預處理和干燥方式對方便米飯品質的影響

龍 杰 吳鳳鳳 金征宇 徐學明

(江南大學食品學院，無錫 214122)

方便米飯是一種以大米為原材料，經過一系列先進工藝制備而成的易于保存的即食性食品。脫水方便米飯根據加工工藝的不同，可分為多孔型脫水方便米飯，如膨化米飯及冷凍干燥米飯等，及非多孔型脫水方便米飯，如α化脫水米飯。脫水方便米飯具有良好的復水性，通過控制工藝生產條件，復水后的口感和外觀形態可以與新鮮制備的米飯相媲美。大米中含有70%以上的淀粉，因此方便米飯的加工可以看作是淀粉的再處理過程。淀粉經過高溫糊化和快速干燥脫水可以制成易于快速分散的粉末狀物質，即可溶性糊化淀粉。

方便米飯的加工過程主要包括米飯的蒸煮和干燥過程，涉及淀粉的糊化和再回生過程?？刂粕a工藝與優化實驗參數可以獲得高品質的方便米飯。常規沸水蒸煮和專用電設備蒸煮是主要的2種蒸煮方法。在沸水蒸煮前，一般會將大米浸泡一段時間，以達到軟化大米的效果;而利用電飯鍋蒸煮方式制備的米飯則往往需要進一步的預處理，例如簡單水洗處理［1］。但是利用常規煮沸方法制備的米飯并不需要這種水洗處理，因為米飯沒有凝結成塊［2］。蒸煮過后新鮮的米飯需要經過干燥處理使最終含水率≤10%。由于干燥方法的不同，例如熱風干燥、冷凍干燥，制備的方便米飯的香味、顏色和質構等性質也會不同。

Yu等［3］研究了冷卻速度和儲存溫度對米飯品質的影響，結果表明，冷卻速度越快，米飯在儲存過程中的回生速度會較慢;反之，冷卻速度較慢，回生速度一般較快。米飯的回生主要是支鏈淀粉的回生。溫度能影響支鏈淀粉重結晶的最初和最終的數量，因此溫度對米飯的回生速率有顯著的影響。延緩支鏈淀粉的回生是抑制米飯回生的重要手段。因此，通過控制儲藏溫度可以延緩支鏈淀粉的回生，從而有效地抑制米飯的回生。方便米飯在24.0℃以上回生速度慢，在低溫(0～4℃)時回生速度快，接近10℃回生會受到一定程度的抑制。淀粉的回生會導致產品質構變硬。淀粉分子質量再次聚合形成有序的結晶程度高的結構，這將進一步不利于淀粉的酶水解消化［4－5］。在方便米飯干燥之前，進行水洗預處理，可以顯著降低方便米飯的黏連度，提高干燥速率［6］。由于水分的流失或者氣體的產生等，米飯的質構會發生改變，引起米飯的收縮或者膨脹［7－8］。

因此，本實驗主要探討預處理方式和干燥方法對方便米飯質構、復水率、復水時間、碘藍值、酶解率等因素的影響，以期得到感官評價較好的方便米飯，為方便米飯生產工藝等提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

粳米:市售;葡萄糖苷酶、葡糖糖氧化酶/過氧化物酶試劑:Sigma有限公司;五水硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、硼酸、95% 乙醇、冰乙酸、氫氧化鈉、碘、碘化鉀、溴甲酚綠指示劑、甲基紅指示劑:國藥集團化學試劑有限公司;其他化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

MB－WFS4017TM美的電飯煲:美的集團有限公司;LFRA質構儀:美國Brookfield公司;DHG－9246A型鼓風干燥箱:上海昕儀儀器儀表有限公司;Labconco Free Zone冷凍干燥機:美國Labconco公司;TA.XTPlus物性分析儀:英國Stable Micro Systems公司;FA25快速均質機:德國FLUKO公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 方便米飯生產工藝流程

原料粳米→米飯蒸煮→預處理→干燥→成品→復水→評價。其中，常規蒸煮方式按照如下步驟:粳米和水的比例為 1∶1.3，室溫浸泡 10 min，煮沸13 min，然后保溫10min。電飯鍋蒸煮方式按照如下步驟:粳米和水的比例為1∶1.5，室溫浸泡10 min，蒸煮20 min，然后保溫10 min。

