方便大米粥的生產(chǎn)工藝及糊化回生機(jī)理

肖華志，王世忠，王占忠，韓 燁，周志江

(天津大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物工程學(xué)院，天津 300072)

隨著人們生活節(jié)奏的不斷加快，方便食品的研究與開(kāi)發(fā)逐漸受到食品科學(xué)家的重視，其中主食類(lèi)方便食品是研究的熱點(diǎn)．目前市場(chǎng)上的方便主食產(chǎn)品大致分為兩類(lèi)，以方便面為代表的小麥類(lèi)方便食品早已滲透到人們生活的各個(gè)角落，而以方便米飯為代表的稻米類(lèi)方便食品正在興起．方便大米粥(instant rice congee，IRC)是方便米飯的延伸產(chǎn)品，是對(duì)稻米類(lèi)方便食品的重要補(bǔ)充；同時(shí)，大米粥也是深受亞洲以及世界各國(guó)人們喜愛(ài)的主食之一．目前，市場(chǎng)上已有部分相關(guān)產(chǎn)品出現(xiàn)，但是由于經(jīng)加熱糊化的大米淀粉冷卻后極易老化回生[1-2]，產(chǎn)品的復(fù)水性較差；盡管有關(guān)研究將冷凍干燥、微波干燥等技術(shù)應(yīng)用于方便粥的生產(chǎn)[3]，但卻使大米的咀嚼性下降，喪失了原有口感[4]．為此，本試驗(yàn)在前人研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)方便大米粥的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究和改進(jìn)，大幅度提高產(chǎn)品的復(fù)水性；并且對(duì)方便粥加工過(guò)程中大米的糊化和回生機(jī)理進(jìn)行了探討，旨在對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)．

1 材料與方法

1.1 材料

盤(pán)錦大米，金龍魚(yú)公司生產(chǎn)．

1.2 主要試劑

β-淀粉酶：10萬(wàn)單位，Solarbio公司．無(wú)水乙醇、蔗糖脂肪酸酯：分析純，天津市江天化工技術(shù)有限公司．DNS試液、液氮等．

1.3 主要儀器

恒溫鼓風(fēng)干燥箱，冷凍干燥機(jī)，紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)，三目光學(xué)顯微鏡，204F1差示掃描量熱儀(DSC)，游標(biāo)卡尺，玻璃勻漿器等．

1.4 方法

1.4.1 水分測(cè)定

恒重法(GB/T 21305—2007)．

1.4.2 大米粒形測(cè)定

游標(biāo)卡尺測(cè) 10粒米的長(zhǎng)與寬，取平均值，長(zhǎng)寬之比即粒形指標(biāo)．

1.4.3 試樣制備

取一定量試樣冷凍干燥12,h后，研成粉末．

1.4.4 糊化度測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取試樣0.5,g，加30,mL蒸餾水用玻璃勻漿器勻漿，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終止酶反應(yīng)，過(guò)濾，濾液用 DNS定糖法測(cè)定OD值，試樣的OD值與完全糊化的OD值的比值即為糊化度[5]．

1.4.5 復(fù)水時(shí)間測(cè)定

取方便大米粥成品，按米與水質(zhì)量比為 1∶5的比例加入開(kāi)水，加蓋靜置，開(kāi)始計(jì)時(shí)．從3,min后開(kāi)始每隔 1,min隨機(jī)取出 5～10粒米置于平板上，壓碎米粒，直到不出現(xiàn)白色硬芯，計(jì)時(shí)終止，即為復(fù)水時(shí)間．

1.4.6 光學(xué)顯微鏡觀察

取少量試樣置于載玻片上放大40倍觀察，照相．

1.4.7 差示掃描量熱儀(DSC)測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取 5,mg試樣于鋁制坩堝中，按樣品和水質(zhì)量比為 1∶2的比例加入去離子水，密封后隔夜靜置平衡．DSC 掃描溫度從 20,℃上升到 100,℃，然后從 100,℃下降到 20,℃，掃描速率為 10,℃/min，保護(hù)氣為氮?dú)猓魉贋?0,mL/min[6]．

