低温等离子体电流强度对糙米食用品质的影响

　　摘要：针对糙米蒸煮时间长、口感粗糙等问题，应用辉光放电等离子体技术对糙米进行处理，利用质构仪、扫描电镜、傅里叶近红外图谱和X射线衍射仪等分析不同电流强度对米饭蒸煮特性、感官品质、质构特性、微观结构和晶体结构的影响。研究结果表明：低温等离子体技术在一定程度上可以改善糙米的蒸煮性能和食用品质，显著提高了糙米饭的浸泡吸水率、加热吸水率、体积膨胀率和固形物损失率(P<0.05)，分别增加了3%、30%、50%和0.5%左右，而显著缩短蒸煮时间到24.8min(P<0.05);相比于对照组糙米，低温等离子体处理后糙米饭质构特性的硬度、咀嚼性和胶黏性显著减小到1566.60g、451和709.11(2.0A)，而感官评分、弹性、黏附性和回复性显著增大，当电流强度在1.5A时糙米饭质构特性和感官品质最佳(P<0.05)。

　　通过扫描电镜观察到低温等离子体处理后糙米表面出现凹陷和裂缝，进一步解释了吸水率增加的原因。利用X射线衍射仪分析发现，辉光放电等离子体处理后的糙米结晶度下降，在1.5A时达到最小值31.19%，但结晶类型未发生改变，仍为典型的A型;傅里叶近红外仪分析发现糙米亲水基团的峰值含量增加，亲水性能增加。综合来看，当电流强度处于1.5A时糙米的食用品质最佳。研究结果表明低温等离子体技术在改善糙米食用品质方面具有潜在的应用前景。

　　关键词：低温等离子体;电流强度;糙米;食用品质

　　糙米是由稻谷直接脱壳而成，包括麸皮层、胚及胚乳[1]。糙米营养价值丰富，除了蛋白质、碳水化合物等基本营养成分外，还含有谷胱甘肽和γ-氨基丁酸等保健功能因子，但由于糙米皮层含有较多的粗纤维和蜡质层，严重阻碍了蒸煮过程中水分吸收，导致糙米存在口感粗糙、蒸煮时间长、食用不方便等问题[2]。目前对糙米皮层最常见的处理方法是研磨法，但会导致大量的营养物质损失。

　　除此之外，预糊化法[3]、萌芽法[4-5]、酶解法[6]、超声波处理[7]、高温流化技术[8]、乳酸菌发酵法[9]和超高压处理[10-11]也是目前常用的处理方法，但仍存在处理时间长、成本高和品质下降严重等问题。因此，寻求一种既可以最大限度保持糙米营养物质又能有效的改善其食用品质的糙米处理方法具有重要的意义。低温等离子体技术作为一种非热改性方法，凭借其能耗低、安全、操作简便等特点在食品加工领域中引起广泛关注。等离子体作为一种准中性的电离气体，可通过体系中大量的带电粒子、活性成分和紫外线的物理化学作用实现对样品的加工处理[12]。

　　Chen等[13]通过对糙米进行不同电压的等离子体处理试验，发现随着处理电压的升高蒸煮时间会出现先上升后下降的趋势，在1kV时糙米的蒸煮时间最短，仅为17.2min。随后Chen等[14]又以长粒籼糙米为研究对象，发现蒸煮时间随着电压增大呈现逐渐减小的趋势。Thirumdas等[1通过研究发现此技术可以有效缩短糙米的最佳蒸煮时间，改善糙米的食用品质。而目前国内关于低温等离子体改善糙米食用品质的研究仍处于初级阶段，区别于已有的研究，本试验以长粒香粳稻糙米为研究对象，将糙米置于真空状态下排除其他离化气体的影 响，重点分析不同电流强度的辉光放电等离子体对糙米食用品质的影响，包括糙米饭的感官品质和质构特性，并对不同电离强度处理下糙米的结晶度、微观结构和结构变化进行分析，阐述低温等离子体技术对糙米改性的机理，为低温等离子体技术在糙米加工业中的应用提供理论依据。

　　1材料与方法

　　1.1材料与仪器

　　长粒香糙米：黑龙江五常市;收获年份：2018年;低温密闭冷藏。PL3002-IC电子分析天平：梅特勒托利多公司;DGG-9000型电热恒温鼓风干燥箱：上海森信试验仪器有限公司;TA.XT2iPlus质构仪：英国StableMicroSystem公司;RVA4500快速粘度分析仪：Rigaku;D/max-rB型X射线衍射仪：日本理学公司;XDS型近红外分析仪：丹麦福斯仪器有限公司;S-300N型电镜：日本Hitachi公司;FW-135型中草药粉碎机：天津泰斯特公司;QGWB-PM001全谷物低温等离子体专用振动布料器：河北航兴机械科技有限公司。

　　1.2试验方法

　　1.2.1糙米的等离子体处理

　　首先将样品放入真空度为3Pa的真空腔中除去样品表面的水分和气体，对照样品同样需要真空处理。本试验通过调整不同电流水平(0、0.5、1.0、1.5、2.0A)对样品进行等离子体处理，以研究不同电流强度对糙米食用品质的影响。每次处理样品为200g，作用时间为2min。整套装置底部安装有振动机，可以保证所有试验样品接受均匀而全面的处理。