1.3.2 方便米飯的預處理和干燥方式的影響

在干燥之前，考察了不同的預處理方式及干燥方式對方便米飯品質的影響。4℃冷卻或者－20℃凍干，然后進行不同溫度(50、60、80、100、120 ℃)的鼓風干燥處理;采用常溫水或4℃水洗滌方便米飯，然后進行不同溫度(－10、－20、－40℃)的冷凍干燥處理，測定方便米飯的相關品質。

1.3.3 方便米飯的復水

根據Maskan等［9］的方法略有改進。取以上不同方式干燥后的米飯成品W0(g)，加入4倍體積的沸水，并立即加蓋。復水完成后立即瀝干，并用紙巾吸干表明水分，稱量質量 W1(g)及記錄時間(t/min)。復水率按照以下公式計算:

復水時間:取一定量的米飯，完全浸入沸水中，并加蓋，待米粒完全復水后，即米粒中心無白芯，完全軟化，記錄時間。

1.3.4 復水后方便米飯的質構特性

復水后的方便米飯采用質地分析儀分析，采用TPA模式［10］測定復水后的方便米飯的質構。用小勺挑選20 g米粒完整、飽滿、形態基本一致的復水方便米飯樣品，然后均勻分布在底板檢測區域，將米飯粒放平，上表面不能突起，下表面不能懸空，平行做9次試驗，剔除偏差明顯的測試曲線，取平均值。實驗參數:測前速度 2.0 mm/s，測試速度 1.0 mm/s，測后速度2.0 mm/s，2 次下壓間隔時間5 s，觸發力5 g，探頭類型 P75，數據收集率200 pps(點/秒)，壓縮距離3 mm，使用5 kg感應元。儀器自動測定應力的變化，給出應力隨時間的變化曲線，分別測定3、5、8、10、15、20 min時的TPA參數，著重考慮硬度(Hardness)和膠黏性(Gumminess)兩項指標，因為前者主要反映米飯的口感，后者主要與米飯復水后的膠體性質有關。

1.3.5 碘藍值的測定

碘藍值的測定參考蒲彪等［11］的方法。準確稱量方便米飯10.0 g，加入10倍體積的沸水并浸泡10 min，過濾湯汁。取濾液 10 mL，加入 0.5 mL 0.1 mol/mL 的碘液，0.5 mL 0.1 mol/mL 的鹽酸，定容到50 mL，混合均勻，反應 1.5 h，以含有 0.5mL 0.1 mol/mL的鹽酸溶液作為空白對照，620 nm測定吸光度值，以吸光度表示碘藍值。

1.3.6 DSC法測定淀粉的回生度

根據Liu等［12］略有修改。取一定量的方便米飯，粉碎，過目。取4 mg置于鋁盒中，加12 μL去離子水，密封保存，25℃下平衡15 h。標準銦校準，用密封空鋁盒作參比。初始溫度25℃，終止溫度100℃，升溫速率15℃/min。所得曲線用隨機軟件分析?；厣扔渺实淖兓?ΔH)表示。ΔH值越大，回生程度就越高。

1.3.7 樣品收縮率

干燥后的樣品收縮率測定參考Laneuville等［1］方法。取一定量的大小較為均勻的大米顆粒和干燥后的樣品米飯顆粒，分別測定樣品體積。樣品收縮率按以下公式計算:

式中:V0為樣品初始體積;V為干燥后樣品體積。

1.3.8 淀粉體外消化測定

方便米飯的體外消化參考Goni等［13］方法。取50 mg復水后的方便米飯，置于30 mL的圓底燒瓶內;加入10 mL pH1.5的HCl–KCl緩沖液，并且利用快速均質機攪拌均勻。加入0.2 mL 0.01%的胃蛋白酶溶液(pH 1.5的HCl–KCl緩沖液配制)，40℃水浴振蕩，保溫60 min，然后加入15 mL pH 6.9的Tris－馬來酸緩沖液。加入5 mL pH 6.9含有2.6 IU單位α－淀粉酶的Tris－馬來酸緩沖液，37℃保溫水解淀粉。每隔30 min取出0.1 mL的溶液，并立即沸水煮沸5 min滅酶，直至反應至3 h。依次加入1mL 0.4 mol/L的乙酸鈉緩沖液(pH 4.75)和 30 μL的淀粉轉葡萄糖苷酶，60℃保溫45 min，完全水解米飯中的可溶性淀粉。利用葡糖糖氧化酶/過氧化物酶試劑測定 30、60、90、120、150、180 min葡糖糖濃度。