1.5 生產(chǎn)工藝

1.5.1 工藝流程

大米原料選擇→干熱處理→沸水煮→文火加熱→熱水浸泡→汽蒸→離散→干燥→方便大米粥．

1.5.2 操作要點(diǎn)

干熱處理：將大米置于敞口鍋中，用文火焙炒15,min，至米粒表面出現(xiàn)龜裂紋．

蒸煮：將焙炒米置于 4倍炒米量的沸水中煮1～2,min；降溫，用文火加熱 15,min；停止加熱，加入 4倍炒米量的熱水浸泡 15,min；瀝水，用蒸鍋蒸15,min；將大米取出，用冷水浸泡離散，瀝水，噴灑離散劑．

干燥：將上述大米置于金屬篩網(wǎng)中，攤平，于80,℃恒溫鼓風(fēng)干燥箱中干燥2,h．

2 結(jié)果與分析

2.1 方便大米粥生產(chǎn)工藝的研究

2.1.1 干熱處理方法對(duì)方便大米粥品質(zhì)的影響

干熱處理可使大米迅速脫水，表面出現(xiàn)大量龜裂紋和微細(xì)的孔道，有利于蒸煮時(shí)大米迅速吸水糊化，并保持米粒結(jié)構(gòu)的完整性不被破壞．由此制得的方便粥成品可形成多孔性結(jié)構(gòu)，促進(jìn)復(fù)水．

本研究對(duì)焙炒法和烘干法等不同的干熱處理方式進(jìn)行了試驗(yàn)．由圖 1可知，采用焙炒法可使大米的水分含量在20,min之內(nèi)迅速下降至0.04%，而烘干法則需要 90,min才能使水分下降至 2%左右，可見(jiàn)，從干燥效果來(lái)看，采用焙炒法更為有效．

由圖 2可知，在沸水煮制的 2,min內(nèi)，經(jīng)干熱處理的米的吸水速率遠(yuǎn)大于未經(jīng)干熱處理的米，而且經(jīng)干熱處理的米最大含水量可達(dá) 50%左右，同樣高于未經(jīng)干熱處理的米(含水量 35%)，而焙炒法和烘干法的變化趨勢(shì)比較接近．從圖 2還可以看出，煮制時(shí)間為90,s時(shí)，大米含水量基本達(dá)到最大值．散，導(dǎo)致成品復(fù)水性差，出品率低．

圖1 不同干熱方法處理下大米水分含量變化曲線(xiàn)Fig.1 Curves of moisture content of rice dried by different methods

本試驗(yàn)采用冷水浸泡和噴灑離散液相結(jié)合的方式，離散液采用蒸餾水、無(wú)水乙醇和蔗糖脂肪酸酯配制而成，研究了離散液的組成及用量對(duì)大米結(jié)塊量的影響，如圖4和圖5所示．

圖2 不同干熱處理的大米在沸水煮制階段的水分吸收曲線(xiàn)Fig.2 Curves of water absorption of rice dried by different methods during the boiling

由圖 3可知，采用焙炒法所得產(chǎn)品的復(fù)水性最好，復(fù)水時(shí)間為 5,min左右；烘干法較差，復(fù)水時(shí)間為12,min；而原米則要18,min以上．

圖3 不同干熱處理所得方便大米粥的復(fù)水時(shí)間比較Fig.3 Comparison of rehydration time of IRC made by rice dried by different methods

綜上，選用焙炒法，處理15,min，所生產(chǎn)的方便大米粥的品質(zhì)較好．

2.1.2 不同蒸煮方式對(duì)方便大米粥品質(zhì)的影響

蒸煮是使大米糊化的必要步驟，蒸煮方式的選擇直接影響到方便大米粥產(chǎn)品的復(fù)水性及其感官品質(zhì)．本試驗(yàn)采用兩種常用的蒸煮加工方法，即水煮法和汽蒸法，比較大米粥制品的復(fù)水性及感官品質(zhì)．如表 1所示，單獨(dú)采用水煮法和汽蒸法，制品的復(fù)水性均不理想，因此，本試驗(yàn)采用蒸煮結(jié)合法，即對(duì)干熱處理后的大米先進(jìn)行水煮，再進(jìn)行汽蒸，制品復(fù)水時(shí)間明顯縮短，且大米的膨脹率高，糊化時(shí)間較短．

