不同水質蒸煮對米飯品質的影響

管興宇, 亓盛敏, 任海斌, 楊海晴, 趙維博, 牛興和,3, 溫紀平

(河南工業大學糧油食品學院1,鄭州 450001) (中糧營養健康研究院有限公司,營養健康與食品安全北京市重點實驗室,老年營養食品研究北京市工程實驗室2,北京 102209) (江蘇省現代糧食流通與安全協同創新中心3,南京 210023)

大米是最重要的糧食作物之一,隨著生活水平的提高,人們對主食的要求從數量型轉變為質量型,對米飯的風味、口感及食味品質愈發關心[1,2]。大米的蒸煮過程主要包括:洗米、加水、浸泡、蒸煮、燜蒸,正確的煮飯方法有利于改善米飯的食用品質并減少稻米中活性成分的流失[3,4]。蒸煮用水水質[5]、洗米[6]、浸泡處理[7,8]、米水質量比[9]、蒸煮方式[10],燜飯處理[11]等,這些因素共同影響大米的蒸煮過程,從而得到具有不同食用品質的米飯。本研究主要關注米飯質構特性、糊化特性、風味、感官等指標,探究不同水質蒸煮對米飯上述品質的影響。不同的水質,離子含量、水質硬度、水本身的風味不同,這些因素可能對米飯的蒸煮過程產生影響,從而造成了米飯食用品質的差異。李萍等[5]及Kazuno等[12]研究了使用自來水、純凈水蒸煮對米飯食味值的影響,結果表明使用純凈水煮飯可以獲得更高的食味值。Ogawa等[13,14]探究了使用自來水、去離子水和鈣化水蒸煮對米飯食用品質的影響,結果表明使用去離子水蒸煮得到的米飯具有較高的含水率和食味值。Zhao等[15]揭示了水中金屬離子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+)和氯離子含量對食品的烹飪過程及食用品質有著顯著的影響,純水烹飪的食品的湯汁中有著更多的游離氨基酸,適量的Na+可促進蛋白質在水中的溶解,不同水質烹飪還會對醛類風味物質產生影響。

目前對于不同蒸煮水質對米飯品質的研究關注的指標主要為質構和食味方面,對米飯評價途徑較為單一。而針對不同水質的蒸煮用水對米飯糊化特性、風味特性研究還鮮有報道。本研究以綏粳18(黑龍江省水稻種植的主要栽培品種)為供試材料,選用自來水、純水、天然礦泉水煮飯,對米飯質構特性、糊化特性、風味特性、感官特性進行分析評價,旨在明確水質對米飯品質的影響,同時從大米結構和水質差異的角度分析闡述造成影響的原因,為消費者選擇適宜的煮飯水種提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綏粳18大米,產地為黑龍江省綏化市,米粒為長粒粳米,直鏈淀粉質量分數為18.0% ,蛋白質質量分數為8.6%,水分質量分數為15.6%。

自來水(來源北京市昌平區)、純水(Smart-S15純水系統RO端口制水)、天然礦泉水(產地為四川省峨眉山市);內標試劑2-甲基-3-庚酮(色譜純)。

1.2 儀器與設備

GCMS-QP2020NX氣相色譜-質譜聯用儀,BSA224S稱量天平,STA1B食味鑒定儀,RHS1A米飯硬度黏度儀,NS-ZCH10HC微電腦電飯煲,DZG-305電蒸鍋,RVA4500快速黏度分析儀,LABORATORYMILL3100磨粉機,Smart-S15純水系統,DDSJ-318T電導率儀等。

1.3 方法

1.3.1 水質相關參數的測定分析

按照GB/T 5750.4—20067測定水質的總硬度,按照GB 8538—201611.2測定水質的鈣離子、鈉離子濃度,使用電導率儀對不同水質電導率進行測定。

1.3.2 米飯的制作方法

分別取適量的自來水、純水、天然礦泉水對米進行淘洗,淘洗2次。按照米水比質量比為1.0∶1.4進行配比,將不銹鋼罐上蓋上濾紙,用橡皮套封好,浸泡30 min。蒸鍋里面水沸騰即可放入,設定蒸30 min。蒸飯結束后,關閉開關,繼續燜10 min。燜飯結束后,取下濾紙,輕輕攪拌罐中米飯,使其松散即可,蓋上濾紙在25 ℃恒溫環境冷卻20 min,隨后將濾紙換成不銹鋼蓋,放入25 ℃恒溫箱中保存備用。

