左秀鳳 梁會會 周豫飛 安紅周

(河南醫(yī)學高等專科學校1，鄭州 451191) (河南工業(yè)大學糧油食品學院2，鄭州 450052)

秈稻在黃河以南、長江以北大面積種植，產量高，谷粒易脫落。秈稻米含有較多的直鏈淀粉，經蒸煮后的秈米飯干且松散、黏性較差，在色澤、亮度、粒形及食用品質方面都不如粳米，需要通過技術改進秈稻產品，改善其食味品質。擠壓技術是通過水分、熱量、機械剪切、壓力等綜合作用，使物料從高溫高壓狀態(tài)突然釋放到常溫常壓狀態(tài)，促使物料內部結構和性質發(fā)生變化的過程[1]。大米淀粉在低水分、高溫、高壓、高剪切力的作用下，進行淀粉糊化、部分降解，增加水溶性碳水化合物含量等使物料各組分發(fā)生復雜的理化變化[2]。

主要以信陽雜交稻秈碎米為原料生產速煮重組米，選取螺桿擠壓技術，考察進料水分、機筒溫度、螺桿轉速、喂料速度對速煮重組米食用品質的影響。先進行擠壓工藝單因素分析，再進行響應面實驗，最后利用Design Expert軟件建立數學模型，找到加工速煮重組米的擠壓重組最佳操作工藝，力求提高秈米碎米的加工水平，為重組米的生產和加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

信陽雜交碎米：市售；濃硫酸、重蒸苯酚、鹽酸、碘、碘化鉀、硫代硫酸鈉、NaOH、葡萄糖等均為分析純；糖化酶：北京奧博星生物技術有限責任公司。

1.2 儀器與設備

DS32型雙螺桿擠壓機：濟南賽信膨化機械有限公司；CT-C型熱風循環(huán)風箱：南京索特干燥設備廠；101A-3E型電熱鼓風干燥箱：上海實驗儀器廠有限公司；WFG2000型可見分光光度計：尤尼科(上海)儀器分析有限公司；FW80型高速萬能粉碎機：北京市永光明醫(yī)療儀器廠；Neofuge23R臺式高速冷凍離心機：上海力申儀器有限公司；Mini色差計：日本佐竹公司；B5A型多功能攪拌機：廣州威萬事實業(yè)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 速煮重組米的生產工藝

原料→粉碎→調節(jié)水分(攪拌)→擠壓重組→切割造?！鸁犸L干燥→成品(含水量約14%)。

1.3.2 產品品質特性分析

葡萄糖標準曲線的制作：將分析純葡萄糖在80 ℃下烘至恒重，精確稱取1.000 g，加少量水溶解，轉入100 mL容量瓶中，加入0.5 mL濃硫酸，用蒸餾水定容至刻度，配制成質量分數為10 g/L的葡萄糖標準液；精確吸取10 g/L葡萄糖標準液1 ml配制成100 mg/L的葡萄糖標準液；分別吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL的100 mg/L的葡萄糖標準液，各以蒸餾水補至2.0 mL，然后加入9%苯酚1.0 mL及濃硫酸5.0 mL，搖勻冷卻，室溫放置30 min。在490 nm波長下，以蒸餾水作空白對照，讀取各管的吸光度。以葡萄糖濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標做標準曲線。

糊化度測定：糖化酶法[3]。

水溶性碳水化合物測定：先將2 g樣品(60目)與100 mL蒸餾水混合，經均質后離心(3 000 g，10 min)，用硫酸-苯酚法在490 nm波長下，測上清液吸光值，查葡萄糖標準曲線[4]。

色差測定：用Mini色差儀測定，先將鏡頭口對準校正白板測定出L標準、a標準、b標準；再把樣品置于被測部位，啟動錄入工作鍵得到L、a、b值。

色差公式：

ΔL=L樣品- L標準(明度差異)

(1)

