預熟化對谷物煮制時間及營養成分影響研究

李航，龔潁，葉金鐸，岳建雄，甄潤英，周學永，*

（1.天津農學院天津市農副產品深加工技術工程中心/食品科學與生物工程學院，天津300384；2.天津理工大學機械工程學院，天津300384）

隨著當今人們生活節奏的加快和生活水平的提高，人們對方便食品的需求越來越多，要求也越來越高，方便食品不僅要滿足它自身的即食性，還要滿足消費者對其營養風味的更高需求[1]。方便食品具有便于攜帶、營養美味、貨架期長、食用方便等特點，近些年來方便食品的發展引起人們越來越多的關注[2]。國家“十二五”食品工業將方便主食食品的發展作為重點，致力于深入發展常溫方便主食產品、開發即食米飯等新產品和相關技術、以拓寬方便米飯的市場，現如今較為常見的方便米飯類型主要有脫水干燥型、半干型、冷凍型、罐頭型4種。

目前市場上出售的都是半干水分的大米食品速食米飯，需要通過微波加熱后才能食用[3]。此產品不僅種類單一，營養成分簡單，而且對一些野外作業和旅游的人們來說相當不方便，因此開發更多樣、更方便的米飯類制品以滿足人們需求尤為重要。國家大力發展方便米飯產品，不僅可以豐富市場上方便食品的類型，提高農產品的附加值，還有助于推動中餐工業化的發展，對中國傳統食品的工業化具有重要意義。

谷物預熟化蒸煮時間的長短、溫度的高低以及米水比例等條件是否適合都將直接影響方便米飯制品的品質，對后續單元操作的影響也非常大[4]。目前大部分學者對方便米飯的研究主要是在原料適應性、食味品質評價、工藝條件和抗老化4個方面。Han研究了浸泡條件對米飯質構、熱力學性質和消化特征的影響，認為不同浸泡條件下大米溶出物不同，所以浸泡后大米的水分含量以及浸泡溫度對米飯質構、消化性有顯著影響[5]。蔡鳳儀等研究表明，蔗糖酯可以抑制直鏈淀粉結晶體的形成，主要是它能與直鏈淀粉形成復合體，從而對方便米飯的老化程度有一定的減輕作用[6]。本試驗以大米、小米、玉米、藜麥4種谷物的煮制時間、淀粉、還原性糖、蛋白質的含量為評價指標，采用控制變量法對預熟化工藝條件進行優化，加強對口感的要求，研究出口感美味的方便米飯，也為今后相關產品的研發提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米、小米、玉米：天津市華苑物美超市，要求外觀、品質大小較為均一；華青藜麥原糧：山西省華青藜麥有限公司。

溴甲酚綠、亞甲藍和甲基紅指示劑：滄州昌峰化工產品有限公司；硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、硼酸、氫氧化鈉、95%乙醇、鹽酸、葡萄糖、酒石酸鉀鈉、乙酸鋅、冰乙酸、亞鐵氰化鉀、碘化鉀、碘、甲苯、三氯甲烷、石油醚、無水乙醇、乙醚、高峰氏淀粉酶：天津市風船化學試劑科技有限公司；沒食子酸：上海原野有限公司。

1.2 主要儀器與設備

DGH-9240A電熱恒溫鼓風干燥箱：天津市中環實驗電爐有限公司；C21-RT2141電磁爐：廣東美的生活電器制造有限公司；220V.AC電子萬用爐：天津市泰斯特儀器有限公司；FA2004型電子分析天平：上海精科電子儀器有限公司；TOMY SX-500型高壓蒸汽滅菌鍋：上海博誼生物科技有限公司；TD5A-WS臺式低速離心機：上海一恒科學儀器有限公司；UDK159全自動凱氏定氮儀：上海君翼儀器設備有限公司；HH-4數顯恒溫水浴鍋：常州智博瑞儀器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 水浴加熱工藝

