王麗麗 曹珍珍 李楠楠 賈才華 張賓佳 牛 猛 趙思明 熊善柏 房 振

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院1，武漢 430070)(廣東美的生活電器制造有限公司2，廣州 510000)

米飯的烹制過(guò)程包括吸水浸泡、加熱升溫、高溫沸騰、燜飯四個(gè)階段，各個(gè)階段受溫度-時(shí)間程序調(diào)控。在烹制過(guò)程中，隨著溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)，大米中的淀粉顆粒破裂，直鏈淀粉浸出，蛋白質(zhì)分子伸展、解離、溶解甚至氫鍵發(fā)生斷裂[1,2]。烹制過(guò)程中淀粉和蛋白質(zhì)等構(gòu)架大分子的結(jié)構(gòu)改變會(huì)影響米飯的黏彈性以及與消化酶的相互作用，從而影響米飯的質(zhì)地和消化性[3-6]。

通過(guò)烹制方式提高米飯的食用和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)之一。已有研究表明，烹制溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)使大米的糊化性能有下降趨勢(shì)，烹制過(guò)程中的低溫吸水階段會(huì)使米飯獲得較好的蛋白質(zhì)消化性，延長(zhǎng)燜飯時(shí)間會(huì)造成較高的淀粉消化率，長(zhǎng)時(shí)間的低溫浸泡并以較高溫度沸騰烹制的米飯具有優(yōu)良的香氣、滋味、口感，且不飽和脂肪酸的含量最高[2,7-11]。由于粳米和秈米在外觀以及營(yíng)養(yǎng)成分方面有較大不同，導(dǎo)致米飯具有不同的口感和營(yíng)養(yǎng)特性。溫度和時(shí)間是米飯蒸煮的關(guān)鍵因素，不同的溫度時(shí)間組合可以將烹制過(guò)程劃分為不同的烹制強(qiáng)度。烹制強(qiáng)度的高低對(duì)米飯的感官和質(zhì)地均有不同影響。本研究通過(guò)選用兩種深受消費(fèi)者喜愛的粳米和秈米，利用流變儀和差示掃描量熱儀設(shè)置不同的溫度、時(shí)間程序，探究烹制過(guò)程中米飯的質(zhì)地形成過(guò)程和熱學(xué)變化，為改善米飯的烹制和食用質(zhì)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

三江大米：粳米，種植于三江平原，加工精度為GB/T1354一級(jí)，儲(chǔ)藏方式為房倉(cāng)、低溫儲(chǔ)存。含水量13.91%(GB/T 5009.3—2016)，淀粉82.45%(GB 5009.9—2016)，碘藍(lán)值為2.02[7]，粗蛋白7.99%(GB 5009.5—2016)。

星2號(hào)米：秈米，種植于洞庭湖平原，加工精度為GB/T 1354一級(jí)，儲(chǔ)藏方式為房倉(cāng)、低溫儲(chǔ)存。含水量為14.10%，淀粉含量為87.29%，碘藍(lán)值為2.1，粗蛋白為9.09%，測(cè)試方法同三江大米。

