不同浸泡工藝改良糙米品質(zhì)的研究

關樺楠， 吳永存， 張 娜

(哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院，哈爾濱 150028)

稻谷在收獲后通常經(jīng)過干燥、碾磨、包裝等一系列加工步驟，碾磨過程的第一步從整個稻谷中脫去谷殼得到含有棕色外糠層的整個糙米粒，第二步去除外糠層得到精米[1]。糙米被認為是一種全谷物，因為外層被完全保存含有麩皮層和胚芽。麩皮層含有許多促進健康的成分，包括礦物質(zhì)元素、維生素和膳食纖維，糙米除了可以提供日常能源外還可以降低慢性疾病的發(fā)病率[2]。然而，麩皮層覆蓋的糙米由于膳食纖維含量較高導致烹飪和食用品質(zhì)較差而很少被消費。在烹飪過程中，水從表面逐漸滲透到米粒的核心區(qū)域，為淀粉的糊化奠定基礎，充分吸收水分是影響糙米蒸煮品質(zhì)的重要因素之一[3]。傳統(tǒng)的糙米浸泡過程可以實現(xiàn)均勻的吸水，另外浸泡過程可以提高糙米的營養(yǎng)價值，有報道稱浸泡會顯著增加糙米的γ-氨基丁酸含量[4]。麩皮層抑制水分吸收進入米粒，增加糙米的浸泡時間，時間過長會導致有害細菌生長影響糙米的風味和安全性[5]，由于糙米的質(zhì)量主要受糠層的影響，纖維素酶可以改變米糠膳食纖維的結構，所以適度去除米糠可以改善糠層的質(zhì)地促進水分的吸收，縮短浸泡時間[6-9]。

本研究以糙米為原料，采用傳統(tǒng)清水浸泡和復合酶浸泡糙米，考察不同浸泡方式對糙米吸水率及感官評分的影響，并對處理前后基本營養(yǎng)成分變化、質(zhì)構特性和表層微觀結構進行分析，為速食糙米的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糙米、纖維素酶、果膠酶、檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液(pH=3)、氫氧化鈉、乙酸鉛、硫酸鈉、乙醚、甲基紅、氯化鈉、濃硫酸，均為分析純；蛋白定量試劑盒、總糖含量試劑盒。

1.2 儀器與設備

TG16-WS 離心機，PHS-3C pH計，UV754N 紫外可見光分光光度計，SIGMA-500蔡司場發(fā)射掃描電鏡，Glutograph-E質(zhì)構儀。

1.3 方法

1.3.1 吸水率的測定

瀝干浸泡處理后糙米的表面水分，分別稱量糙米浸泡前后的質(zhì)量，計算公式為[7]：

式中：m1為糙米吸水前的質(zhì)量/g；m2為糙米吸水后的質(zhì)量/g。

1.3.2 感官評分標準

由10名食品專業(yè)技術人員組成評審團，對預熟后的糙米樣品進行感官評價，并按照表1對糙米進行客觀的評分。

表1 糙米感官評分標準

1.3.3 營養(yǎng)指標的測定

含水量的測定參考GB 5009.3—2016中的直接干燥法；樣品營養(yǎng)成分測定以干基計(g/100 g干基)。淀粉含量測定參考GB 5009.9—2016中的酸水解法；脂肪含量測定參考GB 5009—2016中的索氏提取法；蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍法蛋白質(zhì)定量試劑盒；總糖含量測定采用總糖試劑盒。

1.3.4 蒸煮質(zhì)構特性分析

將糙米分別置于沸水中煮15 min再燜5 min，瀝干表面水分后測定其硬度、彈性、膠黏性和咀嚼性。測定條件為：圓柱形探頭(Φ100 nm),測試速度為60 mm/min，觸發(fā)壓力為0.5 N，形變量為50%。

1.3.5 不同浸泡工藝糙米表層形貌觀察

取適量凍干后的原糧、清水浸泡和復合酶浸泡的樣品分別均勻粘在掃描電鏡觀察臺，用Q150TES 型粒子濺射鍍膜儀給樣品鍍金，厚度約為15 nm。使用電鏡掃描儀觀測米粒表層結構。

1.3.6 單因素優(yōu)化清水浸泡工藝

1.3.6.1 料液比對糙米吸水效果的影響

取5份糙米樣品，每份10 g(準至±0.001 g)計為m1裝入燒杯，向燒杯中加入水使料液比為1∶1.2、1∶1.4、1∶1.6、1∶1.8和1∶2.0，將米粒全部浸沒在水中，再將燒杯置于25 ℃的恒溫水浴鍋中浸泡30 min。取出小網(wǎng)兜擦干糙米表面水分，稱重計為m2，計算其吸水率并作出感官評分，重復實驗3次。