1.3.2.1 米水比對煮制時間的影響

稱取4種谷物各50 g，按米水質量比為 1∶2、1∶3、1∶4混合，在80℃水浴鍋內，加熱2 h。取出熟化后的谷物，分別采用直接干燥和-20℃冷凍后干燥兩種方式處理，得到干燥的谷物。將干燥的谷物按米水質量比1∶20混合，以米粒飽滿，外觀完整，內部無硬芯及口感良好作為感官評價指標，測定煮制軟化所需要的時間。

1.3.2.2 水浴溫度對煮制時間的影響

稱取4種谷物各50 g，將米水質量比固定為1∶3，分別在 60、70、80、90 ℃下，水浴加熱 2 h，然后按直接干燥和-20℃冷凍后干燥兩種方式處理，得到干燥的谷物。將干燥的谷物按米水質量比1∶20混合，以米粒飽滿，外觀完整，內部無硬芯及口感良好作為感官評價指標，測定煮制軟化所需要的時間。

1.3.2.3 浸泡時間對煮制時間的影響

稱取4種谷物各50 g，米水質量比固定為1∶3，水浴溫度為 60 ℃下，分別加熱 1、2、3、4 h，然后按直接干燥和-20℃冷凍后干燥兩種方式處理，得到干燥的谷物。將干燥的谷物按米水質量比1：20混合，以米粒飽滿，外觀完整，內部無硬芯及口感良好作為感官評價指標，測定煮制軟化所需要的時間。

1.3.2.4 干燥方式不同對煮制的影響

本試驗采用-20℃冷凍后干燥（-20℃即預凍溫度）和直接干燥兩種方法，冷凍干燥不僅有助于保留大米完好的營養成份（如蛋白質、維生素、植物營養素等），而且還能保留食品原有外形、色澤和構造。加水后，預熟化大米能快速、完全的復原。制品先進行冷凍的目的是在水分升華時使制品中的固體顆粒得以固定以防止制品發生物理和化學反應。若冷凍溫度不夠會影響干燥后的效果，若冷凍溫度太低，則會增加不必要的能量消耗，綜合考慮，選擇在-20℃下進行冷凍干燥。

1.3.3 谷物營養成分分析

1.3.3.1 蛋白質含量分析

蛋白質含量的測定：參考GB5009.5-2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》中第一法凱氏定氮法。

1.3.3.2 淀粉含量分析

淀粉含量的測定：參考GB 5009.9-2016《食品安全國家標準食品中淀粉的測定》中第一法酶水解法。

1.3.3.3 還原糖含量分析

還原糖含量的測定：參考GB5009.7-2016《食品安全國家標準食品中還原糖的測定》中第一法直接滴定法。

1.4 密度的測定

將預熟化處理后的谷物放入裝有適量水的量筒中（確保水能浸沒試驗所需加入的谷物），記水的體積為V1，將一定量的谷物放入水中，記錄此刻的體積為V2，此谷物的體積即兩次的體積差V=V2-V1，用電子天平測質量M。密度ρ按公式計算：ρ=M/V。

1.5 煮制時間的測定

將谷物與水按米水質量比1∶20混合，在電磁爐上煮沸，以米粒飽滿，外觀完整，內部無硬芯及口感良好作為感官評價指標，測定煮制軟化所需要的時間。

2 結果與分析

2.1 米水比對煮制時間的影響

水浴溫度80℃，水浴時間2 h，按米水質量比在1∶2至1∶4之間變化時，浸泡米水比對煮制軟化時間的影響見表1，之后采用直接干燥和-20℃冷凍后干燥兩種方式處理得到干燥谷物，以米粒飽滿，外觀完整，內部無硬芯及口感良好作為感官評價指標，測定煮制軟化所需要的時間。水浴加熱下米水比對煮制時間的影響（直接干燥）見圖1、水浴加熱下米水比對煮制時間的影響（-20℃干燥）見圖2。

