米线加工过程中浸泡法脱镉的响应面优化及对大米品质的影响

殷杰1,2,杨晓童1,2,郭亚辉1,2*,成玉梁1,2,于航1,2,钱和1,2,姚卫蓉1,2

1(江南大学 食品科学与资源挖掘全国重点实验室,江苏 无锡,214122)2(江南大学 食品学院,江苏 无锡,214122)

摘 要 该文通过测定米线传统工艺中镉含量的变化确定了浸泡环节具有脱镉效果,在此基础上利用三因素三水平的响应面优化确定了最佳的浸泡脱镉条件:浸泡温度39 ℃、浸泡时间36 h、料液比1∶3.8(g∶mL),脱镉率可达(39.51±3.07)%。而后利用扫描电镜与光谱学对浸泡脱镉前后大米内各组分的变化进行对比,证明浸泡可使大米变得松散,降低蛋白质、淀粉、脂肪含量,改变大米蛋白结构,增加直链淀粉含量。同时质构分析表明该方法可赋予其独特的口感,具有一定的应用价值。

关键词 米线;浸泡法;脱镉率;品质;响应面法

大米作为我国人民的主食之一,可煮成米饭或制成米线等米制品,但大米也是最容易受镉污染的粮食之一[1]。镉是一种高度致癌的重金属,低浓度具有毒性,长期摄入高剂量的镉会导致严重的身体健康问题[2],因此镉污染大米无法直接进入食品加工环节,需进行有效的脱镉处理。研究表明浸泡法可去除粉碎后大米粉中的部分镉[3],但其机理尚未清晰。米线的加工过程包含浸泡环节[4],因此本文选取整米作为原料,首先探究米线传统加工过程中浸泡环节的脱镉效果,而后对该浸泡法进行响应面优化以提高其脱镉率,扩大应用范围。同时探究该方法对大米和米线品质的影响及其脱镉机制。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 材料与试剂

硝酸(优级纯),国药集团化学试剂有限公司;镉元素标准贮备液、内标铟元素贮备液,北京有色金属研究总院;大米,产自湖南[镉含量为(0.239±0.04) mg/kg]。

1.1.2 仪器与设备

ETHOS UP微波消解仪,麦尔斯通(意大利)有限公司;NexION 350D电感耦合等离子体质谱仪,珀金埃尔默(上海)有限公司;RF-6000荧光分光光度计,岛津(日本)有限公司;Freezone 6 plus冷冻干燥机,Labconco(美国)有限公司;Kjeltec 9凯氏定氮仪,福斯(丹麦)有限公司;NEXUS傅里叶变换红外光谱仪,尼高力仪器(美国)有限公司;SU8100冷场发射扫描电子显微镜,日立高新技术(日本)有限公司;SZ-150不锈钢米线机,广州旭众食品机械有限公司;TA-XT plus物性分析仪,Stable Micro System(英国)公司;JASCO-1700圆二色光谱仪,日本分光株式会社;Smartlab 9 kW高分辨X射线衍射仪,日本理学株式会社。

1.2 实验方法

1.2.1 原料的预处理

将大米用超纯水淘洗3次去除大米中的杂质及沙粒尘土,洗净后将大米放入25 ℃烘箱内烘干。

1.2.2 米线的加工过程

参照米线加工工厂的参数,在实验室模拟加工过程,并检测各工艺环节中米线的镉含量。首先按照1∶1(g∶mL)的料液比于25 ℃下浸泡24 h,弃去浸泡水,按照一定比例磨浆,加入米线机进行熟化和挤丝,将米线放入4 ℃冰箱老化后取出,进行揉搓分散及分量、包装。在各工艺环节进行采样并置于4 ℃冰箱保存,留待后续镉含量的测定。

1.2.3 浸泡法的单因素试验

将大米浸泡在水里,利用不同的浸泡条件进行处理,即浸泡温度20、30、40、50、60 ℃,浸泡时间12、24、36、48、60 h,料液比1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5(g∶mL)。各组样品处理完成后将浸泡液与大米分离,将大米储存在4 ℃冰箱,留待后续研究。

