馬鈴薯全粉-碎米混合粉的 糊化特性及其擠壓重組米品質

雷婉瑩,曾希珂,章麗琳,張 喻,2,*

(1.湖南農業大學食品科學技術學院,湖南長沙 410128; 2.食品科學與生物技術湖南省重點實驗室,湖南長沙 410128)

馬鈴薯營養全面,其蛋白質接近于動物蛋白,含有傳統主食缺乏的賴氨酸和色氨酸[1-2]。此外,馬鈴薯熱量較低[3],能夠適應現代居民對主食的新需求。馬鈴薯全粉基本保留了馬鈴薯的營養及風味,具有較好的增稠性、吸水性和持水性[4]。碎米是稻谷制米過程中產生的副產物,其營養成分與整米相似,但價格僅為大米的1/3～1/2,目前主要用作飼料原料,造成了稻谷資源的極大浪費,影響了精米加工企業的經濟效益[5]。對碎米進行深加工利用,提高其附加值是解決碎米資源利用的重要途徑。

利用擠壓技術,以馬鈴薯全粉與碎米混合粉為原料,經擠壓機造粒、干燥制成與天然大米外觀和口感類似的重組米,不僅能夠提高重組米中蛋白質的功效比,賦予擠壓重組米獨特風味,而且有助于增加馬鈴薯主食的花色品種,帶動馬鈴薯消費,提高碎米附加值。目前關于擠壓重組米的研究主要包括加工工藝和品質改良劑對產品品質的影響,而原料特性對擠壓重組米品質影響的研究鮮見報道[6-8]。原料在擠壓過程中受到加熱、剪切、壓力的聯合作用,其中的淀粉會發生糊化,糊化后形成凝膠的粘彈性和強度會影響擠壓重組米的加工性能及品質。因此,有必要測定并分析原料的糊化特性與擠壓重組米品質之間的關系。

本試驗將馬鈴薯全粉與碎米粉按不同比例混合后測定其糊化特性,研究馬鈴薯全粉對混合粉糊化特性的影響。在此基礎上制備馬鈴薯擠壓重組米,通過測定擠壓重組米的感官品質、質構特性和蒸煮損失率,研究馬鈴薯全粉對擠壓重組米品質的影響,確定擠壓重組米制作過程中馬鈴薯全粉的合適添加量;并對馬鈴薯全粉添加量、馬鈴薯-碎米混合粉糊化特性與擠壓重組米品質特性之間的相關性進行分析,以期為馬鈴薯全粉在擠壓重組米中的進一步應用和研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

稻花香碎米、稻花香米 購于和糧現代農業發展有限公司;馬鈴薯全粉 購于甘肅正陽農業科技有限公司。

AEY-220型電子天平 湘儀天平儀器設備有限公司;RAV-3D快速粘度分析儀 澳大利亞 Newport 科學儀器公司;GTS75型雙螺桿擠壓膨化機 湖南富馬科食品工程技術有限公司;CFXB16YA3-30蘇泊爾電飯煲 杭州蘇泊爾電器有限公司;101-2AB型電熱鼓風干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司;TA-XT2i Plus質構儀 英國Stable Micro Systems公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 馬鈴薯全粉和碎米原料的基本組成成分測定 水分含量測定:參照GB 5009.3-2016標準,直接干燥法;淀粉含量測定:參照GB 5009.9-2016標準,酸水解法;粗蛋白含量測定:參照GB 5009.5-2016標準,凱氏定氮法;膳食纖維含量測定:參照GB 5009.88-2014食品中膳食纖維的測定;灰分含量測定:參照GB 5009.4-2016標準,馬弗爐法;粗脂肪含量測定:參照GB 5009.6-2016標準,索氏抽提法。

1.2.2 配粉 將碎米粉碎過80目篩后與馬鈴薯全粉混合,配成馬鈴薯全粉添加比例(w/w)分別為30%、40%、50%、60%、70%、80%的馬鈴薯-碎米混合粉樣品。