試劑：HCl、磷酸等試劑均為分析純，糖化酶(100 U/mg)和胰蛋白酶(52.93 U/mg)，胃蛋白酶(149.21 U/mg)。

1.2 儀器與設(shè)備

Avanti J-26XP型高效離心機(jī)；AR2000ex型動(dòng)態(tài)流變儀；204F1型差式掃描量熱儀。

A、B型兩款不同型號(hào)的飯煲以及可調(diào)節(jié)吸水時(shí)間、吸水溫度、加熱功率、沸騰功率、沸騰溫度的電磁加熱式電飯煲。

1.3 方法

1.3.1 米飯的烹飪模式

烹制強(qiáng)度以浸泡、升溫、高溫階段的溫度、時(shí)間、升溫速率判斷依據(jù)。本研究采用4種不同強(qiáng)度的模式蒸煮，其中高強(qiáng)度的烹制特點(diǎn)為：浸泡17～62 ℃，22 min；升溫速率約12 ℃/min；高溫18 min。較高強(qiáng)度的烹制特點(diǎn)為：浸泡12～47 ℃，17 min；升溫速率約9.4 ℃/min；高溫21 min?？烧{(diào)節(jié)參數(shù)的電磁加熱式電飯煲烹制粳米為低強(qiáng)度，其特征為：浸泡13～30 ℃，17 min；升溫速率約7.4 ℃/min；高溫15 min?？烧{(diào)節(jié)參數(shù)的電磁加熱式電飯煲烹制秈米為較低強(qiáng)度，其特征為：浸泡12～52 ℃，22 min；升溫速率約8.8 ℃/min；高溫16 min。烹制過(guò)程的溫度變化情況見圖1。米飯烹制時(shí)，取600 g大米用蒸餾水淘洗3次，三江大米的高強(qiáng)度烹制模式采用米水比1∶1.45，其他烹制模式米水比為1∶1.2，星2號(hào)大米的高強(qiáng)度烹制模式采用米水比1∶1.6，其他烹制模式米水比為1∶1.3，其中高強(qiáng)度、較高強(qiáng)度米水比采用的是飯煲推薦米水比。

圖1 不同烹制模式的加熱曲線

1.3.2 力學(xué)特性

采用動(dòng)態(tài)流變模擬米飯烹制的溫度-時(shí)間程序。參考文獻(xiàn)[12]方法將粉碎后的大米過(guò)100目篩。根據(jù)相應(yīng)的米水比加入蒸餾水，混合均勻。采用AR2000ex型動(dòng)態(tài)流變儀測(cè)定米漿的動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性。取一定量的樣品置于載物臺(tái)與圓形平板(直徑為4 cm)之間，用液體石蠟封住樣品，載物臺(tái)與平板間距為1 mm。采用1.0 Hz的振動(dòng)頻率振動(dòng)樣品，剪切應(yīng)力設(shè)為1.0 Pa。模擬不同烹飪強(qiáng)度下的溫度曲線特征。具體參數(shù)見表1，參數(shù)設(shè)置與烹制曲線特征保持一致。

表1 流變儀溫度控制程序參數(shù)

1.3.3 熱特性

利用DSC模擬米飯烹制過(guò)程的溫度-時(shí)間程序。將大米粉碎過(guò)100目篩，根據(jù)相應(yīng)的米水比加入蒸餾水，靜置12 h，稱取一定量的漿液上機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。采用204F1型差式掃描量熱儀測(cè)試米飯的熱特性。模擬不同烹飪強(qiáng)度下的溫度曲線特征。具體參數(shù)見表2，參數(shù)設(shè)置與烹制曲線特征保持一致。

表2 DSC溫度控制程序參數(shù)

1.3.4 消化性

通過(guò)體外模擬人體胃腸環(huán)境，測(cè)定葡萄糖和游離氨基酸含量，研究不同烹制強(qiáng)度下米飯的淀粉和蛋白質(zhì)消化性。

淀粉消化性：參考文獻(xiàn)[13]方法，有所改動(dòng)。準(zhǔn)確稱取米飯5.00 g于研缽中，研磨至均勻糊狀后用磷酸鹽緩沖液定容至50 mL，在37 ℃下水浴，加入10 mL、1%的胰淀粉酶和10 mL、1%的糖化酶，分別于0、20、60、90、120、150、180、210、240 min取樣液 5 mL，加入4 mL無(wú)水乙醇滅酶，將酶解液于4 000 r/min離心10 min。按照 GOPOD 法測(cè)定葡萄糖含量[14]。

