一種通過乳酸菌發酵改善糙米蒸煮性能的方法與流程

2023-10-10 02:49:54

本發明涉及一種通過乳酸菌發酵改善糙米蒸煮性能的方法，屬於食品加工技術領域。

背景技術：

稻穀是世界上重要的糧食作物之一，全世界年產量5億噸左右，其中中國稻穀年產量1.95億噸，佔世界稻穀產量的37％，居世界首位。目前稻米的消費模式主要是白米，但稻米約80％的營養成分都分布在皮層和胚中。糙米是稻穀脫去外保護稻殼後的穎果，內保護皮層(果皮、種皮、珠心層)完好的稻米籽粒，由於內保護皮層粗纖維、糠蠟等較多，口感較粗、質地緊密，煮起來也比較費時。與精加工的白米相比，糙米維生素、礦物質與膳食纖維的含量更豐富，被視為是一種全穀物健康食品。糙米進一步加工碾去皮層和胚後，雖然改善了蒸煮和食用品質，但糙米中的膳食纖維、不飽和脂肪酸、礦物質及維生素等活性營養物質損失較大，且加工精度越高，損失就越大。

儘管糙中含有豐富的營養物質，尤其是gaba、谷維素、ve等功能性成分在白米中不含或含量很低，但由於皮層和胚的存在，糙米直接蒸煮食用時，水分難以滲透，導致澱粉無法充分吸水糊化，糙米飯口感差，無法被消費者廣泛接受，阻礙了糙米的主食化消費。

為了改善糙米的蒸煮性能，需要打破皮層和胚對水分的阻隔作用，將糙米粉碎後食用是常用的加工食用方法，但是糙米粉碎後澱粉消化速率加快，人體臨床試驗已證明糙米粉的餐後血糖比白米飯還高，這對健康不利。目前，針對糙米蒸煮品質改良的方法主要有碾削法、高溫流化法、浸泡法、外源酶法等。碾削法雖然可以顯著改善糙米飯的吸水性能，但其營養損失較大。高溫流化法可以在糙米表面形成細小的微縫，顯著改善糙米的吸水性能，但是糙米籽粒的物理結構損傷較大，儲藏穩定性顯著下降。鹼性浸泡後雖然糙米飯的米湯固形物、膨脹度等均提高，但gaba含量卻有顯著下降。外源酶處理技術所使用的酶主要作用是能夠水解細胞壁的纖維素、半纖維素、果膠質等，將一定量的酶和糙米加到大量的水中(一般體系中含水80％以上)，在罐中控溫處理到設定的時間，最後乾燥得到食用品質較好的糙米。外源酶法可以很好地改良糙米蒸煮性能，同時有效保留糙米重要營養素，但是外源酶法需要消耗大量的水、乾燥過程需要消耗大量的能量，罐等裝備投資較高，加工過程複雜，顯著增加的糙米的生產成本，不利於糙米生產規模的擴大和商業化生產推廣。

乳酸菌是常用的發酵劑，乳酸發酵糙米產品有飲料、米乳、粥、米粉、發糕等形式，所用原料以白米為主，且米均已經粉碎或其中澱粉已經預糊化。目前市場也出現一些類似白米的糙米發酵產品，但糙米基本是被粉碎後再進一步加工。

糙米以完整籽粒形式食用的發酵產品較少，有以糙米為主要原料的發酵糙米產品，通過添加蜂蜜、食鹽及麥芽等輔料來調控發酵產品的風味，調製後經酵母菌或乳酸菌等微生物發酵而成，發酵中需要加大量的水，食用的是發酵後的液體——糙米酵素。目前風靡日本的發酵糙米飯，將糙米和紅豆先用水浸泡三小時後，全部放進電飯煲，並將糙米和紅豆攪拌均勻。然後用電飯煲的「糙米飯模式」或「蒸飯模式」加熱。蒸好後維持保溫狀態，每天攪拌一次，三天後食用。因此，目前糙米籽粒發酵的方式要麼是用來製作糙米酵素、要麼是只適合家庭使用的電飯煲發酵方式，它們適用範圍小，無法滿足更廣人群或大規模工業化生產的需要。

技術實現要素：

本發明的目的是發明一種工藝簡單低、低成本、方便易行的新型的糙米蒸煮、食用品質改良方法，採用該技術方案能夠破壞糙米皮層細胞壁完整結構，提高吸水率，從而改善糙米蒸煮性能、口感。

