韌化處理改善米粉品質的工藝條件優化研究

廖盧艷 劉惠惠 甘增鵬 吳衛國 鄒 杰

(湖南農業大學食品科學技術學院，長沙 410128)

米粉屬于中國特色小吃，在中國南方十分流行。米粉種類多樣，但生產工藝大同小異，具有良好的質地，且彈性十足，用水煮不容易糊湯，干炒也不容易斷，加配各類菜碼用來湯煮或干炒，爽滑入味，受到許多消費者的喜愛。現代社會的生活水平有了極大提高，因此人們對米粉的要求也越來越高，比如對色、香、味的要求，以及對米粉品質的要求，如黏彈性、韌性、筋道感，因此，對改善米粉品質的研究必不可少。

采用對米粉原料粉進行物理改性改善米粉品質已經成為提高米粉品質的一種綠色、安全、有效的方法，而目前研究較多的為濕熱改性技術，其中濕熱改性技術可以明顯的改善淀粉制米粉的品質，尤其是米粉的彈韌性和拉伸性能[1-4]。除濕熱處理外，韌化處理也是一種物理改性淀粉的手段，通常指在過量含水量(≥40%)條件下，采用低于淀粉糊化溫度的溫度條件對淀粉進行的一種熱處理[5]。大量相關研究表明，韌化處理作為一種物理改性方式，可以誘導淀粉的層狀結構、有序化和無序化結構、結晶結構發生重組，可以促進破壞淀粉分子的氫鍵締合，使淀粉顆粒的形貌、直鏈/支鏈淀粉比例發生改變，分子鏈發生聚集或斷裂，從而達到調控淀粉功能特性的目的。即使淀粉的性質得到改變，但由于韌化處理只有水和熱的作用，不會帶來化學試劑的殘留，安全綠色，因此能夠在食品行業中得到廣泛應用[6-7]。已有大量研究證明淀粉韌化處理后溶解度和膨脹率降低、直鏈淀粉含量增加、熱穩定性和抗剪切能力提高，而這些均有利于米粉的制作和品質的提高[8-11]。因此，關于熱處理物理改性技術在食品中的應用研究也逐漸引起國內外人的關注。當前韌化處理研究方向主要集中于不同種類淀粉的性質及結構上[12-16]，鮮有韌化處理改善米粉品質方面的報道。本研究以余赤早秈米為原料，以傳統米粉制作工藝為依據，了解韌化處理對米粉品質工藝的影響，通過在泡米工藝上采用韌化處理技術，探究韌化處理溫度、韌化處理時間和大米含水量對米粉拉伸品質和感官品質的影響研究，為韌化技術在改善米粉品質方面的推廣應用提供參考，也為改善米粉品質提供一種綠色、安全、有效的方法。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

大米：早秈米(余赤)。

1.2 主要儀器設備

GFL-230電熱鼓風干燥箱；TQ-1000Y高速多功能粉碎機；AE 2204電子分析天平；K9840自動凱氏定氮儀；RAV-3D快速粘度分析儀；TA-XT2i Plus質構儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 標樣米粉含水量測定

根據GB 5009.3—2010直接干燥法。

1.3.2 大米的韌化處理

大米使用前先用105 ℃恒重法(GB 50093—2010)測定出大米的含水量后，取500 g置于鋁箔自封袋中，用蒸餾水調節含水量至45%～60%，密封條件下平衡水分24 h，封口置于不同溫度下(50～70 ℃)處理12～36 h。

1.3.3 鮮濕米粉制備

大米原料(韌化處理前后大米)→浸泡(30 ℃，3 h)→調節水分→磨漿→過篩(60目)→攪拌→蒸粉(100 ℃，90 s)→冷卻→切條→成品。

1.3.4 鮮濕米粉拉伸品質的測定

取6 cm長的樣品米粉，置于質構儀臺面上，從粉餅上不同部位取米粉，每個粉餅中的米粉測3次，做平行實驗。采用AKIE探頭測定米粉的拉伸性能。具體測定條件如下：測前下降速度：2.00 mm/s；測試速度：3.30 mm/s；測后上升速度：10.00 mm/s；測量距離：75 mm；觸發力：自動-5 g；皮重模式：自動；數據采集速率：200 pps。每個樣品平行測定6次，去掉每個指標的最大值和最小值后取平均值。