表1 浸泡米水比對大米煮制的影響Table 1 Effect of soaking ratio of rice to water on rice cooking

圖1 水浴加熱下米水比對煮制時間的影響（直接干燥）Fig.1 Effect of rice-water ratio on cooking time under water bath heating（direct drying）

圖2 水浴加熱下米水比對煮制時間的影響（-20℃干燥）Fig.2 Effect of rice-water ratio on cooking time under water bath heating（-20 ℃ drying）

由表1可知，其他條件相同，大米的浸泡米水質量比在1∶2到1∶4之間變化，直接干燥和冷凍后干燥兩種條件下處理得到的大米煮至軟化所需要的時間先縮短后延長，浸泡米水質量比1∶3為較佳條件，相比較直接干燥的方式，經冷凍后干燥方式處理得到的大米軟化所需要的時間最短。隨著水加入量的增多，大米和玉米的煮制時間都呈現相同趨勢，時間先縮短后延長，在米水質量比為1∶3時煮制時間均達到最短；小米煮制時間的變化趨勢與其相反，隨著水量的增加，煮制時間先延長后縮短，煮制時間最短時米水質量比為1∶2；藜麥的煮制時間隨著米水比的改變，先保持不變后延長，在1∶2和1∶3時均達到最短煮制時間。

其可能原因如下：浸泡可以提高米飯的糊化程度，當水分達到一定程度時淀粉才能充分糊化，在浸泡過程中，水分逐漸向米粒內部移動，米粒的化學性質和組織結構隨著水分的遷移而發生變化。而淀粉糊化過程分為兩種不同的機理：糊化和熔融[7]。在浸泡過程中加水量較少時，谷物吸水量不足，谷物中部分淀粉會隨著自身溫度變化從固態逐漸轉化為熔融狀態，從而達到破壞淀粉有序結構的目的，產生與糊化相同的效果，但該過程消耗的時間有所增加[8]，因此相同的水浴時間，加水量少的谷物最終含水量減少。隨著米水比值的減小，加水量增加，谷物細胞壁的破壞加速，淀粉吸水速率增加。水浴過程中加水量過多，細胞壁遭到破壞的程度加大，谷物中水溶性營養物質溶出量增加，吸水率降低[9]。吸水率越快，含水量越多，谷物煮制軟化所需要的時間越短。

2.2 考察溫度對煮制時間的影響

在米水質量比為1∶3，水浴時間為2 h下，水浴溫度在60、70、80、90℃間變化，探究水浴溫度對大米煮制時間的影響，見表2。之后采用直接干燥和-20℃冷凍2 h后干燥兩種方式處理得到干燥谷物，以米粒飽滿，外觀完整，內部無硬芯及口感良好作為感官評價指標，測定煮制軟化所需要的時間，見圖3、圖4。

表2 溫度對大米煮制的影響Table 2 Effect of temperature on rice cooking

圖3 水浴加熱下水浴溫度對煮制時間的影響（直接干燥）Fig.3 Effect of water bath temperature on boiling time under water bath heating（direct drying）

圖4 水浴加熱下水浴溫度對煮制時間的影響（-20℃干燥）Fig.4 Effect of water bath temperature on boiling time under water bath heating（-20 ℃ drying）

由表2可知，在水浴時間為2 h，米水質量比為1∶3的條件下，水浴溫度發生變化，當水浴溫度為80℃時大米煮制軟化時間最短，相比較直接干燥，冷凍后干燥的軟化時間在此條件下最短。其他水浴溫度下經兩種方式干燥處理后的大米軟化時間都為8 min。直接干燥條件下，隨著溫度的升高，小米的煮制時間先升高后減少，在60℃和90℃下水浴時煮制時間較短；玉米的煮制時間隨水浴溫度的升高先增加后減少，在60℃下小米的煮制時間最短；藜麥的煮制時間隨溫度的變化先下降后保持不變，在80、90℃下均不變。