1.3.6.2 溫度對糙米吸水效果的影響

取5份糙米樣品，每份10 g(準至±0.001 g)計為m1裝入燒杯，向燒杯中加入水使料液比為1∶1.6，將米粒全部浸沒在水中，再將燒杯至于25、30、35、40、45 ℃的恒溫水浴鍋中浸泡30 min。取出小網(wǎng)兜擦干糙米表面水分，稱重計為m2，計算其吸水率并作出感官評分，重復實驗3次。

1.3.6.3 時間對糙米吸水效果的影響

取5份糙米樣品，每份10 g(準至±0.001 g)轉換為體積裝入燒杯，向燒杯中加入水使料液比為1∶1.6，將米粒全部浸沒在水中，再將燒杯至于40 ℃的恒溫水浴鍋中浸泡30、35、40、45、50 min。取出小網(wǎng)兜擦干糙米表面水分，稱重計為m2，計算其吸水率并作出感官評分，重復實驗3次。

1.3.7 正交實驗設計優(yōu)化清水浸泡糙米工藝

選擇L9(34)正交實驗，稱取10 g糙米(準至±0.001 g)計為m1裝入燒杯，向燒杯中加入不同體積的水調(diào)節(jié)料液比，將燒杯放在不同溫度水浴鍋中反應不同時間后取出小網(wǎng)兜擦干糙米表面水分，稱重計為m2，計算其吸水率并作出感官評分，重復實驗3次。確定因素影響的主次順序及優(yōu)選方案。

1.3.8 單因素優(yōu)化復合酶浸泡工藝

1.3.8.1 pH對復合酶浸泡糙米吸水效果的影響

取5份糙米樣品，每份10 g(準至±0.001 g)計為m1裝入燒杯，將米粒全部浸沒在復合酶質(zhì)量濃度為0.4 g/L的溶液中(纖維素酶∶果膠酶=1∶1)使料液比為1∶2，用檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)pH分別為3.5、4.0、4.5、5.0、5.5，再將燒杯置于25 ℃的恒溫水浴鍋中浸泡30 min。取出小網(wǎng)兜擦干糙米表面水分，稱重計為m2，計算其吸水率并作出感官評分，重復實驗3次。

1.3.8.2 溫度對復合酶浸泡糙米吸水效果的影響

取5份糙米樣品，每份10 g(準至±0.001 g)計為m1裝入燒杯，將米粒全部浸沒在復合酶質(zhì)量濃度為0.4 g/L的溶液中(纖維素酶∶果膠酶=1∶1)使料液比為1∶2，用檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)pH分別為5.0，再將燒杯置于25、30、35、40、45 ℃的恒溫水浴鍋中浸泡30 min。取出小網(wǎng)兜擦干糙米表面水分，稱重計為m2，計算其吸水率并作出感官評分，重復實驗3次。

1.3.8.3 時間對復合酶浸泡糙米吸水效果的影響

取5份糙米樣品，每份10 g(準至±0.001 g)計為m1裝入燒杯，將米粒全部浸沒在復合酶質(zhì)量濃度為0.4 g/L的溶液中(纖維素酶∶果膠酶=1∶1)使料液比為1∶2，用檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)pH分別為5.0，再將燒杯置于45 ℃的恒溫水浴鍋中浸泡30、35、40、45、50 min。取出小網(wǎng)兜擦干糙米表面水分，稱重計為m2，計算其吸水率并作出感官評分，重復實驗3次。

1.3.9 正交實驗設計優(yōu)化復合酶浸泡糙米工藝

選擇L9(34)正交實驗，稱取10 g糙米(準至±0.001 g)計為m1裝入燒杯，向燒杯中加入0.4 g/L的復合酶溶液(纖維素酶∶果膠酶=1∶1)使料液比為1∶2，用檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)不同pH，將燒杯放在不同溫度水浴鍋中反應不同時間后取出小網(wǎng)兜擦干糙米表面水分，稱重計為m2，由公式計算其吸水率并作出感官評分，重復實驗3次。確定因素影響的主次順序及優(yōu)選方案。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用Origin2018軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 清水浸泡工藝單因素實驗

2.1.1 料液比對糙米吸水效果的影響

由圖1可知，糙米吸水率隨著浸泡時含水量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，料液比為1∶1.6時糙米的吸水率達到最大值(7.80±0.23)%。浸泡時含水量過低不能將糙米充分浸沒從而導致吸水率較低；含水量過高時會增大糙米中營養(yǎng)物質(zhì)的溶出率，從而使糙米的吸水率下降且影響糙米的感官評分，所以為了不影響糙米的感官及食用品質(zhì)確定最佳浸泡料液比為1∶1.6。