1.3.5 米粉的感官評價

采用100分制評分方法，邀請8位食品專業的同學(4男4女)根據表1的感官評分標準對成品的色澤、氣味、形態與蒸煮特性、口感五個方面進行感官評價。感官評價標準見表1。根據表1對米粉進行感官評分，結果去掉最高分和最低分，取平均值。

表1 鮮濕米粉感官評價標準

1.3.6 單因素實驗設計

1.3.6.1 大米不同含水量條件下韌化處理對米粉拉伸品質和感官品質的影響

固定韌化處理溫度為65 ℃，時間為18 h，含水量分別為40%、45%、50%、55%、60%，研究大米不同含水量條件下韌化處理對米粉拉伸品質和感官品質的影響。

1.3.6.2 不同時間條件下韌化處理對米粉拉伸品質和感官品質的影響

固定韌化處理溫度為65 ℃，含水量為50%，時間分別為12 、18 、24 、30 、36 h，研究不同時間條件下韌化處理對米粉拉伸品質和感官品質的影響。

1.3.6.3 不同溫度條件下韌化處理對米粉拉伸品質和感官品質的影響

固定韌化處理含水量為50%，時間為18 h，溫度分別為50、55、60、65、70 ℃，研究不同溫度條件下韌化處理對米粉拉伸品質和感官品質的影響。

1.3.7 響應面實驗設計

通過單因素實驗，在此基礎上，由Box-Behnken實驗設計原理展開三因素三水平實驗設計，以韌化含水量、韌化時間、韌化溫度為響應變量，以抗拉伸阻力和感官評價值為響應值，利用Design-Expert 8.0軟件進行響應面優化。設計自變量的實驗水平分別以-1、0、1進行編碼，共設計17 個實驗點，其中12 個為析因點，5 個為區域的中心零點，用來估計實驗誤差。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 不同時間條件下韌化處理對米粉品質的影響

由圖1可知，與未處理米粉相比拉伸強度明顯增強，隨著韌化處理時間的延長，米粉拉伸強度持續增大，到24 h時達到最大值125.30 g，可能是因為隨著韌化處理時間延長，直鏈淀粉含量增加，由韌化處理粉制備的米粉的凝膠強度顯著增加，淀粉分子之間結合力增強，使得拉伸強度增強，但是，當韌化處理的時間進一步延長，其米粉的拉伸強度反而降低，分析其原因可能是韌化處理時間過長，淀粉分子過度水解導致米粉凝膠強度下降[17]。由圖2可知，與未處理米粉相比，韌化處理米粉感官評分都較高，18 h時感官評分最高達到84.30，可能是隨著韌化處理時間增加，淀粉的膨潤力與溶解率降低，米粉爽滑性和米粉口感柔韌性增加，口感較好，然后隨著時間的進一步延長其感官評分逐漸下降，可能是隨著韌化處理時間過長，米粉的白度下降，顏色泛黃且硬度增加，使其口感和色澤變差[18]。綜合分析，獲得拉伸品質和感官品質相對較好的米粉，最適韌化處理時間為12～24 h。

2.1.2 不同溫度條件下韌化處理對米粉品質的影響

由圖1可知，隨著韌化溫度提高，米粉最大拉伸阻力持續增大，到65 ℃時達到最大值127.70 g，溫度大于65 ℃后隨著溫度進一步升高拉伸強度反而降低。由圖2可知，隨著韌化處理溫度升高，感官評分呈現先增加后降低的趨勢，處理溫度為55 ℃時達到最大值85分。隨著韌化處理溫度的上升，米粉拉伸品質和感官品質不斷提高，可能是由于在韌化處理過程中大米直鏈淀粉含量不斷增加所致，有研究發現，韌化處理過程中，由于水和熱的作用下，淀粉顆粒無定型區淀粉鏈之間相互作用或支鏈淀粉支化結構破裂都可能導致直鏈淀粉含量的增加[19-20]。但是，隨著韌化處理溫度的升高，由于直鏈淀粉含量的進一步增加，使得米粉硬度過大，同時，米粉白度下降，其感官品質會變差。綜合分析，獲得拉伸品質和感官品質相對較好的米粉，最適韌化處理溫度為50～60 ℃。