Δa=a樣品- a標準(紅/綠差異)

(2)

Δb=b樣品- b標準(黃/藍差異)

(3)

ΔE=[(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2]1/2

(4)

式中：ΔL值大表示偏白；ΔL值小表示偏黑；Δa大表示偏紅；Δa小表示偏綠；Δb大表示偏黃；Δb小表示偏藍。

速煮重組米感官評價：GB/T 15682—1995。

1.3.3 實驗設計

擠壓膨化是淀粉在低水分狀態(tài)下進行糊化的過程。物料在擠壓機螺旋的推動力下被攪拌混合、壓縮，受到強摩擦及高剪切力作用，運動加劇的水分子強烈滲透進入物料后發(fā)生位移重排，當物料“走到”擠壓機?？讜r水分瞬間卸壓爆破，促使淀粉破裂發(fā)生不可逆的膨脹而糊化[4]。因此重組米的糊化程度與擠壓膨化過程中的工藝參數如物料含水量、機筒溫度和螺桿轉速有著十分密切的關系[5]。在加工溫度為Ⅰ區(qū)60 ℃、Ⅱ區(qū)80 ℃，?？诪?個米形孔(孔長0.5 cm、寬0.23 cm)的固定條件下，對進料水分、Ⅲ區(qū)溫度、主機轉速、喂料速度四個因素進行單因素實驗，擠壓單因素實驗方案見表1。

表1 單因素擠壓實驗

注：進料水分20%；Ⅲ區(qū)溫度100 ℃；主機轉速10 Hz；喂料速度8 Hz。

2 結果與討論

2.1 葡萄糖標準曲線

用分析純葡萄糖作標準曲線(見圖1)，其回歸方程為：

y=7.91x-0.01 (R2=0.998)

圖1 葡萄糖標準曲線

2.2 擠壓工藝參數對速煮重組米品質的影響

2.2.1 擠壓工藝參數對速煮重煮米糊化度的影響

單因素對重組米糊化度的影響結果見圖2。

圖2 進料水分、Ⅲ區(qū)溫度、主機轉速、喂料速度對重組米糊化度的影響

由圖2看到，碎秈米原料經擠壓機擠出重組米的糊化度隨著進料水分、喂料速度的增加而減少。分析認為重組米所需的能量全部來自擠壓機的機械能和外部施加的熱能，當進料水分增加時，水的比熱高、蒸發(fā)熱大，需要消耗很多能量將水分轉化為蒸汽，這就勢必減少了大米糊化的能量；并且增加進料水分時，會減少物料與螺桿、機筒之間的摩擦，使物料在機筒內的停留時間降低，從而降低了推進熔融體所需要的機械能，故增加進料水分會快速降低重組米的糊化度[6]。在螺桿轉速不變的情況下，喂料速度增大使糊化度在一定程度上呈下降趨勢，但影響比較小。分析認為：當螺桿轉速恒定時，單位時間內進料量增加，物料間的摩擦對機筒壓力影響不大，但單位物料得到的能量降低，導致糊化度下降。重組米的糊化度隨著Ⅲ區(qū)溫度升高、主機轉速增加而增加。因為當機筒溫度增加時，提高了物料的能量，促進了淀粉糊化，所以重組米的糊化度增加[7]。在高螺桿轉速下(≥22 Hz)，擠出物糊化度上升趨勢逐漸平緩，最終糊化度可達到89%。可能是隨著螺桿轉速增加，物料停留時間縮短了，外部輸入的熱量能夠一定量的提高淀粉的糊化度。這和Guha等[8]研究的結果一致，隨著螺桿轉速的升高，大米淀粉糊化度增大。

2.2.2 擠壓工藝參數對速煮重煮米水溶性碳水化合物的影響

水溶性碳水化合物(WSC)是指除醇溶性碳水化合物之外，能溶于水的那部分碳水化合物，包括可溶性淀粉、糊精和低聚糖等[9]。WSC可被人體完全消化吸收，是最易利用的能量來源。擠壓工藝參數對速煮重煮米水溶性碳水化合物的影響結果如圖3所示。

