姜倩倩，田耀旗，金征宇

（1.烟台大学文经学院，山东烟台264000；2.江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江南无锡214122）

大米是世界上最重要的粮食作物之一，提供了世界人口能量需求的21%，在亚洲地区高达76%。近年来，大米制品的营养价值及市场价值已经得到消费者和产品制造商的普遍认可，大米制品加工产业已经卷入到全球工业中。目前米制品的加热方式主要有传统蒸煮加热、挤压自熟、焙烤糊化三种，其中传统蒸煮加热仍是最常用的方式，但生产的米饭制品品质有缺陷且容易回生，严重影响其口感。微波技术表现出节省能源和时间、简化操作程序，并具有提高加热速率等优点[1-3]，Ndife[4]曾报道过在微波加热中，不同淀粉的糊化速度受到了影响。他还提出了一个定量模型用来描述小麦淀粉、玉米淀粉及大米淀粉在微波加热中含水量与糊化速率的关系。超声-微波协同加热技术在微波技术的优势上有增加了超声波的振动匀化作用[5]，是大米在加热的过程中受热更均匀，进一步节省加热时间。但是目前尚无关于超声-微波协同加热对米制品加工的影响的研究。因此，本实验拟采用粳米和糯米为研究对象，探讨传统加热、微波加热和超声-微波协同加热对米制品品质特性的影响及其初步机理，旨在对大米制品的加工和品质控制方面提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

粳米和糯米 浙江五芳斋农业发展有限公司；淀粉葡糖苷酶（EC 3.2.1.3） 无锡赛得生物化工有限公司；其他试剂均为分析纯。

超声-微波协同萃取仪 微波频率2450MHz，功率10～800W，超声波频率40kHz，功率50W上海新拓微波溶样测试有限公司；TA-XT2i型质构仪 英国SMS公司；Trace MS气质联用仪 美国Finingan公司。

1.2 实验方法

1.2.1 米饭样品的制备 本实验中米饭加热终点的标准是采用Desikachar和Subrahmanyan的平行玻璃板法进行判断[6]。通过反复预实验确定了粳米米饭和糯米米饭适宜的加热工艺。具体步骤为：分别将粳米和糯米经过蒸馏水淘洗、沥水后按米水质量比例3∶5加入蒸馏水，恒温水浴锅中保温浸泡1h，再分别采用超声-微波协同加热、微波加热、传统蒸煮加热使其完全煮熟。在微波加热中，微波输出功率固定为500W，粳米米饭和糯米米饭所需加热时间分别是9min和6min；超声-微波协同加热中，微波输出功率固定为500W，超声波功率固定为50W，粳米米饭和糯米米饭所需加热时间分别是8min和5min。每次平行实验都采用相同的容器，以减少微波加热的菱角效应。传统加热是采用在电磁炉（500W）上，待水沸腾后放入装有粳米和糯米的饭盒，进行加热并计时。粳米和糯米米饭煮熟的时间分别为25min和22min。所有的米饭在加热后都进行焖饭10min。

1.2.2 米饭感官品质的评价 米饭样品的感官评定具体过程为：按要求挑选10名品评人员组成品评小组，在事先不说明试样情况下，将制备好的米饭样品平均分入10个盘中，每人1盘进行品评，舍去误差较大的值，以综合评分的平均值作为评定结果。感官评分标准见表1。

表1 感官评分标准Table 1 The standard of sensory scoring

1.2.3 米饭质构的测定 采用P/36R型探针，在TPA测试模式下，每次选取3粒米饭平行放在探针正下方进行测试，测前速度是2.0mm/s，测后速度为0.5mm/s，测试速度为0.5mm/s，压缩比例为70%，两次压缩的间隔时间为10s。每个样品平行测定6次，最大值和最小值被舍去，取平均值。

1.2.4 米饭风味测定 采用顶空固相微萃取-气质联用技术（SPME/GC-MS）进行分析[7]，实验数据处理由Xcalibur软件系统完成，其中未知化合物经计算机检索。同时结合NIST质谱库和Wiley质谱库进行匹配分析定性[8]，相对定量采用峰面积归一化法得出。

