高温流化对糙米蒸煮和食用品质的影响

卜玲娟 李永富 王 莉 史 锋 段荣娟 陈正行

(江南大学食品学院；江南大学粮食发酵工艺与技术国家工程实验室1,无锡 214122)(江南大学食品科学与技术国家重点实验室2,无锡 214122)

高温流化对糙米蒸煮和食用品质的影响

卜玲娟1李永富1王 莉1史 锋2段荣娟1陈正行1

(江南大学食品学院；江南大学粮食发酵工艺与技术国家工程实验室1,无锡 214122)(江南大学食品科学与技术国家重点实验室2,无锡 214122)

为了解决糙米难煮熟、口感硬、米糠味重的难题，采用高温流化技术处理糙米，改善其蒸煮及食用品质。考察了流化温度对糙米表观形态、籽粒横截面形态和最佳蒸煮时间的影响。结果表明，130 ℃为最佳流化温度，可以在保持糙米天然形态的同时，使糙米皮层产生裂缝，籽粒内部产生微孔，打开糙米的吸水通道，并且使最佳蒸煮时间缩短了6 min。另外，研究了糙米经高温流化处理后蒸煮及食用品质的变化。结果显示，糙米蒸煮时的吸水速度和吸水量明显提高；糙米饭变得更加柔软，硬度由1 853 g降低至1 570 g；露白率达99%；米糠味明显减少；色泽、黏性及综合评分都显著提升(P<0.05)。高温流化技术可以有效地改善糙米的蒸煮及食用品质。

高温流化 糙米 蒸煮品质 食用品质

在当今社会，人们过多的能量摄入和久坐的生活方式导致了Ⅱ型糖尿病、直肠癌、肥胖症等慢性疾病的流行。据《美国医学会杂志》报道，2010年中国的糖尿病患者超1亿，约占全球的1/3。流行病学研究显示，全谷物食品的消费与降低糖尿病的发病率和患病率有关[1]。糙米是一种全谷物，保留了大部分植物化学素，比如植物多酚、黄酮、维生素，这些抗氧化成分对人体健康具有潜在的好处[2]。但是糙米不易煮熟、质构粗糙，且有令人不愉快的米糠味，这直接导致了它至今没有成为一种主食。糙米的皮层和胚芽是阻碍水分渗透进籽粒内部的天然屏障，因此降解或破坏糙米的皮层是改善其蒸煮品质的主要途径。目前，已有一些关于降解或破坏糙米皮层的方法，比如超声波辅助酶解法、等离子降解法、浸泡发芽法等[3-5]。但是这些方法都未能有效地解决糙米难煮、难吃的问题，而且工艺繁琐、成本高，难以普遍应用到工业生产中。

流化干燥是一种有效的谷物干燥技术，但稻谷经流化后常伴有断裂或爆腰的情况产生，这会使抛光后整精米率降低，因此流化温度常常低于50 ℃[6]。Srisang等[7]研究报道，发芽糙米经高温流化(温度130 ℃及以上)处理后产生了裂缝，并且米饭的硬度显著下降。这是因为裂缝能使水分快速渗透进发芽糙米内部，从而促进淀粉快速熟化；同时直链淀粉、蛋白质、糖类等有机物能够较易地从裂缝中渗出，使米饭柔软黏性大，研究显示高直链淀粉含量会引起米饭质地变硬[8]。

本研究采用高温流化技术处理糙米，研究不同流化温度下糙米表观形态、籽粒横截面形态及最佳蒸煮时间的变化，同时研究了糙米经高温流化后，蒸煮时的吸水特性、糙米饭质构及感官品质的变化。以期对糙米蒸煮品质的改良研究提供新思路和方法，促进糙米的主食化进程。

1 材料与方法

1.1 试验材料

糙米：品种为稻花香2号，产地黑龙江延寿县，由黑龙江延寿县加信米业提供；精米：由糙米经碾米机加工得到。

1.2 试验设备与仪器

高温流化试验台为自制热空气流化干燥机，生产效率为45 kg/h，它由50 000 kW燃烧器和流化室组成。空气温度0～360 ℃连续可调，热空气与物料接触时间15～100 s连续可调，温度数显仪表环自控系统精度±3 ℃。

XTZ-E体视显微镜：上海天珠光学仪器厂；s-4800SEM 扫描电子显微镜：日本日立公司；TA.XTPlus质构仪：英国SMS公司；34970A温度数据采集器：安捷伦科技(中国)有限公司；RSKM5B碾米机：日本佐竹公司。