本發明所採用的技術方案為：將乳酸菌活化後加水與糙米均勻混合，然後裝入單向出氣的容器中，裝滿或排出多餘空氣後密封；在設定溫度環境中發酵培養，發酵結束後取出，乾燥、包裝，即得到易蒸煮、食用品質較好γ-氨基丁酸(gaba)含量較高的糙米產品。

所述糙米是指稻穀脫去外保護稻殼後的穎果，內保護皮層(果皮、種皮、珠心層)完好的稻米籽粒。糙米包括普通糙米和有色糙米，普通糙米加工後就是日常食用的白米，有色糙米包括黑米、紫米、紅米等有顏色的米，它們都是以糙米的形式食用。

所述乳酸菌(lacticacidbacteria，lab)是一類能利用可發酵碳水化合物產生大量乳酸的細菌的通稱。包括乳稈菌屬、鏈球菌屬、明串珠菌屬、雙歧桿菌屬和汁球菌屬，其中，乳稈菌屬又包括植物乳桿菌、乾酪乳桿菌等。通過接種乳酸菌快速抑制發酵過程中其它雜菌的生長，乳酸菌發酵產生的酶能夠分解破壞糙米皮層細胞壁完整結構，增加水的透過性。

所述單向出氣的容器可以是帶有單向出氣閥的容器，容器形式可以是符合食品安全要求的桶或袋子，單向出氣能夠排出發酵產生的氣體，並阻隔外界環境空氣進入，形成有利於乳酸菌發酵的密封缺氧或低氧環境。當然，如果成本允許，也可以採用發酵罐作為容器。

在發酵過程中，可通過控制糙米水分、發酵溫度、發酵時間等因素來控制發酵糙米的酸度，確保糙米蒸煮品質改善的同時不會產生不愉悅的酸味。其中，糙米水分是對發酵結果影響最大的因素，其它發酵條件按重要性排序依次是發酵時間、溫度和接種量。實施過程中，稱取糙米粒，加入活化乳酸菌液，接種量為5×107-2×108cfu/g糙米，混勻，倒入發酵容器或袋中，發酵體系初始水分含量保持在25-35％，然後在發酵溫度25-40℃的條件下發酵處理16-24h，乾燥後脫氣密封包裝，即得成品。

發酵過程中，還可以間歇性地動一動發酵容器，例如，採用袋子為發酵容器時，可每2小時正反面對調翻動一次，採用桶或其它容器時可每2小時轉動一周。

所述成品糙米的含水量≦14％。所述乾燥方式可以為40℃鼓風乾燥。

本發明的有益效果在於：

(1)本發明採用乳酸菌發酵的方法，利用乳酸菌發酵代謝程中分泌的纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶等，降解糙米皮層細胞壁，改善糙米吸水性能，加快糙米蒸煮過程中澱粉的糊化，縮短最佳蒸煮時間。同時，糙米在酸、水和缺氧等條件脅迫下，也能激發糙米自身細胞壁降解酶活性，破壞細胞壁的完整結構，改善水分透過性。

(2)本發明利用乳酸菌發酵製造微酸性環境，一方面，提高穀氨酸脫羧酶的活性，顯著增加gaba的含量，強化了糙米的營養功效；另一方面，可抑制雜菌生長，避免雜菌生長導致的風味敗壞問題。

(3)對於發酵容器的要求，僅要求具備單向出氣的能力並且符合食品安全要求即可。

(4)本發明整個發酵過程不需要滅菌，不需要控制溼度，在實際生產容易操作。

(5)採用低水分發酵，節約了大量的水和乾燥的能源消耗，大幅降低生產成本。

(6)本發明的糙米蒸煮、食用品質改良技術方案，具有工藝簡單、低投資成本、低能耗等突出優點，易於產業化生產。

總的來說，與現有技術相比，本發明方法採用乳酸菌發酵對糙米籽粒進行處理，糙米蒸煮性能顯著改善，有效解決了阻礙糙米難蒸煮、糙米難與白米同煮同熟的難題，同時發酵後糙米gaba提高了2倍，gaba含量可達184.2mg/kg，顯著增加了糙米的營養功能。消費者將經本發明工藝處理後的糙米，直接蒸煮，不用浸泡，食用方便，且營養與口感兼得。除去對糙米本身的處理效果，本發明方案本身，非常簡單易行、能耗低，非常適合於產業化生產，將顯著促進糙米的主食化，產生良好的社會和經濟效益。

