脉冲电场和复水温度对粗麦粉、大麦米和粳米质地特性的影响

《Cogent Food & Agriculture》：Influence of pulsed electric field and rehydration temperature on the textural properties of bulgur, barley rice, and Japonica rice

　　本研究评估了不同脉冲电场（PEF）处理参数（电压16kV、8kV、24kV，能量1kJ、9kJ、18kJ）及复水温度（20℃、70℃、90℃）对大麦、藜麦和粳米冻干样品复水后质地特性的影响，发现PEF显著改善大麦和藜麦的硬度、咀嚼度和粘聚性，但对粳米效果不显著。

　　在现代食品加工领域，脉冲电场（Pulsed Electric Field, PEF）技术正逐渐成为一种高效且环保的处理手段。PEF技术通过施加短时间的高压电脉冲，能够在不显著破坏食品原有营养成分和感官特性的情况下实现微生物灭活、改善质地等多重功能。这一技术在食品工业中的应用，不仅有助于延长产品的保质期，还能在一定程度上提升其口感和食用体验。本文研究了PEF处理对冻干与复水谷物质地的影响，重点分析了不同电压和能量参数，以及复水温度对三种谷物——粗粒小麦（bulgur）、大麦米（barley rice）和日本稻米（Japonica rice）——质地参数的具体作用。

研究背景表明，食品干燥是延长产品保质期的重要手段，它通过抑制微生物生长和酶活性来实现。然而，干燥过程往往会导致食品质地的不可逆变化，这些变化与细胞结构、水分流失、气体交换、多糖结晶和蛋白质变性等因素密切相关。因此，复水过程成为恢复食品原有质地的关键环节，而如何优化复水条件，使其更有效地改善食品质地，是食品加工领域的重要课题。在此背景下，PEF技术因其能够改善食品结构、提升水分吸收能力以及增强质地特性，被视为一种有潜力的预处理手段。

本研究旨在评估不同PEF处理参数（包括电压和能量）以及复水温度对三种谷物复水后质地的影响。通过使用纹理分析仪（Texture Analyzer）对复水后的谷物样本进行硬度、咀嚼性和凝聚性等参数的测量，研究者发现，不同谷物对PEF处理的响应存在显著差异。其中，16 kV和9 kJ的PEF处理参数在改善硬度、咀嚼性和凝聚性方面表现尤为突出，而日本稻米在不同复水温度下的质地变化则相对不明显。这些结果表明，PEF处理对谷物质地的影响具有一定的品种特异性，因此在实际应用中需要根据不同的谷物类型调整处理参数，以达到最佳的质地改善效果。

在实验设计方面，研究采用了系统化的处理流程，包括PEF处理、蒸煮、冻干和复水四个主要步骤。所有谷物样本均在室温下保存，直至进行处理。在PEF处理阶段，样本被浸泡在蒸馏水中2小时后，放入电场处理装置中进行处理。处理后的样本经过蒸煮、冷却、真空密封和冻干，以确保其结构稳定并保留原有特性。随后，样本在三种不同温度（20℃、70℃和90℃）下进行复水处理，并在复水后立即进行质地分析。

研究结果表明，PEF处理对谷物的质地参数具有显著影响，但这种影响因谷物种类而异。以粗粒小麦为例，PEF处理后的样本在复水温度为20℃时，表现出显著的硬度和咀嚼性提升，而在70℃和90℃复水时，PEF处理对质地的影响不明显。这一现象可能与粗粒小麦在冻干过程中形成的多孔结构有关，而PEF处理可能在一定程度上增强了其水分吸收能力，从而在低温复水时表现出更佳的质地特性。相比之下，日本稻米的质地变化较为有限，无论复水温度如何，其硬度和咀嚼性均未受到明显影响，这可能与其结构稳定性较高有关。

大麦米的质地变化则表现出更为复杂的模式。PEF处理对大麦米的硬度、咀嚼性和凝聚性均产生了显著影响，尤其是在16 kV + 9 kJ的处理参数下，其质地特性得到了明显改善。然而，不同复水温度下的质地变化并未呈现出明显的趋势，这表明大麦米的质地受复水温度的影响较小。研究者推测，这种现象可能与大麦米的细胞结构和水分分布特性有关，其在复水过程中表现出较强的结构恢复能力，从而对复水温度的变化不敏感。

从整体来看，PEF处理在改善谷物质地方面展现出良好的潜力，尤其是在提升硬度、咀嚼性和凝聚性方面。然而，不同谷物对PEF处理的响应存在显著差异，这表明在实际应用中需要针对不同品种进行参数优化。例如，对于粗粒小麦和大麦米，较高电压和能量的PEF处理能够显著改善其质地，而日本稻米则对PEF处理的响应较弱。此外，复水温度对谷物质地的影响也因品种而异，部分谷物在不同温度下的复水效果存在显著差异，而另一些则相对稳定。

研究还指出，PEF处理可能通过改变谷物的细胞结构和水分分布特性，从而影响其质地。例如，PEF处理可能导致细胞壁和细胞内基质的弱化，进而提高水分的流动性，降低硬度和咀嚼性。同时，高能量的PEF处理可能促进淀粉的胶凝化，从而影响谷物的复水能力。这些机制在不同谷物中可能表现出不同的效果，因此需要进一步研究以明确其作用机理。

此外，研究强调了复水过程在食品质地恢复中的重要性。复水不仅能够恢复谷物的原有结构，还可能影响其最终的质地特性。例如，复水温度的高低可能影响水分的渗透速度和分布情况，从而对谷物的硬度和咀嚼性产生不同的影响。因此，在食品加工过程中，优化复水条件是提升产品质量的重要环节。

综上所述，本研究通过系统评估不同PEF处理参数和复水温度对三种谷物质地的影响，揭示了PEF技术在食品加工中的应用潜力。研究结果表明，PEF处理能够有效改善谷物的质地特性，但其效果因品种而异。因此，在实际应用中，应根据具体的谷物类型和加工需求，选择合适的PEF处理参数和复水条件，以实现最佳的质地改善效果。这一研究为食品工业中PEF技术的应用提供了重要的理论依据和实践指导，有助于推动食品加工技术的创新与发展。