淀粉水解速率按照公式計算:

式中:C為t時間的淀粉水解百分比;C∞為180 min時的淀粉水解百分比;k為動力學常數/min－1;t為消化t/min。

水解曲線面積(AUC)根據以下公式計算:

式中:t1為最終消化時間(180 min);t0為起始時間(0 min);水解指數(HI)為樣品的淀粉水解曲線下面積與參比物(白面包)淀粉水解曲線下面積的比值。血糖指數GI根據公式計算:

1.3.9 感官評定

挑選12名相關專業的感官評定人員，組成評審小組，對方便米飯進行感官評定。品評時間安排在飯后2 h，評價時要求相互之間不能討論;根據表1參數進行評分。最終感官評定結果取平均值，并舍棄誤差較大的評定結果，計算平均值。

表1 方便米飯感官評價參考表

1.3.10 數據處理與結果分析

采用OriginPro 8.5軟件進行相關數據分析及統計。所有實驗平行測定3次，結果以平均值±標準差表示。使用單向方差分析(ANOVA)posthoc Tukey測試確定顯著差異性，P＜0.05為統計學顯著性差異。

2 結果與討論

2.1 蒸煮和預處理方法對方便米飯硬度和黏度的影響

表2顯示了不同蒸煮方式和預處理方式對方便米飯硬度和黏度的影響。顯然，蒸煮方式的不同會影響方便米飯的質構特性。常規蒸煮方式制備的新鮮米飯硬度和黏度要明顯的高于利用電飯鍋制備的新鮮米飯。Tester等［14］認為米飯的質構特性與浸出淀粉的數量和組成有重大關聯。常規蒸煮時間為13 min，而電飯鍋蒸煮米飯時間為20 min。據Chiang等［15］報道可知，更長時間的蒸煮會產生更多的浸出淀粉。這些浸出淀粉主要由不同比例的直鏈淀粉和支鏈淀粉組成;一般而言，支鏈淀粉的含量要高于直鏈淀粉，而短鏈支鏈淀粉是支鏈淀粉的主要組成;短支鏈淀粉和直鏈淀粉共同決定了米飯的硬度和黏度特性［16］。因此，經過電飯鍋制備得到的米飯含有更少的短支鏈淀粉和直鏈淀粉，導致了更低的硬度和黏度。

表2 不同預處理方式和干燥方法制備方便米飯的質構特性

實驗發現，對于常規處理方式，未經任何處理直接熱風干燥的方便米飯雖然硬度接近新鮮制備的方便米飯，但是黏度卻顯著的降低。經過4℃冷卻和－20℃凍干處理制備的方便米飯硬度之間沒有顯著性差異(P＞0.05)，但是兩者黏度存在顯著性差異(P＜0.05)，其中－20℃凍干處理的方便米飯的黏度值最接近于新鮮的方便米飯。4℃冷卻處理制備的方便米飯的硬度要高于新鮮的米飯，其原因可能是由于在此溫度下，方便米飯發生了一定程度的回生;而－20℃凍干處理則避免了這種回生［3］。因此，經過－20℃冷凍預處理復合熱風干燥處理制備的方便米飯質構特性最好。

對于另一種干燥方式，冷凍干燥而言，經過不同的水洗預處理，得到不同的硬度和黏度結果。常溫水洗附以熱風干燥制備的方便米飯，其硬度接近新鮮米飯，但是黏度僅約占新鮮米飯的1/2。常溫水洗與4℃水洗預處理比較，后者制備的方便米飯的黏度值和硬度值更為接近新鮮制備的方便米飯。水洗預處理會導致一定量的浸出淀粉的流失，因此其最終黏度仍然會低于新鮮制備的米飯，但是相比較常溫水洗，4℃水洗預處理得到的米飯黏度更高。

