配方均勻設計優化擠壓重組大米原料配比研究

胡杰，李德遠，喬燕，豁銀強（.軍事經濟學院軍需系，湖北武漢4005；.軍事經濟學院醫院，湖北武漢4005；.華中農業大學食品科技學院，湖北武漢40070）

配方均勻設計優化擠壓重組大米原料配比研究

胡杰1，李德遠1，喬燕2，豁銀強3
（1.軍事經濟學院軍需系，湖北武漢430035；2.軍事經濟學院醫院，湖北武漢430035；3.華中農業大學食品科技學院，湖北武漢430070）

以大米粉、小麥粉、燕麥粉為原料，生產擠壓重組大米。運用配方均勻設計法得到15種原料配比，分析原料主要營養成分，對各配比所制備的樣品進行回生特性分析，同時結合感官評價和直觀比較，以確定優化配比。結果表明，優化配比為：大米粉∶小麥粉∶燕麥粉=4.5∶4.5∶1（質量比），該配比所制備的重組大米米飯不易老化回生，感官品質好。研究結果可為以重組大米為原料生產新型自加熱米飯提供理論參考。

均勻設計；擠壓加工技術；重組大米；原料配比

食品擠壓加工技術是一種新型食品加工方法，該技術加工的淀粉類食品不易老化回生，食用品質優良；而且，可用價格低廉的碎米作原料，經濟性好［1］。該技術生產的具有天然大米形狀的產品稱為“人造米”或“重組米”［2］。自加熱米飯作為一種快餐食品，適合長期在野外工作的部隊、勘探、施工等人員食用，然而，其老化回生和食用品質問題限制了該產業進一步發展［3］。當前，市售自加熱米飯多以天然大米為原料，以重組大米為原料生產自熱米飯還鮮有報道。本研究以大米粉、小麥粉、燕麥粉為原料，運用配方設計，實現原料配比優化，旨在研發出一種重組大米，為以其作為原料生產不易回生、粗細搭配、營養均衡的新型自加熱米飯提供科學參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

1.1.1原料與試劑

1.1.1.1原料

大米粉：產自黑龍江五常；小麥粉：湖北襄陽中筋面粉；燕麥粉：河北康希燕麥食品有限公司。

1.1.1.2試劑

硫酸銅、碘化鉀、石油醚、冰乙酸、硫代硫酸鈉、甲醇、無水乙醇、無水乙酸鈉、無水硫酸鈉、過氧化氫、甲基紅、次甲基藍等，均為分析純；直鏈淀粉標品（純度98%）、支鏈淀粉標品（純度98%）：Sigma公司生產。

1.1.2儀器設備

差示掃描量熱儀（DSC，Pyris I型）：美國PE公司；雙螺桿擠壓機（DSE-25型）：上海精科科技公司；分光光度計（TU-1901型）：北京普析通用儀器有限公司；超細粉碎機（RT-25型）：北京金洋利科技公司；真空冷凍干燥機（LGJ-60）：北京四環科學儀器有限公司。

1.2方法

1.2.1配方均勻設計

均勻設計（Uniform Design）由方開泰和王元兩位學者首先提出［4］，當試驗因素變化范圍較大，需要取較多水平時，該方法可以大幅減少試驗次數。本試驗利用該方法軟件（Uniform Design Version 3.0）對3種原料進行配比設計。原料均無約束條件以避免結論的非普遍性。本試驗有3個因素：大米粉、小麥粉和燕麥粉的含量，考察指標為重組大米最大回生度，應用U15*（157），偏差為D=0.136 1。均勻設計配方見表1。

表1 均勻設計配方Table 1　Uniform design formula

1.2.2原料主要成分分析

水分含量測定：參照GB 5009.3-2010《食品安全國家標準食品中水分的測定》；粗蛋白含量測定：參照GB 5009.5-2010《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》；粗脂肪含量測定：參照GB/T 5009.6-2003《食品中脂肪的測定》；總淀粉含量測定：參照GB/T 5009.9-2008《食品中淀粉的測定》；直鏈淀粉含量測定：參照GB/T 15683-2008/ISO 6647-1：2007《大米直鏈淀粉含量的測定》。