2.1.2 溫度對糙米吸水效果的影響

由圖1可知，溫度對糙米的吸水率有影響，主要影響糙米的吸水速度。在25～35 ℃時糙米吸水率增加緩慢，溫度在35～40 ℃時糙米吸水率迅速升高，這可能由于溫度的升高對糙米表面緊密結構產(chǎn)生影響，促進水分子向糙米內(nèi)部擴散導致吸水率增加。隨著浸泡溫度的繼續(xù)升高浸泡水的渾濁度增加，這是由于部分胚乳成分釋放，導致吸水率降低[10]。此外，浸泡溫度過高糙米中淀粉容易糊化，對糙米的感官品質(zhì)產(chǎn)生影響，糙米表面出現(xiàn)更多裂痕影響糙米的完整性，所以為了避免淀粉糊化和影響感官品質(zhì)確定最佳浸泡溫度為40 ℃。

圖1 不同因素對糙米清水浸泡工藝的影響

2.1.3 時間對糙米吸水效果的影響

由圖1可知，糙米吸水率隨著浸泡時間的增加而增高，在浸泡40 min后吸水率增加變得緩慢，說明糙米的吸水率已基本達到飽和，浸泡時間過長糙米的感官品質(zhì)也受到影響，糙米表面裂痕增多，干燥后碎米率增加，因而選擇40 min作為糙米浸泡時間。

2.2 清水浸泡工藝正交實驗

正交實驗結果由表2可知，進行極差分析可得到，實驗各因素對糙米吸水效果影響主次順序為：B>C>A，即浸泡溫度>浸泡時間>料液比，通過極差分析確定的最優(yōu)方案組合為A2B2C3，即料液比1∶1.6，溫度40 ℃，時間50 min。綜合分析，可以說明浸泡溫度是影響清水浸泡效果的主要因素，料液比和浸泡時間對該工藝也有影響。以正交結果最優(yōu)方案進行浸泡實驗，重復實驗3次，測的糙米吸水率為(15.18±0.60)%，感官評分為81分。

表2 清水浸泡工藝正交實驗結果

2.3 復合酶浸泡工藝單因素實驗

2.3.1 pH對糙米吸水效果的影響

由圖2可知，pH 3.5～5.0時吸水率和感官評分都呈上升趨勢，且pH為5.0時達到最大值(6.48±0.80)%，pH>5.0后吸水率呈現(xiàn)下降趨勢，這主要因為pH過高或過低都會抑制纖維素酶和果膠酶的活性，纖維素酶和果膠酶的作用受到抑制使糙米表面緊密糠層降解量少，不利于水分向糙米內(nèi)部擴散；當pH為5.0時，纖維素酶和果膠酶復合作用效果顯著，糙米緊密糠層破壞量大，有利于水分向糙米內(nèi)部擴散，糙米吸水率最高。由此可得最佳復合酶浸泡pH為5.0，且此時具有較高的感官評分。

2.3.2 溫度對糙米吸水效果的影響

由圖2可知，溫度對復合酶浸泡糙米吸水效果影響顯著，糙米吸水率隨著溫度的升高而增加，但糙米的感官評分在45 ℃后呈現(xiàn)下降趨勢，這主要是因為溫度的升高纖維素酶和果膠酶的酶活性逐漸增強，復合酶降解糙米纖維素能力逐漸增強，糙米表面緊密結構被破壞后吸水效果增強，所以吸水率隨著溫度的升高逐漸增加[11]；但溫度過高對糙米理化性質(zhì)產(chǎn)生影響從而影響糙米的感官品質(zhì)，表面裂痕增多，固形物損失量增加。所以為了保持糙米完整結構和較高的感官評分，確定最佳浸泡溫度為45 ℃。

2.3.3 時間對糙米吸水效果的影響

由圖2可知，隨著浸泡時間的延長糙米的吸水率和感官評分都呈現(xiàn)上升趨勢，但在40 min后吸水率的增長變緩，說明糙米的吸水效果接近飽和狀態(tài)，為節(jié)約時間和成本選擇50 min作為最佳復合酶浸泡時間，浸泡后的糙米顆粒完整、顏色較接近原糧。

圖2 不同因素對糙米復合酶浸泡工藝的影響

2.4 復合酶浸泡工藝正交實驗

由表3可知，進行極差分析可得到，實驗各因素對糙米吸水效果影響主次順序為：B>C>A，即溫度>時間>pH，通過極差分析確定的最優(yōu)方案組合為A2B3C3，即pH為5，溫度50 ℃，時間50 min。可以說明浸泡溫度是影響復合酶浸泡效果的主要因素，浸泡時間和pH對該工藝也有影響。以正交結果最優(yōu)方案進行浸泡實驗，重復實驗3次，測的糙米吸水率為(18.31±1.2)%，感官評分為80分。