附圖說明

圖1為實施例1發酵糙米與原料糙米蒸煮所得糙米飯的實物圖，a：原料糙米，b：發酵糙米。

圖2為實施例1～3發酵糙米與原料糙米的30℃浸泡吸水率。

具體實施方式

相關參數的測定方法

(1)最佳蒸煮時間的測定方法為：在250ml燒杯中加入150ml水，置於加熱板上加熱置沸騰，小心倒入5g整粒糙米並開始計時。15min後取出10粒米飯，用載玻片按壓米飯觀察是否有白芯，此後每隔1min觀察一次，直至白芯數量≤1時，記下時間，此時間加上2min的燜飯時間，即最佳蒸煮時間。

(2)碘藍值測定方法：稱取7.0g乾重整米，置於鋼絲籠中，置流水中洗五遍再用蒸餾水洗一遍，置於250ml燒杯中，加50℃蒸餾水洗至150ml，在沸水鍋中蒸煮20min(100℃開始計時)，取出鋼絲籠置燒杯上，至不再有米湯滴下，待米湯冷卻至室溫後，稀釋至100ml，離心取1ml上清液於約50ml蒸餾水中，加0.5mol/lhcl5ml及0.2g/100ml碘試劑1ml，定容至100ml，在分光光度計上於660nm測定其吸光度。

(3)米飯硬度和粘性測定方法：物性儀參數設定：操作類型為compression；測前速度(pre-testspeed)為2mm/sec，測試速度(testspeed)為0.5mm/sec，測後速度(post-testspeed)為0.5mm/sec；測試循環次數為l；目標單位(targetunit)為strain；目標值(targetstrain)為70.0％；觸發點(trigger)為5.0g；探頭為p/35(35mmdiacylinderaluminium)。將蒸煮好的米飯上層去掉，從中間層不同位置隨機取3粒米對稱放置在物性儀的載物臺上，並固定米粒放置位置。每個樣品測定8次，去掉最大與最小兩個測定值，取6次測定結果的平均值。

(4)米飯酸味採用感官評定方法：煮飯過程中聞蒸發水汽的氣味、品嘗米飯的口感。

(5)gaba測定方法參照ny/t2890-2016稍作修改，具體操作如下：

稱取1g樣品於50ml離心管中，加10ml5％tca提取液，超聲提取30min，在漩渦混合器振蕩2min，靜置5min，於5000r/min離心5min，將上清液轉入25ml容量瓶，殘渣同法再提取1次，合併兩次提取液，用提取液定容至25ml。雙層濾紙過濾，取濾液1ml在離心管中10000r/min離心10min，然後取400μl待測。色譜條件：色譜柱c18柱，250mm×4.6mm，5μm；檢測波長436nm、柱溫30℃、進樣量10μl、流動相：乙腈+三水合乙酸鈉溶液、流速：1.0ml/min。

(6)30℃浸泡吸水率測定方法：在250ml燒杯中加入220ml去離子水，置30℃水浴鍋中至恆定溫度，稱取約5.0000g完整糙米倒入預先置於250ml燒杯上的銅絲網中，開始計時，分別在浸泡15、30、45、60、80、100、130、160、200min後取出糙米，用紗布擦乾表面水分置分析天平上稱得質量。

吸水率/％＝(浸泡後質量-浸泡前質量)/(浸泡前質量×(1-水分含量))×100％

(7)糙米試樣的水分含量的測定方法：取潔淨帶蓋鋁盒，置於105℃烘箱中，盒蓋斜支於盒邊，1.0h後取出蓋好，置乾燥器內冷卻0.5h，稱量，並重複乾燥至前後兩次質量差不超過2mg，即為恆重。將糙米磨細至過60目篩，稱取2g(精確至0.0001g)，放入鋁盒中，試樣厚度不超過5mm，精密稱量後，置105℃烘箱中，盒蓋斜支於盒邊，乾燥4h後，蓋好取出，放入乾燥器內冷卻0.5h後稱量。然後再放入105℃烘箱中乾燥1h左右，取出，放入乾燥器內冷卻0.5h後再稱量。並重複以上操作至前後兩次質量差不超過2mg，即為恆重。

