紫外、微波處理對(duì)留胚米理化性質(zhì)及儲(chǔ)藏期的影響

(李 婷 江 蕾 田利亞 姜 蓓 呂慶云,2 丁文平,2陳 軒 陳 曦,2 王國(guó)珍,2 金剛強(qiáng) 任偉忠

(武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院1，武漢 430023)

(大宗糧油精深加工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，武漢 430023)

(衢州市庫(kù)米賽諾糧食機(jī)械制造有限公司3，衢州 324000)

(喜地農(nóng)業(yè)(武漢)有限公司4，武漢 430023)

留胚米也稱(chēng)胚芽米，是保留了全部或大部分米胚的大米，一般留胚率在80% 以上。留胚米具有精米的優(yōu)質(zhì)口感，同時(shí)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，是一種較理想的優(yōu)質(zhì)主糧[1]，具有廣闊的市場(chǎng)前景。留胚米碾磨精度較低，有較高的熱、濕敏性，在儲(chǔ)藏過(guò)程中容易吸潮和酸敗而變質(zhì)。常溫條件下保質(zhì)期僅有30 d左右，而普通精米保質(zhì)期為180 d[2]。因此，留胚米與精米相比，更難儲(chǔ)藏。在儲(chǔ)藏期間，留胚米會(huì)快速酸敗變質(zhì)。在儲(chǔ)藏過(guò)程中，由于失去稻殼的保護(hù)，留胚米中的脂類(lèi)在脂肪酶的作用下發(fā)生分解[3]，是導(dǎo)致留胚米儲(chǔ)藏品質(zhì)劣變的主要因素[4]。目前，微波和紫外照射處理技術(shù)在食品工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。張玉榮等[5]報(bào)道選擇合適的微波功率處理小麥胚芽可以鈍化小麥胚芽脂肪酶活力；紫外照射處理也可有效降低留胚米中的脂肪酶活力[6]。在食品加工工業(yè)中，微波技術(shù)熱穿透力強(qiáng)，加熱均勻、速度快、營(yíng)養(yǎng)物損失少、能耗小、調(diào)控方便，能較好地保持物料的色澤和營(yíng)養(yǎng)成分[7]。紫外照射作為一種非電離輻射，具有安全、高效等特點(diǎn)[8]，它在照射物質(zhì)時(shí)，只能作用于被照射物質(zhì)的表面組織，因此不會(huì)在被照射物質(zhì)體內(nèi)積累放射性或化學(xué)藥物，也不會(huì)改變物質(zhì)的硬度[9]，在處理留胚米時(shí)，可根據(jù)需要綜合考慮，選擇適合的加工工藝。

本實(shí)驗(yàn)在姜蓓等[6]優(yōu)化紫外照射處理留胚米工藝的基礎(chǔ)上，與微波處理進(jìn)行比較，對(duì)處理后留胚米中的糊化特性、結(jié)晶特性、米飯質(zhì)構(gòu)等理化性質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)；另外采用食品儲(chǔ)存期加速測(cè)試法(ASLT)，判斷紫外、微波處理后的留胚米是否宜儲(chǔ)藏，并對(duì)儲(chǔ)藏期間2種工藝處理后的留胚米的脂肪酸值、米飯感官評(píng)價(jià)和糊化特性各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)與比較，分析紫外照射處理與微波處理在對(duì)留胚米理化性質(zhì)及儲(chǔ)藏期影響方面的優(yōu)缺點(diǎn)，為選擇合適的留胚米處理工藝提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

留胚米(晚秈米，留胚率82%)，其他試劑均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

RVA快速黏度儀，TA-XT21物性測(cè)試儀，X-RD射線衍射儀，TU-1810PC型紫外可見(jiàn)光光度計(jì)。

1.3 方法

1.3.1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)選取最佳微波處理?xiàng)l件，將微波功率設(shè)為462 W，料層厚度為2 cm，將120 g初始含水量為13%留胚米在微波爐中處理20 s后取出。

