楊雅靜 - 夏書芹 - 于靜洋 -

張曉鳴1ZHANG Xiao-ming1 房 振2FANG Zhen2 李 晶2LI Jing2 蘇 瑩2SU Ying2

粳米飯是中國人的主食之一，其適口性一直是科研人員和電飯煲制造商關(guān)注的重點。目前，粳米飯的適口性評價主要依賴于感官評價，此方法受評價員的主觀因素影響較大。隨著科技的發(fā)展與儀器的應(yīng)用，研究人員正借助各種物理化學的手段研究米飯的適口性，尋找感官評價與其它方法的相關(guān)性，以期進行客觀準確的評價。其中，質(zhì)構(gòu)特性和蒸煮特性與米飯的適口性指標存在較強的關(guān)聯(lián)[1-2][3]53-54，能夠客觀反映米飯質(zhì)地。然而，具體是哪些關(guān)鍵理化指標能代表感官的適口性往往會因研究體系采用的米種、烹飪加工方式而異。

粳米飯的適口性除與粳米的品種、成分相關(guān)外，還與電飯煲的烹飪參數(shù)，尤其是烹飪過程中的吸水時間、加熱溫度和時間等因素有密切聯(lián)系。不同烹飪參數(shù)的電飯煲烹飪粳米飯的適口性存在較大差異，合理控制烹飪參數(shù)，可以顯著提升粳米飯品質(zhì)。烹飪溫度是造成米飯硬度、黏度差異的原因之一[4]。當米飯?zhí)幱诟邷貭顟B(tài)時，水分能夠更快速地由表及里地擴散，提高米飯的膨脹率[5-6]。但目前的報道主要通過主成分分析研究電飯煲烹飪參數(shù)與米飯品質(zhì)的相關(guān)性，忽略了多個烹飪參數(shù)之間的交互作用。

偏最小二乘回歸(PLSR)分析主要研究多因變量對多自變量的影響，能夠在樣品個數(shù)較少的前提下，分析隨機無規(guī)律、多變量間的相關(guān)性，得出關(guān)鍵貢獻性參數(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于食品科學領(lǐng)域[7-9]。因此，將PLSR分析運用到電飯煲烹飪參數(shù)的研究中，有助于明確影響粳米飯適口性的關(guān)鍵貢獻性參數(shù)。

粳米飯的烹飪過程，是水分子與熱量的傳遞過程。米粒溫度升高的同時，水分也由外而內(nèi)進入米粒內(nèi)部[10]。電飯煲烹飪參數(shù)會影響水分在米粒中的分布和存在狀態(tài)，進而改變粳米飯的適口性[11]。通過核磁成像(MRI)實時觀察水分的分布和遷移[5]，有助于明確水分遷移對米飯適口性品質(zhì)的影響。

現(xiàn)有研究[12]表明，電飯煲烹飪過程中的烹飪參數(shù)與米飯的適口性品質(zhì)密切相關(guān)，但尚未明確烹飪參數(shù)如何影響米飯品質(zhì)，也未指出影響米飯品質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)。本研究擬以北大荒長粒香粳米為原料，采用美的電熱電器制造有限公司提供的電飯煲，采集8種典型的電飯煲加熱參數(shù)，從感官評價、質(zhì)構(gòu)特性和蒸煮特性三個方面，對比分析粳米飯適口性品質(zhì)的差異。利用PLSR分析，對質(zhì)構(gòu)特性和蒸煮特性與感官評價結(jié)果進行相關(guān)性和顯著性影響研究，確定評價粳米飯適口性的關(guān)鍵理化指標；探索電飯煲烹飪不同階段的烹飪參數(shù)與粳米飯適口性的關(guān)系，明確影響米飯品質(zhì)的關(guān)鍵烹飪參數(shù)。同時，從水分遷移的角度進一步揭示電飯煲烹飪過程中烹飪參數(shù)對粳米飯適口性品質(zhì)的影響，旨在為電飯煲烹飪粳米飯品質(zhì)的提升提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

葡萄糖、氫氧化鈉、無水乙醇、苯酚、亞硫酸鈉、酒石酸鉀鈉、碘化鉀、碘、鹽酸、乙酸：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；