1.3 试验方法

1.3.1 高温流化处理糙米的方法

在前期的预试验探索中发现，流化温度对糙米的蒸煮和食用品质影响十分显著，因此对流化温度进行优化试验，因素水平分别为：120、130、140 ℃。将原料糙米装入料斗，经传送带以45 kg/h的速度输送至流化室，在一定的温度下流化60 s后，出料并置于70 ℃恒温箱中缓舒30 min，随后置于铁丝网上冷却至室温并装袋。

1.3.2 糙米表观形态的观察

糙米的表观形态用体视显微镜观察，将样品置于载物台上，在放大倍数20倍下观察样品，并通过显微摄影装置拍下样品图。

1.3.3 糙米籽粒横截面形态观察

糙米的横截面形态用扫描电镜观察，将糙米沿着横中心面切开，并对横截面进行真空喷镀金膜，在放大倍数40倍、加速电压5 kV条件下进行扫描，观察不同流化温度下糙米横截面的形态变化。

1.3.4 糙米最佳蒸煮时间的测定

参照Mohapatra等[9]的方法，采用压片法测定糙米的最佳蒸煮时间。在250 mL的烧杯中加入150 mL水，置于加热板上加热至沸腾，倒入5 g整粒糙米并开始计时。10 min后取出10颗米饭，用载玻片按压米饭观察是否有白芯。此后每隔1 min观察1次，直至白芯数量≤1时，记下时间，此时间加上2 min的焖饭时间，即糙米的最佳蒸煮时间。

1.3.5 糙米蒸煮时吸水特性的测定

锅内米水质量测定：称取300 g糙米并清洗干净，电饭煲置电子称上清零，将糙米倒入电饭煲并加水至米水质量为870 g。按下煮饭键开始煮饭，每隔3 min记下天平显示的质量(即锅内米与水的总质量)，由此绘制出蒸煮时糙米的吸水特性曲线。

锅内温度测定：按照上面的方法把糙米和水放入电饭煲，将热电偶插在糙米中央，盖上锅盖开始煮饭，用安捷伦温度数据采集器采集蒸煮时锅内的温度。

1.3.6 糙米饭硬度的测定

称取300 g糙米并清洗干净，放入电饭煲，加入570 g水后开始煮饭，待米饭保温25 min后，打开锅盖取中心部位的米饭进行质构测定。测定参数的设置参照杨晓娜[10]的测定方法，其中探头为P25。

1.3.7 糙米饭的感官评定

按照GB/T 15682—2008[11]规定的方法对糙米饭进行感官评定，其中评价指标和评价级别参照Zhang等[3]的方法，制定出适合糙米饭感官评定的评价体系。

1.3.8 糙米饭露白率的测定

采用计数法测定糙米饭的露白率：将糙米饭混匀并随机取100颗米饭，观察米粒开裂露白程度。若裂缝大于2 mm，则记为露白，并记下露白的米粒数量，进行3次平行试验，以算术平均值作为测定结果。露白率=露白米粒总数/100×100%。

2 结果与分析

2.1 糙米表观形态的变化

对高温流化处理后的糙米表观形态进行观察，结果见图1。原料糙米(图1a)的表面有一层致密的皮层存在，由脂肪、纤维素、蛋白质、灰分等组成的皮层正是阻碍水分渗透进米粒内部的屏障[12]。120 ℃高温流化处理下的糙米，皮层(图1b)没有明显的变化，但颗粒内部出现很多断裂，这是因为高温下水分的蒸发使内部产生了水分梯度[7]，而不同部位的水分梯度大小存在差异性，这就足够能导致籽粒内部产生应力，使颗粒发生断裂[13]。而130 ℃流化处理下的糙米，皮层(图1c)出现明显的褶皱和裂缝，但内部无明显断裂。一方面，糙米在130 ℃下水分急剧蒸发而发生膨胀，但出料后温度的迅速下降又引起糙米收缩，不同部位收缩速度的差异性导致皮层褶皱并产生裂缝；另一方面，130 ℃下糙米淀粉的凝胶化阻碍了籽粒断裂的发生，因为凝胶化过程中直链淀粉从内部融出附着在糙米表面，形成的网络结构增强了糙米的结构强度[14]，而120 ℃流化处理下淀粉虽然有部分凝胶化，但形成的凝胶结构不足以抵抗水分梯度引起的应力。显然，这些皮层上的裂缝能够成为蒸煮过程中水分的渗透通道，有效地促进糙米淀粉的熟化。图1d显示了140 ℃流化处理下糙米出现爆裂，皮层及胚乳都受到严重破坏。

