水稻是世界上重要的粮食作物之一,是我国约60%人群的主食。精加工大米虽然改善了大米贮藏性能、米饭的色泽和口感等,但大米的生物功能成分(如维生素、膳食纤维和微量元素等)流失严重,长期单一摄入会使慢性病风险升高[1]。留胚米、糙米等富含膳食纤维的大米营养价值高于精米,但其口感质地粗糙,难以咀嚼吞咽,且烹饪所需时间长,消费者接受度不高[2]。因此,需要研究一种新型主食,使其具有低热量、低糖和低脂肪同时营养价值含量高,特别是膳食纤维含量高的美味健康产品,以应对人们对主食消费的新需求。

魔芋是一种富含优质水溶性膳食纤维的低能量食材,具有降低胆固醇、改善糖尿病患者血糖、促进肠道益生和免疫功能等有益特性[3-4]。魔芋湿米是魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan,KGM)在碱性诱导剂作用下高温脱乙酰化制得的米粒状凝胶制品,具有低热量、高膳食纤维等特点,对延迟胃排空,减缓消化,降低餐后血糖升高,促进肠道益生有一定积极作用[5]。 研究发现,以KGM脱乙酰凝胶纤维替代高能量食品降低了膳食的能量,增加了受试者的饱腹感,且不会对膳食适口性产生不利影响[6];2型糖尿病患者食用魔芋和魔芋脱乙酰凝胶制品(如魔芋面、魔芋米和魔芋粉丝等)能较大程度改善血糖控制,增加血液中高分子质量脂联素水平,对肥胖、血脂异常等相关代谢综合征的食疗有一定积极作用[7]。

大米强化膳食纤维食材,可以增强饱腹感、降低餐后血糖水平、促进肠道消化益生。研究发现,米饭与非均质熟蔬菜混食可减缓碳水化合物的消化并改善餐后急性血糖反应[8];在电饭煲烹饪的米饭中添加2.5%的蝶豆花可提高米饭的抗消化性,且混合米饭有良好的整体可接受性[9]。KGM替换一部分面粉制备的无麸质面包能降低碳水化合物和热量摄入,从而减缓血糖指数生成[10]。魔芋湿米作为一种新型膳食纤维功能产品,与大米混合食用能增加饮食中膳食纤维含量,同时减少进餐时的能量摄入[7]。但添加魔芋湿米的配方米饭蒸煮品质、食用品质和营养品质评价还未见报道。因此,本文对魔芋湿米配方米饭开展食用方法优化研究,并评价其营养消化特性,旨在通过优化魔芋湿米添加量改善配方米饭食味品质和营养价值,为大众主食消费提供优选参考,对提高功能性主食的消费、改善大众主食营养健康和高效利用魔芋资源具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

魔芋精粉,KGM含量(85.86±2.24)%(干基),符合NY/T 494《魔芋粉》标准要求,四川森态园生物科技有限公司;一级加工精度籼米,重庆石柱贡米,重庆民品汇农业发展有限公司;Ca(OH)2、柠檬酸,均为食品级,山东齐鲁生物科技集团有限公司;NaOH、乙酸、乙酸钠、硫酸,均为分析纯,成都市科隆化学品有限公司;α-淀粉酶(40 000 U/g)、淀粉葡萄糖苷酶(100 000 U/g),北京索莱宝科技有限公司;总淀粉试剂盒、葡萄糖氧化酶-过氧化物酶(glucose oxidase-peroxidase,GOPOD)试剂盒,北京奥博星生物技术有限公司。

1.2 仪器与设备

Centrifuge 5804r离心机,德国Eppendorf公司;FD-C20002型电子天平,昆山优科维特电子科技有限公司;CM-5型色差仪,日本柯尼卡美能达公司;SY-10型真空冷冻干燥机,北京松源华兴科技有限公司;TA.XT Plus型质构仪,英国Stable Micro System公司;759紫外可见分光光度计,上海菁华科技仪器有限公司;e-Nose电子鼻,上海保圣实业发展有限公司;WLG10A实验用微型双锥螺杆挤出机,上海新硕精密机械有限公司;XHF-DY高速分散机,宁波新芝生物科技股份有限公司;HNGYFX-613型氧弹式热量仪,鹤壁市华能电子科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 魔芋湿米制备