1.2.3 糊化特性測定 參考廖盧艷等[9]的方法,測定馬鈴薯-碎米混合粉的糊化特性。

1.2.4 馬鈴薯擠壓重組米制備 制備工藝流程:馬鈴薯-碎米混合粉→加水攪拌→擠壓熟化→切割成型→干燥→成品。

馬鈴薯-碎米混合粉在雙螺桿擠壓機中擠壓熟化后,從特定模具中擠出并切割成米粒形狀大小,所制備的擠壓重組米在50 ℃的條件下烘干后備用。設定擠壓固體喂料速度300 g/min、物料含水量25%、擠壓溫度120 ℃、螺桿轉速180 r/min[5]。

1.2.5 米飯制備 稱取擠壓重組米10 g放入蒸飯鋁盒中,加入10 mL水,在已預熱的蒸鍋中蒸10 min后稍冷卻,制成擠壓重組米米飯。對照組均為稻花香米,稱取10 g稻花香米,加入13 mL水,在已預熱的蒸鍋中蒸30 min后稍冷卻。

1.2.6 感官品質評價 參考張輝[10]和GB/T 15682-2008[11]的方法,稍有改動,由7人組成品評小組,分別對擠壓重組米的米粒和米飯進行評分,米粒、米飯感官評價表見表1和表2,根據米粒、米飯感官評分計算樣品米感官評分。結果去掉一個最高分和一個最低分,結果取其余5個評分的平均值。

表1 米粒感官評分標準[10]Table 1 Standard of sensory evaluationTable of rice[10]

表2 米飯感官評分標準[11]Table 2 Standard of sensory evaluationTable of steamed rice[11]

樣品米感官評分=米粒感官評分×30%+米飯感官評分×70%

1.2.7 質構特性測定 將擠壓重組米蒸熟后冷卻,每次取3粒,采用TA-XT2i質構儀TPA模式測定,探頭為P/36R型,參數設置如下:測前速度2.00 mm/s;測中速度2.00 mm/s;測后速度2.00 mm/s;形變量50%;兩次壓縮間隔時間5.00 s;觸發力值5.0 g[12]。平行測定7次,去掉各參數的最大值和最小值,結果取其余5個數值的平均值。

1.2.8 蒸煮損失率測定 參考張輝[10]的方法,并加以改進。稱取樣品米3.00 g(m0),置于100 mL燒杯中,加入50 mL蒸餾水,沸水浴10 min后取出,將燒杯中的米湯倒入已恒重(m1)的燒杯中,在105 ℃下烘干至恒重(m2)。重復測定3次,取平均值。

蒸煮損失率(%)=[(m2-m1)/m0]×100

1.3 數據處理

采用SPSS 19.0、Excel軟件進行數據處理分析,采用Oringin軟件進行制圖。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯全粉和碎米的基本組成成分

馬鈴薯全粉和碎米的基本組成成分如表3所示。

由表3可知,馬鈴薯全粉和碎米中的主要成分為淀粉,馬鈴薯全粉中的粗蛋白、膳食纖維和灰分含量均高于碎米,而淀粉、粗脂肪含量比碎米低?？梢?馬鈴薯全粉的營養較為均衡,含有豐富的蛋白質、礦物質以及膳食纖維,且脂肪含量較低。

表3 馬鈴薯全粉和碎米的基本組成成分Table 3 Basic components of potato granule and broken rice

2.2 馬鈴薯全粉添加量對混合粉糊化特性影響

不同比例的馬鈴薯-碎米混合粉的糊化特性結果如表4所示。

表4 馬鈴薯全粉添加量對混合粉糊化特性影響Table 4 Effects of potato granule content on pasting properties of mixed powders