图1 不同流化温度处理下糙米的表观形态

因此，在保证糙米的天然形态不受破坏的前提下，采用130 ℃的流化温度处理糙米，能够最大程度上使糙米皮层出现裂缝，以打开糙米的吸水通道。

2.2 糙米横截面形态的变化

对不同流化温度处理下糙米的横截面进行了观察，结果见图2。由图2a可以看出，原料糙米的横截面呈完整致密的形态，而经高温流化处理后，糙米的内部受到不同程度的改变。120 ℃流化处理下的糙米横截面(图2b)出现断裂，这与图1b的结果具有一致性。而糙米经130 ℃流化处理后，横截面出现很多细小的气孔，这是高温下水分大量快速蒸发后留下的孔道。在糙米蒸煮时，这些气孔能够成为水分扩散的途径，促进淀粉充分糊化、缩短蒸煮时间，增加米饭的柔软度[9]。而140 ℃流化处理下的糙米，由于水分急剧蒸发和淀粉大量糊化引起了爆裂，籽粒中心呈空洞状态。因此，采用130 ℃的流化温度处理糙米，不仅能够避免糙米发生爆裂，而且能在糙米内部形成一定数量的气孔，为蒸煮时水分渗透进籽粒内部提供有效通道。

图2 不同流化温度处理下糙米的横截面形态

2.3 糙米最佳蒸煮时间的变化

最佳蒸煮时间是将大米粒从自然状态达到完全糊化状态所需的时间。由表1可知，原料糙米需要27.3 min才能煮熟，而精米只需16.7 min，可见糙米相比精米具有难煮熟的缺点。流化温度对糙米的最佳蒸煮时间具有显著影响，随着流化温度的提高，最佳蒸煮时间逐渐减少。经130 ℃流化处理后，糙米的最佳蒸煮时间相比原料糙米减少了近6 min，这是因为糙米皮层产生的裂缝和籽粒内部产生的气孔，打开了蒸煮时的吸水通道，从而加快淀粉糊化，缩短了蒸煮时间[15]。而140 ℃流化处理下，糙米的最佳蒸煮时间为12.7 min，比精米还短，因为该温度下糙米发生爆裂，水分能够迅速渗透进糙米内部，同时淀粉糊化严重，因此未糊化的糙米淀粉能在很短时间内达到糊化。但糙米的天然形态已严重破坏，蒸煮后米饭难以保持完整形态[16]，饭粒呈片状，口感不佳。

因此综合糙米的表观形态、籽粒横截面形态以及最佳蒸煮时间这3个指标，采用130 ℃的流化温度为最佳，能够在保持糙米完整形态的同时，使糙米皮层产生裂缝，籽粒内部产生微小气孔，有效地缩短了糙米的蒸煮时间，改善糙米的蒸煮品质。因此，试验中高温流化糙米的制备，均采用130 ℃的流化温度，其余参数不变。

表1 糙米最佳蒸煮时间的测定结果

注：a、b、c、d表示同行肩注标有不同字母者，差异显著(P<0.05)，余同。

2.4 高温流化对糙米吸水特性的影响

糙米蒸煮即淀粉在水和温度的作用下发生糊化的过程。因此，蒸煮过程中糙米吸收水分的能力直接关系到米饭的蒸煮性能。蒸煮时水分蒸发速度越慢，说明水分越能快速地被糙米吸收。由图3可知，高温流化糙米在蒸煮时的水分蒸发速度明显比原料糙米慢，这说明高温流化能够有效地提高糙米的吸水速率。另一方面，高温流化糙米饭的质量为778 g，而原料糙米饭为756 g，这说明高温流化糙米在蒸煮时的吸水量明显增大。吸水速率和吸水量的提高，能促进淀粉快速充分地糊化，缩短蒸煮时间，增加米饭的柔软度[2,9]，因此糙米经高温流化处理后，其蒸煮及食用品质得到了明显改善。

图3 糙米蒸煮时锅内米水质量变化的曲线

表2 感官评定结果

2.5 高温流化对糙米饭硬度的影响

质构仪能够模拟人的触觉，分析检测触觉中的物理特征，是一种精确的感官量化仪器[17]。质构仪测得的硬度是指探头第1次压缩米饭所用的最大力[18]，反映了米饭的软硬程度。由图4可以明显看出，糙米相比精米口感硬，其中原料糙米的硬度为1 853 g，而精米仅为1 368 g。经高温流化处理后，糙米饭的硬度明显降低，硬度变为1 570 g。

