马铃薯全粉-碎米混合粉的 糊化特性及其挤压重组米品质

雷婉莹,曾希珂,章丽琳,张 喻,2,*

(1.湖南农业大学食品科学技术学院,湖南长沙 410128; 2.食品科学与生物技术湖南省重点实验室,湖南长沙 410128)

马铃薯营养全面,其蛋白质接近于动物蛋白,含有传统主食缺乏的赖氨酸和色氨酸[1-2]。此外,马铃薯热量较低[3],能够适应现代居民对主食的新需求。马铃薯全粉基本保留了马铃薯的营养及风味,具有较好的增稠性、吸水性和持水性[4]。碎米是稻谷制米过程中产生的副产物,其营养成分与整米相似,但价格仅为大米的1/3～1/2,目前主要用作饲料原料,造成了稻谷资源的极大浪费,影响了精米加工企业的经济效益[5]。对碎米进行深加工利用,提高其附加值是解决碎米资源利用的重要途径。

利用挤压技术,以马铃薯全粉与碎米混合粉为原料,经挤压机造粒、干燥制成与天然大米外观和口感类似的重组米,不仅能够提高重组米中蛋白质的功效比,赋予挤压重组米独特风味,而且有助于增加马铃薯主食的花色品种,带动马铃薯消费,提高碎米附加值。目前关于挤压重组米的研究主要包括加工工艺和品质改良剂对产品品质的影响,而原料特性对挤压重组米品质影响的研究鲜见报道[6-8]。原料在挤压过程中受到加热、剪切、压力的联合作用,其中的淀粉会发生糊化,糊化后形成凝胶的粘弹性和强度会影响挤压重组米的加工性能及品质。因此,有必要测定并分析原料的糊化特性与挤压重组米品质之间的关系。

本试验将马铃薯全粉与碎米粉按不同比例混合后测定其糊化特性,研究马铃薯全粉对混合粉糊化特性的影响。在此基础上制备马铃薯挤压重组米,通过测定挤压重组米的感官品质、质构特性和蒸煮损失率,研究马铃薯全粉对挤压重组米品质的影响,确定挤压重组米制作过程中马铃薯全粉的合适添加量;并对马铃薯全粉添加量、马铃薯-碎米混合粉糊化特性与挤压重组米品质特性之间的相关性进行分析,以期为马铃薯全粉在挤压重组米中的进一步应用和研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

稻花香碎米、稻花香米 购于和粮现代农业发展有限公司;马铃薯全粉 购于甘肃正阳农业科技有限公司。

AEY-220型电子天平 湘仪天平仪器设备有限公司;RAV-3D快速粘度分析仪 澳大利亚 Newport 科学仪器公司;GTS75型双螺杆挤压膨化机 湖南富马科食品工程技术有限公司;CFXB16YA3-30苏泊尔电饭煲 杭州苏泊尔电器有限公司;101-2AB型电热鼓风干燥箱 天津市泰斯特仪器有限公司;TA-XT2i Plus质构仪 英国Stable Micro Systems公司。

1.2 实验方法

1.2.1 马铃薯全粉和碎米原料的基本组成成分测定 水分含量测定:参照GB 5009.3-2016标准,直接干燥法;淀粉含量测定:参照GB 5009.9-2016标准,酸水解法;粗蛋白含量测定:参照GB 5009.5-2016标准,凯氏定氮法;膳食纤维含量测定:参照GB 5009.88-2014食品中膳食纤维的测定;灰分含量测定:参照GB 5009.4-2016标准,马弗炉法;粗脂肪含量测定:参照GB 5009.6-2016标准,索氏抽提法。

1.2.2 配粉 将碎米粉碎过80目筛后与马铃薯全粉混合,配成马铃薯全粉添加比例(w/w)分别为30%、40%、50%、60%、70%、80%的马铃薯-碎米混合粉样品。

1.2.3 糊化特性测定 参考廖卢艳等[9]的方法,测定马铃薯-碎米混合粉的糊化特性。

1.2.4 马铃薯挤压重组米制备 制备工艺流程:马铃薯-碎米混合粉→加水搅拌→挤压熟化→切割成型→干燥→成品。

马铃薯-碎米混合粉在双螺杆挤压机中挤压熟化后,从特定模具中挤出并切割成米粒形状大小,所制备的挤压重组米在50 ℃的条件下烘干后备用。设定挤压固体喂料速度300 g/min、物料含水量25%、挤压温度120 ℃、螺杆转速180 r/min[5]。

1.2.5 米饭制备 称取挤压重组米10 g放入蒸饭铝盒中,加入10 mL水,在已预热的蒸锅中蒸10 min后稍冷却,制成挤压重组米米饭。对照组均为稻花香米,称取10 g稻花香米,加入13 mL水,在已预热的蒸锅中蒸30 min后稍冷却。

1.2.6 感官品质评价 参考张辉[10]和GB/T 15682-2008[11]的方法,稍有改动,由7人组成品评小组,分别对挤压重组米的米粒和米饭进行评分,米粒、米饭感官评价表见表1和表2,根据米粒、米饭感官评分计算样品米感官评分。结果去掉一个最高分和一个最低分,结果取其余5个评分的平均值。

