方便大米粥的生产工艺及糊化回生机理.docx

    方便大米粥的生产工艺及糊化回生机理    肖华志，王世忠，王占忠，韩 烨，周志江(天津大学农业与生物工程学院，天津 300072)随着人们生活节奏的不断加快，方便食品的研究与开发逐渐受到食品科学家的重视，其中主食类方便食品是研究的热点．目前市场上的方便主食产品大致分为两类，以方便面为代表的小麦类方便食品早已渗透到人们生活的各个角落，而以方便米饭为代表的稻米类方便食品正在兴起．方便大米粥(instant rice congee，IRC)是方便米饭的延伸产品，是对稻米类方便食品的重要补充；同时，大米粥也是深受亚洲以及世界各国人们喜爱的主食之一．目前，市场上已有部分相关产品出现，但是由于经加热糊化的大米淀粉冷却后极易老化回生[1-2]，产品的复水性较差；尽管有关研究将冷冻干燥、微波干燥等技术应用于方便粥的生产[3]，但却使大米的咀嚼性下降，丧失了原有口感[4]．为此，本试验在前人研究成果的基础上，对方便大米粥的生产工艺进行了研究和改进，大幅度提高产品的复水性；并且对方便粥加工过程中大米的糊化和回生机理进行了探讨，旨在对工业化生产提供科学依据．1 材料与方法1.1 材料盘锦大米，金龙鱼公司生产．1.2 主要试剂β-淀粉酶：10万单位，Solarbio公司．无水乙醇、蔗糖脂肪酸酯：分析纯，天津市江天化工技术有限公司．DNS试液、液氮等．1.3 主要仪器恒温鼓风干燥箱，冷冻干燥机，紫外-可见光分光光度计，三目光学显微镜，204F1差示扫描量热仪(DSC)，游标卡尺，玻璃匀浆器等．1.4 方法1.4.1 水分测定恒重法(GB/T 21305—2007)．1.4.2 大米粒形测定游标卡尺测 10粒米的长与宽，取平均值，长宽之比即粒形指标．1.4.3 试样制备取一定量试样冷冻干燥12,h后，研成粉末．1.4.4 糊化度测定准确称取试样0.5,g，加30,mL蒸馏水用玻璃匀浆器匀浆，加 2,mL 1%的 β-淀粉酶溶液，50,℃酶解3,h后加 1,mL 1,mol/L的 HCl终止酶反应，过滤，滤液用 DNS定糖法测定OD值，试样的OD值与完全糊化的OD值的比值即为糊化度[5]．1.4.5 复水时间测定取方便大米粥成品，按米与水质量比为 1∶5的比例加入开水，加盖静置，开始计时．从3,min后开始每隔 1,min随机取出 5～10粒米置于平板上，压碎米粒，直到不出现白色硬芯，计时终止，即为复水时间．1.4.6 光学显微镜观察取少量试样置于载玻片上放大40倍观察，照相．1.4.7 差示扫描量热仪(DSC)测定准确称取 5,mg试样于铝制坩埚中，按样品和水质量比为 1∶2的比例加入去离子水，密封后隔夜静置平衡．DSC 扫描温度从 20,℃上升到 100,℃，然后从 100,℃下降到 20,℃，扫描速率为 10,℃/min，保护气为氮气，流速为20,mL/min[6]．1.5 生产工艺1.5.1 工艺流程大米原料选择→干热处理→沸水煮→文火加热→热水浸泡→汽蒸→离散→干燥→方便大米粥．1.5.2 操作要点干热处理：将大米置于敞口锅中，用文火焙炒15,min，至米粒表面出现龟裂纹．蒸煮：将焙炒米置于 4倍炒米量的沸水中煮1～2,min；降温，用文火加热 15,min；停止加热，加入 4倍炒米量的热水浸泡 15,min；沥水，用蒸锅蒸15,min；将大米取出，用冷水浸泡离散，沥水，喷洒离散剂．干燥：将上述大米置于金属筛网中，摊平，于80,℃恒温鼓风干燥箱中干燥2,h．2 结果与分析2.1 方便大米粥生产工艺的研究2.1.1 干热处理方法对方便大米粥品质的影响干热处理可使大米迅速脱水，表面出现大量龟裂纹和微细的孔道，有利于蒸煮时大米迅速吸水糊化，并保持米粒结构的完整性不被破坏．由此制得的方便粥成品可形成多孔性结构，促进复水．本研究对焙炒法和烘干法等不同的干热处理方式进行了试验．