1.2.4 浸泡法的响应面试验

以脱镉率为因变量,通过Design-expert软件以表1中的浸泡温度、浸泡时间和料液比为自变量进行三因素三水平响应面试验的设计。共进行17组试验,分别检测不同条件下的脱镉率。

表1 响应面试验的三因素及三水平
Table 1 Three factors and three levels in the response surface test

水平因素A(浸泡温度)/℃B(浸泡时间)/hC(料液比)(g∶mL)-130241∶3040361∶4150481∶5

对响应面试验的结果进行方差分析与交互作用分析。根据分析结果,建立可靠的预测模型,获得脱镉率最佳的浸泡脱镉条件并对其进行5次重复试验以验证。

1.2.5 镉含量的测定

参照GB 5009.268—2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》中第一法电感耦合等离子体质谱法(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)与微波消解法进行镉含量的测定。其中标准工作曲线的镉元素含量范围为0.1~10.0 μg/L,以镉元素的浓度为横坐标,镉元素与内标元素响应信号值的比值为纵坐标,绘制标准曲线。

1.2.6 大米微观形态的测定

取具有完整表面或截面结构的样品置于导电胶表面,采用冷场发射扫描电子显微镜在3.0 kV下观察喷金后样品的微观结构。

1.2.7 大米表面基团的测定

将脱镉前后大米充分研磨粉碎。用傅里叶变换红外光谱仪在25 ℃,扫描光谱范围为650~4 000 cm-1,重复扫描32次,减法背景为空气的条件下分析样品,测试重复3次。然后,对每个样品的光谱进行平滑处理、基线校正、归一化和平均,以便对光谱进行定性解释。

1.2.8 大米中蛋白质、淀粉、脂肪含量的测定

使用凯氏定氮法[5]、酸水解法[6]和索氏抽提法[7]分别测量脱镉前后大米中蛋白质、淀粉和脂肪含量。

1.2.9 大米蛋白的提取

参考方勇等[8]的方法提取大米中的4种蛋白(清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白),并利用考马斯亮蓝法测定各蛋白纯度[9]

1.2.10 圆二色光谱和同步荧光光谱的测定

分别取50 mg脱镉前后的清蛋白、球蛋白、谷蛋白样品经超声辅助后溶于100 mL的0.01 mol/L,pH=8.0磷酸缓冲液,分别取50 mg脱镉前后的醇溶蛋白经超声辅助后溶于100 mL 70%乙醇中。使用圆二色光谱仪测定各样品在190~250 nm范围内的圆二色光谱,其中空白组为各蛋白的相应溶剂,每种蛋白的累计测试次数为3次。最终结果以特定椭圆率与波长的关系表示。扫描条件:带宽1.0 nm,响应时间0.5 s,步进分辨率1.0 nm,石英池长度1.0 cm,扫描速度100 nm/min。根据圆二色光谱数据使用网站(http://dichroweb.cryst.bbk.ac.uk/html/process.shtml)进行二级结构(α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲)的分析。

按照上述同样的方式溶解脱镉前后4种蛋白样品。设置激发波长与发射波长狭缝宽度均为5 nm,扫描速度为2 000 nm/min,分别在Δλ=15 nm和60 nm下测定各蛋白的同步荧光光谱[10]

1.2.11 大米淀粉的提取

将粉碎后大米粉与去离子水按1∶8(g∶mL)的比例混合,用1.0 mol/L的NaOH溶液调节pH值为12,在40 ℃搅拌4 h,4 000 r/min离心10 min取上清液。采用同样的提取步骤对残渣重新提取1次,沉淀物烘干后得到大米淀粉。

1.2.12 大米淀粉晶体结构的测定

取100 mg大米淀粉,将样品平铺于石英槽,从顶部装在X射线固定器中,设置扫描速度为2 °/min,扫描范围为3°~50°,靶材为Cu靶,电压为40 kV,电流为40 mA。