2.2 熱風干燥處理對方便米飯干燥時間、硬度和黏度的影響

熱風干燥是方便米飯最常用的干燥方法之一。熱風干燥的溫度對方便米飯的品質有很大的影響。相比較4℃冷卻，－20℃凍干得到的方便米飯的硬度及黏度更接近新鮮米飯，因此采用常規蒸煮制備得到米飯后－20℃凍干，然后進行熱風干燥。在溫度為50～120℃的變化范圍內，其對應的干燥時間(達到含水率≤10%)不斷發生變化，結果如圖1所示。在干燥的前期，含水率降低速度較快，但當含水率達到20%左右時，含水率衰減速度變緩。隨著干燥溫度的升高，達到所需含水率的干燥時間不斷縮短;其中當干燥溫度為50℃時，干燥時間大約為270 min;而當干燥溫度為100℃時，干燥時間縮短為90 min;在120℃條件下的干燥時間僅為70 min。不同干燥溫度下的具體干燥時間如表3所示。

圖1 不同的干燥溫度對方便米飯含水率的影響

在最終含水率≤10%的條件下，測定方便米飯的品質指標，結果如表3所示。復水時間和復水率是方便米飯的重要考察參數。碘藍值與方便米飯的香味呈現正相關性［17］。收縮率反映了干燥米飯的形態體積變化。由表3可知，80℃干燥的方便米飯，其復水率最高，復水時間最短，米飯的滋味和香氣較好。較高的干燥溫度雖然可以縮短干燥時間，但是米飯復水后的風味和口感會受到較大影響。

表3 不同熱風干燥條件下的方便米飯品質指標比較

2.3 冷凍干燥預處理對復水方便米飯復水時間、硬度和黏度的影響

冷凍干燥是另一種制備方便米飯主要的干燥方法。與熱風干燥不同，在低溫下的冷凍儲藏過程中，會發生不同程度的淀粉回生，進而影響復水方便米飯的質構特性。相比較常溫水洗，4℃水洗預處理得到的方便米飯硬度及黏度更接近新鮮米飯，因此采用電飯鍋蒸煮制備得到米飯后進行4℃水洗預處理，然后冷凍干燥。由圖2可以看出，隨著復水時間的增加，3種冷凍溫度下的方便米飯硬度均不斷的降低。在復水的過程中，水分會進入米飯顆粒內部，軟化組織，使得對應的壓縮應力變小。在同一復水時間內，例如前3 min，方便米飯未復水完全，隨著凍干溫度的增加，米飯的硬度也不斷增加，這可能與方便米飯的復水速度有關。當復水時間≥5 min時，3種方便米飯均基本完全復水。－20℃冷凍干燥制備的方便米飯硬度要高于其他溫度(－10℃和－40℃)冷凍干燥制備的方便米飯。

圖2 冷凍溫度對方便米飯硬度和黏度的影響

與硬度變化不同，方便米飯的黏度值變化在8 min出現一個峰值，隨后開始逐漸降低。實驗同時發現，－20℃冷凍干燥制備的方便米飯黏度要高于其他2種溫度處理。糊化后的淀粉在冷凍過程中會發生不同程度的回生，這種回生可以反映在焓值的變化上，如表4所示。隨著冷凍溫度的降低，焓值(ΔH)不斷降低，即淀粉的回生程度在降低。與此同時，隨著冷凍溫度的降低，凍干米飯的分子內部空隙變小，內部結構更加致密，復水速度變慢。因此，方便米飯的硬度和黏度是米飯內部結構和回生程度綜合作用的結果。

如表 4所示，在復水 5 min后，－10、－20、－40℃冷凍后的樣品復水率分別為3.01、3.32和3.44;樣品的收縮率分別為 74.98%、72.57% 和70.04%，說明溫度的降低使米飯的體積發生了更大程度的收縮。結合方便米飯的硬度、黏度、香氣和復水率等因素，在－20℃制備的方便米飯品質最好。冷凍溫度過高，將會引起淀粉的回生，過低則不利于硬度和黏度的維持。