由表4可知,馬鈴薯全粉的各項糊化特性參數均顯著(p<0.05)小于碎米粉,且隨馬鈴薯全粉添加量的增加,馬鈴薯-碎米混合粉的各項糊化特性參數均不斷減小。峰值黏度越低說明淀粉顆粒在糊化升溫過程中的膨脹程度越小,其可能原因是馬鈴薯全粉中的膳食纖維可抑制淀粉顆粒的溶脹[13]。衰減值越低,說明淀粉熱糊穩定性越強[14];回生值越低,說明淀粉冷糊穩定性強,不易發生老化,凝膠性弱[15-16]。這可能是因為馬鈴薯淀粉的支鏈淀粉含量較高,且混合粉中的蛋白質、纖維素會阻礙淀粉以氫鍵重新締合,導致淀粉糊化后不易老化回生[17]。這與葉小清等[18]研究發現馬鈴薯全粉可以延緩大米粉老化的結果一致。

2.3 馬鈴薯全粉添加量對擠壓重組米感官品質的影響

馬鈴薯擠壓重組米的感官品質評價結果如表5所示。

表5 馬鈴薯擠壓重組米感官品質評價結果(分)Table 5 Sensory quality results of restructured potato rice(scores)

由表5可知,當馬鈴薯全粉添加量為30%和40%時,擠壓重組米米粒感官評分與對照組(稻花香米)相比無顯著差異(p>0.05);馬鈴薯全粉各添加量的擠壓重組米米飯及總體感官評分均顯著小于對照組(p<0.05)。隨馬鈴薯全粉添加量的增大,米粒感官評分逐漸降低;米飯感官評分先升高后降低,在添加量為50%時最高;總體感官評分先升高后降低,在添加量40%～50%時最高。這是因為相比碎米粉,馬鈴薯全粉的黏性、吸水性較大[19],適當的添加量使蒸煮后米飯的口感較好,且可賦予擠壓重組米金黃色澤及獨特風味。但由于馬鈴薯全粉顏色偏黃,其添加量增大會使米粒的顏色變得暗黃,使得米粒感官評分降低[20]。此外,擠壓過程中壓力增大且溫度較高,發生的糊化及美拉德反應也會使重組米的顏色加深[21]。因此,馬鈴薯全粉添加量過高會造成米飯顏色暗沉,口感較差。

2.4 馬鈴薯全粉添加量對擠壓重組米質構特性的影響

使用質構儀TPA模式對馬鈴薯擠壓重組米的質構特性進行測定,測定結果如表6所示。

表6 馬鈴薯擠壓重組米質構特性測定結果Table 6 Texture characteristics of restructured potato rice

由表6可知,馬鈴薯全粉添加量為50%和60%時的粘聚性與對照組無顯著性差異(p>0.05);各添加量的硬度、彈性、咀嚼性均顯著小于對照組(p<0.05)。這可能因為原料中的淀粉經過了高溫糊化,在蒸煮時又發生二次糊化,使得馬鈴薯擠壓重組米的硬度、彈性、咀嚼性降低[5]。隨馬鈴薯全粉添加量的增大,馬鈴薯擠壓重組米的硬度顯著減小(p<0.05),重組米的彈性、黏聚性、咀嚼性隨馬鈴薯全粉添加量的增大,先逐漸增大后減小,在添加量為50%時最大?？赡苡捎隈R鈴薯添加量增大時,混合粉中的支鏈淀粉、蛋白質和膳食纖維含量增加,抑制了原料在擠壓過程中的膨脹及后續老化,導致米飯硬度減小,彈性、黏聚性增大[22-23]。但馬鈴薯全粉添加量過大,蛋白質含量較多使原料糊化程度降低,凝膠形成強度減弱[24],導致重組米蒸煮后軟爛,彈性、黏聚性、咀嚼性又有所下降。張志清等[12]的研究表明擠壓重組米口感與其質構特性中硬度呈負相關,與彈性、黏聚性、咀嚼性呈正相關。由此可推斷馬鈴薯全粉添加量為50%時,擠壓重組米的口感較好。

2.5 馬鈴薯全粉添加量對擠壓重組米蒸煮損失率的影響

馬鈴薯擠壓重組米的蒸煮損失率測定結果如圖1所示。

圖1 馬鈴薯擠壓重組米蒸煮損失率Fig.1 Cooking loss rate of restructured potato rice注:小寫字母不同代表差異顯著(p<0.05)。