1.2.3生產工藝流程［5］

原料→粉碎→過篩→復配→攪拌→擠壓熟化→成型→造?！稍铩鋮s→成品

1.2.4擠壓工藝參數確立

按照預試驗確定的優化操作參數：物料最適宜含水量為30%，擠壓機3個加熱區段溫度分別設為60、120、100℃，喂料速度是3 kg/min～4 kg/min，螺桿轉速控制在130 r/min左右，原料粒度為80目～100目。分別對均勻設計得到的各配比進行試驗。

1.2.5DSC分析［6-10］

取重組大米樣品，冷凍干燥48 h后磨碎過80目篩備用，精確稱量樣品粉末4.0 mg于鋁制坩堝中，按照樣品與蒸餾水1∶2（質量比）的比例，添加去離子水，加蓋后密封，在室溫下放置24 h，用DSC進行糊化測試。升溫速率10℃/min，溫度范圍為20℃～130℃。以空坩堝作為參比，載氣為氮氣，流速為20 mL/min。糊化后的樣品冷卻后在4℃冰箱中分別存放1、3、5、7、14、21 d，在相同測試條件下進行老化測試。取5次平行測定數據的平均值作為結果。

DSC測定過程中，可得到熱焓ΔH等熱力學參數。淀粉回生結晶量用回生焓ΔH表示，則回生程度（在時間t時，淀粉結晶量占結晶總量極限值的百分比）V可表示為：

式中：V表示t時的回生程度；ΔH0表示時間為0（完全糊化后）的回生焓；ΔHt表示t時的回生焓；ΔH∞表示回生焓極限值，本試驗以室溫下儲存180 d（4℃冰箱保存21 d相當于室溫保存180 d）樣品的回生晶體融化熱焓表示。

一般情況下，ΔH0=0，則式（1）可表示為：最大回生度/%=［回生焓極限值/糊化熱焓］×100（3）

1.2.6感官評價

參照GB/T15682-2008《糧油檢驗稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》。總分為100，包括氣味（20分）、外觀結構（20分）、適口性（30分）、滋味（30分），共4個指標。

1.2.7擠壓重組大米米飯的制備

各配比重組大米均按每人一份稱取10 g米樣，取250 mL水淘洗后加1.3倍水，用電飯鍋蒸30 min，燜制25 min。

1.2.8數據處理

試驗數據處理采用EXCEL 2007及SPSS 17.0。

2　結果與分析

2.1原料成分分析

原料品種選擇具有一定代表性，不僅要考慮直鏈淀粉含量，還要考慮擠壓成型要求。例如，糯米幾乎不含直鏈淀粉，因此不易回生，但其黏性大，不利于擠壓成型。經過預試驗，選擇大米粉、小麥粉和燕麥粉作為原料。原料成分檢測結果見表2。

表2　原料成分檢測結果Table 2　Testing results of the material ingredients

擠壓成型過程中，原料蛋白質含量高，則產品結構整齊。蛋白質在高溫高壓時發生美拉德反應，改善了產品口感風味；脂肪酸含量減少，產品保質期得到延長［11］。由上表可知，大米粉蛋白質含量相對較低，小麥粉蛋白質含量略高，而燕麥粉中蛋白質含量較高，在不影響其它指標時，可考慮多加一些。

由于老化后的淀粉難以重新糊化，因此會降低產品初始糊化度，另一方面，淀粉-脂質復合物的產生，有助于改善產品質構。但脂肪含量過多，擠壓時，不利于成型。燕麥粉脂肪含量達到了6.4%（表2），所以添加量不易過多。

直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量與比例直接影響淀粉類食品老化回生，淀粉類食品中直鏈淀粉含量越多，則越容易回生［12］。綜合考慮，燕麥粉直鏈淀粉含量最低，但脂肪含量較高，因此添加量不能太大；大米粉直鏈淀粉含量相對較低，而且脂肪含量最低，可適當多加一些。2.2DSC分析結果

對各配比樣品進行糊化和回生DSC分析，結果見表3和圖1。

表3　不同配比擠壓重組大米糊化與回生熱焓Table 3　The starch gelatinization and retrogradation enthalpy of reconstituted rice produced by different material ratio J/g

圖1　15種配比樣品回生程度隨時間變化圖Fig.1　The change of starch retrogradation degree vs.time of 15 kinds of samples