表1 不同蒸煮方式對(duì)方便大米粥品質(zhì)的影響Tab.1 Effect of different cooking methods on quality of IRC

2.1.3 離散液對(duì)方便大米粥品質(zhì)的影響

大米經(jīng)過(guò)蒸煮以后，因米粒表面糊化，米粒間常相互粘結(jié)甚至成塊，影響米粒的均勻干燥和顆粒分

圖4 離散液添加量對(duì)米飯結(jié)塊量的影響Fig.4 Effect of volume of dispersion liquid on rice caking

圖5 離散液中乙醇含量對(duì)米飯結(jié)塊量的影響Fig.5 Effect of ethanol content in dispersion liquid on rice caking

由圖 4可知，離散液添加量大于米飯質(zhì)量的 3%時(shí)，米飯結(jié)塊量大幅度減少，米粒干燥均勻，制品復(fù)水性較好．由圖 5可知，離散液中乙醇含量不應(yīng)小于10%，否則離散效果會(huì)迅速下降，說(shuō)明離散液中的乙醇含量對(duì)離散效果的影響較關(guān)鍵．此外，試驗(yàn)中所用的蔗糖脂肪酸酯的添加量為0.5%，蒸餾水為85%．

2.1.4 方便大米粥的干燥曲線(xiàn)

干燥是方便大米粥生產(chǎn)過(guò)程中的必經(jīng)工序，干燥方法的選取和干燥條件的控制對(duì)最終成品的復(fù)水性有極大影響．據(jù)文獻(xiàn)[7]報(bào)道，大米的糊化溫度為50～79,℃，因此，為盡量保持大米的糊化狀態(tài)，抑制大米回生，試驗(yàn)中選取80,℃熱風(fēng)干燥．干燥曲線(xiàn)如圖6所示．

從圖 6中可知，當(dāng)干燥時(shí)間達(dá)到 100,min時(shí)，大米含水量達(dá)到 10%以下，當(dāng)干燥時(shí)間為 160 min時(shí)，大米含水量降為 0.016%. 相關(guān)研究已表明，米飯含水量在 8.6%以下或 65%以上時(shí)不易回生，而在30%～60%時(shí)，回生速度最快[8]．本研究采用 120,min干燥，最終制品的含水量為 2%，既可以有效地抑制大米回生，又在工藝上節(jié)省了時(shí)間和能源．此外，復(fù)水性試驗(yàn)證明，含水量為2%的制品，復(fù)水時(shí)間≤5,min．

圖6 方便大米粥的干燥曲線(xiàn)Fig.6 Drying curve of IRC

2.1.5 方便大米粥加工過(guò)程中粒形變化

粒形是大米粥加工過(guò)程中的一個(gè)重要指標(biāo)．大米粒長(zhǎng)和粒寬的大小反映了大米膨脹率的大小，膨脹率越大，大米的糊化度就越高，從而使所得制品的復(fù)水性越好．

試驗(yàn)研究了方便大米粥加工過(guò)程中大米粒形參數(shù)的變化，如圖 7所示，大米的粒長(zhǎng)和粒寬變化趨勢(shì)一致，二者在焙炒之后，由于米?？s水而變小，隨后隨著蒸煮加工不斷增大，當(dāng)汽蒸工序結(jié)束后達(dá)到最大值，約為原米的2倍，干燥后又有一定程度的下降，但經(jīng)過(guò)復(fù)水又可恢復(fù)到蒸煮后的水平．而在整個(gè)過(guò)程中大米的粒形指標(biāo)基本維持不變，從而較好地保持了大米整體結(jié)構(gòu)的完整．

圖7 方便大米粥生產(chǎn)過(guò)程中粒形的變化曲線(xiàn)Fig.7 Curve of particle shape in the production of IRC

