何余堂，王馨然，解玉梅，李旭阳，王 键，刘 贺

（渤海大学 食品科学与工程学院，辽宁省食品安全重点实验室，

生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 锦州121013）

0 引言

糙米是经脱壳后保留外层组织的谷粒，由糠层、胚乳层和胚构成.糙米中所含营养素的种类和含量都远比高品质的精白米丰富，且较为容易被身体吸收利用［1］.发芽糙米中含有γ-氨基丁酸、谷维素、膳食纤维、米糠多糖等成分，具有抗氧化、降血压、降血脂、预防心脑血管疾病、延缓衰老等作用［2］.

方便米饭是指可直接食用，或简单加热后食用的方便米制食品，添加发芽糙米可提高方便米饭的营养价值.方便米饭中淀粉糊化后在贮藏过程中，分子链间的活性氢键不断缔合的过程称为淀粉老化，淀粉老化对食用品质产生负面影响［3］.

食品老化度在食品工业中是非常重要的技术指标之一.陈小霖等［4］分析过商品老化程度对货架寿命的确定方法与影响因素.在食品老化度研究中，广泛应用Avrami模型.结晶速率常数与时间的关系由此模型可得知.刘雪飞等［5］通过响应面法优化了鱿鱼复合保鲜剂的配方，并预测了模型.肖东等［6］利用多糖类食品添加剂抑制鲜湿面老化机理研究.张凯等［7］对小麦淀粉老化动力学及玻璃化转变温度中也采用Avrami模型研究其老化程度.食品老化度预测模型的构建可为开发产品提供理论依据.

本研究以粳米为原料，添加发芽糙米，优化方便米饭的工艺.以老化度为指标建立动力学模型，并通过验证了预测模型的精度和准确性，通过预测模型来反映米饭在贮藏期间食物品质变化，为了方便于米饭研发和生产业化提供理论和实践依据.

1 材料与方法

1.1 材料与设备

东北粳米、糙米，为超市采购；柠檬酸（AR）天津市致远化学试剂有限公司；碘（I）、碘化钾（KI）、盐酸（HCl）、氢氧化钠（AR）天津市风船化学试剂科技有限公司；其它试剂 天津市化学试剂一厂.

电热恒温培养箱：MIR-254型 三洋电机株式会社；电热恒温鼓风干燥箱：DHG-9240A型 上海一恒科学仪器有限公司；电子天平：JA5003型 上海舜宇恒平科学仪器有限公司；电饭锅：RX-12Y3型 合肥荣事达小家电有限公司；紫外分光光度计：SHIMADZU型 日本岛津公司；西门子电冰箱：BCD-212型 博西华家用电器有限公司.

1.2 方法

1.2.1 实验设计

选取发芽糙米添加量（A因素）、米水比（B因素）两个因素，A因素设6个水平，分别为：5、10、15、20、25、30（%）；B因素设4个水平，分别为：1∶1.0、1∶1.2、1∶1.4、1∶1.6（g：mL）.采用两因素交叉分组试验设计优化复配方便米饭的生产工艺.

1.2.2 复配方便米饭的加工工艺

（1）发芽糙米的制备

糙米除杂、挑选优质颗粒，用水冲洗，沥干后用水浸泡；浸泡24 h（8 h换一次水），实现38%以上的吸水率；除去表面水分后在30℃、相对湿度90±1%的恒温培养箱中发芽12 h；取出用水冲洗数次后沥干，置于恒温鼓风干燥箱中，65℃烘烤2 h，米粒水分含量14%~17%左右.

（2）复配方便米饭生产工艺

复配方便米饭生产工艺流程如下：发芽糙米的制备→发芽糙米与大米配比→耐高温包装盒对米、水进行分装→密封包装→运入蒸煮罐，高温蒸汽（121℃）加热20 min（蒸煮与灭菌同时进行）→蒸煮罐自然降温，冷却至室温→加自热袋、菜包等→成品包装.

1.2.3 复配发芽糙米方便米饭的感官评分

米饭的感官评定标准见表1.经由20人进行感官分析及评分，品评总分为100分.

表1 发芽糙米方便米饭的感官评定标准

1.2.4 复配发芽糙米方便米饭老化度测定

参照Niu等［8］人的方法进行了修改.取4 g方便米饭于烧杯中，加入去离子水，捣碎并搅拌均匀成2%浓度的混合液，取混合好的溶液5 mL，加入3 mL H2O和2 mL 0.1 mol/L乙酸钠（CH3COONa）缓冲溶液（pH5.6）及1 mL α淀粉酶溶液.在37℃下培养10 min，加入5 mL 4 mol/L NaOH溶液终止酶反应，把溶液pH值使用4 mol/L HCL调整至7.0左右，在100 mL容量瓶中定容.将5 mL 0.2%I2-2%KI溶液加入到10 mL水解液中，在100 mL容量瓶中定容，20 min后，测定625 nm处的吸光度.

计算方法：老化度DR（%）=［（b-c）/（a-c）］×100% （1）

其中a为处理的样品中总淀粉的吸光度；b为酶促反应后含有的淀粉的吸光度；c为残余物质的吸光度.