1.2.5 米饭淀粉消化性的测定 米饭体外淀粉消化性的测定是采用3，5-二硝基水杨酸（DNS）法。测定具体步骤为：称取0.2g米饭，在研钵中轻轻研磨。用蒸馏水洗涤入50mL比色管中，再加入0.5mL的淀粉葡糖苷酶酶液，然后定容至25mL，放置于37℃的振荡水浴锅中，分别于10、20、30、40、50、60min后取上清液测定。取上清液1mL，分别加入0.2mL 1mol/L HCl，定容至25mL。摇匀过滤后取滤液0.5mL，加入1.5mL DNS试剂，沸水浴5min，快速冷却后补加4mL蒸馏水，混匀静置20min后，于波长540nm下测吸光度。实验中的空白对照用蒸馏水代替，其他步骤同上。平行测定3次，结果采用Rivers等[9]的计算方法计算。

2 结果与讨论

2.1 米饭感官品质

超声-微波协同加热（UMSH）、微波加热（MH）和传统加热（CH）的粳米米饭和糯米米饭的感官评定结果如表2所示。从表2中可以看出，UMSH和MH制备的粳米米饭的气味、口感和滋味明显优于CH制备的米饭，并且UMSH的米饭色泽更均一；由于微波的快速加热和超声波的机械振荡使得这两种加热方式制备的粳米米饭的形态略差于传统加热的样品，但感官综合得分明显高于传统加热的样品。这表明超声-微波协同加热和微波加热的新鲜粳米米饭的食味品质比传统加热的样品好。与粳米米饭相比，UMSH、MH、CH处理对糯米米饭的气味、色泽、滋味、形态、口感及综合得分影响相对较小。

2.2 米饭质构性质

超声-微波协同加热、微波加热和传统加热的粳米米饭和糯米米饭的质构性质如图1所示。从图1中可以看出，与传统加热的样品相比，微波加热和超声-微波协同加热的粳米米饭硬度较小，但是糯米米饭对物理处理的敏感性较低。由于米饭的硬度与其含有的直链淀粉量及加热方式的不同密切相关，在三种加热方式中，质热传递的形式有本质的区别。与常规热传导相比，微波加热的速率和效率更高，淀粉在微波场中的糊化过程是不同步的[10]。在微波基础上辅助超声波的机械作用，可以提高体系加热的均一性，但也对米饭内部结构产生了一定程度的破坏。结果表明，超声-微波协同加热和微波加热的粳米米饭内部淀粉颗粒结构破坏程度更小。

表2 三种加热方式制备的米饭感官评价Table 2 Sensory scoring of rice prepared by three heat treatments

图1 三种加热方式制备的米饭的硬度Fig.1 The hardness s of rice prepared by three heat treatments

2.3 米饭风味分析

经NIST质谱库和Wiley质谱库检索并结合有关文献，对超声-微波协同加热、微波加热和传统加热的粳米米饭风味物质的鉴定及各种风味物质的相对百分含量如表3所示。从表3中可以看出，超声-微波协同加热、微波加热的粳米米饭中主要风味物质（非烃类化合物）的相对百分含量比传统加热的样品高。米饭的风味物质主要是中长链（C6～C14）的挥发性成分，主要是非烃类的物质中醛类、醇类、醚类和酯类等成分[11-12]。其中米饭水果香由醛类赋予，米饭芳香和花香由醇类赋予，米饭水果香味由酯类赋予。结合上述感官评定的结果，也进一步验证了超声-微波协同加热、微波加热的粳米米饭香味比传统加热的样品香味更浓郁。

表3 三种加热方式制备的粳米米饭中各类风味化合物的相对质量分数（%）Table 3 Relative mass fraction of flavor compounds in normal rice prepared by three heat treatments（%）