參照姜蓓等[6]紫外照射處理留胚米的最佳條件，取120 g初始含水量為13%的留胚米均勻平鋪在紗布上，鋪料厚度為1 cm。放置在253.7 nm紫外燈下，紫外燈功率為40 W，樣品與紫外燈之間的距離為4.5 cm，在紫外照射11.50 min后結(jié)束。

1.3.2 微波、紫外處理對(duì)留胚米理化性質(zhì)的影響 1.3.2.1 留胚米糊化特性(RVA)的測(cè)定

參照GB/T 24852—2010《大米及米粉糊化特性測(cè)定快速黏度儀法》，用快速黏度分析儀測(cè)定留胚米粉的糊化性質(zhì)。先將機(jī)器預(yù)熱30 min后，程序初始溫度設(shè)為25 ℃，稱(chēng)取(3.00±0.01) g(按12%濕基校正)留胚米粉，每個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品重復(fù)3次。

1.3.2.2 留胚米米飯質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

取3粒達(dá)到熟化時(shí)間的米飯，冷卻至室溫后置于質(zhì)構(gòu)儀測(cè)試平臺(tái)。采用兩次壓縮循環(huán)模式(TPA)進(jìn)行測(cè)定。探頭的測(cè)前、測(cè)中和測(cè)后速度分別為0.5、0.5、5 mm/s。選用圓柱形探頭(P/45)，壓縮程度為90%，觸發(fā)值為5.0 g。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定10次。得到樣品的硬度、黏度、咀嚼性和內(nèi)聚性[10]。

1.3.2.3 留胚米X-RD晶體特性的測(cè)定

將留胚米樣品粉碎后過(guò)300目篩，取少量粉末用X-RD射線衍射儀測(cè)定米粉的結(jié)晶特性。設(shè)置測(cè)定條件為：Cuka 輻射，管壓40 kV，管流40 mA，掃描區(qū)域2θ為4°～40°，掃描速度4(°)/min。

1.3.3 紫外、微波處理留胚米的儲(chǔ)藏期判斷

1.3.3.1 ASLT實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

食品儲(chǔ)藏加速測(cè)試法ASLT(Accelerated shelf-life testing)是一種有效、快速的預(yù)測(cè)食品儲(chǔ)藏期的方法[11]。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求所采樣品為同一批次所生產(chǎn)的留胚米，且樣品采用真空包裝形式，每袋包裝100 g留胚米。將真空密封包裝的留胚米放入恒溫箱中，由于是真空包裝，所以不考慮濕度，選取ASLT溫度為35、45 ℃。由于實(shí)驗(yàn)中所采用的留胚米脂肪含量較高，溫度引起的化學(xué)反應(yīng)對(duì)留胚米質(zhì)量起主要作用，所以在儲(chǔ)藏條件45 ℃下所存儲(chǔ)的留胚米每7 d進(jìn)行一次檢測(cè)，計(jì)算Q10的公式見(jiàn)式(1)。

(1)

Q10暫定為2，計(jì)算較低實(shí)驗(yàn)溫度T2時(shí)每次測(cè)試之間的時(shí)間間隔f2的公式見(jiàn)式(2)。

f2=f1Q10T/10

(2)

式中：f1為最高實(shí)驗(yàn)溫度T1時(shí)每次測(cè)試之間的時(shí)間間隔；T為(T1-T2) ℃。得到f2(35 ℃)約為14，即14 d測(cè)1次。確定好測(cè)試溫度和不同溫度下測(cè)定次數(shù)后，得到相應(yīng)數(shù)據(jù)。θS為指定溫度下的儲(chǔ)藏期。對(duì)于任何不為10 ℃的溫度差T，計(jì)算Q10的公式見(jiàn)式(3)。

(3)

商業(yè)儲(chǔ)存溫度一般為20 ℃，計(jì)算指定溫度T1下的儲(chǔ)藏期的公式，見(jiàn)式(4)。

θS(T1)=θS(T2)× Q10T/10

(4)