3，5-二硝基水楊酸(DNS)、三氯乙酸：化學純，國藥集團化學試劑有限公司；

硫酸：優(yōu)級純，國藥集團化學試劑有限公司；

北大荒長粒香米：黑龍江省北大荒米業(yè)集團有限公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

冷凍高速離心機：Centrifuge 5810R型，德國Eppendorf公司；

質(zhì)構(gòu)儀：TA.XT Plus型，英國Stable Micro System公司；

循環(huán)式真空泵：SHZ-D型，鞏義市予華儀器有限責任公司；

紫外可見分光光度計：A360型，上海翱藝儀器有限公司；

數(shù)顯式恒溫水浴鍋：HH-2型，常州榮華儀器制造有限公司；

溫度數(shù)據(jù)采集儀：MY44087196 34970A型，馬來西亞KEYSIGHT公司；

核磁共振儀：MicroMR20-030V-1型，上海紐邁電子科技有限公司；

電飯煲：佛山市順德區(qū)美的電熱電器制造有限公司。

1.2 分析方法

1.2.1 粳米飯的烹飪方法 準確稱取(600.00±0.02) g粳米，按GB/T 15682—2008《稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評價方法》規(guī)定操作進行洗米，并按照米∶水=1.0∶1.4(質(zhì)量比)進行烹飪。

1.2.2 電飯煲烹飪參數(shù)的量化 將溫度探頭置于米飯的中間和鍋膽底部，用溫度數(shù)據(jù)采集儀自動采集溫度數(shù)據(jù)，得到8種典型烹飪曲線下米飯中央和鍋底的溫度變化曲線，見圖1。

圖1 烹飪過程中溫度變化示意圖Figure 1 Schematic diagram of the temperature change during cooking process

為便于分析溫度變化與粳米飯性質(zhì)間的關(guān)系，按圖1中所示方式，選取6個時間點(Ⅰ～Ⅵ)取樣，將烹飪過程分為5個階段，并量化溫度變化曲線得到如表1所示的9個烹飪參數(shù)。

1.2.3 適口性感官評價 基于GB/T 15682—2008《稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評價方法》，為保證每次感官評價標準的一致性，采用以曲線一烹飪的粳米飯為對照組。挑選10名不同地區(qū)并且感官靈敏的人員作為評價員，對采用不同烹飪參數(shù)烹飪的粳米飯進行適口性感官評價，評分標準見表2。

1.2.4 質(zhì)構(gòu)特性的分析 將50 g米飯置于鋁皿中，均勻平鋪，取一只1 kg的砝碼作為按壓工具，將砝碼置于鋁皿中米飯中央5 s后取下，重復(fù)1次；使用質(zhì)構(gòu)儀進行全質(zhì)構(gòu)(TPA)分析，選用探頭P1/S，設(shè)置測前速度1 mm/s、測試速度1 mm/s、測后速度2 mm/s和壓縮比50%。重復(fù)15～20次。

1.2.5 蒸煮特性的分析

(1) 吸水率的測定：采用重量法[5]。

(2) 膨脹率的測定：采用排水法[3]26。

表1 電飯煲烹飪米飯過程中的烹飪參數(shù)?Table 1 The processing parameters of electric cookerduring the rice cooking

?t1：預(yù)熱階段持續(xù)時間；T1：吸水階段的起始溫度；t2：吸水階段持續(xù)時間；T2：吸水階段的終了溫度；t3：升溫階段持續(xù)時間；V：升溫階段的升溫速率；T3：補炊的峰值溫度；t4：沸騰階段持續(xù)時間；t5：燜飯階段持續(xù)時間。

表2 粳米飯適口性感官評價Table 2 Sensorye valuation of palatability of cooked japonica rice

(3) 碘藍值的測定：采用吸光值法[3]43。

(4) 糊化度的測定：采用糖化酶法[13]。

1.2.6 低場核磁共振分析水分 利用CPMG脈沖序列測定不同烹飪時間點米粒樣品的自旋-自旋弛豫時間(T2)。采樣點數(shù)TD為89 980，重復(fù)掃描個數(shù)NS為18。掃描結(jié)束后，利用T2Fit軟件反演擬合出T2值分布及弛豫積分面積。根據(jù)各時間下的質(zhì)子密度計算相應(yīng)水所占的比例；將不同烹飪時間點的米粒置于裝滿油樣的液相進樣瓶中，然后將進樣瓶放入直徑15 mm的樣品管中，采用SE(spin echo)成像序列對樣品進行質(zhì)子密度成像。重復(fù)時間TR=1 000 ms，反轉(zhuǎn)時間TI=20 ms，回波時間TE=10 ms，累加次數(shù)NS=8。