1.3.3 米飯外觀及質構特性的分析

按照1.3.2步驟得到米飯,準確稱取8 g米飯放置到樣品環中,用手動壓板機制樣后,用米飯硬度黏度儀和食味鑒定儀測定米飯硬度、黏度、平衡(黏度/硬度)、彈性、食味等參數,各樣品設置3次平行實驗。

1.3.4 大米粉糊化特性的分析

利用RVA分析大米粉樣品的糊化特性。先用磨粉機將大米粉碎,根據GB/T 24852—2010的方法,前期通過烘干法測定米粉的水質量分數為11.16%,根據測定水分基為12%,稱取2.97 g的米粉,每組樣品進行3次獨立取樣,置于25.03 g的不同種類的水(自來水、純水、天然礦泉水)的鋁盒中,用旋轉漿上下混勻幾次,置于RVA上進行測試。測試程序為:50 ℃保持60 s,0.2 ℃/s均勻升溫,在95 ℃保持150 s,隨后以0.2 ℃/s均勻降溫,隨后50 ℃保持90 s。測試前10 s轉速為960 r/min,然后保持160 r/min。利用RVA自帶分析軟件得到峰值黏度、谷值黏度崩解值、最終黏度、回生值、糊化峰值時間、糊化溫度等參數,各樣品設置3次平行實驗。

1.3.5 米飯風味特性的分析

按照1.3.2步驟得到米飯,取5 g米飯放入頂空瓶中,每組樣品進行3次獨立取樣,加入2 μL的內標(內標為2-甲基-3-庚酮,質量濃度為8.05mg/L),采用頂空進樣方式(HS)在固相微萃取(SPME)條件下結合氣相色譜質譜聯機(GC-MS)方法對米飯的風味物質進行定性及半定量分析,HS-SPME-GC-MS是一種新型對米飯風味物質進行檢測的方法[16],各樣品設置3次平行實驗。

儀器分析:按照Q/JLZL0001S—2021(大米)對儀器設備進行設定,進行HS—SPME—GC—MS風味物質測定。

定量分析:以2-甲基-3-庚酮為內標,對米飯中的揮發性物質含量進行計算,見式(1)。

式中:Cj為揮發性化合物的質量濃度/μg/kg;Ci為內標物的質量濃度/μg/mL;Aj為揮發性化合物的峰面積;Ai為內標物的峰面積。

定性分析:主要結合SI值(SI是用化合物的MS譜圖與譜圖庫中的標準譜圖比較得到的相似度)進行判斷,本實驗選擇SI值大于等于80以上進行風味分析。關于風味物質閾值問題,因為米飯含水較為豐富,本研究的閾值來源參考風味物質在水中的閾值。

1.3.6 米飯感官特性的分析

分別取適量的自來水、純水、天然礦泉水對米進行淘洗,淘洗2次。按照米水比質量比為1.0∶1.4進行配比,浸泡30 min,最后用電飯鍋普通煮飯模式進行蒸煮,等米飯蒸熟之后,將米飯適當翻動,然后燜10 min即可,這樣可使得整鍋米飯均一性較好,減小實驗誤差。評價人員為訓練有素的專業評價人員,評價人數為10人。測評方法按照GB/T 15682—2008進行評價。

1.3.7 數據處理與分析

所有指標均做3次以上獨立重復實驗。利用Excel 2010軟件處理整理數據,結果采用平均值±標準偏差表示,采用SPSS Statistics26軟件對數據進行均值單因素方差分析做顯著性分析,事后多重比較采用Duncan方法,P<0.05表示差異顯著。利用Origin 2021軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 蒸煮用水的相關參數

水的硬度通常以碳酸鈣(CaCO3)的質量濃度表示,分為幾類:0～75 mg/L(極軟水)、75～150 mg/L(軟水)、150～300 mg/L(中硬水)、300～450 mg/L(硬水)、450～700 mg/L(高硬水)、700～1 000 mg/L(超高硬水)、1 000 mg/L(特硬水)。經過測定自來水硬度為247.00 mg/L為中硬水,而純水和天然礦泉水硬度為5.00 mg/L和51.90 mg/L為極軟水。本研究還對水質中基礎指標進行了測定,包括鈣離子含量、鈉離子含量、電導率等指標,數據見表1。對于鈣鈉離子含量而言,純水均為未檢出,自來水2種離子含量都高于天然礦泉水,這種差距在鈣離子含量上尤為明顯,水質的硬度與鈣離子含量相關性較高。電導率反映了水中離子的水量,數量關系為自來水>天然礦泉水>純水。

