高温流化对黑米蒸煮品质的改良效果

滕 菲 李永富 王 莉 史 锋 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)

高温流化对黑米蒸煮品质的改良效果

滕 菲1李永富1王 莉1史 锋2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)

针对黑米蒸煮难、口感差、需提前浸泡的问题，采用高温流化技术处理黑米，以改善黑米蒸煮品质。研究了流化温度、流化时间和进料速度对黑米蒸煮品质的影响，通过单因素和正交试验得到最优工艺参数为流化温度155 ℃，进料速度60 kg/h和流化时间60 s，并且影响黑米蒸煮品质的主要因素是温度。经高温流化处理后，黑米出现裂缝并伴随糊化的产生，从而吸水通道被打开，黑米粉的糊化特性也得到改善，结果与原料相比，处理过的黑米在40 ℃水温下浸泡200 min的吸水率为41.09%，增加了24%(P<0.05)；最佳蒸煮时间为22.83 min，缩短了4 min(P<0.05)；抗氧化活性没有显著变化(P>0.05)；黑米煮前不用浸泡，黑米饭的柔软度、黏性和综合评分显著提高(P<0.05)。高温流化显著改善了黑米的蒸煮品质。

黑米 高温流化 蒸煮品质

黑米是一种以糙米形式食用的有色稻米，可分为籼、粳2个亚种[1]。黑米营养丰富，含有高于精米2倍左右的B族维生素含量，钾、镁、铁、锌、锰等微量元素含量也远高于精白米[2-3]。黑米种皮富含色素，色素中含有很多活性物质，比如矢车菊-3-葡萄糖苷、锦葵素、天竺葵素-3，5-二葡萄糖苷等花色苷类，据研究，这些活性物质有很强的抗氧化活性和清除自由基的能力，能够预防和抑制血管性疾病和癌症[4-7]。

在黑米的研究中，人们发现由于黑米外皮层结构的紧密性和完整性，导致其不易糊化，与精米相比，黑米炊煮时间长，口味和口感差，难以消化和吸收，所以很难被消费者接受[8]。黑米皮层包括果皮、种皮、珠心层、糊粉层，其外层纤维素的排列比较紧密，阻碍水分的吸收，蒸煮过程中受热，色素等物质溶出，使之结构更加紧密，致使水分不易渗入，所以黑米蒸煮时需提前浸泡10 h，如果直接蒸煮只是将黑米变软，其结构并未被破坏，导致营养成分大部分并未溶出[9]。

目前，关于解决黑米蒸煮问题的方法有粉碎再造粒、特轻碾制法、纤维素酶解等[10]。黑米的抗氧化物质大部分集中在黑米皮上，粉碎再造粒和特轻碾制法得到的产品都破坏了黑米完整的结构形状，造成营养成分流失，从而影响黑米的抗氧化活性。而酶解的方法又不符合天然，绿色的消费观念，且操作复杂，对蒸煮问题的改善效果也一般[10]。热空气干燥是一种成熟的谷物干燥技术，刚收获的谷物水分含量很高，不易储藏，在流化处理的过程中水分大量蒸发，储藏稳定性提高。研究发现高温流化对谷物的蒸煮和食用品质也有很大的影响[11]。干燥过程中产生水分梯度导致谷物内部形成压力，产生微缝[12]，这些微缝便成为水分进入谷物的内部的通道，在蒸煮过程中使细胞内的淀粉、脂肪、蛋白质等成分更容易溶出[13]，改善其蒸煮品质，但是，如果处理条件不当，便会造成处理过度而破坏黑米内部结构[12]。目前鲜有关于高温流化处理黑米的研究。本试验利用高温流化处理黑米，并考察了流化温度、进料速度、流化时间3个因素对蒸煮品质的影响，通过单因素和正交试验优选出黑米最优加工工艺，目的是得到既能改善黑米的蒸煮特性，又能保证黑米的营养价值的最佳工艺条件，提供一种有效可行的黑米食用品质改良方法。

1 材料与仪器

1.1 材料

黑米：产地黑龙江，粳型，含水量14.7%。

1.2 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，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 ℃。

Q-2000型差式扫描量热仪(DSC)：美国TA仪器公司；RVA 4500型黏度速测仪：澳大利亚Newport Scientific仪器公司；M5型酶标仪：美国Molecular Devices公司。