其可能原因為：浸泡的目的是使大米吸水膨脹，米粒出現細小縫隙，有利于內部淀粉吸收水分以及受熱時均勻糊化。米粒在較高溫度下浸泡時，其表面的溫度高于內核的溫度，水分子擴散加快，吸水率增加，故軟化時間變短[10]。水浴溫度過低，相同水浴時間內，水分子擴散變慢，吸水率低。隨著水浴溫度的升高，大米的煮制時間延長的原因可以有如下解釋：一方面，隨著溫度的升高，大米的細胞壁被破壞程度增加，細胞內水溶性物質的溶出增多[11]，大米淀粉的吸水率降低，另一方面，高溫會使米粒表面的淀粉糊化形成糊，從而阻塞米粒表面的孔隙，使水分不能順利滲透到大米內部，導致大米的含水率降低[12]。大米淀粉吸水率越低，最終含水量越少，則大米煮制軟化時間就越長。小米、玉米的變化與大米的機理類似，由于小米體積較小，故更容易完成吸水膨化。

藜麥的煮制時間隨溫度變化趨勢與大米不太相同，其可能是與藜麥中還原糖的含量有關，還原性糖分子小，在淀粉糊化過程中可隨著水分滲透并進入淀粉顆粒內部，與淀粉分子相互作用，相溶性理論認為，與水相溶性比較好的糖可以起到類似水的作用，對分子鏈有一定的稀釋作用，可降低淀粉的回生速率[13]，隨著溫度的升高，藜麥的回生速率降低，復水性好，煮制時間縮短。

2.3 考察浸泡時間對煮制的影響

在米水質量比為1∶3，水浴溫度為80℃下，分別探究水浴時間在1、2、3、4 h之間變化，浸泡時間對大米煮制的影響見表3。分別采用直接干燥、-20℃冷凍2 h后干燥兩種處理方式下得到干燥谷物，以米粒飽滿，外觀完整，內部無硬芯及口感良好作為感官評價指標，測定煮制軟化所需要的時間，見圖5、圖6。

由圖5可知，隨著水浴時間的延長，大米的煮制時間在水浴2 h時達到最短，其他水浴時間下大米煮制時間都有所增加；小米的煮制時間隨著水浴時間的變化先延長后不變再縮短，在1 h和4 h達到最短煮制時間；玉米煮制時間的變化趨勢同大米，也在水浴2 h時達到最短煮制時間；藜麥的煮制時間隨著水浴的延長先降低后保持不變再略有增加。

浸泡可使大米充分吸水，其他條件不變的情況下，水浴時間短，大米浸泡不充分，米粒中心不能充分吸水，蒸煮時不易發生糊化，內部容易出現硬芯[14]，煮制時間長。在一定范圍內水浴時間越長，大米浸泡越充分，滲透到米粒中心部位的水分就越多，蒸煮時大米的糊化就越充分，大米煮制時間越短。隨著水浴時間的繼續延長，大米米粒破碎，米內的營養物質大量流失，大米的吸水速率降低，含水量降低[15]，復水性變差，復水性越差，煮制時間越長。其次，淀粉和蛋白質都要吸水，他們的吸水過程需要一定的時間，如果水浴時間短，一方面滲透到谷物內部的結合水少，另一方面過度缺水會使大米內部水分分布不均，最終影響淀粉的糊化速率和復水性[16]，大米小米以及藜麥都呈大致相同的趨勢。

表3 水浴時間對大米煮制的影響Table 3 Effect of water bath time on rice cooking

圖5 水浴加熱下水浴時間對煮制時間的影響（直接干燥）Fig.5 The influence of water bath heating time on boiling time（direct drying）

圖6 水浴加熱下水浴時間對煮制時間的影響（-20℃干燥）Fig.6 The influence of water bath heating time on boiling time（-20℃ drying）