表1 水質的基本參數

2.2 不同水質蒸煮對米飯外觀及質構特性的影響

由表2可以得出,米飯的硬度、黏度、平衡、彈性整體變化的趨勢都是一致的,按照自來水、純水、天然礦泉水順序數值依次遞增。在米飯黏度、平衡、外觀評分上使用純水和天然礦泉水蒸煮得到的米飯顯著高于使用自來水,平衡反映了黏度與硬度的比值,對米飯食用特性有著正向的影響。對于米飯黏度的差異,Rameshms等[17]的報道證明使用軟水煮飯能得到黏度更高的米飯,純水和天然礦泉水硬度分別為5.00 mg/L和51.90 mg/L都屬于極軟水,而自來水硬度為247.00 mg/L屬于中硬水,符合實驗預期,而造成純水和天然礦泉水在米飯黏度數值上的差異可能由于微量鈣離子的含量,微量的鈣使得米粒表面黏性升高[14],但后者的影響小于前者。此外Ogawa等[14]在使用自來水等硬度大的水質烹飪米飯的表面觀察到了未糊化的淀粉顆粒,而在純凈水等硬度較小的水質烹飪的米飯的表面未觀察到類似的情況。造成平衡升高的原因是米飯黏度的增加的同時,米飯硬度沒有顯著差異,故而造成了平衡的增加。對于米飯外觀評分的差異,部分報道也出現了類似的結果[13]。在米飯硬度和彈性方面,各種水質蒸煮差異不顯著。

使用天然礦泉水和純水蒸煮得到的米飯在黏度、平衡、外觀評分上顯著優于使用自來水蒸煮得到的米飯,而在硬度和彈性上3種水質蒸煮得到的米飯差異不顯著。

表2 不同水質蒸煮對米飯外觀及質構特性的影響

2.3 不同水質蒸煮對大米粉糊化特性的影響

由圖1可見,所有大米粉樣品的RVA曲線總體趨勢相似,升溫起始階段所有樣品黏度接近零且變化不明顯,當溫度繼續升高,淀粉顆粒的無定形區開始膨脹,引起淀粉乳黏度增加。隨著溫度進一步升高,淀粉顆粒結晶區開始吸水膨脹,直鏈淀粉分子溶出到水中形成膠體,引起體系黏度的迅速增加。當淀粉顆粒的膨脹與剪切力達到平衡時,體系出現黏度峰值。在最高溫度保持一段時間后,過度膨脹的淀粉顆粒崩解,體系黏度降低。進一步隨著溫度的降低,淀粉分子熱運動減弱,淀粉分子局部發生聚集形成三維網絡結構,流動阻力變大,進而表現為黏度的上升[18-20]。由圖1可以看出不同水質對大米粉糊化特性產生了影響,主要表現在最終黏度、回生值、糊化溫度3個方面。

由表3可以得出,從糊化溫度上看,加入自來水和天然礦泉水組的大米粉的糊化溫度顯著高于加入純水處理組,這可能歸因于陽離子與淀粉分子的羥基相互作用,形成阻礙淀粉糊化的絡合物[21,22],而自來水和天然礦泉水相較于純水有著更豐富的陽離子含量,數據見表1。對于最終黏度和回生值而言,這兩個數據之間存在協同性,回生值表示的是在溫度降低后,溶膠體系黏度變化的情況,反映到米飯上,就是用來表征米飯冷卻的過程。一般在冷卻后具有較高最終黏度的體系,其回生值就高,在本實驗中這2組參數線性擬合性較好。水中有被電離出的陰離子和陽離子(主要陰離子有Cl-、SO42-、OH-,主要陽離子有K+、Na+、Mg2+、Ca2+),并可能通過影響水-淀粉體系的氫鍵來減緩淀粉的回生速度,Fu等[23]也報道了類似的觀點,特別的二價陽離子Ca2+和Mg2+比一價陽離子如Na+和K+能更有效地抑制淀粉重結晶[24],這可能是因為陽離子取代了淀粉中的氫離子與淀粉羥基和帶負電荷的基團相互作用,從而防止淀粉重結晶。通過分析能很好地解釋自來水和天然礦泉水回生值小于純水的原因,回生值較小也產生了較低的最終黏度。而峰值黏度、谷值黏度、崩解值、糊化峰值時間等參數,受水質的影響較小,差異不顯著。