試樣中的水分的含量按下式(1)進行計算。

x＝(m1-m2)/(m1-m3)×100式(1)

式(1)中：

x——試樣中的水分含量，單位為(％)；

m1——鋁盒和試樣的質量，單位為克(g)；

m2——鋁盒和試樣乾燥後的質量，單位為克(g)；

m3——鋁盒的質量，單位為克(g)。

實施例1

稱取1000g經過篩選的整粒糙米，加入已活化的植物乳桿菌菌液，接種量為5×107cfu/g糙米，補水至發酵體系水分含量為25％，混勻，倒入帶有單向出氣閥的袋子中，置於35℃培養發酵24h，乾燥後脫氣密封包裝，即得成品。

實施例2

稱取1000g經過篩選的整粒糙米，加入已活的化植物乳桿菌菌液，接種量為2.0×108cfu/g糙米，補水至發酵體系水分含量為35％，混勻，倒入帶有單向出氣閥的袋子中，置於25℃培養發酵20h，乾燥後脫氣密封包裝，即得成品。

實施例3

稱取1000g經過篩選的整粒糙米，加入已活化的植物乳桿菌菌液，接種量為1.0×108cfu/g糙米，補水至發酵體系水分含量為30％，混勻，倒入帶有單向出氣閥的袋子中，置於40℃培養發酵16h，乾燥後脫氣密封包裝，即得成品。

對照例1

稱取1000g經過篩選的整粒糙米，加入已活化的植物乳桿菌菌液，接種量為1.5×108cfu/g糙米，補水至發酵體系水分含量為20％，混勻，倒入帶有單向出氣閥的袋子中，置於35℃培養發酵24h，乾燥後脫氣密封包裝，即得成品。

對照例2

稱取1000g經過篩選的整粒糙米，加入已活化的植物乳桿菌菌液，接種量為1.5×108cfu/g糙米，補水至發酵體系水分含量為40％，混勻，倒入帶有單向出氣閥的袋子中，置於35℃培養發酵16h，乾燥後脫氣密封包裝，即得成品。

檢測結果：

(1)乳酸菌發酵處理前後糙米飯的實物如圖1所示。

由圖1可以看出經過乳酸菌發酵處理後的糙米，與原料糙米經過同時長蒸煮後胚乳露白率顯著高於原料糙米，米飯顆粒皮層開裂程度較大，說明經發酵處理後的糙米蒸煮特性得到良好改善。

糙米飯的蒸煮方法是：分別稱取實施例1的發酵糙米以及原料糙米100g，用水淘洗並瀝乾水分後分別放入電飯鍋內，加入質量為190g的自來水，開始煮米飯，保溫時間為25min，整個煮飯時間約60分鐘。

(2)浸泡吸水率，實施例1～3製備的發酵糙米與原料糙米在30℃時的浸泡吸水率如圖2所示。由圖2可以看出與原料糙米相比，發酵處理後的糙米吸水率和吸水速率均明顯增加。

(3)各實施例、對照例所得發酵糙米的最佳蒸煮時間、米湯碘藍值、米飯硬度、米飯粘性及gaba含量變化如表1所示。

表1糙米發酵前後蒸煮性能、酸味和gaba含量的變化

表1的結果表明，在實施例1～3的發酵條件下，發酵法處理顯著縮短了糙米的蒸煮時間，改善了糙米的蒸煮性能；米湯碘藍值增加表明蒸煮時澱粉等可溶物溶出增多，米飯口感改善；發酵糙米的米飯硬度顯著下降、粘性顯著增加，表明糙米飯的口感顯著改善，食用品質更好；米飯硬度低、粘性大表明米飯的適口性好，在適宜的發酵條件下可以顯著改善糙米的口感；米飯酸味是發酵過程中乳酸累積所致，需要控制發酵程度，發酵不足(對照例1)糙米蒸煮性能和口感改良程度低，達不到蒸煮品質改良要求。發酵程度過大(對照例2)糙米煮飯過程中酸味較重、糙米飯有後酸味，嚴重影響適口性，不易被消費者接受；發酵同時顯著增加了糙米中gaba含量。

雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但其並非用以限定本發明，任何熟悉此技術的人，在不脫離本發明的精神和範圍內，都可做各種的改動與修飾，因此本發明的保護範圍應該以權利要求書所界定的為準。