　　1.2.2浸泡吸水率准确称取糙米7份，每份10.00g，置于容器中加入30mL蒸馏水，于室温(25℃)条件下浸泡，每隔1h取样，测定不同电流强度条件下浸泡后的糙米质量，按公式(1)计算浸泡吸水率。浸泡吸水率/%=(mi-m0)/m0×100(1)式中：m0为浸泡前糙米质量，g;mi为浸泡后糙米质量，g。

　　1.2.3糙米的蒸煮特性蒸煮特性的测定参考王肇慈[16]的方法。

　　1.2.3.1蒸煮时间使用玻璃板-白芯法进行米饭蒸煮时间的测定。称取5g样品，加入到250mL沸水中进行蒸煮。蒸煮时，每隔2min随机取出10粒米，将其在玻璃板上进行挤压。米粒挤压时无不透明白芯出现的时间为蒸煮时间。

　　1.2.3.2加热吸水率称取5g样品，加入50mL纯净水，置于铝盒中并在电饭锅中蒸制至最适蒸煮时间，滤出米粒并冷却至室温(约25℃)后称量。

　　2结果与分析

　　2.1低温等离子体电流强度对糙米浸泡吸水率的影响

　　同一浸泡时间的糙米浸泡吸水率随着低温等离子体电流强度的增加不断增加;1h内浸泡吸水率均相差不大，此时低温等离子体对其影响不大;浸泡时间在1h～12h内糙米的浸泡吸水率呈现逐步上升的趋势，12h后糙米的浸泡吸水率趋于稳定。低温等离子体处理后糙米的浸泡吸水率明显高于对照组糙米，这表明低温等离子体促进糙米浸泡吸水，这一趋势是由于等离子体内部的电子、光子等物质破坏了糙米表面的碳碳键，导致糙米表面出现凹陷和裂缝，从而增加了吸水率[19];而且电流强度越大，蚀刻效果越强，越有利于水分的进入;另外浸泡过程中糙米粒自身吸水膨胀，胚乳中的淀粉内外存在水分梯度差，导致裂缝出现，也有利于内部淀粉吸收水分[20]。

　　2.2低温等离子体电流强度对糙米蒸煮特性的影响

　　2.2.1低温等离子体电流强度对糙米蒸煮时间的影响

　　糙米蒸煮时间随着等离子体产生电流的增加而不断缩短。当电流为2.0A时，糙米最佳蒸煮时间达到最低(24.8min)，显著低于未处理样品(P<0.05)。上述结果与Chen等[13]试验结果相同。这是因为低温等离子体产生的高能粒子刻蚀了糙米表面的纤维皮层，导致糙米表面产生凹陷和裂缝，使水分更容易渗透到糙米内部，而更强的表面刻蚀效果导致表面比其他样品更亲水，从而加快了淀粉的糊化，缩短了蒸煮时间。

　　食品论文投稿刊物：食品科学作为中央级专业刊物，面向食品行业科研人员、企业工程技术人员和生产管理人员，全面集中地反映了我国食品科学各专业领域的科研与实践活动。

　　3结论

　　本文研究了不同低温等离子体电流强度对糙米食用品质的影响，得出以下结论。

　　1)随着电流强度的增加，糙米浸泡吸水率、体积膨胀率、加热吸水率和固形物损失率不断增大，而蒸煮时间显著减小(P<0.05)。2)低温等离子体处理后糙米饭的弹性和回复性均随着电流强度的增加呈现先增加后减小的趋势，而硬度、咀嚼性和胶黏性逐渐减小。

　　3)感官评分结果表明，低温等离子体处理后的糙米饭感官评分随着电流强度的增加先增加后降低。相比较于对照组糙米，低温等离子体处理后糙米的黏性、弹性和冷饭质地得分更高。4)低温等离子体处理后糙米表面出现凹陷和裂缝，晶体结构发生改变，结晶度由对照组的38.56%降至31.19%(1.5A)，但糙米粉的淀粉晶型未发生变化;红外分析结果表明，糙米粉的亲水基团峰值随着电流强度的增大呈现先增大后减少的趋势，低温等离子体处理后亲水性能增强。综上所述，低温等离子体技术是一种可行的改善糙米食用品质的方式，也进一步证明了低温等离子体技术在全谷物加工领域的应用前景，为低温等离子体改性糙米的产业化开发提供理论依据。

　　参考文献：

　　[1]齐琳琳,于亮,于勇.糙米的营养价值及其加工技术研究进展[J].中国食物与营养,2015,21(3):68-71.

　　[2]SIRISOONTARALAKP,NAKORNPANOMNN,KOAKIETDUM-RONGKULK,etal.Developmentofquickcookinggerminatedbrownricewithconvenientpreparationandcontaininghealthbene-fits[J].LWT-FoodScienceandTechnology,2015,61(1):138-144.

　　[3]刘庆庆,朱松明,张洁,等.预糊化条件对萌芽糙米蒸煮质构特性及品质的影响[J].农业工程学报,2017,33(21):289-297.

　　[4]刘俊飞,汤晓智,扈战强,等.超声波辅助酶预处理对糙米发芽及发芽糙米理化特性的影响[J].食品科学,2015,36(4):11-18.

　　[5]贾富国，蒋龙伟，张亚雄，等.提高发芽糙米得率的复合酶预处理工艺优化[J].农业工程学报，2016，32(22)：289-295.

　　[6]安红周,张瑞莉,孟佳,等.糙米酶解工艺参数的优化研究[J].食品科技,2013,38(3):152-156.

　　作者：孟宁1，2，刘明1，刘艳香1，昝学梅1，3，张培茵2，谭斌1*，翟小童1