米飯的蛋白質(zhì)消化性：參考文獻(xiàn)[11]方法，有所改動(dòng)。準(zhǔn)確稱取5.00 g的米飯，加入0.1 mol/L鹽酸均質(zhì)，并定容至50 mL，于37 ℃水浴5 min，加入0.01 g胃蛋白酶，恒溫震蕩反應(yīng)2 h，調(diào)pH為7，加入0.01 g胰蛋白酶，繼續(xù)反應(yīng)2 h，分別在0、30、60、90、120、150、180、210、240 min時(shí)取樣液5 mL于沸水浴中滅酶5 min，4 000 r/min離心15 min，將懸浮液中的殘留物分離，上清液作為測(cè)定原液。用茚三酮法測(cè)定游離氨基酸含量[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)中各指標(biāo)進(jìn)行3次重復(fù)，采用SPSS 24進(jìn)行相關(guān)性分析，采用 Origin 2018軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同烹制強(qiáng)度下米飯的質(zhì)地形成特性

三江大米和星2號(hào)米在不同烹制強(qiáng)度下的質(zhì)地形成過(guò)程如圖2所示。由圖2可知，在浸泡階段，大米吸水脹潤(rùn)，G′、G″均無(wú)明顯變化。當(dāng)進(jìn)入升溫階段時(shí)，G′、G″迅速升高，可能是由于淀粉分子鏈伸展，直鏈淀粉滲出使大米開始形成黏彈質(zhì)地[16]。隨著溫度的持續(xù)升高，淀粉分子中的氫鍵斷裂，結(jié)晶區(qū)被破壞，淀粉發(fā)生糊化，G′、G″達(dá)到峰值[17，18]。隨后G′、G″迅速下降到較低值，其反映了淀粉顆粒的破裂[19，20]。在恒溫燜飯階段，分子間的作用力增強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為密集，故表現(xiàn)為米飯的黏彈性有少許上升。在烹制過(guò)程中，G′>G″表明米飯是以彈性為主的黏彈體，該結(jié)果與已有研究一致[21]。且由圖2可知，三江大米在高強(qiáng)度烹制模式下具有最高的彈性，在較高強(qiáng)度烹制模式下具有最高的黏性，而星2號(hào)米在較高強(qiáng)度烹制模式下具有最高的彈性，在高強(qiáng)度烹制模式下有最高的黏性。

圖2 米飯?jiān)诓煌胫颇Ｊ较碌馁|(zhì)地形成過(guò)程

2.2 米飯烹制過(guò)程中的熱學(xué)特性

三江大米在低強(qiáng)度烹制模式下的熱學(xué)變化如圖3所示，由圖3可知，在低溫浸泡過(guò)程中，熱流變化平緩，無(wú)相變，水分逐漸向大米顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，在加熱段初期，淀粉晶體開始熔融，出現(xiàn)吸熱峰，隨著持續(xù)升溫，在60 ℃左右出現(xiàn)淀粉的糊化峰，原因是淀粉高分子鏈發(fā)生伸展運(yùn)動(dòng)，支鏈淀粉的雙螺旋結(jié)構(gòu)打開，米飯發(fā)生熟化。在溫度達(dá)到120 ℃時(shí)，出現(xiàn)吸熱峰，可能是由于淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物吸熱分解所引起的[22]。隨后熱流保持平穩(wěn)，米飯質(zhì)地形成，與流變的結(jié)果保持一致。

圖3 三江大米在低強(qiáng)度烹制模式下的熱學(xué)變化

不同烹制強(qiáng)度下米飯的熱力學(xué)變化以及特征參數(shù)如圖4、表3所示，由圖4所知，不同烹制模式下，大米的熱力學(xué)變化過(guò)程各不相同。在以高溫浸泡(10～60 ℃)為特點(diǎn)的高強(qiáng)度烹制過(guò)程中，大米在升溫浸泡階段吸收熱量，發(fā)生相變[23,24]。在60 ℃恒溫浸泡過(guò)程中，無(wú)相變。后隨著溫度的進(jìn)一步升高，淀粉發(fā)生糊化，出現(xiàn)吸熱峰。在其他烹制模式中，大米僅在升溫過(guò)程中發(fā)生熱交換，淀粉糊化。由表3中的特征參數(shù)可知，在低強(qiáng)度和較低強(qiáng)度的烹制過(guò)程中米飯的T0略低于高強(qiáng)度烹飪模式，表明在長(zhǎng)時(shí)間的低溫浸泡使米飯較易于熟化。高強(qiáng)度烹制過(guò)程中，淀粉糊化的峰值溫度最高，可能是高溫浸泡過(guò)程所導(dǎo)致的。不同烹制方式下Tc沒(méi)有顯著性差異。較低強(qiáng)度和較高強(qiáng)度的烹制過(guò)程中，淀粉的ΔH沒(méi)有顯著性差異，但是明顯高于高強(qiáng)度烹制模式，可能是由于高強(qiáng)度烹制模式導(dǎo)致支鏈淀粉的結(jié)晶區(qū)被完全破壞，使其從外界吸收的能量變低[25]。