由表3可知：隨儲存時間延長，各配比重組大米樣品回生焓均越來越大，表明支鏈淀粉重結晶含量增加，即長期回生程度逐漸增加。回生焓增加的速度逐漸放緩，前14 d，增加較快，后7 d，增加較緩慢，儲存21 d后，基本達到最大值，說明回生基本完成。

由圖1可以看出：15種配比樣品的回生程度（V= ΔHt/ΔH∞）均隨儲存時間延長而逐漸增加，曲線整體趨勢是越來越平緩，說明在儲存初期，回生速度較快，儲存中后期，回生速度較慢。相比而言，5號配比樣品在各個時相的回生程度均較低，回生較緩慢。

2.3回歸方程的建立和顯著性檢驗

15種配比樣品最大回生度測定結果見表4。

表4　15種配比樣品最大回生度測定結果Table 4　Maximum degree of starch retrogradation of samples produced by 15 kinds of material ratio

利用EXCEL2007軟件進行回歸分析［13］，得到三元一次回歸方程：

對回歸方程進行分析，結果見表5。

表5 回歸分析結果Table 5　Regression analysis results

由表5可知：樣本數N=15，顯著性水平α=0.01，F=13.240 42＞F0.01（3，11）=6.22，顯著值F=0.000 57＜0.01，即P＜0.01，復相關系數R=0.884 95，復相關系數臨界值Rmin=0.793，R＞Rmin，說明方程與試驗數據擬合得很好，回歸方程具有非常顯著的線性關系。

2.4直觀分析結果

對所有樣品的最大回生度進行直觀比較，由表4可知：1、2、3、6號配比最小，4、5號配比次之。根據顯著性分析（表4），可知：1、2、3、6號，4、5號，7、12、13、14號，8、9、10、11、15號配比之間均存在顯著性差異（P＜0.05），4號與5號配比之間不存在顯著性差異（P＞0.05）。

2.5感官評價結果

對各配比樣品所蒸煮的米飯進行感官評價，結果見表6。

表6 感官評價得分表Table 6　The results of sensory evaluation

由表6可知：9、10、11、13、15號配比樣品所蒸煮的米飯感官評價得分比較低，米飯顏色發暗，黏結成團，米飯結構不完整，黏牙，沒有嚼勁；2、3、8、14號配比次之，7、12號配比得分較高，5號配比得分最高。

3　結論

5號配比樣品回生較緩慢；1、2、3、6號配比樣品的最大回生度相對最低，4、5號配比次之，但2、4、6號配比燕麥粉比例過高，混合后的原料脂肪含量過高，不利于擠壓成型；5號配比感官評價分值最高。綜合考量，選擇5號配比作為優化配比，即大米粉∶小麥粉∶燕麥粉=4.5∶4.5∶1（質量比）。試驗表明，該配比所制備的重組大米米飯不易老化回生，感官品質好，營養均衡，經常食用，有助于合理調節膳食營養結構，促進身體健康。研究結論可為以重組大米為原料生產新型自加熱米飯提供理論依據。

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Studies on the Optimization of Extrusion Restructuring Rice Material Ratio by Formula Uniform Design Method

HU Jie1，LI De-yuan1，QIAO Yan2，HUO Yin-qiang3
（1.Department of Quartermaster，Military Economic College，Wuhan 430035，Hubei，China；2.Hospital of Military Economic College，Wuhan 430035，Hubei，China；3.College of Food Science and Technology，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，Hubei，China）

Rice power，wheat power and oat power were used as raw materials to produce extrusion restructuring rice.The main nutritional components of three kinds of materials were analyzed，then，using the formula uniform design method to generate 15 kinds of materials ratio.The retrogradation properties of the samples prepared according to the 15 kinds of materials ratio was carryied out，at the same time，combining the sensory evaluation and intuitive analysis，the best material ratio was determined.The results showed that the best material ratio was as follows：rice power∶wheat power∶oat power＝4.5∶4.5∶1（weight ratio）.According to this ratio the reconstituted rice produced by extrusion processing technology was the most difficult to retrograde，and had good sensory quality and balanced nutrition.The study could provide theoretical reference for the production of new kind of self heating rice with reconstituted rice as the raw material.

uniform design；extrusion processing technology；reconstituted rice；material ratio

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.10.020

湖北省科技支撐項目（2015BBA167）

胡杰（1981—），男（漢），講師，博士，主要從事軍用食品研究。

2016-02-19