高壓微通道超細微粉碎技術制備糯米粉及性質研究

李 娟 許雪兒 陳正行 王昕月 尹仁文 王 韌 王 莉

(食品科學與技術國家重點實驗室；糧食發(fā)酵工藝與技術國家工程實驗室；江南大學，無錫 214122)

高壓微通道超細微粉碎技術制備糯米粉及性質研究

李 娟 許雪兒 陳正行 王昕月 尹仁文 王 韌 王 莉

(食品科學與技術國家重點實驗室；糧食發(fā)酵工藝與技術國家工程實驗室；江南大學，無錫 214122)

針對傳統(tǒng)糯米粉制備工藝中存在加工技術水平低、衛(wèi)生條件差和含鐵含沙量超標等問題，采用高壓微通道超細微粉碎技術，制備無沙和無金屬殘留的超細微粉碎糯米粉并對其性質進行分析研究。結果表明，經(jīng)高壓微通道超細微粉碎技術20 MPa處理后，糯米粉平均粒徑(D50)顯著降低至6.53 μm，且糯米粉的凍融穩(wěn)定性和溶解度都得到顯著改善。所制得的糯米粉不僅口感細膩，而且加工能耗低、加工效率高、污染少，適用于工業(yè)化生產(chǎn)且滿足人們對健康食品的追求。

高壓微通道超細微粉碎技術(HMUG) 白糯米粉 理化性質

糯米是脫殼的糯稻，在我國種植范圍廣且發(fā)展前景廣闊。在糯米應用范圍不斷增大的同時，對糯米原料也有更高的品質要求。糯米的種類和品質是影響糯米粉品質的重要因素，除此之外，制粉工藝也對糯米粉品質產(chǎn)生較大影響。目前糯米粉的傳統(tǒng)制粉方法主要有干法制粉、半干法制粉和濕法制粉，我國使用最普遍的是濕法制粉，且多數(shù)采用砂輪磨和鐵磨進行磨粉。傳統(tǒng)糯米粉制備工藝中多存在加工技術水平低、含沙含鐵量高和加工衛(wèi)生條件差等問題。高壓微通道超細微粉碎技術(HMUG)是利用高壓泵對介質加壓，介質在高速剪切作用、高壓射流對沖撞擊作用和流道瞬時壓降產(chǎn)生的空穴效應三重作用下實現(xiàn)對物料的納米級高效超細微粉碎[1]。HMUG實現(xiàn)了對物料的粉碎、均質、乳化的一體化，且能耗低、污染小、處理量大。

本研究通過采用高壓微通道超細微粉碎技術摸索一條糯米粉加工生產(chǎn)新工藝，有效避免了由于傳統(tǒng)糯米粉加工所帶來的安全性和口感性問題，且提高了糯米粉的加工效率和技術水平，徹底解決了糯米粉加工衛(wèi)生環(huán)境差的現(xiàn)狀，為今后生產(chǎn)高品質糯米粉提供理論借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

白糯米：河南黃國糧業(yè)有限公司；黃原膠：阿澤雷斯國際貿(mào)易(上海)有限公司；阿拉伯膠：美國Sigma公司；其他試劑：國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2 儀器設備

高壓微通道超細微粉碎機：上海住本環(huán)境科技有限公司；手持攪拌器：法國Robot couple公司；BT-9300s型激光粒度分布儀：丹東百特儀器有限公司；UV-3200型紫外可見分光光度計：上海美普達儀器有限公司；UltraScan PRO分光測色儀：美國亨特立公司；RVA-4500快速黏度分析儀：波通瑞華科學儀器(北京)有限公司；LXJ-IIB型離心機：上海安亭科學儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 糯米粉制備

室溫下稱取5 kg經(jīng)風選除雜后的白糯米樣品，按照40%質量分數(shù)在水中浸泡3 h后，用手持攪拌器粗磨2 min后將糯米漿液倒入高壓微通道超細微粉碎設備中，設定壓力為20 MPa、循環(huán)1次處理。最后，收集所得漿液并進行板框壓濾，將下層濾餅置于白瓷盤中并置于55 ℃干燥箱中，并置于干燥器中保存待用。