配料→膨化→精炼→熟化成型→漂洗→计量包装→成品

称取3.0 g魔芋精粉,缓慢加入盛有100 mL蒸馏水烧杯,搅拌均匀,70 ℃水浴加热3 h充分溶胀。加入KGM质量分数4%,质量分数4% Ca(OH)2悬浮液,快速搅拌精炼,制得魔芋凝胶。将魔芋凝胶通过微型双锥螺杆挤出机以米粒形状挤入质量分数0.05%Ca(OH)2碱水,沸水2 h定型,热水静置固化,捞出;质量分数0.05%柠檬酸溶液漂洗去除多余碱性固化剂至中性,沥干备用,经测定魔芋湿米水分含量(96.43±0.03)%。

1.3.2 米饭的蒸煮

参照DA SILVA LINDENMANN等[11]的方法确定配方米比例,见表1。称取配方米(总质量10 g,干重)于铝盒,清水淘洗2次,合盖。以最佳感官评定值确认蒸煮水量和烹饪参数,蒸锅蒸煮40 min,焖制10 min,进行后续测定评价。经测定,蒸煮后配方米饭含水量分别为62.24%、69.19%、78.77%、84.35%、96.95%。

1.3.3 色泽测定

配方米饭室温冷却,平铺于透明培养皿,参照吕欢欢[12]的方法和色差分析参数及含义,测定样品色泽。

1.3.4 米饭感官评价

参照GB/T 15682—2008 《粮油检验 稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》略作修改,制定配方米饭感官评分标准,5名评价人员参照表2评定。

1.3.5 质构特性测定

用质构仪分别对样品魔芋湿米粒和米饭粒进行质构测定[13]。样品室温冷却,随机取出完整魔芋湿米粒和米饭粒样品5粒,平铺载物台。测试探头:P/36R;测前和测后速度2 mm/s;测中速度1 mm/s;触发力5 g;测试样品应变量50%;重复测定7次,去除最大值和最小值,以5次数据平均值为最终结果。

1.3.6 营养成分测定

样品蒸煮冷却后经真空冷冻干燥,粉碎过100目筛,筛下物存于干燥器用于后续测定。灰分测定参照GB/T 5009.4—2016 《食品中灰分的测定》;脂肪测定参照GB/T 5009.6—2016 《食品中脂肪的测定 全自动脂肪仪》;蛋白质测定参照GB/T 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定 全自动凯式定氮仪》;膳食纤维测定参照GB/T 5009.88—2014《食品中膳食纤维的测定 酶重量法》;直链淀粉测定参照GB/T 15683—2008《大米 直链淀粉测定》;碳水化合物测定参照GB/T 28050—2011 《食品安全国家标准 预包装食品营养标签通则》,以食品总质量减去蛋白质、脂肪、水分、膳食纤维和灰分的质量,即总碳水化合物质量(样品经干燥处理及储存,因此水分可忽略不计);热值参照高锦红等[14]的方法,氧弹热量计测定燃烧热值,同时根据GB/T 28050—2011定义产能成分蛋白质、脂肪、碳水化合物和膳食纤维热值换算,比较二者热值差异。

1.3.7 蒸煮品质测定

参照孙瑞[13]的方法测定样品中大米吸水率、膨胀率、米汤pH值和干物质。称取m0(g)样品,淘洗2次,加入200 mL蒸馏水,蒸锅蒸煮20 min,取出分离米饭粒,置于干净纱布冷却,称重m1(g);用排水法测定蒸煮前后大米的体积;蒸煮前大米体积V0(mL),蒸煮后米饭体积V1(mL);pH计测定米汤pH值;后将米汤定容至100 mL,1 500 r/min离心10 min,取10 mL上清液烘干至恒重,称重M(mg)。蒸煮品质分别按公式(1)～公式(3)计算。

大米吸水率

(1)

大米膨胀率

(2)

米汤干物质

(3)

1.3.8 电子鼻挥发性成分分析

准确称取5.00 g蒸煮样品于10 mL样品瓶,室温平衡30 min,参照王惠[15]的测试程序检测样品挥发性成分:载气为干燥空气;流速150 mL/min,温度80 ℃;数据采集时间120 s,延滞时间600 s。