1.2.7 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)均測定3次平行，最終結(jié)果取平均值并做標準偏差，用Excel 2013進行處理并繪制圖表；偏最小二乘回歸分析(PLSR)采用Unscramber 9.7軟件進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 采用不同烹飪參數(shù)烹飪粳米飯適口性品質(zhì)差異

2.1.1 感官品質(zhì)分析 粳米飯的黏性、彈性和軟硬度3個感官指標能較為全面地反映其適口性。為表征電飯煲不同烹飪參數(shù)烹飪粳米飯適口性的差異，將感官評價的結(jié)果繪制成雷達圖(圖2)。通過比較發(fā)現(xiàn)，各工藝曲線烹飪的米飯在彈性方面的差異尤為明顯，其中以采用曲線三烹飪的粳米飯的彈性最好，曲線一、二和六較差；黏性和軟硬度方面的差異相對較小。其中，采用曲線三烹飪的粳米飯評分最高，表明其質(zhì)地較好，而曲線一評分最低，對應(yīng)粳米飯的口感最差。

圖2 電飯煲不同烹飪參數(shù)烹飪粳米飯適口性的感官評價

Figure 2 Sensory evaluation of cooked japonica ricewith different processing parameters

2.1.2 質(zhì)構(gòu)特性分析 相比于受主觀因素影響較大的感官評價，質(zhì)構(gòu)儀通過模擬人口腔咀嚼過程，量化米飯硬度、彈性和耐咀嚼性等指標，客觀地對粳米飯適口性品質(zhì)進行評價。采用不同烹飪參數(shù)的電飯煲烹飪的粳米飯質(zhì)構(gòu)特性結(jié)果見表3。

通過比較發(fā)現(xiàn)，曲線一烹飪的米飯質(zhì)構(gòu)特性中硬度很大，但其在感官評分中軟硬度品質(zhì)較差，表明該粳米飯硬度過高。而曲線三、四和八烹飪的米飯硬度值較小，而感官評價中該項得分較高，表明其硬度值在適口范圍內(nèi)。采用不同曲線烹飪的粳米飯在黏著性和耐咀嚼性方面的差異較大，在彈性和凝聚性等方面數(shù)值較相似，但與感官評價結(jié)果并不一致。因此仍需進一步分析確定與感官評價結(jié)果相關(guān)性較強的質(zhì)構(gòu)特性指標。

2.1.3 蒸煮特性分析 蒸煮特性包括吸水率、膨脹率、碘藍值和糊化度，是粳米飯適口性品質(zhì)的重要方面。為全面表征粳米飯的適口性品質(zhì)，并剖析采用不同烹飪參數(shù)烹飪時的差異，測定粳米飯的蒸煮特性，結(jié)果見表4。

吸水率和膨脹率是反映米飯增值率的指標，米粒受熱吸水，淀粉顆粒膨大，宏觀表現(xiàn)為膨脹率增大。吸水越多，吸水率和膨脹率越大；碘藍值和糊化度是反映烹飪過程中米粒淀粉糊化過程的參數(shù)，糊化度越高，則米粒內(nèi)淀粉糊化更加完全，粳米飯的黏性和彈性較好。相關(guān)研究[12]同樣表明，溶出的直鏈淀粉含量(碘藍值)越高，烹飪過程中吸水率和體積膨脹率較大。

表3 電飯煲不同烹飪參數(shù)烹飪粳米飯的質(zhì)構(gòu)特性?Table 3 Texture characteristics of cooked japonica rice with different processing parameters (n=3)

? 同列不同上標字母表示有顯著性差異(P<0.05)。

表4 電飯煲不同烹飪參數(shù)烹飪粳米飯的蒸煮特性?Table 4 Cooking characteristics of cooked japonica rice with different processing parameters (n=3)