圖3 進料水分、Ⅲ區(qū)溫度、主機轉速、喂料速度對重組米水溶性碳水化合物的影響

從圖3看到，隨著進料水分增加或喂料速度升高，重組米的WSC含量降低，這與Abdel-Aal等[10]報道的進料含水量提高會降低產品的水溶性成分的結論相一致。隨著主機轉速增大或Ⅲ區(qū)溫度增加，重組米的WSC含量也增加，主機轉速與主機溫度的提高對重組米的WSC含量有利。這是因為在擠壓過程中，主機轉速增大或Ⅲ區(qū)溫度增加能促進淀粉降解，降解程度越高得到的小分子糖、糊精越多，可溶性成分含量就越多[11]。

2.2.3 擠壓工藝參數對速煮重煮米色差與感官評分的影響

本實驗所使用秈米碎米的ΔL為-5.2，Δa為-0.3，Δb為4.8，ΔE為7.08。經過擠壓，產品的色澤與感官評分發(fā)生了變化。擠壓工藝對重組米色差的影響結果見表2。

表2 擠壓工藝對色差與感官評分的影響

從表2可以看出，擠壓后的產品較原料的白度下降、顏色偏黃、總色差升高。主機Ⅲ區(qū)溫度與喂料速度對色差影響不太顯著，對色差影響最大的工藝是進料水分與主機轉速。當進料水分增加時，能一定程度上抑制褐變反應，使產品ΔE下降。在進料水分為28%時，重組米的色澤較淺、米粒成型好，并保持米飯清香，感官評分最高。當進料水分超過28%時，米粒外觀泛白，不透明，感官得分降低。經過擠壓，有部分淀粉分解成葡萄糖，淀粉與葡萄糖、賴氨酸混合物后，經高溫作用會發(fā)生美拉德反應[12]。當主機轉速變大時，促使產品ΔE升高，顏色加深；主機轉速為14 Hz時，米粒成型好，不毛糙，外觀透亮，口感較好，感官評分高；主機轉速過高，米粒顏色較深，口感較硬。主機溫度過低將導致米粒表面泛白，不夠透明；主機溫度太高時，米粒帶有毛邊，成型效果較差，且容易粘連；當主機Ⅲ區(qū)溫度為110 ℃時，米粒外觀最好，感官評分最高。喂料速度對重組米感官評分的影響最不顯著，但實驗中喂料速度太高時，易導致機器堵料，轉速降低，甚至會出現喂料系統(tǒng)停止運作。因此擠壓產品的顏色、感官評價與物料水分、擠壓溫度、葡萄糖含量有關[13]。

2.2.4 擠壓工藝與速煮重煮米品質指標之間的相關性分析

對擠壓工藝參數與樣品品質指標進行相關性分析，結果如表3所示。

表3 擠壓工藝與重組米品質指標之間的相關性分析

注：n=5，n0.05=0.755，n0.01=0.875。*為α=0.05顯著相關；**為α=0.01極顯著相關。

表3顯示，進料水分、喂料速度都與糊化度、WSC呈極顯著負相關，即進料水分越大或者喂料速度越大，糊化度和WSC都將降低。Ⅲ區(qū)溫度、主機轉速都與糊化度、WSC呈極顯著正相關，即Ⅲ區(qū)溫度或者主機轉速升高都會提高產品的糊化度和WSC。進料水分增加將降低樣品的總色差，而主機轉速與喂料速度升高則不利于樣品的色澤。喂料速度與感官評分呈顯著負相關，相關系數為-0.886。