1.3.9 体外淀粉消化能力测定

参照葛珍珍等[16]的方法略作修改:室温冷却配方米饭经3 000 r/min机械匀浆20 s,间隔30 s,重复3次。准确称取250 mg匀浆液样品与10 mL乙酸-乙酸钠缓冲液(pH 5.0)于锥形瓶,37 ℃平衡10 min,加入8颗玻璃球(直径5 mm)、2 mL新鲜混合酶液(将6 g 40 000 U/g α-淀粉酶和1.4 mL 100 000 U/g糖化酶溶于50 mL蒸馏水,离心后上清液为新鲜混合酶液),37 ℃水浴摇床160 r/min孵育180 min,模拟体外条件消化。移液管分别在0、10、20、30、60、90、120和180 min吸取0.2 mL消化液,并与0.8 mL无水乙醇混合终止消化。消化液6 000 r/min离心10 min,取上清液用GOPOD试剂盒测定葡萄糖含量。消化淀粉总量是将葡萄糖含量乘以0.9获得,快消化淀粉(rapidly digestible starch, RDS)、慢消化淀粉(slowly digestible starch, SDS)和抗性淀粉(resistant starch, RS)含量和淀粉水解比例分别按公式(4)～公式(7)计算。

(4)

(5)

RS/%=1-RSD-SDS

(6)

(7)

式中:G0、G20和G120分别代表0、20和120 min葡萄糖含量,%;TG,样品总淀粉含量,%;SH,淀粉水解比例(总),%。

1.4 数据分析

采用Excel 2019和SPSS 23软件统计学分析,通过Duncan法分析多组间显著性,数据以平均值±标准差表示(n≥3);采用Origin 2021软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同添加量魔芋湿米配方米饭的色泽

如表3所示,随着魔芋湿米添加量增加,L*值逐渐下降,配饭米饭出现偏暗趋势;a*值和b*逐渐上升,偏绿趋势减小,DSM5的a*为正值,呈现红色调;黄色调逐渐增大。一般来说,总色差值ΔE≥3时,肉眼可观察到明显差别[12],总色差值DSM2(ΔE 0.67)、DSM3(ΔE 0.92)和DSM4(ΔE 1.25)与纯米饭无显著差异;DSM5(ΔE 3.16)差异明显。

由图1配方米饭表观照片可知,与DSM1相比,DSM5纯魔芋湿米亮度下降,红度上升,偏黄趋势最高,因此,魔芋湿米的添加可使配方米饭亮度上升,3种配方米饭相较DSM1暗度、红度和黄度上升,从而影响了配方米饭的总体色泽,但变化不明显(ΔE<1.5),说明配方米饭能较好地表现出与纯米饭相似的色泽,不影响消费者食用。

2.2 不同添加量魔芋湿米配方米饭的感官评价

如图2所示,随着魔芋湿米添加量的提升,配方米饭的感官指标分值和总分逐渐降低,整体口感低于市售大米,但优于纯魔芋湿米。

随着大米含量减少,配方米饭的清香味减弱,影响了气味评分值。图1可看出,随着魔芋湿米添加量的提升,DSM2～DSM4色泽逐渐暗沉,光泽感下降,外观评分值下降;3种配方米饭大米逐渐软烂,失去嚼劲和黏弹性,湿米失去脆性弹性,适口性和滋味下降;喜好度反映了评分人员对米饭的可接受程度,DSM2～DSM4的喜好度与纯米饭DSM1无明显差异,能被评分人员接受。整体上看,DSM2和DSM3的气味、外观结构、适口性和喜好度指标与DSM1无显著差异(P>0.05),米饭蒸煮糊化适中。食物的味道是其接受度最明显的属性,因此,未来可考虑魔芋湿米在高直链淀粉含量籼米中的用量研究,强化配方米饭质地口感和营养质量提升的效果。