1.2.2 糯米粉基本成分測定

糯米粉含水量按照 GB5009.3—2010測定；灰分含量按照GB5009.4—2010測定；蛋白含量按照GB5009.5—2010測定；脂肪含量按照GB/T 5009.6—2003測定；淀粉含量按照GB/T5009.9—2008測定。

1.2.3 糯米粉粒度測定

將糯米粉漿樣品逐滴加入激光粒度分布儀樣品池中直至儀器顯示遮光度范圍在15%～25%，由系統(tǒng)給出粒子體積為權重的質量為平均粒徑分布[2]。激光功率為75 MW，室溫下測定，每個樣品重復測量3次。

1.2.4 糯米粉微生物指標測定

樣品菌落總數(shù)按照GB 4789.2—2010進行測定。

1.2.5 糯米粉微觀形貌觀察

取適量樣品用導電膠固定在樣品臺上，噴金30 s，取出樣品放入掃描電鏡觀察室進行形貌觀察。

1.2.6 糯米粉破損淀粉含量測定

糯米粉破損淀粉含量按照GB/T 9826—2008方法測定。

1.2.7 糯米粉溶解度測定

根據(jù)文獻[3]精確稱取1 g樣品，加入離心管中，用蒸餾水定容至50 mL，在100 ℃加熱30 min，3 500 r/min離心20 min，將上清液水浴蒸干，于105 ℃下繼續(xù)烘干至恒重，得到溶解糯米粉質量A(g)，計算糯米粉溶解度S。

S=A×100%

(1)

1.2.8 糯米粉凍融穩(wěn)定性測定

根據(jù)文獻[4]，稱取一定量的糯米粉樣品，配成質量分數(shù)為7% (以干基計)的糯米粉乳，沸水浴中加熱25 min，冷卻至室溫。然后將粉糊分別倒入己知質量的塑料離心管中，稱重，放入-20 ℃的冰箱中冷凍，22 h后取出，35 ℃水浴解凍2 h，取一管經(jīng)過解凍的糯米粉凝膠，4 000 r/min離心20 min，用滴管吸去上清液，稱取沉淀物的質量，其余再冷凍、解凍、稱重，每次稱一管至沒有水析出，按式(2)計算析水率：

S=[(m1-m3)/(m2-m1)]×100%

(2)

式中：S為析水率/%；m1為離心管的質量/g；m2為離心管加糯米粉凝膠的質量/g；m3為凍融離心去水后離心管加糯米粉凝膠的質量/g。

1.2.9 糯米粉糊化特性的測定

按照GB/T 24853—2010測定。

1.2.10 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Origin 9.0軟件對數(shù)據(jù)進行圖形處理；采用SPSS 20.0和Excel軟件對數(shù)據(jù)進行顯著性分析，P<0.01為極顯著，P<0.05為顯著。

2 結果與討論

2.1 糯米粉基本成分測定

如表1所示為對照樣品和經(jīng)20 MPa HMUG處理后的糯米粉，其中糯米粉的含水量在10%～12%，灰分質量分數(shù)差異不顯著為0.34%～0.35%，蛋白質質量分數(shù)在7.25%～7.59%左右，脂肪質量分數(shù)大約為1%～2%，淀粉質量分數(shù)為80%～85%。蛋白質、脂肪和淀粉差異顯著，這很可能是由于白糯米粉品種之間的差異導致的。

表1 糯米粉基本成分測定/%

2.2 HMUG處理前后糯米粉粒徑變化

糯米在20 MPa下經(jīng)HMUG處理后，平均粒徑D50值如表2所示。經(jīng)1次循環(huán)后糯米粉粒徑從57.06 μm顯著減小到6.53 μm。這可能是因為含有固體顆粒的多相流導入微通道后，物料撞擊概率也增大，導致含有固體顆粒的多相流經(jīng)過多次的撞擊和剪切，進而達到減小粒徑的效果。在狹窄的微通道中，高速射流產(chǎn)生空穴效應，利用空化和對撞產(chǎn)生的綜合高密度能量達到減小物料粒徑的效果。朱秀梅[5]等和劉成梅等[6]在研究微射流處理膳食纖維等物料時表明，該處理方式能夠顯著減小物料粒徑，從而影響其理化性質，該方法廣泛適用于粉碎富含膳食纖維含量高的物質，工作壓力和作用方式均對粒徑有顯著影響。Qian等[7]表明經(jīng)過微射流處理的樣品粒徑均有明顯下降。Tu等[8]在使用動態(tài)高壓微射流處理膳食纖維時也表明該處理方式能夠顯著減小纖維粒徑。