圖1 不同水質蒸煮對大米粉糊化特性的影響

2.4 不同水質蒸煮對米飯風味特性的影響

2.4.1 不同水質蒸煮對米飯風味物質含量的影響

通過HS-SPME-GC-MS分析方法對使用自來水、純水、天然礦泉水蒸煮出的米飯樣品中風味化合物進行定性和半定量分析,選取SI值大于等于80,并除去烷烴類對米飯風味影響小的風味成分,共篩選出29種風味物質,如表4所示。其中,吡咯啉類1種,醛類10種,酚類2種,醇類4種,酮類3種,酯類6種,呋喃類2種,酸類1種。這些檢出風味物質與之前報道過的米飯風味物質大致相似[25,26]。目前已檢測到200多種揮發性化合物對米飯的風味起重要作用,包括酮、醇、醛和酯[27]。在這些風味化合物中,2-乙酰-1-吡咯啉被認為是米飯中唯一的關鍵氣味物質,它具有爆米花般的氣味[28,29]。

表3 不同水質蒸煮對大米粉糊化特性的影響

表4 不同水質蒸煮米飯揮發性風味化合物HS—SPME—GC—MS分析結果

使用自來水、純水、天然礦泉水蒸煮得到的米飯樣品中風味化合物分別為22、21、22種。其中,有5種風味化合物僅在自來水蒸煮得到的米飯中檢出,分別為5-甲基-2-庚酮、酯類(硬脂酸甲酯、順-十八烷酸甲酯、亞油酸甲酯、2,2,4-三甲基戊二醇異丁酯);有1種風味化合物僅在純水蒸煮得到的米飯中檢出,分別為反-2-十二烯醛;有3種風味化合物僅在天然礦泉水蒸煮得到的米飯中檢出,分別為反-2-壬烯醛、甲酸已酯、己酸。

對于米飯中特征風味物質2-乙?；?1-吡咯啉含量而言,由于其易揮發、閾值低(T=0.10μg/kg),使米飯具有爆米花風味,是對米飯風味起著決定性作用的風味物質,從表4可以看出,使用自來水蒸煮得到的米飯顯著高于使用純水和天然礦泉水蒸煮得到的米飯。

總體而言,醛是風味化合物中最大的一類[28,30]。苯甲醛、(E)-2-庚烯醛、(E)-2-辛烯醛、庚醛在自來水和純水蒸煮出的米飯中含量高于天然礦泉水蒸煮出的米飯,己醛、辛醛、正癸醛各水質蒸煮米飯中含量變化很小或不顯著,壬醛在天然礦泉水蒸煮得到的米飯中含量顯著高于使用自來水和純水蒸煮得到的米飯。Buttery等[31]學者發現,(E)-2-辛烯醛(T=0.34 μg/kg)對米飯風味形成有著較為重要的影響,而其他閾值低且風味特征正面的醛可能對米飯風味的形成產生正面的貢獻,包括(E)-2-壬烯醛(T=0.08 μg/kg)、正癸醛(T=0.10 μg/kg)、正辛醛(T=0.59 μg/kg)、壬醛(T=1.10 μg/kg) 、正己醛(T=2.40 μg/kg)。因為醛的感官特性主要是草味和水果味,這使煮熟的米飯具有宜人的味道。

酚類、醇類、酮類、酯類、酸類等化合物由于具有較高的閾值或在本實驗中檢出含量較低,可能對本次實驗米飯風味形成貢獻不明顯,但可以考慮同類風味化合物的疊加效應。對于呋喃類化合物而言,2,3-二氫苯并呋喃、2-正戊基呋喃分別在自來水和純水蒸煮出的米飯中含量顯著高于另外2種水質蒸煮得到的米飯,2-正戊基呋喃(T=1.90 μg/kg)由于有較低的閾值及正面的風味特性可能對米飯風味的形成產生正面的貢獻。

蒸煮水質的不同能明顯影響米飯樣品中揮發性化合物的相對含量,本實驗米飯風味的形成主要受2-乙?；?1-吡咯啉、醛類、呋喃類影響較大,而酚類、醇類、酮類、酯類、酸類對本實驗風味影響較小。

2.4.2 米飯風味物質主成分分析

利用GC-MS分析方法對風味物質進行了準確的測定和分析,對表4中29種揮發性化合物進行主成分分析,以確定不同水質蒸煮得到的米飯樣品之間的差異,并確定導致這些差異的特征風味化合物。主成分分析是一種通過降維將多個變量變為少數綜合變量,用簡化的數據反應原始變量的大部分信息的統計方法[32],當主成分1加主成分2累計方差貢獻率大于80%時,通常認為2種主成分基本包含樣品的信息。如表5所示,共提取出3個特征值>1的主成分,其中前2個主成分的方差貢獻率分別為56.17%和30.94%,累計方差貢獻率已經達到87.11%,說明數據能較好的解釋變量信息。