1.2.5 老化度模型的构建

以优化工艺生产发芽糙米方便米饭，常温下贮藏1 d、7 d、14 d、21 d、28 d、35 d测其老化度.以老化度为指标建立动力学模型，预测发芽糙米复配方便米饭的老化程度.

1.2.6 数据分析

所有试验均重复3次，使用软件SPSS 19.0进行显著性分析，以P<0.05为显著性检验标准，使用软件Excel 2010和Origin 9.0制表和绘图.

2 结果与分析

2.1 方便米饭感官鉴定的优化分析

方差分析见表2，发芽糙米添加量与米水比的各水平之间差异均达到极显著差异.

表2 方差分析结果

由表3可知，发芽糙米添加量（A因素）的A3与其他组的差异极显著.米水比（B因素）的B2表现较好，与其他组差异极显著.感官鉴定表现最好的组合分别为：A3B2，评分为：95.0.综合确定最佳的工艺组合为A3B2，即：发芽糙米添加量为15%，米、水比例为1∶1.2.

表3 发芽糙米添加量与米水比的显著性分析

以最优工艺生产方便米饭，以不加发芽糙米的方便米饭为对照，经过感官鉴定，复配发芽糙米方便米饭的评分为95.6分，在气味、外观、适口性、滋味等方面优于对照（感官评分为85.8分），复配发芽糙米方便米饭的食用品质明显提高.

2.2 发芽糙米方便米饭货架期模型的构建

2.2.1 贮藏期间复配发芽糙米方便米饭的老化度分析

图1 为复配发芽糙米方便米饭贮藏期的老化度，随着贮藏时间的增加，方便米饭的老化度越来越大.复配发芽糙米方便米饭老化度极显著低于对照（P=0.000 602），在贮藏期间老化速度变化平缓，说明通过添加发芽糙米可以延缓方便米饭的老化进程.

图1 方便米饭贮藏期间的老化度

2.2.2 老化度动力学模型的建立

通过研究淀粉老化的化学反应动力学特点，可以准确地表征得出淀粉食品发生老化的瞬间变化特点［9］.淀粉糊化后在储藏过程中，双螺旋淀粉分子间相互作用结合成晶体，形成该晶体的速度反应的就是淀粉的老化值.随着储藏时间的增加，淀粉体系内晶体含量逐步增加，表现为其老化度逐渐増大.

图1 显示了对照组和复配组米饭糊化后在室温25℃下储藏35 d的老化度变化情况.贮藏35 d后添加发芽糙米的米饭老化度低于空白组，表明添加发芽糙米对米饭中淀粉的长期老化具有抑制效果.糙米含有较高的大分子活性物质，从而影响了米饭的吸水性能及膨胀性能，延缓直链淀粉有序结晶，达到抑制淀粉回生的目的.

在上述传统的反应结晶数学理论模型基础上，根据传统化学反应动力学微分方程Avrami，我们提出了一种可以广泛用来精确描述各种类型高分子化学聚合物反应结晶的整体数学理论模型［10］.

将方程两边同时取对数，可以变为

式中，∆DRt为反应进行到t时刻的热焓，∆DR∞为最大热焓，t为表征结晶生长持续时间，k为结晶速率常数，n为分别表征着生成核和存在晶体内部每个细胞核的生长分化途径的线性整数，又称Avrami指数。

表4 列出了添加发芽糙米方便米饭支链淀粉结晶动力学方程及参数，淀粉颗粒的结晶分为3个历程：晶体形成、晶体生长和晶体成熟.利用Avrami方程研究复配糙米对米饭老化的影响机理［11］，Avrami指数n越小，则晶体成核越快；结晶速率常数k越大，则晶体的生长速率越快.结果表明：添加糙米的米饭n值有所增加，这表明晶核的形成，复配糙米体系支链淀粉的重结晶生长均为一次成核（0

表4 方便米饭老化动力学模型

由表4可得，对照组k值是添加了发芽糙米k值的1.4倍，说明添加发芽糙米对米饭老化重结晶速率有较好的抑制作用.添加发芽糙米的n值大于对照组的n值，说明添加了发芽糙米的成核方式趋近于自发成核（1≤n≤2）［15］.其抑制淀粉回生现象的主要原因是糙米能稳定淀粉分子的持水力，以达到抗老化的作用.

3 讨论与结论

本研究以东北粳米为原料，通过复配发芽糙米的工艺设计，丰富方便米饭的营养成分，并对方便米饭中发芽糙米含量及料液比的优化，结合感官评价结果确定生产工艺参数，得到如下最优工艺：发芽糙米添加量为15%、发芽糙米米水用量比为1∶1.2.

方便米饭贮存及回生时间对其淀粉回生程度的影响由Avrami方程得知.方便米饭的老化度随贮藏时间的增加而增加，老化速度先迅速增加再缓慢趋于平缓.添加发芽糙米的老化速率则随着贮藏时间的增加趋于稳定，这可能是由于发芽糙米可延缓发芽糙米的老化速率.建立了复配发芽糙米方便米饭在25℃贮藏过程中的老化度DR（y）与贮藏时间t（x）的Avrami方程：y=0.6372x-1.2211.并通过计算R2得出Avrami方程均适用于描述添加发芽糙米的米饭淀粉的老化行为.