由圖1可知,擠壓重組米的蒸煮損失率與對照組相比顯著增大(p<0.05),隨馬鈴薯全粉添加量的增大,馬鈴薯擠壓重組米的蒸煮損失率顯著增大(p<0.05)。由于原料中的部分淀粉分子在擠壓過程中受到高溫、高壓和高剪切作用發生裂解,水溶性碳水化合物增加,導致擠壓重組米的蒸煮損失率較對照組的高[25]。此外,馬鈴薯全粉含量的增加會使混合粉中支鏈淀粉及膳食纖維的含量增大,對凝膠形成有一定的抑制作用[17],導致擠壓重組米蒸煮損失率增大。

2.6 馬鈴薯擠壓重組米米粒和米飯外觀

馬鈴薯全粉添加量為50%的擠壓重組米米粒和米飯外觀如圖2所示。

圖2 馬鈴薯擠壓重組米米粒和米飯照片Fig.2 Photographs of the restructured potato grains and cooked rice

由圖2可知,馬鈴薯擠壓重組米的米粒形態正常大米相似,具有一定的透明度,但顏色較深;蒸煮后米飯也可以較好地保持外觀,具有一定黏性。

2.7 馬鈴薯全粉添加量、糊化特性與擠壓重組米品質相關性

馬鈴薯全粉添加量、混合粉糊化特性與擠壓重組米品質相關性如表7所示。

表7 馬鈴薯全粉添加量、混合粉糊化特性與擠壓重組米品質相關性Table 7 Correlation between potato granule content,pasting properties and the quality of restructured potato rice

2.7.1 馬鈴薯全粉添加量與混合粉糊化特性的相關性 由表7可知,馬鈴薯全粉添加量與混合粉的各項糊化特性參數呈極顯著負相關(p<0.01),說明馬鈴薯全粉的添加量對混合粉的糊化特性有很大影響。

2.7.2 馬鈴薯全粉添加量與擠壓重組米品質的相關性 由表7可知,馬鈴薯全粉添加量與擠壓重組米的感官評分、硬度及蒸煮損失率存在顯著相關性(p<0.05),按顯著程度(p值大小)依次為蒸煮損失率>硬度>感官評分,說明馬鈴薯全粉添加量對擠壓重組米品質的影響很大。

2.7.3 糊化特性與擠壓重組米品質的相關性 由表7可知,馬鈴薯-碎米混合粉的峰值黏度和衰減值與擠壓重組米的感官評分呈顯著(p<0.05)正相關;谷值黏度、最終黏度和回生值與硬度呈極顯著正相關(p<0.01),峰值黏度與硬度呈顯著正相關(p<0.05);糊化特性各項參數與蒸煮損失率均呈極顯著負相關(p<0.01)。說明馬鈴薯全粉添加量的不同影響了混合粉的糊化特性,從而影響了擠壓重組米的品質,可通過測定馬鈴薯全粉-碎米混合粉的糊化特性預測擠壓重組米的品質。

3 結論

馬鈴薯全粉添加量的增加使得馬鈴薯-碎米混合粉的各項糊化特性參數均減小,熱穩定性及抗老化性能增強,凝膠性減弱,且根據馬鈴薯全粉添加量與混合粉糊化特性參數的相關性分析可知,馬鈴薯全粉對混合粉的糊化特性有很大影響。

當馬鈴薯全粉添加量在40%～50%時,擠壓重組米的總體感官評分較高,質構品質在馬鈴薯全粉添加量為50%時較好,且其蒸煮前后的外觀類似于大米?？紤]到擠壓重組米的蒸煮損失率隨馬鈴薯添加量的增加而顯著升高(p<0.05),且馬鈴薯全粉添加量在50%以上時,擠壓重組米的感官品質及質構品質下降,為使加工的馬鈴薯擠壓重組米綜合品質較好,混合粉中馬鈴薯全粉添加量應≤50%。

馬鈴薯全粉添加量對擠壓重組米品質有較大影響。馬鈴薯-碎米混合粉的糊化特性與擠壓重組米品質有顯著相關性(p<0.05),通過測定混合粉的糊化特性可預測擠壓重組米的品質。