2.3 響應面實驗結果

由于喂料速度對產品品質影響不大，且其選擇要與主機轉速相契合，所以響應面實驗設計中不再考慮喂料速度這個因素。根據Box-Behnken的中心組合實驗設計原理，綜合單因素實驗結果，選取對重組米品質影響較大的進料水分、主機Ⅲ區(qū)溫度、主機轉速進行三因素三水平(見表4)的響應面分析，考察擠壓工藝對速煮重煮米糊化度、WSC、色差和感官評分值等品質的影響，優(yōu)化實驗條件，確定最佳工藝條件。實驗因素結果見表5。

利用DX6Trial對表5中的感官評分值(響應值)進行方差分析，分析結果如表6所示。

根據表5得知，在同一擠壓溫度條件下，重組米的感官評價隨著物料水分變化而呈現先增后減的趨勢，適當提高進料水分與擠壓溫度，可得到較高的感官評分值。在同一進料水分條件下，感官評分值隨Ⅲ區(qū)溫度升高而升高。當主機轉速較高時，感官評分值隨著Ⅲ區(qū)溫度呈現出先增后減得趨勢。當Ⅲ區(qū)溫度較低時，感官評分值隨著主機轉速增加而呈現遞減的趨勢；當Ⅲ區(qū)溫度較高時，感官評分值隨著主機轉速的增加而增加。

表4 擠壓工藝因素水平表

表5 擠壓工藝響應面實驗結果

表6 速煮重煮米食品感官評價的方差分析

注：*為顯著(P<0.05)，**為極顯著(P<0.01)，C.V.% 3.26，Adeq Precision 6.788。

從表6中看出，A、B、B2、BC對實驗結果的影響是顯著的；在所選取的各因素水平范圍內，按照對結果的影響排序，主機溫度>進料水分>主機轉速。主機轉速為14 Hz時，主機Ⅲ區(qū)溫度和進料水分對感官評分值的交互作用不顯著。當主機Ⅲ區(qū)溫度位于中心點時，進料水分、主機轉速對食品感官評分值的影響不顯著。當進料水分位于中心水平時，主機Ⅲ區(qū)溫度和主機轉速這兩個因素的交互作用顯著。

對表5中進料水分、主機溫度、主機轉速3個因素與感官評分值之間進行多元回歸擬合，得到的二次多項回歸方程為：

感官評分=+75.00-2.50×A+3.12×B+0.12×C-2.00×A2-2.75×B2-1.25×C2-0.75×A×B-0.75×A×C+3.00×B×C

(5)

通常情況下，變異系數C.V.低時代表實驗的可信度和精確度高。精密度Adeq Precision是有效信號與噪聲的比值，大于4.0視為合理[14]。

2.4 擠壓最佳工藝條件的確定

按照響應面分析中預測的最佳工藝條件中選擇四組進行驗證實驗，結果見表7。

表7 驗證實驗感官評分結果

表7得出，4號操作工藝條件下樣品的感官評分值最高，為78分。經過修正后的最優(yōu)擠壓重組條件：進料水分26%，主機Ⅲ區(qū)溫度為107 ℃，主機轉速為14 Hz。

3 結論

用秈稻碎米經擠壓生產速煮重組米的過程中，使秈米中的淀粉得到部分降解，增加了重組米的水溶性碳水化合物含量；也促進了美拉德反應，降低了產品色差。增加進料水分會降低產品的糊化度、WSC的含量和色差；升高主機Ⅲ區(qū)溫度對重組米糊化度、WSC增加及米粒顏色影響不顯著；主機轉速能提高重組米糊化度和WSC，同時也促進了美拉德反應，導致米粒顏色由白色逐漸加深變成深褐色；喂料速度提高會降低糊化度與WSC，但對米粒顏色影響不大。通過響應面對實驗數據進行分析，經驗證后得到最佳擠壓工藝條件為：進料水分26%、主機Ⅲ區(qū)溫度107 ℃，主機轉速14 Hz、喂料速度10 Hz，速煮重組米的外形非常接近天然，感官評分值為78分。