2.3 不同添加量魔芋湿米配方米饭质构分析

魔芋湿米和大米具有不同的口感和风味,而配方米饭兼具二者口感差异,为客观评价魔芋湿米在配方米饭中的应用,选用质构分析魔芋湿米对配方米饭物性的影响[17]。硬度直接反映食物口感,影响食物的咀嚼性;黏性表示第一次压缩达到力量零点后探头回复过程中形成的区间面积,绝对值越大黏性越大[13]。如图3所示,随着魔芋湿米添加量的提升,配方米饭中大米硬度和黏性逐渐降低,弹性无明显差异,DSM3咀嚼性最小;各组间魔芋湿米硬度无明显差异,DSM3和DSM4黏度下降,DSM3的弹性和咀嚼性最小。配方米饭适口性取决于大米米饭和魔芋湿米的质构差异,二者差异过大会对配方米饭的口感带来不适影响。纯米饭(DSM1)的硬度约为4 500 g,黏度、弹性和咀嚼性较大,米饭偏硬难咀嚼。DSM2硬度、黏度和弹性差异大,口感不佳;DSM3米饭的硬度、黏度和咀嚼性得到了进一步改善,降低2种米粒口感差异,配方米饭软硬适中易咀嚼。75%魔芋湿米添加量(DSM4)加剧了二者硬度和咀嚼性差异,米饭偏软偏黏,失去咀嚼性,降低了适口性,与感官评定结果一致。与黏性相比,米饭的硬度被认为是影响大米适口性的主要因素。硬度与直链淀粉含量有关,直链淀粉含量越高米饭硬度越大[18]。魔芋湿米的添加降低了配方米饭直链淀粉含量,改善了籼米偏硬口感,提高配方米饭适口性。因此,从4种质构参数差异性选择,DSM3的食用口感差异最小,食味品质优于其他配方米饭。

2.4 不同添加量魔芋湿米配方米饭的营养成分

如表4所示,配方米饭中魔芋湿米占比逐渐上升,2种方法测定配方米饭热量的差异明显,产能成分换算值均低于氧弹式热量计检测结果,二者热值差异可能源于国标法产能成分测定结果数据差异大,且仪器检测热值的标准差低于换算热值。说明仪器检测准确性优于产能成分换算。

随着魔芋湿米添加量的提升,配方米饭的热值、脂肪、直链淀粉和碳水化合物含量逐渐减少,膳食纤维和灰分逐渐增加,蛋白质与DSM1无显著差异(P>0.05)。纯魔芋湿米(DSM5)的KGM含量高达85.86%,几乎不含脂肪、蛋白质和其他碳水化合物,因此配方米饭中蛋白质、脂肪等营养成分来源于大米。DSM2蛋白质、脂肪、碳水化合物和直链淀粉含量均高于其他配方米饭,可能是含水量偏低,扩大了营养成分比值[10]。DSM3膳食纤维含量达3.73%,相较DSM1膳食纤维含量增加了2.66倍,高于GB 28050—2011 《预包装食品营养标签通则》对含膳食纤维食品的定义(膳食纤维≥3 g/100 g),可称为膳食纤维来源或含有膳食纤维食品。DSM2～DSM4中,DSM4膳食纤维含量最高,但综合感官评分和质构分析结果,DSM4米粒口感差异大,适口性差。整体而言,DSM3配方米饭有助于改善米饭的营养质量,保持米饭良好口感,同时弥补纯米饭的膳食纤维含量不足的问题,低热值、低脂肪和低碳水化合物有助于维持人体体重正常水平。50%添加量魔芋湿米配方米饭符合现代人们追求低脂肪、低热量、高膳食纤维的新型主食需求。

2.5 不同添加量魔芋湿米配方米饭的蒸煮品质

米饭的蒸煮特性能直观地表示米饭的食味品质[19]。由表5可知,随着魔芋湿米添加量的提升,大米米饭吸水率从176.64%提升至389.93%,扩大了1.21倍,与DSM1差异显著(P<0.05);膨胀率从287.55%升至335.28%,与DSM1无显著差异(P>0.05),可能是配方米饭大米蒸煮水量增多,导致吸水率和膨胀率升高,但大米米饭膨胀体积与DSM1相似。大米吸水量越高,蒸煮时间越短,口感越好,但吸水率和膨胀率过高易引起大米过度软烂,无黏弹性,降低米饭口感[20]。DSM3吸水膨胀适中,米粒结构完整,优于DSM2和DSM4。米汤干物质与直链淀粉含量呈正相关[19],随着魔芋湿米添加量的提升,配方米饭直链淀粉含量降低,大米直链淀粉溶出量减少,从而影响蒸煮时配方米饭中米汤溶出物的含量,降低干物质含量,米饭黏稠度降低(表5)。米汤pH值可反映米饭的酸性物质,酸度会影响米饭的口感,随魔芋湿米增加量的提升,米汤pH值从7.24升至7.98,与夏凡等[19]的研究结果相反,可能是碱性魔芋湿米含量增加,引起蒸煮水米汤pH值增加。