米饭的硬度高与淀粉颗粒水合作用弱有关[19]，而高温流化处理能够使糙米皮层产生裂缝、内部产生气孔，打开了吸水通道，蒸煮过程中水分快速渗透进糙米内部，加快与淀粉发生水合作用，由此降低了糙米饭的硬度。由此可见，高温流化处理对降低糙米饭的硬度有积极作用，在一定程度上能够提高糙米的食用品质。

图4 3种米饭的硬度结果

2.6 高温流化对糙米饭感官品质的影响

表2列出了原料糙米与高温流化糙米的感官评定结果。可以看出糙米经高温流化处理后，米饭的感官品质与原料糙米饭呈显著差异性，各项指标的评分值均呈上升趋势，可见糙米饭的食用品质得到了显著提升。其中，原料糙米的米糠味浓，气味得分较低，而高温流化后的糙米则无明显的米糠味，这可能是由于130 ℃的高温能使一些米糠味物质分解或挥发，同时高温产生的美拉德反应具有增香作用，在一定程度上能掩盖米糠味。

另外，经高温流化后糙米饭的开裂程度提高很多，并且米饭的口感更加柔软，黏性提高，而弹性无明显的变化。从综合评分中看出，原料糙米的分值为59.75分，属于差等级，而经高温流化处理的糙米饭为73.53分，属于中等级别。综上所述，高温流化可以有效地改善糙米饭的感官品质，使糙米饭的口感更容易被人接受，有效地改善了糙米的食味品质。

糙米饭的露白率，即皮层开裂露出胚乳的糙米饭所占的比例，糙米饭的露白率高，说明糙米饭的熟化程度高，质地松软。图5为原料糙米与高温流化糙米饭实物图，经测定原料糙米饭的露白率为17%，内部淀粉被皮层紧密包裹，而高温流化糙米饭的露白率高，为99%，皮层的开裂程度大，内部淀粉充分暴露在外，米饭中内容物大量溶出，使米饭之间很好地黏结。而原料糙米饭之间存在较多明显的孔洞，这是因为蒸煮时水分进入原料糙米的速度缓慢、淀粉等有机物溶出程度低，导致米饭之间黏结性差，产生了明显的水汽蒸发通道。

图5 原料糙米与高温流化糙米饭实物图

3 结论

采用高温流化技术处理糙米，可以有效地改善糙米的蒸煮及食用品质。流化温度的优化试验结果显示，最佳流化温度为130 ℃，能够使糙米皮层产生褶皱和裂缝，籽粒内部产生微孔，打开了糙米的吸水通道，使最佳蒸煮时间缩短了6 min，有效地改善了糙米的蒸煮品质。同时，高温流化能够有效提高糙米的吸水速度和吸水量，使糙米饭开裂程度大，露白率为99%，米饭硬度从原料糙米饭的1 853 g降低至1 570 g，米饭间很好地相互黏结，并且米糠味显著降低，有效地改善了糙米的感官品质。

[1]Zhang G,Malik V S,Pan A, et al.Substituting brown rice for white rice to lower diabetes risk:a focus-group study in chinese adults[J].Journal of the American Dietetic Association, 2010,110(8):1216-1221

[2]Das M,Banerjee R,Bal S.Evaluation of physicochemical properties of enzyme treated brown rice (Part B)[J].LWT-Food Science and Technology,2008,41(10):2092-2096[3]Zhang X X,Wang L,Cheng M,et al.Influence of ultrasonic enzyme treatment on the cooking and eating quality of brown rice[J].Journal of Cereal Science,2015,63:140-146

[4]Chen H H,Chen Y K,Chang H C.Evaluation of physicochemical properties of plasma treated brown rice[J].Food Chemistry,2012,135(1):74-79

[5]Chung H J,Cho A,Lim S T.Utilization of germinated and heat-moisture treated brown rices in sugar-snap cookies[J].LWT-Food Science and Technology,2014,57(1):260-266

[6]郑先哲，汪春,贾富国.农产品干燥理论与技术[M].北京:中国轻工业出版社,2009:55-79 Zheng X Z, Wang C，Jia F G. Drying theory and technology of agricultural products[M].Beijing：China Light Industry Press,2009:55-79