表1 米粒感官评分标准[10]Table 1 Standard of sensory evaluationTable of rice[10]

表2 米饭感官评分标准[11]Table 2 Standard of sensory evaluationTable of steamed rice[11]

样品米感官评分=米粒感官评分×30%+米饭感官评分×70%

1.2.7 质构特性测定 将挤压重组米蒸熟后冷却,每次取3粒,采用TA-XT2i质构仪TPA模式测定,探头为P/36R型,参数设置如下:测前速度2.00 mm/s;测中速度2.00 mm/s;测后速度2.00 mm/s;形变量50%;两次压缩间隔时间5.00 s;触发力值5.0 g[12]。平行测定7次,去掉各参数的最大值和最小值,结果取其余5个数值的平均值。

1.2.8 蒸煮损失率测定 参考张辉[10]的方法,并加以改进。称取样品米3.00 g(m0),置于100 mL烧杯中,加入50 mL蒸馏水,沸水浴10 min后取出,将烧杯中的米汤倒入已恒重(m1)的烧杯中,在105 ℃下烘干至恒重(m2)。重复测定3次,取平均值。

蒸煮损失率(%)=[(m2-m1)/m0]×100

1.3 数据处理

采用SPSS 19.0、Excel软件进行数据处理分析,采用Oringin软件进行制图。

2 结果与分析

2.1 马铃薯全粉和碎米的基本组成成分

马铃薯全粉和碎米的基本组成成分如表3所示。

由表3可知,马铃薯全粉和碎米中的主要成分为淀粉,马铃薯全粉中的粗蛋白、膳食纤维和灰分含量均高于碎米,而淀粉、粗脂肪含量比碎米低。可见,马铃薯全粉的营养较为均衡,含有丰富的蛋白质、矿物质以及膳食纤维,且脂肪含量较低。

表3 马铃薯全粉和碎米的基本组成成分Table 3 Basic components of potato granule and broken rice

2.2 马铃薯全粉添加量对混合粉糊化特性影响

不同比例的马铃薯-碎米混合粉的糊化特性结果如表4所示。

表4 马铃薯全粉添加量对混合粉糊化特性影响Table 4 Effects of potato granule content on pasting properties of mixed powders

由表4可知,马铃薯全粉的各项糊化特性参数均显著(p<0.05)小于碎米粉,且随马铃薯全粉添加量的增加,马铃薯-碎米混合粉的各项糊化特性参数均不断减小。峰值黏度越低说明淀粉颗粒在糊化升温过程中的膨胀程度越小,其可能原因是马铃薯全粉中的膳食纤维可抑制淀粉颗粒的溶胀[13]。衰减值越低,说明淀粉热糊稳定性越强[14];回生值越低,说明淀粉冷糊稳定性强,不易发生老化,凝胶性弱[15-16]。这可能是因为马铃薯淀粉的支链淀粉含量较高,且混合粉中的蛋白质、纤维素会阻碍淀粉以氢键重新缔合,导致淀粉糊化后不易老化回生[17]。这与叶小清等[18]研究发现马铃薯全粉可以延缓大米粉老化的结果一致。

2.3 马铃薯全粉添加量对挤压重组米感官品质的影响

马铃薯挤压重组米的感官品质评价结果如表5所示。

表5 马铃薯挤压重组米感官品质评价结果(分)Table 5 Sensory quality results of restructured potato rice(scores)

由表5可知,当马铃薯全粉添加量为30%和40%时,挤压重组米米粒感官评分与对照组(稻花香米)相比无显著差异(p>0.05);马铃薯全粉各添加量的挤压重组米米饭及总体感官评分均显著小于对照组(p<0.05)。随马铃薯全粉添加量的增大,米粒感官评分逐渐降低;米饭感官评分先升高后降低,在添加量为50%时最高;总体感官评分先升高后降低,在添加量40%～50%时最高。这是因为相比碎米粉,马铃薯全粉的黏性、吸水性较大[19],适当的添加量使蒸煮后米饭的口感较好,且可赋予挤压重组米金黄色泽及独特风味。但由于马铃薯全粉颜色偏黄,其添加量增大会使米粒的颜色变得暗黄,使得米粒感官评分降低[20]。此外,挤压过程中压力增大且温度较高,发生的糊化及美拉德反应也会使重组米的颜色加深[21]。因此,马铃薯全粉添加量过高会造成米饭颜色暗沉,口感较差。