式中：θS(T2)為指定溫度T2下的儲(chǔ)藏期；T為T(mén)1與T2的溫度差。得到正常存儲(chǔ)條件下的儲(chǔ)藏期。

1.3.3.2 留胚米脂肪酸值測(cè)定

留胚米樣品粉碎后取約50 g，參考GB/T 15684—2015進(jìn)行脂肪酸值測(cè)定。

1.3.3.3 留胚米飯感官評(píng)價(jià)

參考GB/T 15682—2008中的米飯感官評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和記錄表(評(píng)分方法一)，制定留胚米飯感官評(píng)分表，按照評(píng)分表對(duì)留胚米飯樣品進(jìn)行感官評(píng)分。

1.3.3.4 儲(chǔ)藏期糊化特性(RVA)測(cè)定

稱(chēng)取(3.00±0.01) g(按12%濕基校正)儲(chǔ)藏期留胚米粉，按1.3.2.1測(cè)定方法檢測(cè)儲(chǔ)藏期留胚米的糊化特性。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析, 用Originpro8.5進(jìn)行制圖分析，用SPSS22中多樣本均數(shù)比較(ANOVA)和LSD檢驗(yàn)進(jìn)行差異性顯著分析(P<0.05)。測(cè)定結(jié)果均重復(fù)3次。圖中的誤差與標(biāo)準(zhǔn)差相對(duì)應(yīng)。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫外和微波處理對(duì)留胚米理化性質(zhì)的影響

2.1.1 留胚米糊化特性

糊化性質(zhì)包括峰值黏度、最低黏度、崩解值、最終黏度、回生值以及糊化溫度。其中崩解值越大、回生值越小代表留胚米的糊化特性越好，其蒸煮品質(zhì)和食用品質(zhì)也越好[12]。通過(guò)表2可知，微波處理后留胚米的最低黏度、最終黏度、回生值、糊化溫度均顯著升高，峰值黏度、崩解值均顯著降低，這是因?yàn)槲⒉ㄌ幚頃r(shí)，留胚米溫度升高，淀粉發(fā)生了部分糊化。與微波處理相比，紫外照射更好地保持了留胚米原有的糊化性質(zhì)，峰值黏度、最低黏度、崩解值、最終黏度、回生值以及糊化溫度都沒(méi)有顯著變化(P>0.05)，這也說(shuō)明紫外照射對(duì)留胚米的蒸煮品質(zhì)沒(méi)有顯著影響。

表1 處理前后的留胚米糊化特性測(cè)量結(jié)果對(duì)比

表2 留胚米飯質(zhì)構(gòu)測(cè)定

2.1.2 留胚米飯質(zhì)構(gòu)特性

留胚米的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)可以反映留胚米的食用品質(zhì)，從表3可知，紫外處理和微波處理的留胚米硬度、彈性、內(nèi)聚性、膠黏性、咀嚼性以及回復(fù)性與未處理的留胚米相比沒(méi)有顯著變化(P>0.05)，說(shuō)明紫外、微波處理不會(huì)顯著影響留胚米米飯的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)。Mohapatra等[13]的結(jié)果表明，米粒水分吸收率和體積膨脹率之間存在顯著正相關(guān)的關(guān)系，因此水分吸收率的提高會(huì)造成體積膨脹率的提高，米飯質(zhì)構(gòu)因受到水分吸收的影響發(fā)生顯著變化，由此可見(jiàn)紫外處理和微波處理沒(méi)有顯著影響到留胚米粒的水分吸收率。

表3 儲(chǔ)藏溫度35 ℃脂肪酸值的變化情況

2.1.3 留胚米X-RD結(jié)晶特性

X射線衍射(XRD)可判斷淀粉的結(jié)晶類(lèi)型，根據(jù)X射線衍射圖譜衍射峰出現(xiàn)的位置不同可以將淀粉結(jié)晶類(lèi)型分為A型、B型、C型以及V型[14]。將留胚米粉碎過(guò)300目篩后，進(jìn)行檢測(cè)。由圖1可知，未處理、微波處理、紫外照射后的留胚米衍射角度(2θ)分別在15°、17°、18°、23°出現(xiàn)明顯的衍射峰，普通稻米淀粉的結(jié)晶類(lèi)型一般為A型[15]，這說(shuō)明微波、紫外處理沒(méi)有破壞留胚米的淀粉晶型結(jié)構(gòu)，在處理前后均屬于A型淀粉晶型結(jié)構(gòu)。紫外照射留胚米溫度在20～40 ℃，微波處理留胚米時(shí)留胚米的溫度也在20～40 ℃[3]，超過(guò)60 ℃時(shí)留胚米淀粉結(jié)晶才由A型向無(wú)定型晶型轉(zhuǎn)變[16]，因此紫外和微波處理時(shí)未使留胚米晶型發(fā)生變化。