[7]Srisang N,Prachayawarakorn S,Varanyanond W,et al.Germinated brown rice drying by hot air fluidization technique[J].Drying Technology,2010,29(1):55-63

[8]Ong M H,Blanshard J M V.Texture determinants in cooked,parboiled rice.I:Rice starch amylose and the fine stucture of amylopectin[J].Journal of Cereal Science，1995,21:251-260

[9]Mohapatra D,Bal S.Cooking quality and instrumental textural attributes of cooked rice for different milling fractions[J].Journal of Food Engineering,2006,73(3):253-259

[10]杨晓娜.方便米饭食味评价及原料适应性研究[D].无锡:江南大学,2013 Yang X N. The study on palatability evaluation and material adaptability of instant rice[D].Wuxi: Jiangnan University,2013

[11]GB/T 15682—2008 粮油检验 稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法[S] GB/T 15682—2008 Lnspection of grain and oils—Method for sensory evaluation of paddy or rice cooking and eating quality[S]

[12]Khatoon S,Gopalakrishna A G.Fat-soluble nutraceuticals and fatty acid composition of selected Indian rice varieties[J].Journal of the American Oil Chemists′ Society,2004,81(10):939-943

[13]Cnossen A G,Siebenmorgan T J,Yang W,et al.An application of glass transition temperature to explain rice kernel fissure occurrence during the drying process[J].Drying Technology, 2001, 19(8):1661-1682

[14]Srisang N,Varanyanond W,Soponronnarit S,et al.Effects of heating media and operating conditions on drying kinetics and quality of germinated brown rice[J].Journal of Food Engineering,2011,107(3-4):385-392

[15]Cui L,Pan Z L,Yue T L,et al.Effect of ultrasonic treatment of brown rice at different temperatures on cooking properties and quality[J].Cereal Chemistry,2010,87(5):403-408[16]Wu J Y,Chen J,Liu W,et al.Selective peroxidase inactivation of lightly milled rice by superheated steam[J].Journal of Cereal Science，2014, 60: 623-630

[17]林芳栋,蒋珍菊,廖珊,等.质构仪及其在食品品质评价中的应用综述[J].生命科学仪器,2009,7(5):62-65 Lin F D, Jiang Z J, Liao S, et al. The Summary of Texture Analyzer and Its Appication in the Evaluation for Food Quality[J]. Life Science Instruments,2009,7(5):62-65

[18]贾文博.糙米质量评价主要指标的研究[D].郑州:河南工业大学,2012 Jia W B.Study on primary indicators of quality assessment for brown rice[D]. Zhengzhou: Henan University of Technology,2012

[19]Zhou Z K,Robards K,Helliwell S,et al.Effect of storage temperature on cooking behaviour of rice[J].Food Chemistry,2007,105(2):491-497.

Effects of High-Temperature Fluidization on Cooking and Edible Qualities of Brown Rice

Bu Lingjuan1Li Yongfu1Wang Li1Shi Feng2Duan Rongjuan1Chen Zhengxing1
(School of Food Science and Technology; National Engineering Laboratory for Cereal Fermentation Technology, Jiangnan University1, Wuxi 214122)(State Key Laboratory of Science and Technology; Jiangnan University2, Wuxi 214122)

order to solve the poor cooking, eating, and bran odor problems of brown rice, high-temperature fluidization technique was used to process brown rice to improve the cooking and edible qualities. The effects of fluidization temperature on surface morphology, cross-section morphology and optimal cooking time of brown rice were studied. The result showed that 130 ℃ was the optimal fluidization temperature. In this condition, fissures and micropores were generated on the surface and interior of brown rice respectively while the natural form was intact, thus the water channel of brown rice was formed, and optimal cooking time was shortened by 6 min. In addition, the change of cooking and eating qualities of brown rice after high-temperature fluidization treatment was studied. The results showed that the water absorption rate and quantity of brown rice were significantly increased; the hardness of cooked brown rice was reduced from 1853 g to 1570 g which indicated a softer texture; exposure degree of brown rice endosperm was 99%; bran odor was decreased obviously; color, viscosity and comprehensive scores were significantly increased (P<0.05). Thus, the high-temperature fluidization technique can effectively improve the cooking and eating qualities of brown rice.

high-temperature fluidization, brown rice, cooking quality, edible quality

公益性行业(农业)科研专项(201403063)

2015-09-11

卜玲娟，女，1990年出生，硕士，粮食精深加工

李永富，男，1969年出生，副教授，全谷物营养与工程

TS213.3

A

1003-0174(2017)04-0001-06