? 同列不同上標字母表示有顯著性差異(P<0.05)。

由表4可知，采用曲線一和曲線三烹飪米飯的吸水率和膨脹率較低，其質(zhì)構(gòu)特性中硬度值較大，但感官評定中軟硬度得分相差很大，表明并非吸水率和膨脹率越大，粳米飯的軟硬度越好；對于糊化度較高的曲線三、四，其米粒的質(zhì)構(gòu)特性中硬度的數(shù)值相近，且在感官評定的結(jié)果中顯示黏性、彈性和軟硬度均較好，表明米飯的糊化度越高，其感官品質(zhì)也更佳。因此，同樣若要建立工藝參數(shù)與米飯適口性品質(zhì)的相關(guān)性，則需要分析確定影響粳米飯感官品質(zhì)的關(guān)鍵蒸煮特性指標。

2.2 烹飪參數(shù)對粳米飯適口性品質(zhì)的影響

2.2.1 粳米飯適口性關(guān)鍵評價指標的確定 為得出能夠準確反映粳米飯適口性的關(guān)鍵理化指標，分別以粳米飯的質(zhì)構(gòu)特性(硬度、黏著性、彈性、凝聚性、耐咀嚼性、回復(fù)性)和蒸煮特性(吸水率、膨脹率、碘藍值、糊化度)為自變量(X)，以粳米飯的感官指標(黏性、彈性、軟硬度)為因變量(Y)建立PLSR分析，結(jié)果見圖3、4。

圖3和圖4中大部分指標均處于r2=50% 和r2=100% 的2個橢圓之間，表明該模型能較好地解釋各個指標間的相關(guān)性。通過分析發(fā)現(xiàn)，質(zhì)構(gòu)特性中硬度和彈性均與感官結(jié)果呈顯著負相關(guān)；蒸煮特性中糊化度與適口性感官評價呈顯著正相關(guān)，碘藍值與其呈顯著負相關(guān)。因此，確定粳米飯適口性評價的關(guān)鍵理化指標為質(zhì)構(gòu)特性中的硬度與彈性，以及蒸煮特性中的碘藍值與糊化度。

圖3 質(zhì)構(gòu)特性與適口性感官評價的PLSR分析

Figure 3 The PLSR analysis between texture properties and palatability evaluation in sensory

圖4 蒸煮特性與適口性感官評價的PLSR分析

Figure 4 The PLSR analysis betweencooking characteristics and palatability evaluation in sensory

2.2.2 影響粳米飯適口性的關(guān)鍵烹飪參數(shù) 為明晰烹飪參數(shù)對粳米飯適口性的影響，以電飯煲烹飪參數(shù)為自變量(X)，粳米飯適口性的各項關(guān)鍵理化指標為因變量(Y)，采用PLSR對其進行分析，建立的PLS2(多因變量)模型見圖5。該PLS2模型對X和Y變量的解釋方差均為67%，表明該模型能夠較為準確地解釋烹飪參數(shù)與粳米飯適口性間的相關(guān)性。從圖5中可知，吸水階段起始溫度(T1)與粳米飯的糊化度呈顯著正相關(guān)，而與粳米飯的硬度和彈性這2個質(zhì)構(gòu)特性呈顯著負相關(guān)，沸騰階段持續(xù)時間(t4)則相反。

圖5 粳米飯適口性與烹飪參數(shù)之間的PLSR分析

Figure 5 The PLSR analysis betweencooking parameters and palatability of cooked japonica rice

相關(guān)研究同樣表明，較高的吸水溫度，有利于提高吸水速率，促進水分由表及里擴散，均勻分布在米粒內(nèi)部[4]；沸騰階段米?；ハ嗯鲎?，若時間較長，會導(dǎo)致米粒表面因磨損而粗糙[5]和水分的過度蒸發(fā)，從而影響米飯的適口性，與上述結(jié)論一致。