圖1 處理前后留胚米的X-射線衍射圖

2.2 紫外處理留胚米儲(chǔ)藏期判斷

2.2.1 儲(chǔ)藏期間脂肪酸值的變化

在儲(chǔ)藏期對(duì)留胚米的脂肪酸值進(jìn)行檢測(cè)，按照GB/T 20569—2006《稻谷儲(chǔ)存品質(zhì)判定規(guī)則》，當(dāng)脂肪酸值達(dá)到35 mg KOH/100 g干基時(shí)，認(rèn)為其達(dá)到儲(chǔ)藏期限。由表4可知，在35 ℃的溫度下儲(chǔ)藏留胚米，未處理的留胚米在儲(chǔ)藏14 d時(shí)，脂肪酸值就已經(jīng)超過(guò)該臨界值，紫外照射的留胚米儲(chǔ)藏到42 d時(shí)，脂肪酸值超過(guò)31.13 mg/100 g，與臨界值相差甚小，因此根據(jù)需要減小取樣的時(shí)間[17]。紫外照射和微波處理留胚米分別儲(chǔ)藏到49、63 d時(shí)，脂肪酸值超過(guò)臨界值。由表5可知，在45 ℃的溫度下儲(chǔ)藏時(shí)，未處理、微波處理、紫外照射的留胚米分別在儲(chǔ)藏7、35、28 d時(shí)，脂肪酸值超過(guò)臨界值。由此說(shuō)明，留胚米通過(guò)微波處理和紫外處理均可延長(zhǎng)留胚米的儲(chǔ)藏期。

表4 儲(chǔ)藏溫度45 ℃脂肪酸值的變化情況

2.2.2 應(yīng)用ASLT法預(yù)測(cè)留胚米的儲(chǔ)藏期

根據(jù)表4和表5的結(jié)果，由公式Q10=在T溫度下的儲(chǔ)藏期/在(T+10)溫度下的儲(chǔ)藏期可以計(jì)算出留胚米的Q10，其未處理時(shí)Q10=14 d/7 d=2。由公式θS(T1)=θS(T2)×Q10T/10可以計(jì)算出商業(yè)儲(chǔ)藏溫度20 ℃時(shí)，留胚米的儲(chǔ)藏期，其儲(chǔ)藏期為14×21.5=39 d。同理可以計(jì)算出微波處理后留胚米的Q10=63d/35 d=1.8；其儲(chǔ)藏期為63×1.81.5≈152 d；紫外照射后留胚米的Q10=49 d/28 d=1.75；其儲(chǔ)藏期為49×1.751.5≈113 d。未處理的留胚米儲(chǔ)藏期約為39 d，經(jīng)過(guò)微波鈍化留胚米的脂肪酶活性后，留胚米的儲(chǔ)藏期可以延長(zhǎng)到152 d；紫外處理可以將留胚米的儲(chǔ)藏期延長(zhǎng)到113 d，微波處理后留胚米儲(chǔ)藏期比紫外處理后留胚米儲(chǔ)藏期更長(zhǎng)，在工業(yè)生產(chǎn)上2種處理工藝都可解決留胚米儲(chǔ)藏期短的問(wèn)題。