2.1.6 方便粥加工過(guò)程中大米糊化度的變化

糊化度是衡量大米熟化程度的重要指標(biāo)，方便大米粥生產(chǎn)的關(guān)鍵即盡可能保持大米的糊化狀態(tài)，延緩大米的老化回生，從而有利于制品復(fù)水．

方便大米粥加工過(guò)程中大米的糊化度變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖 8，隨著加工過(guò)程的進(jìn)行，大米的糊化度逐漸上升，在浸泡工序結(jié)束后，糊化度達(dá)到最大值，經(jīng)過(guò)汽蒸后，大米中水分被蒸出，導(dǎo)致糊化度稍有下降．經(jīng)干燥后所得的成品由于水分大量喪失，且溫度下降，大米開(kāi)始出現(xiàn)老化現(xiàn)象，但糊化度仍保持在 95%左右．可見(jiàn)，本研究所得方便大米粥成品的糊化度保持較好，復(fù)水性良好．

圖8 方便大米粥生產(chǎn)過(guò)程中糊化度變化曲線(xiàn)Fig.8 Curve of gelatinization degree in the production of IRC

2.2 方便大米粥生產(chǎn)過(guò)程中的糊化和回生分析

2.2.1 方便大米粥加工過(guò)程中大米顆粒的顯微觀察

淀粉是大米的主要成分，約占 75%～80%[9]．在方便大米粥的加工過(guò)程中，伴隨著大米淀粉的糊化和回生，大米顆粒呈現(xiàn)出不同的微觀結(jié)構(gòu)．本試驗(yàn)借助顯微鏡研究了方便大米粥加工過(guò)程中大米顆粒的顯微結(jié)構(gòu)變化．從圖9可知不同操作階段大米微觀結(jié)構(gòu)的變化．原料米顆結(jié)構(gòu)致密，表面光滑，無(wú)孔洞；經(jīng)過(guò)焙炒的大米顆粒，組織變得疏松，出現(xiàn)大量微細(xì)的孔洞，呈現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；經(jīng)沸水煮制之后，水分迅速進(jìn)入米粒組織中，填充孔洞，使米粒膨脹，淀粉開(kāi)始糊化；經(jīng)文火煮制之后，米粒進(jìn)一步吸水膨脹，大米顆粒出現(xiàn)脹裂，水分滲入大米組織內(nèi)部，大米淀粉充分糊化；經(jīng)熱水浸泡之后，水分滲入整個(gè)大米組織，大米顆粒充分膨脹，大米淀粉完全糊化，呈現(xiàn)絮狀結(jié)構(gòu)；再經(jīng)常壓汽蒸之后，由于水分部分蒸出，大米顆粒稍有縮水變小顏色加深，仍保持絮狀結(jié)構(gòu)；隨著干燥的進(jìn)行，水分開(kāi)始迅速下降，大米顆粒開(kāi)始變得透明，并充滿(mǎn)了無(wú)數(shù)孔洞，呈現(xiàn)出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)．

2.2.2 方便大米粥制品的DSC熱分析

大米淀粉的糊化過(guò)程中，有序的晶體向無(wú)序的非晶體轉(zhuǎn)化，伴隨著能量的變化，在DSC圖譜上表現(xiàn)為吸熱峰[10]，此時(shí)，淀粉糊化的融化熱焓為 ΔH，糊化過(guò)程中晶體熔化的起始、頂點(diǎn)和終點(diǎn)溫度相應(yīng)地表示為t0、tP、tC．

分析圖10和表2可知，原米的DSC圖譜上出現(xiàn)兩個(gè)吸熱峰，其中第一個(gè)吸熱峰很小，且溫度較低，疑為大米中非淀粉物質(zhì)所致，而非糊化峰；第二個(gè)峰即大米的糊化峰，其糊化溫度為58.7～66.8 ℃，糊化吸熱為 1.987 J/g．而經(jīng)加工成為方便大米粥的大米的DSC圖譜上并未出現(xiàn)明顯的吸熱峰，其糊化吸熱近似為 0，說(shuō)明方便大米粥制品的糊化度保持良好，并未出現(xiàn)明顯的回生現(xiàn)象．