表2 HMUG處理對糯米粉粒徑的影響

2.3 HMUG處理前后糯米粉菌落總數(shù)變化

經(jīng)HMUG處理后糯米漿中的菌落總數(shù)從4.0×106cfu/mL顯著降低到2.3×105cfu/mL(表3)，菌落總數(shù)減少了近20倍。

表3 HMUG處理對糯米粉減菌作用的影響

從表3和圖1可得HMUG處理能夠有效降低糯米粉中菌落總數(shù)含量。這是由于通過HMUG裝置對介質進行加壓，產(chǎn)生湍流、層流和對沖空化效應，對微生物細胞等產(chǎn)生粉碎和高速剪切作用，其瞬間能量起到一定的滅菌作用。劉建華[9]研究超高壓對物料作用進行粉碎處理后，物料中活菌總數(shù)顯著減小，高壓使得部分菌落失活，只殘留部分耐壓活菌。趙光遠等[10]在使用微射流技術處理石榴汁飲料時發(fā)現(xiàn)，隨著高壓微射流壓力的增大，其滅菌效果越顯著， 李俶等[11]在通過微射流技術處理菠蘿汁時也有相同發(fā)現(xiàn)，均與本研究結果相一致。因此HMUG能夠廣泛運用在液體飲料的制備、貯藏和應用中。

圖1 HMUG處理對糯米粉減菌作用比較

2.4 HMUG處理前后糯米粉電鏡圖變化

從圖2a掃描電鏡圖可以看出，HMUG處理前糯米淀粉顆粒較緊實，部分顆粒團聚在一起，為光滑的多面體。從圖2bHMUG處理后淀粉顆粒均分散開，無明顯聚集大顆粒成分，淀粉分子分散在整個體系當中。由此可得，HMUG處理對于糯米粉結構有一定影響。高佳敏等[12]通過掃描電鏡表征微射流對淀粉分子結構影響時發(fā)現(xiàn)，當處理壓力達到120 MPa時，淀粉顆粒形態(tài)發(fā)生嚴重改變，分子變成中間凹陷的扁平狀，失去原有形態(tài)，因此在制備糯米粉時應選擇較低壓力。

圖2 HMUG處理前后糯米粉掃描電鏡圖變化

2.5 HMUG處理前后糯米粉破損淀粉含量變化

從表4數(shù)據(jù)看出，HMUG處理對糯米粉的破損淀粉含量有一定增加，表明糯米經(jīng)過微通道時，較高的壓力對糯米粉顆粒進行剪切和撞擊作用，進而導致樣品中淀粉顆粒破損程度增高，導致破損淀粉含量增大，破損淀粉是由于機械作用和熱作用造成的淀粉顆粒結構的變化，各種工業(yè)制粉都不可避免產(chǎn)生破損淀粉[13]。破損淀粉對糯米粉粘度和糊化特性有直接影響，其降低會導致糊化溫度、回生值顯著增大，因此應盡量減少糯米粉中破損淀粉含量。在工業(yè)生產(chǎn)中應選擇低循環(huán)處理次數(shù)、低工作壓力作為HMUG制作糯米粉的工藝條件，以減小破損淀粉的含量。

表4 HMUG處理前后糯米粉破損淀粉含量變化情況

2.6 HMUG處理前后糯米粉溶解性變化

從表5中可以看出經(jīng)過HMUG處理后，糯米粉的溶解度從57.23%上升至80.35%有顯著提高。HMUG處理對樣品進行剪切、撞擊，使樣品的溶解率顯著增大。糯米粉經(jīng)過加熱后，淀粉分子結晶區(qū)氫鍵被打開，結晶區(qū)結構受到破壞，使得游離水易于滲入淀粉分子內(nèi)部，進而會有效提高樣品溶解度[14]。處理后樣品溶解性能提高，其分散性有所改善。章文琴等[15]在通過使用微射流處理大豆多糖時發(fā)現(xiàn)處理后樣品的溶解度顯著提高，有利于富集和純化，更利于人體的健康與吸收。