2 试验方法

2.1 高温流化处理

将黑米放入料斗内，提前设定好处理温度、进料速度、加热时间、待温度上升至试验温度时，开启进料阀门，对黑米原料进行处理，处理得到的样品作为试验材料。

2.2 水分的测定

采用GB 5497—1985规定的方法。

2.3 吸水率的测定

参照 Turhan等[14]测定吸水率的方法，并作适当改动。取2 g黑米放入50 mL离心管中，离心管中加入30 mL水，置于40 ℃水浴锅中水浴，浸泡200 min。浸泡时间到达时，取出，用纱布擦拭表面水分后测质量为m，吸水率=(m-2)/干基。

2.4 最佳蒸煮时间测定

参照 Mohapatra等[15]的方法，采用压片法测定黑米的最佳蒸煮时间。取20 g黑米放入烧杯中，加入250 mL水，加热至冒气后，每隔30 s随机取出3粒米，放入两玻璃片中压片，观察米粒有无白芯。如果白芯消失即认为黑米已完全糊化，记录时间。在此时间的基础上再加上2 min，保证所有米粒已全部糊化，此时间即为最佳蒸煮时间。

2.5 淀粉糊化特性的测定(RVA)

利用黏度速测仪及TCW(Thermal Cycle for Windows)配套软件，按 AACC(美国谷物化学家协会)操作规程 (1995 61—02)进行测定；含水量为14%时样品量为3.00 g，蒸馏水 25.00 mL。测定程序如下：50 ℃保持 1 min， 以 12 ℃/min上升到 95 ℃ (3.75 min)， 95 ℃ 保持 3.5 min，以 12 ℃/min下降到50 ℃(3.75 min)， 50 ℃保持2 min。搅拌器在起始 10 s内转动速度为960 r/min，以后保持在160 r/min。

2.6 热焓值的测定(DSC)

样品预处理：黑米磨粉，过100目筛，称取2.5 mg左右样品，加入5 μL去离子水置于液压不锈钢坩埚中，用压样机密封。待水分平衡24 h，将坩埚放入DSC分析仪中测定。DSC分析仪以升温速率10 ℃/min下测其糊化参数。

2.7 抗氧化活性的检测方法

样品制备方法：黑米抗氧化物质粗提物的制备方法参考Tananuwong等[5]确定的方法，并作适当改动。具体步骤为：黑米碾碎后过60目筛，称取5 g黑米粉，加入40 mL丙酮水溶液(丙酮∶水=7∶3，V/V)，在32 ℃水浴摇床中提取4 h，然后1 250 g离心15 min，收集上清液，残渣再用该方法提取1次。混合2次上清液，定容至100 mL，-20 ℃避光保存，备用。

抗氧化活性的测定方法：ORAC法(Oxygen Radical Absorbance Capacity assay氧自由基吸收能力测定)。具体步骤为：准确量取25 μL粗提取液和150 μL荧光黄试剂，加入96孔板中，振荡培养20 min，然后迅速加入25 μL AAPH溶液并混合均匀，在激发波长485 nm和发射波长538 nm处测定2 h内荧光强度，每分钟读1次数据，绘制荧光衰减曲线，计算曲线下方面积；以水溶性生育酚(trolox)绘制标准曲线。

2.8 黑米饭的感官评定

采用GB/T 15682—2008规定的方法。

3 结果与分析

3.1 单因素试验

本试验处理工艺条件由流化温度、进料速度和流化时间3个因素控制。在前期试验的基础上，发现无法用单一指标来评价蒸煮品质改良效果，需要用多个指标相结合才能进行有效评价，因此选用吸水率，最佳蒸煮时间、淀粉糊化特性和热焓值作为蒸煮品质改良评价指标体系。

3.1.1 流化温度对黑米蒸煮品质的影响

选择的温度梯度为140、150、160、170 ℃，进料速度为45 kg/h，流化时间为60 s。得到的黑米样品含水量分别为11.23%、11.04%、9.97%、8.65%，处理温度越高，黑米失水量越多。