2.4 米饭的淀粉消化性

粳米米饭和糯米米饭的体外淀粉消化过程如图2和图3所示，从图2和图3中可以看出，随着消化时间的延长，米饭中淀粉的酶解程度逐渐增大，在酶解的前30min内淀粉的消化速率增加最快。这是由于在米饭淀粉酶解消化过程中，葡萄糖含量逐渐上升。在酶解初期，米饭结构较松散，淀粉分子很容易被切断成较小的分子，酶解速度较快；但是随着淀粉链的逐渐变短，酶作用底物的结合点也相应减少，从而使得酶解速度减小。对于粳米米饭而言，与传统加热的样品相比，超声-微波协同加热和微波加热的米饭体外淀粉消化速率较慢且酶解终点葡萄糖含量较少。但是UMSH、MH、CH制备的糯米米饭体外淀粉消化趋势差异不明显。这表明在物理辐射下，不同品种的米饭发生性质变化的敏感程度与其含有的直链淀粉含量密切相关。

图2 粳米米饭的体外淀粉消化过程Fig.2 In vitro starch hydrolysis process of normal rice

图3 糯米米饭的体外淀粉消化过程Fig.3 In vitro starch hydrolysis process of waxy rice

3 结论

3.1 与传统加热相比，超声-微波协同加热和微波加热可以一定程度上提高粳米米饭的综合品质特性，但对糯米米饭影响并不显著。

3.2 本研究中两种新型加热方式在米制品加工生产中具有广泛的应用前景，尤其是对改善粳米制品品质以及降低制品的餐后血糖生成指数方面具有深远的意义。但是加热方式造成的大米中淀粉颗粒变化及蛋白质、脂类的作用深度机理还有待进一步研究。

[1] Sumnu G. A review on microwave baking of foods[J].International Journal of Food Science and Technology，2001，36：111-127.

[2] Daglioglu O，Tasan M，Tuncel B. Effects of microwave and conventional baking on the oxidative stability and fatty acid composition of puff pastry[J].Journal of the American Oil Chemists Society，2000，77：543-545.

[3] Lewandowicz G，Fornal J，Walkowski A. Effect of microwave radiation on potato and tapioca starches[J].Carbohydrate Polymers，1997，34：213-220.

[4] Ndife M，Sumnu G，Bayindirli L. Differential scanning calorimetry determination of gelatinization rates in different starches due to microwave heating[J]. Lebensmittel Wissenschaft and Technologie，1998，31：484-488.

[5] 彭松，王红娟，彭峰. 温和条件下微波超声协同作用对纤维素酸解的研究[J]. 化工新型材，2009，37（5）：64-68.

[6] Desikachar H，Subrahmanyan V. The formation of cracks in rice during wetting and its effect on the cooking characteristics of the cereal[J]. Cereal Chemistry，1961，38：356-364.

[7] Zeng Zhi，Zhang Han，Zhang Tao，et al. Analysis of flavor volatiles of glutinous rice during cooking by combined gas chromatography-mass spectrometry with modified headspace solid-phase microextraction method[J]. Journal of Food Composition and Analysis，2009，22（4）：347-353.

[8] Vandendool H，Kratz PD. A generalization of the retention index system including linear temperature programmed gasliquid partition chromatography[J]. J Chromatog，1963，8（11）：463-471.

[9] Rivers BD，Gracheck JS，Woodford CL，et al. Limitations of the DNS assay for reducing sugars from saccharified lignocellulosics[J]. Biotechnology and Bioengineering，1984，26：800-802.

[10] Palav T，Seetharaman K. Mechanism of starch gelatinization and polymer leaching during microwave heating[J]. Carbohydrate Polymers，2006，65：364-370.

[11] Zeng Zhi，Zhang Han，Chen Jie Yu，et al. Flavor volatiles of rice during cooking analyzed by modified headspace SPME/GCMS[J]. Cereal Chemistry，2008，85（2）：140-145.

[12] Zeng Zhi，Zhang Han，Chen Jie Yu，et al. Direct extraction of volatiles of rice during cooking using solid -phase microextraction[J]. Cereal Chemistry，2007，84（5）：423-427.