1.2.13 米粉质构品质的测定

参考KASUNMALA等[11]的方法,取一定量的米线样品蒸煮后吸干表面水分,将测试样品平放于测试平台上,分别选用P/R36和A/MORS测试探头,使用TPA和MORS运行模式测定米线的质构参数,每个样品平行测定5次,取平均值。

1.2.14 数据分析

所有实验至少重复3次。采用SPSS 26软件进行数据分析,结果以平均数±标准差表示。采用单因素方差分析(ANOVA)数据之间的相关性,P<0.05时差异具有显著性,在图表中用不同的字母表示。利用Origin 2022进行绘图。

2 结果与分析

2.1 米线加工过程中镉含量的变化

对米线传统加工过程中各环节的样品进行镉含量的测定,如图1所示。

图1 米线加工过程中镉含量的变化
Fig.1 Changes in cadmium content in rice noodles during processing

经过浸泡工艺的大米镉含量显著下降(P<0.05),其后各工艺的镉含量无显著性差异(P>0.05),表明米线加工过程中起主要脱镉作用的工艺为浸泡环节,其脱镉率为(15.37±0.95)%。此外,镉超标大米[镉含量为(0.239±0.040) mg/kg]经过传统米线加工过程制成米线后镉含量约为0.2 mg/kg,仍不符合GB 2762—2022 《食品安全国家标准 食品中污染物限量》中的镉限量要求[12],表明传统浸泡法具有局限性,不足以应用于镉污染大米资源的利用。因此,我们在传统米线加工工艺的基础上对浸泡环节进行优化,以期达到更好的脱镉效果。

2.2 浸泡法单因素试验结果

浸泡温度、浸泡时间和料液比对脱镉率的影响如图2所示。图2-a表明,当浸泡温度在40 ℃时,脱镉率达到最大值,即(36.58±1.49)%;图2-b表明,当浸泡时间为36 h时,具有最大脱镉率(38.47±0.89)%;图2-c表明,料液比为1∶4(g∶mL)时达到最佳脱镉率(40.00±1.63)%。整体而言,3个单因素对脱镉率的影响都呈现先上升后下降的趋势,这可能是因为在一定范围内,随着温度、时间与料液比的增加,水分能快速浸润大米颗粒[13],使游离镉溶出,并造成大米表面及内部结构更加松散,与镉络合的蛋白质等营养物质的流失,提高脱镉率。

a-浸泡温度;b-浸泡时间;c-料液比
图2 不同浸泡因素对脱镉率的影响
Fig.2 The influence of different soaking factors on the removal rate of cadmium

2.3 浸泡法响应面试验结果

2.3.1 响应面设计与结果

表2为根据单因素试验结果,以脱镉率为指标,通过Design-Expert软件设计三因素三水平的响应面试验。通过对表2数据进行多元回归拟合,得到回归方程:

Y=-201.792 43+3.127 34A+3.150 53B+66.318 39C+0.002 547AB+0.006 278AC-0.009 031BC-0.041 905A2-0.045 091B2-8.727 52C2

表2 响应面试验设计
Table 2 Response surface test design

编号A(浸泡温度)/℃B(浸泡时间)/hC(料液比)(g∶mL)Y(脱镉率)/%1-1(30)-1(24)031.672-10(36)-1(1∶3)30.363-11(48)0(1∶4)31.344-101(1∶5)25.7051(50)-1028.16610-128.81711028.05810124.4090(40)0041.181000041.651100037.541200035.671300045.16140-1120.611501-129.64160-1-130.161701119.66

对回归方程进行方差分析,结果如表3所示。回归模型P值为0.005 4<0.05,说明回归方程具有显著性。失拟项P值为0.788 2>0.05,不具有显著性,说明建立的二次回归模型成立,与实际情况拟合较好,可用此模型来分析和预测浸泡脱镉工艺条件。相关系数R2为0.914 1,表明该回归方程可以用于浸泡法脱除大米中镉的理论预测。模型调整关系系数为0.803 7,说明该模型能解释80.37%响应值的变化,模型对试验拟合情况较好,试验误差小,能够真实地反映出脱镉率与浸泡温度、浸泡时间、料液比之间的关系,可用来预测脱镉率。CA2对大米的脱镉率有显著影响(P<0.05),B2C2对大米中镉的脱除率有极显著影响(P<0.01)。影响大米脱镉率的主次因素依次为CAB,即料液比、浸泡温度、浸泡时间。