图1 不同温度处理结果

由图1a可知，与原料相比，4个处理温度下的黑米吸水率随着浸泡时间的延长都有明显提高,并且随着处理温度的升高，吸水率逐渐增大，蒸煮时间逐渐缩短。高温流化处理后黑米在浸泡时水分渗透的速度加快，从而加快蒸煮时黑米内部淀粉糊化。有研究表明，吸水性增大有利于米饭硬度的减小[16]。但是，当黑米的淀粉结构受到严重破坏时，内部致密联结被破坏，此时黑米的吸水率同样会大幅度增大，蒸煮时间缩短，可是煮后的黑米饭松散，无黏性，口感差[12]。所以并不能单独依靠吸水率和蒸煮时间来确定加工条件，还需结合对淀粉的糊化特性的影响。由图1b可知，经140、150 ℃高温流化处理后的黑米的RVA黏度曲线与原料没有明显的变化，其中峰值黏度(PV)略有下降，热浆黏度(HV)和终值黏度(FV)略有上升，说明热稳定性提高[17]。黑米加热过程中会形成淀粉-脂类复合物，阻碍淀粉颗粒吸水膨胀，使得PV下降，HV、FV增大[18]，但少量淀粉-脂类复合物的形成并不影响黑米的蒸煮，因为温度超过100 ℃，复合物便会溶解[19]。但是，当温度达到160～170 ℃时，黑米的PV、HV、FV均大幅度降低，黏度特征值都明显下降，说明该温度已破坏了黑米粉颗粒结构，处理过度。图1a中热焓值的变化用来反映样品的糊化程度[20]。结合黏度曲线和热焓值确定，当处理温度达到160 ℃时，糊化度增加28%以上，黑米蒸煮品质严重下降。综合分析发现，温度达到160 ℃以上时，黑米颗粒结构已受到严重破坏。因此，适宜的加工温度为150 ℃。

3.1.2 进料速度对黑米蒸煮品质的影响

选择的进料速度梯度为15、45、75、125 kg/h，流化温度为150 ℃，流化时间为60 s。得到的黑米样品含水量分别为9.06%、10.04%、10.59%、10.81%，进料速度越小，黑米失水量越多。

图2 不同进料速度处理结果

黑米进料速度越慢，说明流化机内装载量越少，黑米吸收的热量越多。由图2a可知，浸泡200 min时，4个条件下处理的黑米吸水率都在37%左右，相互之间差异不显著(P<0.05)。15、45 kg/h条件下处理的黑米最佳蒸煮时间相比原料减少了约4 min；75、125 kg/h条件下处理的黑米最佳蒸煮时间相比原料减少了约2 min。15 kg/h条件下处理的黑米PV明显下降，接近HV，当PV与HV相差很小，煮出的米饭硬而黏性小，适口性差[21]，这说明处理过度 (图2b)，该条件下黑米糊化所需能量降低程度最大，糊化度增加了22%。结合黏度曲线和热焓值确定，当糊化度增加22%以上时，黑米蒸煮品质严重下降。对试验结果进行综合分析，得出较为适宜的进料速度是45 kg/h。

3.1.3 流化时间对黑米品质的影响

选择的流化时间梯度为30、40、60、120 s，流化温度为150 ℃，进料速度为45 kg/h。得到的黑米样品含水量分别为10.80%、10.11%、10.04%、9.77%，流化时间越长，黑米失水量越多。

图3 不同加热时间处理结果

由图3a可知，浸泡200 min时，在30、40、60 s 3个条件下处理的黑米吸水率都在37%左右，相互之间差异不显著(P<0.05)，120 s 条件处理的黑米吸水率最大，为39.68%。30、40 s条件下处理的黑米最佳蒸煮时间相比原料减少了约2 min；60、120 s条件下处理的黑米最佳蒸煮时间相比原料减少了约4 min。经30、40、60 s 3个条件下处理的黑米热稳定性提高，120 s条件下处理的黑米PV下降尤其明显，与HV相差很小(图3b)，糊化度增加21%，说明已处理过度。结合黏度曲线和热焓值确定，当糊化度提高21%以上时，黑米蒸煮品质严重下降。对试验结果进行综合分析，得出较为适宜的流化时间为60 s。

3.2 正交试验

在单因素试验的基础上进一步进行正交试验。选择吸水率和最佳蒸煮时间作为蒸煮品质的评价指标。选用L9(34)正交表对处理的工艺条件进行优化，正交试验因素和水平表及结果见表1和表2。

表1 正交试验因素水平

表2 正交试验结果

对所得吸水率的试验结果进行极差和方差分析，结果见表3和表4。极差R的大小顺序为A>B>C，即流化温度>进料速度>流化处理时间，说明温度对黑米吸水率的影响最大，流化时间影响最小。因素A对试验结果影响显著(P<0.05)，因素B、C对吸水率试验结果的影响不显著(P>0.05)。结合各因素，以吸水率为评价指标，得到最佳的加工工艺为A3B2C1，即流化温度155 ℃，进料速度60 kg/h，流化时间60 s。

表3 吸水率极差分析

表4 吸水率方差分析

对所得最佳蒸煮时间的试验结果进行极差和方差分析，结果见表5和表6。极差R的大小顺序为流化温度>进料速度>流化时间，说明流化温度对黑米最佳蒸煮时间的影响最大，流化时间影响最小。因素A和因素B对试验结果有显著影响(P<0.05)，因素C对试验结果无显著影响(P>0.05)。结合各因素，以最佳蒸煮时间为评价指标，得到最佳的加工工艺为A3B1C1，即流化温度155 ℃，进料速度45 kg/h，流化时间60 s。