2.6 不同添加量魔芋湿米配方米饭的挥发性成分变化

感官评定气味指标易受到评价人员个人主观因素影响,电子鼻基于气敏传感器对各类气体灵敏度不同,科学反映不同性质物质的整体信息[21]。如图4-a所示,大米以醛酮醇类和芳香族化合物为主要呈香物质[22],传感器W2S和W1C对其变化敏感。随着魔芋湿米添加量的提升,配方米饭醛、酚、醇类挥发性成分逐渐降低;芳香族化合物挥发性成分逐渐增多。研究表明,脱乙酰KGM-淀粉复合物能与酯类挥发性成分以疏水相互作用和氢键作用结合,暴露更多的疏基、疏水位点,增强对其吸收而降低对酚类挥发性成分吸收[23]。魔芋湿米通过氢键和疏水相互作用相互聚集形成凝胶,具有一定疏水性[24],与淀粉共存可能暴露疏水位点增加对挥发性成分的吸收,且吸收能力随着魔芋湿米添加量的提升逐渐增强。

结合主成分分析确定不同魔芋湿米添加量配方米饭的风味特征是否存在显著差异。主成分分析是将多个指标转化为少数综合指标的多元统计方法,每个主成分可不重复地反映原始变量的大部分信息[25]。如图4-b所示,第一主成分PC1(占比55.6%)和第二主成分PC2(占比37.9%)累积贡献率93.5%,可代表样品的大多数挥发性成分信息。所有米饭可分为3类:位于第一象限(DSM3、DSM4);第二象限(DSM1、DSM2)和第三象限(DSM5)。从DSM2到DSM4,分布区域逐渐向PC1正轴移动,说明的配方米饭的挥发性成分差异主要由第一主成分的差异造成。DSM1与DSM2特征值有部分重叠,表明25%添加量魔芋湿米配方米饭的挥发性成分与纯米饭的挥发性成分接近。

2.7 不同添加量魔芋湿米配方米饭的体外淀粉消化特性

纯魔芋湿米DSM5无淀粉含量,因此本实验未设置DSM5。食物餐后血糖以肠道水解产生的葡萄糖含量表示,体外淀粉消化水解可进行预测[26]。蒸汽加热会使淀粉分子链结合更加紧密,降低淀粉酶解速度,提高RS含量[27]。如表6所示,通过蒸汽加热烹饪,DSM1纯大米RS含量达到10.04%。随着魔芋湿米添加量的提升,配方米饭的RDS、SDS和RS均发生显著变化,其中,RDS含量从DSM1的77.73%下降到28.38%;SDS含量从12.21%下降到6.51%,而RS含量从10.04%增加到65.09%。表明魔芋湿米减少了大米可消化淀粉(RDS和SDS)含量,有效减缓大米淀粉的水解,且水解程度与魔芋湿米存在一定的剂量关系。脱乙酰KGM存在下的糊化淀粉可能含有一些有序的淀粉分子,对消化酶的结合能力减弱,导致RS含量增加[28],脱乙酰KGM本身是一种α-葡萄糖苷酶抑制剂,能够与淀粉竞争性地与α-葡萄糖苷酶结合,从而抑制淀粉的消化[16]。且魔芋湿米的凝胶网络结构抑制了淀粉颗粒膨胀,限制酶与淀粉接触,从而降低酶对淀粉的分解消化[29]。

配方米饭淀粉水解速率影响如图5所示,配方米饭20 min内基本消化完全,此后以相对较低的水解速率被消化,消化程度随魔芋湿米添加量的提升而降低,DSM1和DSM2消化曲线缓慢上升;DSM3和DSM4消化曲线逐渐平缓,大约30 min时呈现平台期。DSM4的淀粉水解率低于其他组,说明魔芋湿米抑制了大米淀粉的消化,且与魔芋湿米添加量相关。综上所述,高魔芋湿米含量可显著提高配方米饭的抗消化能力。