表3 方差分析
Table 3 Analysis of variance

来源平方和自由度均方F值P值模型745.37982.828.280 00.005 4A-浸泡温度9.3719.370.936 70.365 4B-浸泡时间1.0611.060.105 50.754 8C-料液比102.291102.2910.230 00.015 1AB0.3710.370.037 40.852 2AC0.0210.020.001 60.969 4BC0.0510.050.004 70.947 3A273.94173.947.390 00.029 8B2177.521177.5217.750 00.004 0C2320.711320.7132.070 00.000 8残差70.01710.00失拟项14.7834.930.356 80.788 2净误差55.23413.81总离815.3816R2=0.914 1 R2adj=0.803 7

2.3.2 交互作用分析

根据所得模型,预测最优的浸泡条件为浸泡温度38.68 ℃、浸泡时间35.65 h和料液比1∶3.79(g∶mL),相应脱镉率为40.14%。考虑到实际情况,将预测最优浸泡脱镉条件改为浸泡温度39 ℃、浸泡时间36 h和料液比1∶3.8(g∶mL)。进行5次验证实验后发现最优条件下脱镉率为(39.51±3.07)%,与理论值较为接近,表明该模型能够较好地预测实际浸泡脱镉情况。

2.4 大米微观形态的变化

如图3所示,相同放大倍数下,原料大米的表面(图3-a)粗糙且较为致密,浸泡脱镉后的大米表面(图3-b)产生许多孔洞。截面扫描电镜图显示,原料大米的截面(图3-c)较为平滑且十分紧实,浸泡脱镉后大米的截面(图3-d)变得疏松易碎。这可能是由于,大米脱镉的过程是由外向内的,大米表面最先受到水和温度的影响。浸泡脱镉的过程中随着时间的延长水逐渐渗透进大米内部,促进大米表面与内部的游离镉的溶出,温度的升高加快了这一过程,促进蛋白质等营养物质的流失,使大米表面形成了许多孔洞[14]。此外,浸泡脱镉还伴随着自然发酵的过程,微生物利用大米中大蛋白质、淀粉等营养物质使其降解,促进大米内部的结合镉游离出来,使大米的结构变得更加松散[15]。大米截面的形态变化反映了脱镉过程对大米内部结构的影响。脱镉前大米紧实的截面表明其内部的镉难以通过简单的清洗大米表面去除,而浸泡脱镉的过程能够深入大米内部,促使部分镉溶出,这可能是由于自然发酵的微生物可以通过孔洞深入接触内部的蛋白质,通过代谢过程及吸附作用脱除难以被去除的镉离子[16]

a-原料大米表面;b-浸泡后大米表面;c-原料大米截面;d-浸泡后大米截面
图3 脱镉前后大米截面及表面的微观形态
Fig.3 Micromorphological changes of cross section and the surface of rice before and after cadmium removal

2.5 大米表面基团与营养物质含量的变化

如图4-a所示,脱镉前后大米粉的红外吸收光谱,均由4个主要的宽峰组成,其中A区域代表O—H基团,两种大米粉均在3 000~3 500 cm-1附近有一个宽而强的吸收峰,这代表它们的O—H基团均以多聚体分子间的缔合形式存在。B区域则是典型的C—H伸缩振动峰。C区域的吸收峰来源于酰胺I带,由CO的伸缩振动引起,可以代表蛋白质的变化,原料大米粉在该区域的吸收峰位置为1 639.706 cm-1,而浸泡法脱镉大米的峰位置为1 636.331 cm-1,波数的减少说明大米蛋白里部分α-螺旋结构的下降。区域D代表的是淀粉的特征峰,主要由α-1,4-糖苷键的COC伸缩振动等引起,原料大米在该区域吸收峰为996.552 cm-1,浸泡法脱镉大米的吸收峰则为998.48 cm-1,这可能是因为浸泡脱镉所需时间较长,造成大米淀粉氢键网络被破坏[17]

a-傅里叶变换红外光谱;b-营养物质的含量
图4 脱镉前后大米粉的变化
Fig.4 The changes of rice flour before and after cadmium removal