2.4 马铃薯全粉添加量对挤压重组米质构特性的影响

使用质构仪TPA模式对马铃薯挤压重组米的质构特性进行测定,测定结果如表6所示。

表6 马铃薯挤压重组米质构特性测定结果Table 6 Texture characteristics of restructured potato rice

由表6可知,马铃薯全粉添加量为50%和60%时的粘聚性与对照组无显著性差异(p>0.05);各添加量的硬度、弹性、咀嚼性均显著小于对照组(p<0.05)。这可能因为原料中的淀粉经过了高温糊化,在蒸煮时又发生二次糊化,使得马铃薯挤压重组米的硬度、弹性、咀嚼性降低[5]。随马铃薯全粉添加量的增大,马铃薯挤压重组米的硬度显著减小(p<0.05),重组米的弹性、黏聚性、咀嚼性随马铃薯全粉添加量的增大,先逐渐增大后减小,在添加量为50%时最大。可能由于马铃薯添加量增大时,混合粉中的支链淀粉、蛋白质和膳食纤维含量增加,抑制了原料在挤压过程中的膨胀及后续老化,导致米饭硬度减小,弹性、黏聚性增大[22-23]。但马铃薯全粉添加量过大,蛋白质含量较多使原料糊化程度降低,凝胶形成强度减弱[24],导致重组米蒸煮后软烂,弹性、黏聚性、咀嚼性又有所下降。张志清等[12]的研究表明挤压重组米口感与其质构特性中硬度呈负相关,与弹性、黏聚性、咀嚼性呈正相关。由此可推断马铃薯全粉添加量为50%时,挤压重组米的口感较好。

2.5 马铃薯全粉添加量对挤压重组米蒸煮损失率的影响

马铃薯挤压重组米的蒸煮损失率测定结果如图1所示。

图1 马铃薯挤压重组米蒸煮损失率Fig.1 Cooking loss rate of restructured potato rice注:小写字母不同代表差异显著(p<0.05)。

由图1可知,挤压重组米的蒸煮损失率与对照组相比显著增大(p<0.05),随马铃薯全粉添加量的增大,马铃薯挤压重组米的蒸煮损失率显著增大(p<0.05)。由于原料中的部分淀粉分子在挤压过程中受到高温、高压和高剪切作用发生裂解,水溶性碳水化合物增加,导致挤压重组米的蒸煮损失率较对照组的高[25]。此外,马铃薯全粉含量的增加会使混合粉中支链淀粉及膳食纤维的含量增大,对凝胶形成有一定的抑制作用[17],导致挤压重组米蒸煮损失率增大。

2.6 马铃薯挤压重组米米粒和米饭外观

马铃薯全粉添加量为50%的挤压重组米米粒和米饭外观如图2所示。

图2 马铃薯挤压重组米米粒和米饭照片Fig.2 Photographs of the restructured potato grains and cooked rice

由图2可知,马铃薯挤压重组米的米粒形态正常大米相似,具有一定的透明度,但颜色较深;蒸煮后米饭也可以较好地保持外观,具有一定黏性。

2.7 马铃薯全粉添加量、糊化特性与挤压重组米品质相关性

马铃薯全粉添加量、混合粉糊化特性与挤压重组米品质相关性如表7所示。

表7 马铃薯全粉添加量、混合粉糊化特性与挤压重组米品质相关性Table 7 Correlation between potato granule content,pasting properties and the quality of restructured potato rice

2.7.1 马铃薯全粉添加量与混合粉糊化特性的相关性 由表7可知,马铃薯全粉添加量与混合粉的各项糊化特性参数呈极显著负相关(p<0.01),说明马铃薯全粉的添加量对混合粉的糊化特性有很大影响。

2.7.2 马铃薯全粉添加量与挤压重组米品质的相关性 由表7可知,马铃薯全粉添加量与挤压重组米的感官评分、硬度及蒸煮损失率存在显著相关性(p<0.05),按显著程度(p值大小)依次为蒸煮损失率>硬度>感官评分,说明马铃薯全粉添加量对挤压重组米品质的影响很大。

2.7.3 糊化特性与挤压重组米品质的相关性 由表7可知,马铃薯-碎米混合粉的峰值黏度和衰减值与挤压重组米的感官评分呈显著(p<0.05)正相关;谷值黏度、最终黏度和回生值与硬度呈极显著正相关(p<0.01),峰值黏度与硬度呈显著正相关(p<0.05);糊化特性各项参数与蒸煮损失率均呈极显著负相关(p<0.01)。说明马铃薯全粉添加量的不同影响了混合粉的糊化特性,从而影响了挤压重组米的品质,可通过测定马铃薯全粉-碎米混合粉的糊化特性预测挤压重组米的品质。

3 结论

马铃薯全粉添加量的增加使得马铃薯-碎米混合粉的各项糊化特性参数均减小,热稳定性及抗老化性能增强,凝胶性减弱,且根据马铃薯全粉添加量与混合粉糊化特性参数的相关性分析可知,马铃薯全粉对混合粉的糊化特性有很大影响。

当马铃薯全粉添加量在40%～50%时,挤压重组米的总体感官评分较高,质构品质在马铃薯全粉添加量为50%时较好,且其蒸煮前后的外观类似于大米。考虑到挤压重组米的蒸煮损失率随马铃薯添加量的增加而显著升高(p<0.05),且马铃薯全粉添加量在50%以上时,挤压重组米的感官品质及质构品质下降,为使加工的马铃薯挤压重组米综合品质较好,混合粉中马铃薯全粉添加量应≤50%。

马铃薯全粉添加量对挤压重组米品质有较大影响。马铃薯-碎米混合粉的糊化特性与挤压重组米品质有显著相关性(p<0.05),通过测定混合粉的糊化特性可预测挤压重组米的品质。