2.2.3 儲(chǔ)藏期間留胚米飯感官評(píng)分的變化

留胚米飯的感官評(píng)價(jià)依據(jù)GB/T 15682—2008的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)米飯的氣味、外觀結(jié)構(gòu)、適口性、滋味以及冷飯質(zhì)地分值求和得到最終感官評(píng)價(jià)分值。這是評(píng)價(jià)米飯的食用品質(zhì)的最直接方式。由圖2可知，微波處理后的留胚米飯比未處理組和紫外照射組的口感要差，可能是因?yàn)槲⒉ㄌ幚砹襞呙讜r(shí)，已經(jīng)使留胚米發(fā)生了輕微糊化，影響了留胚米飯的食用品質(zhì)。但隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，未處理的留胚米感官評(píng)分變低，主要原因是留胚米中的脂肪在氧化水解，一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在發(fā)生變化。紫外照射不會(huì)影響留胚米天然的蒸煮品質(zhì)。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加，紫外照射后的留胚米飯感官評(píng)分先緩慢下降，達(dá)到一定時(shí)間后，得分會(huì)急劇下降，其主要原因是留胚米在紫外照射鈍化脂肪酶活性后，在開(kāi)始時(shí)延緩了留胚米脂肪氧化水解酸敗，使留胚米的食用品質(zhì)保持較好的狀態(tài)。微波處理的留胚米飯雖然初始口感差于未處理的和紫外照射的留胚米飯，但隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加，其感官評(píng)分的變化趨于平緩，原因主要是微波處理使留胚米脂肪酶滅活率達(dá)到最大，最大程度地延緩了留胚米的酸敗變質(zhì)。

圖2 儲(chǔ)藏期間感官評(píng)分變化情況

2.2.4 儲(chǔ)藏期間留胚米糊化特性的變化

崩解值是評(píng)估大米陳化的指標(biāo)之一[18]。崩解值是指溶脹的淀粉顆粒在連續(xù)加熱和剪切作用力下的穩(wěn)定性，所以崩解值越大，說(shuō)明留胚米的糊化特性就越好，食用品質(zhì)也就越高。由圖3可知，留胚米的崩解值均隨儲(chǔ)藏時(shí)間的增加而呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，這與Fan等[19]報(bào)道一致，由于在儲(chǔ)藏初期，淀粉與脂類(lèi)等物質(zhì)會(huì)形成較緊密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，隨著氨基酸含量增加，淀粉顆粒表面的親水作用逐漸增強(qiáng)，抗剪切力減弱，崩解值增大，而后期因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的水解，使得淀粉羥基與蛋白質(zhì)的正電荷發(fā)生的作用逐漸減弱，從而逐漸增強(qiáng)體系的抗剪切能力，因此淀粉顆粒膨脹力減小，崩解值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。微波處理的留胚米與未處理的留胚米相比崩解值變化較大，微波處理改變了留胚米的糊化性質(zhì)，是由于微波產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致留胚米稍微糊化。紫外照射相比于微波處理，有效地抑制了留胚米糊化性質(zhì)的變化。

圖3 不同儲(chǔ)藏溫度崩解值變化情況

3 結(jié)論

采用微波處理和紫外處理鈍化留胚米的脂肪酶活性，不會(huì)改變留胚米的質(zhì)構(gòu)特性和淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)；紫外照射不會(huì)改變留胚米的糊化特性，但微波處理后留胚米的峰值黏度、糊化溫度等糊化特性與未處理前有顯著差異，說(shuō)明在微波處理留胚米時(shí)，留胚米發(fā)生了部分糊化。未處理、微波處理、紫外處理留胚米儲(chǔ)藏期分別約為39、152、113 d，微波處理在延長(zhǎng)儲(chǔ)藏期方面更具優(yōu)勢(shì)。在儲(chǔ)藏過(guò)程中，微波處理會(huì)對(duì)留胚米的食用品質(zhì)有一定的影響，在儲(chǔ)藏早期能很好保持留胚米的口感，但后期不如微波處理口感好，未處理的留胚米在儲(chǔ)藏一段時(shí)間后就會(huì)失去米飯的清香，滋味較差，適口性也較差。儲(chǔ)藏期間留胚米的崩解值隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，微波處理后的留胚米崩解值相比于未處理變化較大，紫外照射相比于微波處理，有效地抑制了留胚米的糊化性質(zhì)的變化。