图4-b为脱镉前后大米中营养物质变化,浸泡脱镉处理对大米中营养物质的含量产生显著影响(P<0.05)。其中,蛋白质含量下降了2.5%左右,且研究发现大米中的结合镉主要以与蛋白质络合的形态存在[3],这表明浸泡法可能通过改变大米中蛋白质的含量与结构,达到较高的脱镉效果;淀粉含量减少了约2.4%,这可能是因为浸泡脱镉过程的时间较长,淀粉分子之间的氢键断开,分散在水中成为胶体溶液[4],这也与图4-a结果相一致;脂肪含量的降低可能与浸泡液中微生物的活动有关。

2.6 大米蛋白结构的变化

2.6.1 蛋白质的纯度

如图5所示,浸泡处理并未对所提取蛋白的纯度造成明显影响,表明该提取方法的稳定性良好。

图5 四种大米蛋白的纯度
Fig.5 Purity of four rice proteins

2.6.2 二级结构的变化

通过圆二色光谱对大米蛋白的二级结构变化进行研究,结果如图6所示,并根据数据使用平台网站对结果进行二级结构(α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲)的分析,结果见表4。由图6可知,大米的4种蛋白(清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白)中二级结构变化最大的是球蛋白,其次是醇溶蛋白。这两种蛋白的α-螺旋含量均大幅度的下降,尤其是球蛋白的α-螺旋结构几乎消失,这表明这两种蛋白在脱镉后原有氢键网络结构被破坏,使得蛋白质的结构发生较大的变化,同时浸泡脱镉后有序结构(α-螺旋与β-折叠)所占比例减少,表明蛋白质处于不稳定的状态。此外,谷蛋白受到的影响较小,脱镉后其有序结构比例增加,而清蛋白在脱镉后各二级结构变化较小,无显著性差异(P>0.05),这表明浸泡法不会对这两种蛋白的二级结构产生强烈的破坏作用。推测蛋白质发生结构变化主要由于本研究所采用的浸泡条件(39 ℃下浸泡36 h),此条件有利于微生物的繁殖,产生自然发酵,因此在微生物的作用下结合态的镉从蛋白质上脱离变为游离态,从而促进镉的流出,并导致蛋白质结构发生变化[3]。圆二色光谱结果表明浸泡法可以通过对球蛋白与醇溶蛋白的二级结构产生破坏作用来脱除与其结合的镉,而对清蛋白与谷蛋白的二级结构破坏作用较小,这预示着浸泡法脱镉的机制还可能与其他结构的变化有关。

a-清蛋白;b-球蛋白;c-谷蛋白;d-醇溶蛋白
图6 大米蛋白圆二色光谱
Fig.6 Circular dichroism spectra of rice protein

表4 脱镉前后大米蛋白二级结构的变化 单位:%
Table 4 Changes in the secondary structure of rice protein before and after cadmium removal

大米蛋白种类二级结构含量α-螺旋β-折叠β-转角无规则卷曲清蛋白空白组34.11±0.17b23.40±0.34a11.31±0.28e31.17±0.47e浸泡组34.17±0.24b23.40±0.34a10.94±0.14e31.36±0.59e球蛋白空白组46.19±0.64a19.19±0.15d11.38±0.87e23.24±0.34g浸泡组1.70±0.01g22.08±0.28b42.66±0.70a33.57±0.47d谷蛋白空白组32.53±0.41c8.61±0.10g3.90±0.14f54.96±0.35b浸泡组31.52±0.35d20.06±0.35c19.56±0.25b28.85±0.18f醇溶蛋白空白组25.89±0.48e17.56±0.13e16.55±0.14d40.00±0.65c浸泡组14.33±0.34f10.16±0.08f17.58±0.20c57.93±0.94a