3 结论

研究结果表明,配方米饭的食用和营养品质与魔芋湿米添加量显著相关。随着魔芋湿米添加量提升,配方米饭色泽无明显变化,感官评价逐渐下降,蒸煮品质、质构特性和香气风味明显提升。25%和50%魔芋湿米添加量配方米饭软硬适中,DSM2香气风味明显,75%魔芋湿米配方米饭黏稠软烂,口感下降。魔芋湿米的添加提升了配方米饭的膳食纤维含量,降低了热值,改善了配方米饭营养质量,50%添加量魔芋湿米配方米饭可称为含膳食纤维食品。配方米饭的淀粉消化性与魔芋湿米添加量呈正相关,减少了米饭的可消化淀粉含量,增加了RS含量,表明魔芋湿米可显著改善配方米饭的淀粉抗消化性,提升口感。综上所述,25%和50%魔芋湿米配方米饭能得到与纯米饭相似口感,但50%魔芋湿米配方米饭营养价值高,50%魔芋湿米可作为低碳水化合物主食,增加米饭膳食纤维和抗性淀粉含量改善消费者主食营养健康,为大众低碳水主食消费提供参考。

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Evaluation of edible and nutritional quality of formula rice with different amounts of konjac wet rice

JIANG Wenjing1, DENG Liling2, REN Yuanyuan3, ZHAO Yi1, CHEN Yuanyuan1, ZHONG Geng1,4*

1(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)2(Chongqing Key Laboratory of High Active Traditional Chinese Drug Delivery System, Chongqing Engineering Research Center of Pharmaceutical Sciences, Chongqing Medical and Pharmaceutical College, Chongqing 401331, China)3(Sichuan Food Fermentation Industry Research and Design Institute Co.Ltd., Chengdu 611130, China)4(Chongqing Key Laboratory of Specialty Food Co-Built by Sichuan and Chongqing, Chongqing 400716, China)

ABSTRACT The risk of sub-health and chronic diseases caused by long-term single intake of refined and deep-processed staple foods is increasing year by year. To improve the nutritional quality of milled rice and the consumption health of staple food, this paper selected the konjac wet rice with different addition levels and rice for cooking, while pure refined rice and pure konjac wet rice were as the control groups. The edible quality was evaluated by color, sensory evaluation, texture characteristics, and cooking characteristics, and the changes in nutritional composition, aroma characteristics and in vitro starch digestibility were compared. Results showed that compared with DSM1, the color and sensory evaluation of 25% and 50% konjac wet rice had no significant difference, but the cooking water absorption increased. The viscosity of the three kinds of formula rice increased and the hardness decreased, but the 75% konjac wet rice was soft and rotten and excessively gelatinized, which reduced the edible taste and cooking quality of the formula rice. With the increase in the amount of konjac wet rice, the dietary fiber content and aroma flavor of the formula rice increased, and the digestibility and hydrolysis rate of starch in vitro decreased. The addition of konjac wet rice can supplement dietary fiber, slow down the hydrolysis of rice starch, and improve the edible taste of formula rice. This study can provide support for the application of konjac wet rice in staple foods.

Key words konjac wet rice; formula rice; edible quality; cooking quality; nutrition evaluation

第一作者：硕士研究生(钟耕教授为通信作者,E-mail:zhongdg@126.com)

基金项目：川渝魔芋精深加工关键技术研究及新产品开发(2020YFQ0058);川粮油加工关键技术及产品开发(2020YFN0148);重庆市研究生教育教学改革研究项目(yjg202009);重庆市现代山地特色高效农业产业技术体系(创新团队 2021[4]号)

收稿日期：2023-02-05,改回日期：2023-02-23

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.035023

引用格式：蒋文静,邓利玲,任元元,等.添加魔芋湿米配方米饭的食用和营养品质评价[J].食品与发酵工业,2023,49(11):217-224.JIANG Wenjing, DENG Liling, REN Yuanyuan, et al.Evaluation of edible and nutritional quality of formula rice with different amounts of konjac wet rice[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(11):217-224.