圖4 不同烹制模式下米飯的熱學(xué)變化

表3 米飯烹制過(guò)程中的熱學(xué)參數(shù)

2.3 不同烹制模式下米飯的消化特性

米飯?jiān)诓煌胫颇Ｊ较碌牡矸巯匦匀鐖D5所示，在消化初期，葡萄糖含量呈快速上升的趨勢(shì)，隨著消化時(shí)間延長(zhǎng)，消化速率升高變緩甚至下降。在消化末期，低強(qiáng)度和較低強(qiáng)度模式烹制的米飯的葡萄糖含量最高，可能是由于長(zhǎng)時(shí)間的低溫浸泡使淀粉分子充分吸水，加速糊化過(guò)程中水分向結(jié)晶區(qū)的滲透。米飯更容易被淀粉酶水解。同時(shí)高的淀粉消化率還與低的糊化溫度有關(guān)[2,9,14]。星2號(hào)米飯的還原糖生成含量要顯著高于三江米飯。

不同烹制模式制得米飯?bào)w外消化過(guò)程中游離氨基酸含量隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖5所示，由圖5可知，在胃消化階段，不同烹飪模式對(duì)米飯的蛋白質(zhì)消化性影響較小，在進(jìn)入胰蛋白酶消化階段時(shí)，低強(qiáng)度和較低強(qiáng)度模式烹制的米飯表現(xiàn)出最大的游離氨基酸生成速度，表明在該烹制模式下蛋白質(zhì)消化較快。

圖5 米飯消化過(guò)程中葡萄糖和游離氨基酸含量變化

可能的原因是較長(zhǎng)時(shí)間的濕熱處理使蛋白質(zhì)更容易發(fā)生解離[11,26]，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致淀粉-蛋白質(zhì)復(fù)合物的解體，暴露出更多與蛋白酶結(jié)合的位點(diǎn)。較高模式烹制的蛋白質(zhì)消化率最低，可能的原因是浸泡和升溫過(guò)程都較短，蛋白質(zhì)解離程度低。相同烹制模式下，星2號(hào)米飯的游離氨基酸生成量高于三江米飯。

2.4 熱力學(xué)特性與消化特性的相關(guān)性分析

表4 熱力學(xué)特性與消化性的相關(guān)性分析

3 結(jié)論

與高強(qiáng)度烹飪模式相比，低強(qiáng)度烹制米飯黏彈性較低，葡萄糖生成速率和生成量較高。長(zhǎng)時(shí)間低溫浸泡使大米淀粉顆粒充分吸水，分子結(jié)構(gòu)充分伸展，易于熟化，利于淀粉酶和蛋白酶酶解作用，使其具有較高的淀粉、蛋白質(zhì)消化率。較長(zhǎng)時(shí)間的加熱和高溫過(guò)程易使淀粉分子與蛋白質(zhì)分子之間發(fā)生相互作用，掩蓋酶的作用位點(diǎn)，致淀粉、蛋白質(zhì)的消化率較低。通過(guò)相關(guān)性分析結(jié)果表明，三江米飯的黏彈性與淀粉和蛋白質(zhì)消化率呈顯著的負(fù)相關(guān)。在同一烹制模式下，星2號(hào)米飯的彈性小于三江米飯，淀粉和蛋白質(zhì)消化率高于三江米飯。