注:同列不同上标字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。

2.6.3 三级结构的变化

图7和图8分别为Δλ=15 nm与60 nm时获得的4种蛋白的同步荧光光谱,可表示酪氨酸与色氨酸残基微环境的变化[18]。从图7来看,经浸泡脱镉后,清蛋白的荧光强度与峰位置均未发生明显的变化;谷蛋白与醇溶蛋白的荧光强度发生明显变化;球蛋白在不单发生了明显的荧光猝灭,峰也发生了明显的蓝移,这代表浸泡法对球蛋白酪氨酸残基的微环境作用最强,可使其疏水性增加,其次是醇溶蛋白与谷蛋白。从图8来看,经浸泡脱镉后,4种蛋白的峰位置均发生了蓝移,这代表它们色氨酸残基微环境的疏水性增强,同时球蛋白在脱镉后荧光强度明显下降,表明浸泡可强烈的影响球蛋白色氨酸残基的微环境,使其发光能力消失。可以看出,在浸泡过程中三级结构受到影响最大的是球蛋白,其次是醇溶蛋白,清蛋白和谷蛋白所受影响较小,这表明浸泡法可以通过破坏球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的三级结构从而脱除与其络合的镉。

a-清蛋白;b-球蛋白;c-谷蛋白;d-醇溶蛋白
图7 Δλ=15 nm时大米蛋白同步荧光光谱
Fig.7 Synchronous fluorescence spectra of rice protein at Δλ=15 nm

a-清蛋白;b-球蛋白;c-谷蛋白;d-醇溶蛋白
图8 Δλ=60 nm时大米蛋白同步荧光光谱
Fig.8 Synchronous fluorescence spectra of rice protein at Δλ=60 nm

2.7 淀粉晶体结构的变化

大米中含量最多的营养物质为淀粉,由图4-b可知浸泡脱镉使淀粉含量发生变化,由此我们对淀粉脱镉前后的晶体结构变化进一步探讨。淀粉作为天然多晶聚合物,其晶体性质会受到外界环境的影响而发生改变,该变化可通过X射线衍射图谱测得,如图9所示,脱镉前后大米淀粉均有典型的3个峰区域,且B区域均为双峰,它们的峰形、峰位置及峰强度无明显变化,这表明淀粉的晶体结构未发生明显变化。

图9 大米淀粉的X射线衍射图谱
Fig.9 X-ray diffraction pattern of rice starch

除峰形、衍射角度等因素以外,还可以通过结晶度来衡量淀粉晶体结构的变化,表5为利用软件分析两种大米淀粉4个明显峰区域的峰面积与结晶度等信息,可以看出浸泡脱镉方法并未使大米淀粉发生较大偏移,但结晶度会降低10%左右,这可能是由于非结晶区面积的增大导致的,而非结晶区域是由直链淀粉组成,故浸泡法可能会使大米内部直链淀粉含量增加[19]。从淀粉的晶体结构变化来看,浸泡法对其影响较小,而大米淀粉是米线的主要组成成分,因此推测经浸泡法脱镉后的大米依旧适用于米线的生产。

表5 大米淀粉的X-衍射晶区结构
Table 5 X-ray diffraction crystal structure of rice starch

淀粉种类峰位角度d/A峰高峰面积结晶度/%原料米淀粉峰115.1055.860 637 3323 012 098峰217.1245.173 850 5083 368 013峰318.0324.915 447 8082 765 778峰423.0273.859 142 6875 809 87424.13浸泡脱镉米淀粉峰115.0435.884 727 5001 763 629峰217.0495.196 536 4848 402 925峰318.0694.905 316 3641 495 595峰422.9573.870 838 2365 731 79113.85

2.8 米线的质构品质分析

为研究该方法的应用价值,将脱镉大米制成米线(优化浸泡米线)并与传统工艺米线的质构品质进行对比,结果如表6所示。结果表明两种米线的弹性没有显著性差异(P>0.05),表明该方法对米线的弹性基本没有影响。优化浸泡米线的黏性和咀嚼性显著高于传统工艺米线(P<0.05),可能是因为大米中大量镉离子被脱除,在表面及内部形成孔洞,有助于在加工成米线的过程中淀粉分子间形成致密的凝胶网络。优化浸泡米线的硬度和最大剪切力同样高于传统工艺米线,这可能与米线中的水分含量的增加和蛋白质含量的减少有关。