表5 不同水質蒸煮對米飯揮發性化合物主成分的方差貢獻率

由圖2可以分析得到,使用純水蒸煮得到的米飯樣品分別與使用自來水和天然礦泉水蒸煮得到的米飯樣品存在得分橢圓的部分面積重合,重合兩者之間風味物質相關性較高。另外,使用純水蒸煮得到的米飯樣品得分點分布在第一主成分的正半軸及第二主成分的負半軸,使用純水蒸煮得到的米飯樣品得分點分布在第二主成分的正半軸及第一主成分的負半軸,使用天然礦泉水蒸煮得到的米飯樣品得分點分布在2種主成分的負半軸,說明對于整體風味得分為自來水>純水>天然礦泉水。

圖2 不同水質蒸煮對米飯揮發性化合物主成分分析得分圖

從圖3可以分析得到,使用自來水蒸煮得到的米飯風味綜合表征點位于第四象限,表明其風味形成主要與10種風味化合物相關性較高。使用純水蒸煮得到的米飯風味綜合表征點位于第二象限,表明其風味形成主要與6種風味化合物相關性較高。使用天然礦泉水蒸煮得到的米飯風味綜合表征點位于第三象限,表明其風味形成主要與7種風味化合物相關性較高。位于第一象限的6種風味化合物對二、四象限純水和自來水蒸煮得到的米飯樣品風味的形成有一定相關性。

注:風味物質a為正己醛, b為正辛醛,c為正己醇,d為甲基庚烯酮,e為苯甲醛,f為正癸醛,g為反-2-辛烯醛,h為反-2-十二烯醛和2-甲氧基-4-乙烯苯酚,i為2-正戊基呋喃,j為2-乙基己醇,k為反-2-庚烯醛,l為硅烷二醇二甲酯,m為2-丙基-1-庚醇,n為香葉基丙酮,o為壬醛,p為己酸、甲酸已酯和反-2-壬烯醛,q為2,4-二叔丁基苯酚,r為2,3-二氫苯并呋喃,s為庚醛,t為三甲基硅醇和亞油酸甲酯,u為2-2乙?；?1-吡咯啉、v為順-十八烷酸甲酯和2,2,4-三甲基戊二醇異丁酯,w為5-甲基-2-庚酮和硬脂酸甲酯。圖3 不同水質蒸煮對米飯揮發性化合物主成分分析載荷圖

表6 不同水質蒸煮對米飯感官特性的影響

2.5 不同水質蒸煮對米飯感官特性的影響

對3種水質蒸煮得到的米飯進行感官分析,得到表6的結果,對結果進行分析,差異主要體現在風味、顏色、黏性三方面。從風味上分析,自來水和純水蒸煮得到的米飯是顯著優于天然礦泉水蒸煮得到的米飯。從顏色上分析,使用純水和天然礦泉水蒸煮得到的米飯顏色顯著優于自來水蒸煮得到的米飯,這主要與水質中鈣鎂離子含量和雜質含量相關,高鈣鎂離子含量的水質蒸煮得到的米飯發散發黃。從黏性上分析,使用純水和天然礦泉水蒸煮得到的米飯黏性顯著高于使用自來水蒸煮的米飯。其他方面感官差異不顯著。

3 結論

從米飯外觀及質構特性上分析,使用天然礦泉水和純水蒸煮的米飯在黏度、平衡、外觀評分上顯著優于自來水。從大米粉糊化特性上分析,加入自來水和天然礦泉水處理組的大米粉的糊化溫度顯著高于加入純水處理組,按照純水、天然礦泉水、自來水次序,回生值依次降低最終黏度依次升高,這主要與水質中二價陽離子能減緩大米淀粉的重結晶過程;由米飯風味物質主成分分析得出米飯整體風味得分為自來水>純水>天然礦泉水;從米飯感官特性上分析,使用自來水和純水蒸煮的米飯在風味上顯著優于使用天然礦泉水蒸煮,使用純水和天然礦泉水蒸煮的米飯在顏色和黏性上顯著優于使用自來水蒸煮;綜合而言,使用純水蒸煮得到的米飯有著較好的綜合品質,使用自來水蒸煮得到的米飯在口感上不及另外兩者,而使用天然礦泉水蒸煮得到的米飯在風味上不及另外兩者;本研究的蒸煮用水中,自來水和天然礦泉水礦物質及微量成分復雜,水質的相關參數具有不可控性,未來可以在純水的基礎上進行某一種或多種離子或化合物的復配,從而更清楚的探究水中不同離子或化合物對米飯蒸煮過程的特定影響。