表5 最佳蒸煮时间极差分析

表6 最佳蒸煮时间方差分析

3.3 最优加工工艺的选取

黑米因其含有丰富营养成分和活性物质而受到消费者青睐，所以在改善其蒸煮特性的同时，要尽可能避免大程度地破坏其营养成分和活性物质，因此试验测定了A3B2C1和A3B1C1加工条件下黑米的抗氧化活性，从中选择最优工艺。

试验测得原料，A3B2C1和A3B1C1的抗氧化活性分别为277.44、279.64、269.11 μmol trolox/g。2种条件下处理的黑米抗氧化活性与原料无显著差异(P>0.05)，这说明高温流化没有破坏黑米的活性物质，不会影响黑米的营养价值。A3B2C1的抗氧化活性要高于A3B1C1，二者之间存在显著差异(P<0.05)，因此最终选择A3B2C1为最优加工工艺。

3.4 黑米煮饭效果验证

表7列出了原料黑米与高温流化黑米的感官评定结果。参考 GB/T 15682—2008，从综合评分中看出，原料黑米属于差级别，而经高温流化处理的黑米属于较好级别。黑米经过高温流化处理后，感官上与原料黑米呈显著差异性，除气味外，各项指标值均呈一定幅度的上升。其中，原料黑米蒸煮后开裂不明显，米糠味浓，黏性差，口感硬，不易咀嚼，而高温流化后的黑米饭则开裂程度提高很多，米饭的口感更加柔软，黏性也提高很多，并且无明显的米糠味。综上所述，高温流化可以有效地改善黑米饭的感官品质，使黑米饭更加容易被人接受。

表7 感官评定结果

注：a、b表示同行标有不同字母者差异显著(P<0.05)。

4 结论

黑米经高温流化处理吸水性能显著提高，抗氧化活性无显著变化，黑米的蒸煮品质显著改善，解决了黑米蒸煮难、口感差、糠味重、煮前需浸泡的难题。为了控制加工过度问题，处理后黑米的淀粉糊化特性曲线的特征峰不应有显著变化，淀粉糊化度增加不应超过20%。吸水率、最佳蒸煮时间、淀粉糊化特性和热焓值相结合可有效评价黑米蒸煮品质改良效果。该研究结果显示，最优加工工艺为温度155 ℃，进料速度60 kg/h，处理时间60 s，被处理的黑米吸水率提高了24%，最佳蒸煮时间缩短4 min，黑米饭开裂程度，柔软度和黏性提高，米糠味减弱，有效改善了黑米的感官品质，并且未破坏黑米活性成分。

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Effect of High Temperature Air Fluidization on Cooking Quality of Black Rice

Teng Fei1Li Yongfu1Wang Li1Shi Feng2Chen Zhengxing1

(School of Food Science and Technology, Jiangnan University；National Engineering Laboratory for Cereal Fermentation Technology, Jiangnan University1,Wuxi 214122)(State Key Laboratory of Science and Technology, Jiangnan University2,Wuxi 214122)

According to the facts that black rice was difficult to cook and bad taste, it needed to be soaked in advance, and high temperature air fluidization was used to process black rice improve the cooking quality. The effects of temperature, feeding rate, and heating time on cooking quality of black rice were studied. The result showed that optimal process conditions were temperature 155 ℃, feeding rate 60 kg/h, heating time 60 s determined through single factor and orthogonal experiments. Furthermore, temperature was the key factor that affected the cooking quality of black rice. After high temperature air fluidization treatment, fissures and gelatinization were generated on the interior of black rice, thus the water channel of black rice was formed and pasting properties of black rice flour were improved. Compared with raw materials, the water absorption of high temperature air fluidization treated black rice was 41.09% after soaking for 200 min, increased by 24%(P<0.05), and the optimal cooking time was 22.83 min, shortened by 4 min (P<0.05), and their antioxidant activities were not significantly different (P>0.05); softness, viscosity and comprehensive scores were significantly increased without soaking in advance (P<0.05).Thus, the high temperature air fluidization technology can effectively improve the cooking quality of black rice.

black rice, high temperature air fluidization, cooking quality

TS213.3

A

1003-0174(2017)10-0021-07

公益性行业(农业)科研专项(201403063)

2016-09-13

滕菲, 女, 1990年出生，硕士, 食品工程

李永富, 男, 1969年出生，副教授, 全谷物营养