分的貢獻率為83.98%,第二主成分的貢獻率為13.20%,總貢獻率達到了97.18%,說明利用主成分分析法可以有效區(qū)分8種糙米擠壓速食粥。8種糙米擠壓速食粥之間均有重疊,說明這8種糙米擠壓速食粥米粥中的主要呈味物質(zhì)相似,但廣元早秈糙米擠壓速食粥與其他7種糙米擠壓速食粥重疊部分較少,說明廣元早秈糙米擠壓速食粥與其他7種的風味差異較明顯。

圖3 8種糙米擠壓速食粥PCA圖Fig.3 PCA diagram of eight kinds ofbrown rice extruded instant porridge

2.7 8種糙米擠壓速食粥感官評價對比分析

表5為8種不同品種的糙米擠壓速食粥感官評價分析結(jié)果,從表5中可以看出,湖北早秈糙米(HCX)擠壓速食粥米粒的色澤、氣味及表觀狀態(tài)評分均為最低,分別為3.33、3.90和13.30分;2014年江西早秈糙米擠壓速食粥雜質(zhì)較多,故評分最低,為3.83分,巴中早秈糙米(BCX)擠壓速食粥米粒的亮度最差,評分為3.50分;廣元早秈糙米(GCX)和巴中早秈糙米(BCX)擠壓速食粥浸泡后米粥的氣味評分最低,均為3.90分,2013年江西早秈糙米(JZX-13)擠壓速食粥浸泡后米粥的分散性及復水性均較差,評分分別為12.10和7.50分;廣元早秈糙米(GCX)擠壓速食粥浸泡后米粥的粘稠性及適口性均為最好,評分分別為8.20和8.98分;從表5中可知,早秈糙米擠壓速食粥的感官評價總分均低于晚秈糙米擠壓速食粥和粳糙米擠壓速食粥,早秈糙米擠壓速食粥不論在表觀狀態(tài)還是口感、滋味等方面均表現(xiàn)較差;黑龍江圓粒粳糙米(HYJ)與黑龍江長粒粳糙米(HCJ)擠壓速食粥的米粥氣味最佳,感官評價總分較高,可能與這兩類糙米速食粥中烯類、呋喃類及雜環(huán)類物質(zhì)相對含量較高有關(guān)。

表5 8種糙米擠壓速食粥感官評價結(jié)果(分)Table 5 Sensory evaluation results of eight kinds of brown rice extruded instant porridge(scores)

表6 擠壓速食粥品質(zhì)指標與感官評價總分相關(guān)性Table 6 Correlation between quality index of extrudate instant porridge and sensory evaluation total score

注：*表示相關(guān)性顯著,P<0.05;**表示相關(guān)性極顯著,P<0.01。

2.8 擠壓速食粥品質(zhì)指標與感官評價總分相關(guān)性分析

表6為擠壓速食粥品質(zhì)指標與感官評價總分之間的相關(guān)性分析結(jié)果,從表6中可看出,復水率與感官評價總分呈極顯著(P<0.01)正相關(guān),說明復水率越好擠壓速食粥感官評價總分越高;復水時間與擠壓速食粥感官評價總分呈顯著(P<0.05)負相關(guān),說明復水時間越長,擠壓速食粥感官評價總分越低。

3 結(jié)論

通過對8種糙米進行擠壓膨化加工后,與自然米相比,擠壓后8種糙米結(jié)構(gòu)更加緊實均一,但是水分氣化后呈現(xiàn)出不同程度的凹結(jié)構(gòu)。黑龍江圓粒粳糙米和長粒粳糙米、2013和2014年的早秈米較其他試樣品擠壓后更為緊實且凹面積較少。在品質(zhì)指標、質(zhì)構(gòu)特性和感官評價的對比中,粳糙米擠壓速食粥總體品質(zhì)好于秈糙米擠壓速食粥。在風味分析中,共鑒定出27種風味物質(zhì),其中醛類物質(zhì)為主要化合物。相關(guān)性分析表明,復水率與感官評價總分呈極顯著(P<0.01)正相關(guān),復水率越好擠壓速食粥感官評價總分越高。復水時間與擠壓速食粥感官評價總分呈顯著(P<0.05)負相關(guān),復水時間越長,擠壓速食粥感官評價總分越低,研究為糙米速食粥產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了理論基礎和指導性意見。