在一定條件下，冷凍處理有利于大米的煮制軟化，可能是由于谷物中的主要的化學成分裂解產生的微機械力增大了淀粉分子之間的通道[17]，使得分子中的雙螺旋結構弱化，促使蛋白質、直鏈淀粉和支鏈淀粉有一定程度的滲出，同時，在此過程中冰晶的循環產生和融解破壞了淀粉顆粒棱角[18]，故在較佳工藝條件下，經冷凍處理后得到的干燥谷物煮制軟化所需要的時間有所縮短。因此水浴大米預熟化的較佳工藝條件為：米水質量比1∶3，80℃水浴2 h后，-20℃冷凍2 h后干燥，測得煮制軟化所需要的時間為4 min。小米較佳的工藝路線為：浸泡米水質量為1∶2，在60℃下水浴2 h，經-20℃冷凍后干燥，煮制時間為3 min；玉米較佳的工藝路線為：浸泡米水質量為1∶3，在60℃下水浴2 h，經-20℃冷凍后干燥，煮制時間為4 min；藜麥較佳的工藝路線為：浸泡米水質量為1∶2，在80℃水浴下加熱3 h，經-20℃冷凍后干燥，煮制時間為3 min。

3 營養成分分析

按較佳工藝條件，對谷物進行預熟化處理，經-20℃冷凍2 h后，于80℃下鼓風干燥，產品蛋白質、淀粉、還原糖的含量測定結果見表4，各種谷物的營養損失率見表5。

表4 較佳工藝條件下產品營養成分分析Table 4 Analysis of the nutritive composition of the product under the optimum conditions

表5 各種谷物的營養損失率Table 5 Nutrient loss rates of various grains

由表4可知，4種谷物經水浴及蒸汽處理后，蛋白質、淀粉的含量都有所降低，還原糖的含量有所升高，其主要原因是水浴加熱條件下，大米在水中浸泡比較充分，促使蛋白質和淀粉這類大分子發生水解，生成可溶于水的小分子物質；其次蛋白質與淀粉在水浴過程中發生交聯[19]，導致蛋白質變性，因此水浴過后淀粉和蛋白質的含量都有所降低，還原性糖也溶于水，但是由于淀粉水解會產生新的還原性糖，所以還原性糖的含量略有升高[20]。

總體來看，4種谷物除了大米經水浴加熱及較優的條件處理后，蛋白質和淀粉的含量有所下降，還原性糖的含量上升以外，其余3種谷物的營養物質含量均下降，蛋白質和淀粉以及還原糖損失率不高，因此可以作為4種谷物預熟化的工藝路線。

4 結論

本研究以大米、小米、藜麥、玉米為原料，采用控制變量法擬開發4種谷物的預熟化工藝路線，可知谷物預熟化的浸泡溫度越高，浸泡時間越長，谷物中的水溶性營養物質溶出越多，同時浸泡溫度高對預熟化操作的要求也有所增高，從節約能源，降低成本和追求營養兩方面考慮，得出4種谷物的加工工藝路線。大米預熟化較佳的工藝路線為：浸泡米水質量比1∶3，在80℃下水浴2 h，經-20℃冷凍后干燥，煮制時間為4 min，測得大米中蛋白質含量7.644%，淀粉含量49.46%，還原糖含量0.212%；小米預熟化較佳的工藝路線為：浸泡米水質量比1∶2，在60℃下水浴2 h，經-20℃冷凍后干燥，煮制時間為3 min，測得小米中蛋白質含量9.562%，淀粉含量54.05%，還原糖含量0.608%；玉米預熟化較佳的工藝路線為：浸泡米水質量比1∶3，在60℃下水浴2 h，經-20℃冷凍后干燥，煮制時間為4 min，測得玉米中蛋白質含量7.196%，淀粉含量60.55%，還原糖含量0.288%；藜麥預熟化較佳的工藝路線為：浸泡米水質量比為1∶2，在80℃水浴下加熱3 h經-20℃冷凍后干燥，煮制時間為3 min，測得藜麥中蛋白質含量14.62%，淀粉含量44.05%，還原糖含量1.592%。該工藝條件可作為谷物預熟化的工藝路線，具有一定的現實意義。