表5 HMUG處理對糯米粉溶解性影響

2.7 HMUG處理前后糯米粉凍融穩(wěn)定性變化

圖3 HMUG處理前后糯米粉凍融穩(wěn)定性變化

圖3顯示糯米粉析水率隨著時間增大而逐漸上升，可能是凍融過程中糯米淀粉顆粒與水分子作用力減弱，糯米淀粉分子之間的作用力增強，從而析出大量水。糯米粉析水率從處理前的71.6%下降到處理后的42.8%，可能是經(jīng)過處理后，淀粉顆粒被打散均勻分布在體系中，較大程度保持糊化狀態(tài)，與水分子相互作用緊密，水分子不易流失，因此析水率降低[16]。該結果表明HMUG處理后糯米粉凍融持水能力較強，凍融穩(wěn)定性顯著提高、即抗凍能力提高。由此可見，HMUG處理糯米超微粉更有助于提高冷凍及冷藏食品的凍融穩(wěn)定性。

2.8 HMUG處理前后糯米粉糊化特性變化情況

從表6數(shù)據(jù)可以看出，HMUG處理前后峰值黏度、衰減值分別從1 413、369顯著增大到1 648、842；最低黏度、最終黏度、回生值分別從1 044、1 281、234顯著降低至806、1 105、199。經(jīng)HMUG處理后糯米粉的峰值黏度、衰減值顯著上升，最低黏度、最終黏度、回生值有所下降，說明通過HMUG處理的糯米粉水分更容易進入淀粉顆粒中，糯米粉易發(fā)生糊化且黏性較好[17]。經(jīng)HMUG處理的糯米粉回生值降低也表明所制得的糯米粉不易發(fā)生淀粉老化且穩(wěn)定性好。

表6 HMUG處理前后糯米粉糊化特性變化

3 結論

通過采用HMUG技術可顯著降低糯米粉的平均粒徑，改善糯米粉的凍融穩(wěn)定性和溶解性，且對糯米粉原料具有一定的減菌作用。雖然經(jīng)HMUG處理后糯米粉的破損淀粉含量升高，后期有望通過添加一定比例的親水膠體來進行改善，從而獲得口感細膩、凍融穩(wěn)定性高的高品質糯米粉。

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Preparation and Properties Analysis of Sticky Rice Flour Using High-Pressure Microchannel Ultrafine Grinding Technology (HMUG)

Li Juan Xu Xueer Chen Zhengxing Wang Xinyue Yin Renwen Wang Ren Wang Li

(State Key Laboratory of Food Science and Technology；National Engineering Laboratory for Cereal Fermentation Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122)

In this study, high-pressure microchannel fludizer was adopted to ultrafine grinding sticky rice without sands and metal. This technology can solve the problems in traditional process of the sticky rice flour: low in processing technology, less products with high quality, and poor processing conditions. Results showed that the average particle diameter (D50) of the sticky rice was reduced to 6.53 μm after the high-pressure microchannel fludizer treatment with 20 MPa. Its particle size was significantly less than the commercial control sample. The freeze-thaw stability and solubility of sticky rice flour have been improved. This sticky rice flour not only has a delicate taste but also has a low energy consumption and high processing efficiency, which is suitable for industrial production. Preparation of high quality sticky rice flour, it is conductive to improve people's dietary nutrition structure and meet the people's pursuit of healthy diet.

high-pressure microchannel ultra-fine grinding technique(HMUG), white sticky rice, physical and chemical properties

TS211

A

1003-0174(2017)10-0151-05

國家自然科學基金(31501407),河南省重大科技專項(151100110500-1),大宗糧食加工副產(chǎn)物綜合利用技術研究與示范(201303071)

2017-04-07

李娟，女，1982年出生，助理研究員，糧食精深加工