由图 1可知，采用焙炒法可使大米的水分含量在20,min之内迅速下降至0.04%，而烘干法则需要 90,min才能使水分下降至 2%左右，可见，从干燥效果来看，采用焙炒法更为有效．由图 2可知，在沸水煮制的 2,min内，经干热处理的米的吸水速率远大于未经干热处理的米，而且经干热处理的米最大含水量可达 50%左右，同样高于未经干热处理的米(含水量 35%)，而焙炒法和烘干法的变化趋势比较接近．从图 2还可以看出，煮制时间为90,s时，大米含水量基本达到最大值．散，导致成品复水性差，出品率低．图1 不同干热方法处理下大米水分含量变化曲线Fig.1 Curves of moisture content of rice dried by different methods本试验采用冷水浸泡和喷洒离散液相结合的方式，离散液采用蒸馏水、无水乙醇和蔗糖脂肪酸酯配制而成，研究了离散液的组成及用量对大米结块量的影响，如图4和图5所示．图2 不同干热处理的大米在沸水煮制阶段的水分吸收曲线Fig.2 Curves of water absorption of rice dried by different methods during the boiling由图 3可知，采用焙炒法所得产品的复水性最好，复水时间为 5,min左右；烘干法较差，复水时间为12,min；而原米则要18,min以上．图3 不同干热处理所得方便大米粥的复水时间比较Fig.3 Comparison of rehydration time of IRC made by rice dried by different methods综上，选用焙炒法，处理15,min，所生产的方便大米粥的品质较好．2.1.2 不同蒸煮方式对方便大米粥品质的影响蒸煮是使大米糊化的必要步骤，蒸煮方式的选择直接影响到方便大米粥产品的复水性及其感官品质．本试验采用两种常用的蒸煮加工方法，即水煮法和汽蒸法，比较大米粥制品的复水性及感官品质．如表 1所示，单独采用水煮法和汽蒸法，制品的复水性均不理想，因此，本试验采用蒸煮结合法，即对干热处理后的大米先进行水煮，再进行汽蒸，制品复水时间明显缩短，且大米的膨胀率高，糊化时间较短．表1 不同蒸煮方式对方便大米粥品质的影响Tab.1 Effect of different cooking methods on quality of IRC2.1.3 离散液对方便大米粥品质的影响大米经过蒸煮以后，因米粒表面糊化，米粒间常相互粘结甚至成块，影响米粒的均匀干燥和颗粒分图4 离散液添加量对米饭结块量的影响Fig.4 Effect of volume of dispersion liquid on rice caking图5 离散液中乙醇含量对米饭结块量的影响Fig.5 Effect of ethanol content in dispersion liquid on rice caking由图 4可知，离散液添加量大于米饭质量的 3%时，米饭结块量大幅度减少，米粒干燥均匀，制品复水性较好．由图 5可知，离散液中乙醇含量不应小于10%，否则离散效果会迅速下降，说明离散液中的乙醇含量对离散效果的影响较关键．此外，试验中所用的蔗糖脂肪酸酯的添加量为0.5%，蒸馏水为85%．2.1.4 方便大米粥的干燥曲线干燥是方便大米粥生产过程中的必经工序，干燥方法的选取和干燥条件的控制对最终成品的复水性有极大影响．据文献[7]报道，大米的糊化温度为50～79,℃，因此，为尽量保持大米的糊化状态，抑制大米回生，试验中选取80,℃热风干燥．干燥曲线如图6所示．从图 6中可知，当干燥时间达到 100,min时，大米含水量达到 10%以下，当干燥时间为 160 min时，大米含水量降为 0.016%. 