圖9 方便大米粥加工過(guò)程中大米顆粒的顯微結(jié)構(gòu)Fig.9 Microscopy of rice in the production of IRC

圖10 原料米和方便大米粥制品的DSC曲線(xiàn)Fig.10 DSC curves of raw rice and IRC

表2 原料米和方便大米粥的DSC參數(shù)Tab.2 DSC parameters of raw rice and IRC

3 結(jié)果與討論

3.1 結(jié) 果

大米按照“焙炒 15,min-沸水煮 2,min-文火煮15,min-熱水浸泡 15,min-汽蒸 15,min-噴灑離散液-熱風(fēng)干燥 120,min”的工藝進(jìn)行加工，可制得糊化度達(dá)95%、復(fù)水時(shí)間≤5,min的方便大米粥成品．

微觀分析表明，在方便大米粥加工過(guò)程中，大米先經(jīng)過(guò)焙炒，迅速脫去水分，形成疏松的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；經(jīng)蒸煮結(jié)合法加工后，米粒迅速吸水膨脹，淀粉充分糊化；最后經(jīng)干燥制得的成品呈現(xiàn)多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)．DSC熱分析表明，制品的糊化熱焓大幅降低，極易復(fù)水．

3.2 討 論

經(jīng)上述研究，初步掌握了方便大米粥加工過(guò)程中的各項(xiàng)工藝參數(shù)及大米糊化和回生的機(jī)理，得到了復(fù)水性?xún)?yōu)良的方便大米粥產(chǎn)品. 其中，采用焙炒法將大米進(jìn)行干熱處理是加工的關(guān)鍵工序，干熱處理可使大米水分迅速下降，出現(xiàn)大量龜裂紋和微細(xì)的孔道，這有利于在后期蒸煮加工中，大米迅速吸水糊化，并且保持米粒結(jié)構(gòu)的完整性不被破壞．此外，經(jīng)干熱預(yù)處理的大米制得的方便大米粥成品可形成多孔性結(jié)構(gòu)，復(fù)水性良好，干熱處理也是方便大米粥加工區(qū)別于方便米飯加工的一個(gè)重要標(biāo)志[11]. 此外，由于方便大米粥加工過(guò)程中大米的糊化程度很高，米粒之間相互粘連，不易分散，影響干燥效果，因此必須噴灑含有乙醇和非離子型表面活性劑的離散液進(jìn)行離散，其中乙醇是關(guān)鍵因素，它可以跟水分子之間形成氫鍵進(jìn)而將米粒表面的水分脫去，降低表面黏度，試驗(yàn)表明，離散液的噴灑量控制在米飯量的 3%以上，乙醇含量大于10%可使干燥均勻，成品復(fù)水性良好，這與文獻(xiàn)[12]報(bào)道相符．另外，干燥是保證大米糊化程度的關(guān)鍵步驟，本試驗(yàn)采用最普通的熱風(fēng)干燥，干燥時(shí)間控制在120,min可使成品水分降為2%左右，雖然可以一定程度上抑制回生，但是對(duì)大米的干燥并不均勻，復(fù)水性也不夠穩(wěn)定，而且對(duì)米粒的外觀造成一些破壞 ，因此，開(kāi)發(fā)新型的干燥方法，是方便大米粥研究的一個(gè)重點(diǎn)．

盡管在試驗(yàn)中得到了復(fù)水性良好的方便大米粥成品，但是加工過(guò)程不可避免地對(duì)米粥的風(fēng)味、結(jié)構(gòu)及黏彈性等造成了損失，因此，需要進(jìn)一步研究通過(guò)添加一些食品添加劑對(duì)方便大米粥的品質(zhì)進(jìn)行改良．此外，據(jù)文獻(xiàn)[15]報(bào)道，大米的回生與直鏈淀粉的含量及支鏈淀粉外側(cè)短鏈的聚合度有關(guān)，因此，從分子水平對(duì)大米淀粉進(jìn)行修飾，將是改善方便大米粥加工品質(zhì)的根本方法．

［1］ Tuangporn Tukomane，Saiyavit Varavinit. Classification of rice starch amylose content from rheological changes of starch paste after cold recrystallization[J]. Starch，2008，60(6)：292-297.

