糙米浸泡吸水与微量吸水动力学比较研究

谢 丹，蹇 伟，孙逸文，刘 轩

（浙江省粮食科学研究所有限责任公司，浙江 杭州 310012）

糙米是稻谷经过加工，脱去稻壳后的颖果，糙米中含有丰富的维生素、蛋白质、矿物质等营养成分[1]。糙米发芽后一些营养成分含量会升高，同时食用品质也会得到改善[2]。发芽糙米中富含的γ-氨基丁酸、谷维素、膳食纤维等活性成分，具有降血糖、降血脂等功效，近年来作为一种糖尿病功能性食品得到了广泛关注[3]。糙米发芽是在足够的水分、适宜的温度、充足的氧气的条件下，胚芽萌发，长成新的个体。根据糙米发芽方法的不同，糙米发芽工艺可分为浸泡法[4]、微量加水法[5]和高温高湿法[6]3种加工工艺，这3种工艺加水方式不同，导致发芽糙米的品质也有差异，浸泡法加工出的发芽糙米爆腰率高，微量加水法爆腰率比浸泡法少，高温高湿法的加水速度比微量加水法更小，爆腰率最低。爆腰的发芽后在后续碾磨过程中会破碎，而且会影响发芽糙米的食味品质[7-8]。

糙米吸水过程属于质传递过程，目前Peleg方程[9]已被证实在许多食品的质传递过程中具有良好的拟合性和预测性。Peleg方程是由学者Peleg在1988年提出的两参数、非指数型的经验性方程，被广泛运用于各种谷物杂粮的浸泡吸水研究。目前已有基于浸泡法的糙米吸水动力学研究报道，徐杰等[10]研究了糙米在10、20、30 ℃ 3个浸泡温度下的吸水动力学性质，吕庆云等[11]研究了糙米在25～65 ℃浸泡温度下的吸水动力学性质。但还未见对微量加水法和高温高湿法中糙米的吸水动力学性质的研究。

糙米发芽前的吸水是导致发芽糙米裂纹产生的根本原因。本研究拟运用Peleg方程比较糙米在浸泡吸水和微量加水两种模式下的吸水动力学性质，并比较两种吸水模式制备的发芽糙米的爆腰率，以期为糙米的精深加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

糙米：龙粳31号，产地黑龙江；嘉丰优2号，产地浙江。

1.2 仪器

HWS-24型恒温水浴锅、MGC-300H型人工气候箱：上海一恒科技有限公司；EasyQ-A0.5型实验室超纯水机：上海技舟化工科技有限公司；ME204E型电子太平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 糙米浸泡吸水及其发芽样品的制备

称取100 g糙米于250 mL烧杯中，加30 ℃温水直至浸没糙米，放置于30 ℃水浴锅中保温6 h后取出沥干水分，在温度30 ℃、相对湿度90%的恒温恒湿箱中萌芽24 h。

1.3.2 糙米微量吸水及其发芽样品的制备

称取100 g糙米，平铺在温度30 ℃、相对湿度90%恒温恒湿箱中，在前8 h每隔1 h喷10 mL水，在11、16、22 h时喷5 mL 水，30 h后发芽试验结束。

1.3.3 水分测定

（1） 水分含量：按GB/T 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》执行。

（2） 糙米浸泡吸水过程中吸水率的测定：准确称取 15 g整糙米12份，分别放入盛有200 mL、30 ℃的蒸馏水的烧杯中，用水浴锅控制浸泡温度在（30±1）℃，当达到浸泡时间时将1份糙米从水浴锅中取出倒入滤网中，并用滤纸吸干米粒表面水分，迅速用电子天平进行称量，精确到0.000 1 g[12]，按式（1）计算吸水率。

式中：M1为吸水前糙米质量，g；M2为吸水后糙米质量，g。

（3） 糙米微量吸水过程中吸水率的测定：准确称取 20 g整糙米12份，置于人工气候箱中，设置温度30 ℃、湿度90%，每份样品在前8 h每隔1 h喷2 mL水，在11、16、22 h时喷1 mL水，30 h后终止试验，当达到设定的时间点后取出1份样品，用滤纸吸干米粒表面水分，迅速用电子天平进行称量，精确到 0.000 1 g，按式（1）计算吸水率计算。

1.3.4 Peleg数学模型

Peleg数学模型为两参数、非指数的经验型方程，吸水过程方程式：

式中：M为t时间下的水分含量，%；M0为初始水分含量，%；t为时间，h；K1和K2为Peleg常数。

将式（2）进行适当变换可以得到式（3）。

由式（3）可知t/（M-M0）与t呈线性关系，通过线性回归分析，可以求得K1和K2的值。

1.3.5 爆腰率测定

取发芽糙米100粒，在自制爆腰灯下检查其爆腰情况，横向有裂纹但未贯穿整个米粒，为轻度爆腰，裂纹横向贯穿整个米粒为重度爆腰。爆腰率以重度爆腰米粒数占总米粒数的百分比表示[13]。