表3 復合酶浸泡正交實驗結果

2.5 浸泡前后糙米營養(yǎng)成對比分析

由表4可知，2種浸泡工藝處理對糙米營養(yǎng)成分含量變化均有顯著性差異(P<0.05)，糙米經(jīng)過浸泡處理后水分含量升高，主要是因為浸泡過程中糙米吸收水分，復合酶浸泡更有利于水分向米粒內(nèi)部擴散，所以使復合酶浸泡后的糙米含水量高于清水浸泡。2種方式浸泡后糙米中的淀粉含量均有所下降，主要因為糙米是稻谷脫殼后不加工或較少加工得到的全谷物米粒具有發(fā)芽能力，糙米在浸泡過程中生命活力被不斷激活，糙米內(nèi)發(fā)生一系列生理生化變化，其中淀粉酶活力被激活將淀粉水解為小分子物質(zhì)如還原糖等溶于水中，所以淀粉含量略下降，但由于浸泡時間不長淀粉損失量較低。蛋白酶活性的增強可以將溶解性較差的谷蛋白水解為小分子可溶性蛋白或氨基酸，所以使蛋白含量增加[12]。總糖含量均增加主要因為糙米中的淀粉酶、纖維素酶、半纖維素酶等被部分激活后將大分子物質(zhì)水解釋放出來[13]，并且復合酶浸泡中添加的纖維素酶和果膠酶協(xié)同發(fā)揮作用使糙米糠層結構充分酶解，所以復合酶浸泡后總糖含量高于清水浸泡。糙米主要含有米糠油和米肧油，表面米糠層的破化導致復合酶浸泡后脂肪損失量大于普通清水浸泡[14]。由于浸泡時間不長，糙米內(nèi)部的各種酶不能完全被激活，浸泡處理對糙米基本營養(yǎng)成分含量影響不大。

表4 浸泡前后糙米營養(yǎng)成分對比分析

2.6 浸泡前后糙米蒸煮質(zhì)構分析

由表5可知，經(jīng)過浸泡處理后糙米的硬度顯著性降低(P<0.05)，其中清水浸泡和復合酶浸泡后糙米硬度分別降低了19.43%和38.14%，復合酶浸泡降低糙米硬度效果約是普通清水浸泡的1.96倍，這主要是因為復合酶浸泡后糙米表層結構變致密為松散更易吸收水分，促進淀粉糊化。浸泡后糙米彈性均增加差異性不顯著，咀嚼性均降低，復合酶浸泡后的糙米咀嚼性降低明顯，這主要是因為酶處理使糙米表面糠層破壞，水分擴散速度增加更有利于淀粉糊化，纖維素被酶解使糙米粗糙的口感得到改善。

表5 浸泡前后糙米蒸煮質(zhì)構分析

2.7 浸泡前后糙米表層掃描電鏡觀察

由圖3可知，糙米原糧表面糠層質(zhì)地緊密且完整，經(jīng)過清水浸泡處理得到的糙米皮質(zhì)結構出現(xiàn)少許裂痕，由此可以看出清水浸泡對糙米致密的糠層結構具有一定破壞作用，但影響不大。復合酶浸泡處理得到的糙米皮層結構出現(xiàn)了明顯的疏松多孔結構，這主要因為纖維素酶和果膠酶作用于糙米皮層的非淀粉多糖使糙米麩皮層降解變薄，復合酶處理后水分通過麩皮層被迅速吸收導致糙米在烹飪過程中更快糊化，從而提高糙米蒸煮品質(zhì)[15]。

圖3 不同處理后糙米表層掃描電子顯微鏡圖片

3 結論

清水浸泡糙米的最佳工藝條件為：料液比1∶1.6、溫度40 ℃、時間50 min，此條件下，吸水率達到(15.18±0.6)%；復合酶浸泡糙米最佳工藝條件:pH為5.0、溫度50 ℃、時間50 min，此條件下吸水率達到(18.31±1.2)%，較清水浸泡提高20.62%，2種浸泡方式均可以提高糙米的吸水率并保持較高的感官評分。浸泡處理后糙米的硬度均降低且復合酶浸泡降低糙米硬度效果是清水浸泡的1.96倍，復合酶浸泡對糙米表面致密糠層破壞效果顯著但對糙米基本營養(yǎng)成分影響不大，由此可見復合酶浸泡糙米對于提高糙米吸水率和改善糙米蒸煮品質(zhì)效果優(yōu)于清水浸泡。