［2］ Masakuni Tako，Yukihiro Tamaki，Teruko Konishi，et al. Gelatinization and retrogradation characteristics of wheat(Rosella)starch[J]. Food Research International，2008，41(8)：797-802.

［3］ 吳素萍. 干燥方法對(duì)方便米粥復(fù)水性的影響[J]. 糧油加工與食品機(jī)械，2005(9)：74-76.

Wu Suping. Drying methods on rehydration of convenience rice congee[J]. Machinery for Cereals Oil and Food Processing，2005(9)：74-76(in Chinese)．

［4］ 譚 薇，李 珂，盧曉黎. 大米糊化特性及回生機(jī)理研究[J]. 食品科學(xué)，2008，29(3)：167-171.

Tan Wei，Li Ke，Lu Xiaoli. Gelatinization properties and resuscitation mechanics of rice retrogradation[J].Food Science，2008，29(3)：167-171(in Chinese).

［5］ 付中華，薛曉金，田素芳. 糊化度的測(cè)定方法[J]. 糧食流通技術(shù)，2004(3)：27-29.

Fu Zhonghua，Xue Xiaojin，Tian Sufang. Gelatinization degree determination method[J]. Grain Distribution Technology，2004(3)：27-29(in Chinese)．

［6］ Kim Jeong-Ok，Kim Wan-Soo，Shin Mal-Shick，et al.A comparative of rice starch and α-amylase study on retrogradation fels by DSC，X-ray methods[J]. Starch，1997，49(2)：71-75.

［7］ 朱永義. 稻谷加工與綜合利用[M]. 北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999.

Zhu Yongyi. Rice Processing and Utilization[M]. Beijing：China Light Industry Press，1999(in Chinese)．

［8］ Singh N，Kaur L，Sandhu K S，et al. Relationships between physicochemical，morphological，thermal，rheological properties of rice starches[J]. Food Hydrocoll，2006，20(4)：532-542.

［9］ Yoshiko Hibi. Roles of water-soluble and water-insoluble carbohydrates in the gelatinization and retrogradation of rice starch[J]. Starch，1998，50(11/12)：474-478.

［10］ Zaidul I S M，Absar N，Kim S J，et al. DSC study of mixtures of wheat flour and potato，sweet potato，cassava，and yam starches[J]. Journal of Food Engineering，2008，86(1)：68-73.

［11］ 劉 敏，汪芳安. 方便米飯生產(chǎn)中若干技術(shù)問(wèn)題的探討[J]. 武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2000(2)：28-31.

Liu Min，Wang Fang′an. Probe into some technical problems in the production of the ready-to-eat rice[J].Journal of Wuhan Polytechnic University，2000(2)：28-31(in Chinese).

［12］ 姜發(fā)堂，陸生槐. 方便食品原料學(xué)與工藝學(xué)[M]. 北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999.

Jiang Fatang，Lu Shenghuai. Convenience Food Materials Science and Technology Studies[M]. Beijing：China Light Industry Press，1999(in Chinese)．

［13］ Kohyama K，Matsuki J，Yasui T，et al. A differential thermal analysis of the gelatinization and retrogradation of wheat starches with different amylopectin chain lengths[J]. Carbohydr Polym，2004，58(1)：71-77.

［14］ Pakorn Luangmalawat，Somkiat Prachayawarakorn，Adisak Nathakaranakule，et al. Effect of temperature on drying characteristics and quality of cooked rice[J]. Lebensmittel-Wissenschaft und-Technologie，2008，41(4)：716-723.

［15］ Zhou Yibin，Wang Dongfeng，Zhang Li，et al. Effect of polysaccharides on gelatinization and retrogradation of wheat starch[J]. Food Hydrocolloids，2008，22(4)：505-512.