相关研究已表明，米饭含水量在 8.6%以下或 65%以上时不易回生，而在30%～60%时，回生速度最快[8]．本研究采用 120,min干燥，最终制品的含水量为 2%，既可以有效地抑制大米回生，又在工艺上节省了时间和能源．此外，复水性试验证明，含水量为2%的制品，复水时间≤5,min．图6 方便大米粥的干燥曲线Fig.6 Drying curve of IRC2.1.5 方便大米粥加工过程中粒形变化粒形是大米粥加工过程中的一个重要指标．大米粒长和粒宽的大小反映了大米膨胀率的大小，膨胀率越大，大米的糊化度就越高，从而使所得制品的复水性越好．试验研究了方便大米粥加工过程中大米粒形参数的变化，如图 7所示，大米的粒长和粒宽变化趋势一致，二者在焙炒之后，由于米粒缩水而变小，随后随着蒸煮加工不断增大，当汽蒸工序结束后达到最大值，约为原米的2倍，干燥后又有一定程度的下降，但经过复水又可恢复到蒸煮后的水平．而在整个过程中大米的粒形指标基本维持不变，从而较好地保持了大米整体结构的完整．图7 方便大米粥生产过程中粒形的变化曲线Fig.7 Curve of particle shape in the production of IRC2.1.6 方便粥加工过程中大米糊化度的变化糊化度是衡量大米熟化程度的重要指标，方便大米粥生产的关键即尽可能保持大米的糊化状态，延缓大米的老化回生，从而有利于制品复水．方便大米粥加工过程中大米的糊化度变化曲线见图 8，随着加工过程的进行，大米的糊化度逐渐上升，在浸泡工序结束后，糊化度达到最大值，经过汽蒸后，大米中水分被蒸出，导致糊化度稍有下降．经干燥后所得的成品由于水分大量丧失，且温度下降，大米开始出现老化现象，但糊化度仍保持在 95%左右．可见，本研究所得方便大米粥成品的糊化度保持较好，复水性良好．图8 方便大米粥生产过程中糊化度变化曲线Fig.8 Curve of gelatinization degree in the production of IRC2.2 方便大米粥生产过程中的糊化和回生分析2.2.1 方便大米粥加工过程中大米颗粒的显微观察淀粉是大米的主要成分，约占 75%～80%[9]．在方便大米粥的加工过程中，伴随着大米淀粉的糊化和回生，大米颗粒呈现出不同的微观结构．本试验借助显微镜研究了方便大米粥加工过程中大米颗粒的显微结构变化．从图9可知不同操作阶段大米微观结构的变化．原料米颗结构致密，表面光滑，无孔洞；经过焙炒的大米颗粒，组织变得疏松，出现大量微细的孔洞，呈现网状结构；经沸水煮制之后，水分迅速进入米粒组织中，填充孔洞，使米粒膨胀，淀粉开始糊化；经文火煮制之后，米粒进一步吸水膨胀，大米颗粒出现胀裂，水分渗入大米组织内部，大米淀粉充分糊化；经热水浸泡之后，水分渗入整个大米组织，大米颗粒充分膨胀，大米淀粉完全糊化，呈现絮状结构；再经常压汽蒸之后，由于水分部分蒸出，大米颗粒稍有缩水变小颜色加深，仍保持絮状结构；随着干燥的进行，水分开始迅速下降，大米颗粒开始变得透明，并充满了无数孔洞，呈现出网状结构．2.2.2 方便大米粥制品的DSC热分析大米淀粉的糊化过程中，有序的晶体向无序的非晶体转化，伴随着能量的变化，在DSC图谱上表现为吸热峰[10]，此时，淀粉糊化的融化热焓为 ΔH，糊化过程中晶体熔化的起始、顶点和终点温度相应地表示为t0、tP、tC．分析图10和表2可知，原米的DSC图谱上出现两个吸热峰，其中第一个吸热峰很小，且温度较低，疑为大米中非淀粉物质所致，而非糊化峰；第二个峰即大米的糊化峰，其糊化温度为58.7～66.8 ℃，糊化吸热为 1.987 J/g．而经加工成为方便大米粥的大米的DSC图谱上并未出现明显的吸热峰，其糊化吸热近似为 0，说明方便大米粥制品的糊化度保持良好，并未出现明显的回生现象．图9 方便大米粥加工过程中大米颗粒的显微结构Fig.9 Microscop。