2.3 烹飪過程中水分在米粒內(nèi)的遷移與分布

上述研究表明，烹飪過程中吸水階段的起始溫度和沸騰階段的持續(xù)時間對粳米飯適口性品質(zhì)具有顯著影響，而這些參數(shù)在不同程度上也會改變米粒的吸水程度，包括水分在米粒中的存在狀態(tài)與分布。為明晰水分在米粒中的存在狀態(tài)，進一步探索電飯煲烹飪參數(shù)對米粒中水分遷移與分布的影響，基于8種代表性烹飪參數(shù)，選取吸水溫度、沸騰時長差異較大的曲線一和曲線三，利用低場核磁共振技術(shù)對米粒內(nèi)部水分進行快速無損的測定，發(fā)現(xiàn)水分在米粒中有3種存在形態(tài)：結(jié)合水、構(gòu)造水和自由水[14]。烹飪過程中不同階段3種水分占米粒內(nèi)總水分的比例變化情況見圖6，水分在米粒內(nèi)分布情況的核磁成像結(jié)果見圖7。

點Ⅰ和Ⅱ之間為吸水階段。在吸水初期(點Ⅰ)，由于預(yù)熱階段較短，體系溫度較低，米粒內(nèi)部均沒有水分進入，米粒呈現(xiàn)完全的黑色。吸水階段結(jié)束后(點Ⅱ)，采用曲線一的米粒中心仍為暗光區(qū)域，表明水分并未滲入到米粒的中心；而曲線三的吸水起始溫度較高，其米粒中心顏色變亮，說明有少量水分已經(jīng)到達米粒中心。此階段構(gòu)造水比例較低，表明水分單純的進入支鏈淀粉微晶束間隙，并未與米粒內(nèi)淀粉、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)發(fā)生締合，因此米粒中大部分水分以自由水的狀態(tài)存在。

圖中顏色由暗變亮，代表該區(qū)域的水分信號強度增強圖7 電飯煲烹飪過程中米粒的低場核磁共振成像Figure 7 Low field magnetic resonance imaging of ricekernel during the cooking process

點Ⅲ和Ⅴ之間為沸騰階段。此時體系持續(xù)沸騰，水分不斷被米粒吸收。由圖7可知，采用較長沸騰時間的曲線一，米粒中心仍為深藍色，表明水分仍未充分浸入；而采用較短沸騰時間的曲線三，米粒中心顏色幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)檩^明亮的顏色，表明水分均勻分布在米粒的內(nèi)部。此階段米粒內(nèi)構(gòu)造水的比例快速增高，表明水分被內(nèi)部淀粉糊化吸收，更多的自由水轉(zhuǎn)化為構(gòu)造水。

因此，在較高溫度(T1)下吸水可保障水分充分地浸入米粒內(nèi)部，為后續(xù)烹飪中米粒的均勻受熱與淀粉糊化提供基礎(chǔ)；較短時間(t4)的沸騰即可保障米粒由內(nèi)而外的完全糊化，同時可以防止因沸騰時間過長造成的米粒表層結(jié)構(gòu)磨損和水分的蒸發(fā)，從而造成黏性、彈性等適口性品質(zhì)發(fā)生劣變。

3 結(jié)論

電飯煲不同烹飪參數(shù)烹飪的粳米飯適口性存在較大差別，基于適口性感官評價與質(zhì)構(gòu)特性和蒸煮特性的相關(guān)性分析，確定質(zhì)構(gòu)特性中的硬度和彈性以及蒸煮特性中的碘藍值和糊化度為評價粳米飯適口性的關(guān)鍵理化指標。經(jīng)PLSR分析電飯煲烹飪過程中烹飪參數(shù)對粳米飯適口性的影響，發(fā)現(xiàn)吸水階段的起始溫度與粳米飯適口性品質(zhì)呈顯著正相關(guān)，而沸騰階段的持續(xù)時間與之呈顯著負相關(guān)。對烹飪過程中米粒水分的存在狀態(tài)和分布進行分析，發(fā)現(xiàn)水分的構(gòu)成和分布與烹飪參數(shù)的變化密切相關(guān)，并影響粳米飯的適口性品質(zhì)。

因此，電飯煲烹飪曲線設(shè)計時可適當提高吸水階段的起始溫度，并縮短沸騰時間，有利于米粒均勻充分地吸水受熱糊化，從而改善米飯的適口性品質(zhì)。

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