表6 两种米线的质构品质
Fig.6 Texture quality of two kinds of rice noodles

米线硬度/g弹性/g黏性/(Pa·s)咀嚼性/(g2·s)最大剪切力/g传统工艺米线2 921.05±211.44b1.90±0.46a2 040.17±103.11b5 197.89±503.54b0.52±0.11b优化浸泡米线6 257.54±422.50a2.58±0.79a4 154.88±154.41a9 845.44±509.91a2.20±0.23a

3 结论与讨论

本文通过研究发现米线加工过程中的浸泡环节起脱镉作用,近一步对该环节具体参数进行响应面优化,得到在最佳浸泡脱镉条件[浸泡温度39 ℃、浸泡时间36 h、料液比1∶3.8(g∶mL)]下的脱镉率可达(39.51±3.07)%。

在此基础上,探究该方法对大米品质的影响。研究发现脱镉后大米的蛋白质、淀粉与脂肪含量均会下降,这主要是因为浸泡法会使大米结构变的疏松多孔,使得水溶性物质溶出,且自然发酵过程中微生物对营养物质的利用也会加剧这些影响。此外,通过光谱学研究发现,脱镉后球蛋白与醇溶蛋白的二级与三级结构受到的影响最大,有序结构下降,推测浸泡法主要通过破坏这两种蛋白的结构,使传统浸泡过程难以去除的结合镉溶出,实现脱镉效率的提高;脱镉后大米淀粉的结晶度略有下降,直链淀粉含量增加,但总体而言晶体结构没有发生显著变化,可以用于米线的生产应用。

因此,我们将优化浸泡法脱镉后的大米作为原料制得的米线与传统工艺米线进行质构对比,结果表明其弹性无显著变化,硬度、黏性、咀嚼性、最大剪切力有明显增加,这可能赋予优化浸泡米线特殊的口感,表明该方法具有一定的实际应用价值。

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Response surface optimization of cadmium removal conditions by soaking method in rice noodles processing and its effect on rice quality

YIN Jie1,2, YANG Xiaotong1,2, GUO Yahui1,2*, CHENG Yuliang1,2, YU Hang1,2, QIAN He1,2, YAO Weirong1,2

1(State Key Laboratory of Food Science and Resources, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)2(School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

ABSTRACT In this paper, the effect of cadmium removal in the soaking process was determined by measuring the change in cadmium content in the traditional process of rice noodles.On this basis, the response surface optimization of three factors and three levels was used to determine the best soaking and cadmium removal conditions, when the soaking temperature was 39 ℃, soaking time was 36 h, the solid-liquid ratio was 1∶3.8 (g∶mL), cadmium removal rate could reach (39.51±3.07)%.Then, scanning electron microscopy and spectroscopy were used to compare the changes of each component in rice before and after soaking and cadmium removal.It was proved that soaking could make rice loose, reduce the contents of protein, starch, and fat, change the structure of rice protein and increase the content of amylose.At the same time, texture analysis showed that this method could give it a unique taste and had a specific application value.

Key words rice noodles;soaking method;cadmium removal rate;quality;response surface methodology

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.035903

引用格式:殷杰,杨晓童,郭亚辉,等.米线加工过程中浸泡法脱镉的响应面优化及对大米品质的影响[J].食品与发酵工业,2024,50(13):182-189.YIN Jie, YANG Xiaotong, GUO Yahui, et al.Response surface optimization of cadmium removal conditions by soaking method in rice noodles processing and its effect on rice quality[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(13):182-189.

第一作者:硕士研究生(郭亚辉副教授为通信作者,E-mail:guoyahui@jiangnan.edu.cn)

基金项目:国家重点研发计划项目(2020YFC1606800)

收稿日期:2023-04-21,改回日期:2023-06-14