表4 不同冷凍干燥條件下的方便米飯品質指標比較

2.4 兩種干燥方式對復水米飯體外淀粉消化率的影響

實驗表明，經過－20℃冷凍預處理+80℃熱風干燥和4℃水洗預處理+ －20℃冷凍干燥處理制備的方便米飯品質最接近新鮮蒸煮的米飯。圖3分析比較了新鮮蒸煮的米飯和2種方法制備的方便米飯的體外淀粉消化率。在消化的前30 min內，4種處理制備的米飯淀粉水解速度都很快，最終在30 min達到平衡。首先，電飯鍋制備的方便米飯消化率要高于常規煮沸的米飯，說明電飯鍋蒸煮方式使米飯更加軟化，易于消化。其次，常規煮沸的新鮮米飯消化率最低，經過－20℃預處理+80℃熱風干燥后，米飯的消化率進一步提高;與此同時，電飯鍋蒸煮制備的米飯經過4℃預處理+ －20℃冷凍干燥處理后，米飯的淀粉消化率最高。

表5為4種方式制備的米飯的其他品質特性變化。綜合而言，常規煮沸制備的米飯的飽和濃度C∞、水解指數HI和血糖指數GI等指標略低于電飯鍋煮沸制備的米飯，經過預處理后，方便米飯的飽和濃度C∞、水解指數HI和血糖指數GI等指標要高于未經任何處理的新鮮米飯，這與體外淀粉消化率的結合相吻合。這說明經過冷凍干燥和熱風干燥處理制備的方便米飯仍然不可避免的出現了一定的淀粉回生現象。

表5 不同冷凍干燥條件下的方便米飯品質指標比較

2.5 兩種干燥處理對方便米飯感官評定的比較

對制備的方便米飯樣品復水后進行感官評定，結果如表6所示。由表6可知，對于復水前的方便米飯，熱風干燥處理的米粒會有部分干癟、發黃現象，這與米飯的內部蛋白多糖等分子在高溫下發生一些氧化或交聯反應有關;低溫冷凍干燥制備的方便米飯形態結構更為完整。復水后，兩種處理方式制備的方便米飯口感都較好，無異味;但是冷凍干燥制備的方便米飯香味更好一些。4℃水洗+ －20℃冷凍干燥制備的脫水型方便米飯感官評分最高。

表6 方便米飯感官評價結果

圖3 新鮮的米飯和方便米飯的總淀粉水解率

3 結論

通過研究不同蒸煮方式和預處理方式對方便米飯品質的影響發現，當采用常規煮沸方式煮飯時，預先進行前處理浸泡，可以改善蒸煮米飯的黏度和硬度等質構特性。對比4℃冷卻和－20℃冷凍預處理制備的方便米飯，－20℃冷凍預處理再進行熱風干燥制備的方便米飯的硬度和黏度最接近新鮮米飯。對于冷凍干燥處理，進行－4℃的水洗預處理再進行－20℃真空低溫冷凍干燥得到的方便米飯的硬度和黏度最接近新鮮米飯。

利用熱風干燥制備方便米飯時，復水時間、復水率和碘藍值與方便米飯的品質呈現正相關性。采用80℃，熱風干燥120 min制備的方便米飯，其復水率最高，復水時間最短，米飯的滋味和香氣較好。干燥溫度過高雖然可以縮短干燥時間，但是米飯復水后的風味和口感會受到較大影響。利用冷凍干燥制備方便米飯時，結合方便米飯的硬度、黏度、香氣和復水率等因素，－20℃冷凍干燥制備的方便米飯品質最好。冷凍溫度過高，將會引起淀粉的回生，過低則不利于硬度和黏度的維持。

2種干燥方式制備的方便米飯體外消化率均要高于新鮮制備的米飯，其飽和濃度C∞、水解指數HI和血糖指數GI等指標也相應的增高。感官評價結果表明，2種干燥方式制備的方便米飯均具有較好的品質，口感良好;其中，4℃水洗+ －20℃冷凍干燥制備的方便米飯感官評價更高。通過常規煮沸輔以－20℃冷凍+80℃熱風干燥的處理則更適合大規模的制備方便米飯。