1.3.6 数据分析

每组试验平行测定3次，采用Excel进行数据分析与作图。

2 结果与讨论

2.1 糙米浸泡吸水和微量吸水的吸水特性比较

糙米嘉丰优2号和龙粳31在浸泡和微量加水过程中糙米水分含量与吸水率随时间的变化如图1和图2所示，两种糙米在不同的吸水模式下显示了同样的变化趋势，吸水过程总体特征是先快速吸水，而后吸水率减缓，曲线趋于水平，最终达到饱和。但是，吸水率及最终水分含量依然受到初始水分含量、原料、吸水模式等的影响。浸泡法模式下，吸水6～8 h后糙米的水分含量即趋于平衡，可满足发芽的需要。与浸泡法相比，糙米在微量加水条件下的水分含量更低，浸泡6 h后，嘉丰优2号和龙粳31号的水分含量分别为39.5%和40.0%，而微量加水6 h后嘉丰优2号和龙粳31号的水分含量分别为38.7%和36.4%。糙米快速吸水阶段，糙米达到相同的水分含量，微量加水法需要更长的时间。

图1 糙米浸泡吸水和微量加水过程中水分含量随时间的变化

图2 糙米浸泡吸水和微量加水过程中吸水率随时间的变化

2.2 吸水动力学参数研究

从表1可以看出，糙米品种不同（龙粳31号为粳稻，嘉丰优2号为籼稻），其吸水动力学参数K1和K2也是不同的，并且糙米在不同的吸水模式下具有不同的吸水动力学性质。徐杰等[10]研究发现糙米在浸泡温度为25～65 ℃时的常数K1为0.011 2～0.058 6，本研究中浸泡吸水模式的K1在此范围之内。本研究中4组方程相关系数R2均在0.99 以上，说明试验数据能较好地拟合Peleg 方程。通过对Peleg方程进行分析可知，K1与初始吸水率有关，且与初始吸水率呈负相关[14]，糙米品种不同，其初始吸水速率存在差异，浸泡吸水时龙粳31号的初始速率小于嘉丰优2号；吸水模式不同，初始吸水速率也不同，微量吸水的初始吸水速率要显著小于浸泡吸水，这可能是导致微量吸水模式加工的发芽糙米的爆腰率低于浸泡法的原因之一。

表1 不同糙米在不同吸水模式下的动力学参数

2.3 方程准确性验证

为了判定试验对Peleg 方程的拟合程度，采用式（4）进行相对误差分析。

式中：E为相对误差，%；Mexp为试验测得的水分含量，%；Mpro为Peleg方程预测的水分含量，%。

当E＜10%时，即可认为建立的Peleg方程具有较好的拟合度[15]，用相对误差来估算由Peleg方程计算所得结果与试验所得结果之间的误差，结果见表2。从表2可以看出，试验测定水分含量值与预测数据间的相对误差均小于 10%，说明建立的方程均具有较好的拟合度。

表2 Peleg方程准确性验证结果

2.4 浸泡吸水和微量吸水的糙米萌发爆腰率比较

分别用浸泡吸水和微量吸水模式进行糙米发芽试验，并测定两种模式下发芽糙米的爆腰率，结果如表3所示。从表3可以看出，浸泡吸水模式制备的发芽糙米爆腰率极高，发芽糙米基本上都存在重度爆腰的情况，而微量吸水模式制备的发芽糙米爆腰率要显著低于浸泡法，微量加水模式可改善发芽糙米的爆腰率。

表3 不同吸水模式下的爆腰率

3 结 论

在同一种吸水模式下，糙米品种会影响糙米的吸水率，本研究中龙粳31号的初始吸水率要小于嘉丰优2号的初始吸水率；在糙米原料相同的情况下，微量加水法的吸水率要小于浸泡法的吸水率。结合浸泡法和微量加水法对糙米爆腰率的结果发现，微量加水法制得发芽糙米爆腰率更小，这与邱硕等[16]对糙米发芽前含水率提升工艺的研究结果即加湿过快会导致糙米产生过多的应力裂纹一致。因此，为了减少糙米吸水过程中的吸湿裂纹，可优化糙米在吸水阶段的加湿速率，采用分段微量加湿的方法生产发芽糙米，这有利于发芽糙米的生产以及后续的加工，促进发芽糙米产业的健康发展。