2.1.3 大米不同含水量條件下韌化處理對米粉品質的影響

由圖1可知，含水量為40%～55%時，隨著含水量增加，米粉最大拉伸阻力不斷增加，含水量為55%時達到最大120.60 g，但是隨著含水量增加最大拉伸阻力反而降低。由圖2可知，隨著含水量增加，米粉感官評分增加，含水量為55%時感官評分達到最高82.50，然后隨著含水量增加感官評分也有所降低。有研究發現，在韌化處理過程中，隨著淀粉含水量的增加，淀粉的溶解度和膨脹率顯著降低[21-22]。同時，淀粉的溶解度和膨脹率越低，米粉的蒸煮品質和拉伸品質越好[23-25]。但是，隨著含水量的進一步增加，溶解度和膨脹率反而也會增大。主要是由于水分對淀粉有增塑作用，隨著含水量的增加，玻璃態轉變溫度降低，促使淀粉聚合鏈間氫鍵在熱作用下被破壞，淀粉鏈獲得更大自由度，引起淀粉團粒中分子重組，增強結晶區的完善，結晶度的增加以及無定形區的結構變化，影響了淀粉的溶解度和膨脹率[26]。因此，在韌化處理過程中，含水量的變化影響了淀粉的溶解度和膨脹率進而影響了米粉的品質。綜合分析，獲得拉伸品質和感官品質相對較好的米粉，最適韌化處理大米含水量為50%～60%。

圖1 大米不同溫度、時間、含水量條件下韌化 處理對米粉最大拉伸強度的影響

圖2 大米不同溫度、時間、含水量條件下韌化 處理對米粉感官品質的影響

2.2 響應面實驗結果與分析

2.2.1 響應面實驗結果

響應面因素設計水平見表2。運用Design Expert 8.0.6軟件，對表3中的實驗數據進行多元回歸分析，得到拉伸強度與所選3個因素的回歸方程為：Y1=125.32-1.39A+3.85B-2.61C-0.73AB+3.30AC+4.57BC-5.46A2-2.74B2-9.81C2。由表2得到的實驗數據，并對其進行方差分析，結果見表4。從表4所得數據可看出，模型的F=169.28，P<0.000 1，表示模型顯著，且模型的失擬項P=0.209 6>0.05，不顯著，表明模型的擬合度較好，殘差均由隨機誤差引起。模型的決定系數R2=0.995 4，表明拉伸強度實際值與預測值之間具有較好的擬合度，調整系數R2=0.989 5，說明該模型能用于解釋98.95%響應值的變化，預測系數R2=0.950 5，說明該模型預測性較好。由表4可知，模型中A、B、C、AC、BC、A2、B2、C2對響應值的影響均為極顯著，說明韌化處理含水量、時間和溫度是影響米粉最大拉伸阻力的重要因素。根據表4中各因素F值的大小可知，對于最大拉伸阻力的影響因素，其主次順序為：韌化處理時間>韌化處理溫度>韌化處理含水量。

表2 響應面實驗設計因子水平表

表3 響應面實驗設計與結果

對表3中的實驗數據進行多元回歸分析，得到感官評分與所選3個因素的回歸方程為：Y2=85.22-0.3A+1.39B-2.06C-0.25AB+1.4AC+1.57BC-1.72A2-2.05B2-4.7C2。由表3得到的實驗數據，并對其進行方差分析，所得結果見表5。從表5所得數據可看出，模型的F=160.19，P<0.000 1，表示模型顯著，且模型的失擬項P=0.300 1>0.05，不顯著，表明模型的擬合度較好，殘差均由隨機誤差引起。模型的決定系數R2=0.995 2，表明感官評分值與預測值之間具有較好的擬合度，調整系數R2=0.989 0，說明該模型能用于解釋98.95%響應值的變化，預測系數R2=0.953 1，說明該模型預測性較好，因此，該模型可用于分析和預測米粉感官評分。由表5可知，模型中B、C、AC、BC、A2、B2、C2對響應值的影響均為極顯著，說明韌化處理時間和處理溫度是影響米粉感官評價的重要因素。根據表5中各因素F值的大小可知，對于感官評分的影響因素，其主次順序為：韌化處理溫度>韌化處理時間>韌化處理含水量。

表4 對拉伸阻力的響應面實驗結果回歸模型方差分析

注： **表示P<0.01，差異極顯著。余同。

表5 對感官評分的響應面實驗結果回歸模型方差分析

2.2.2 響應面交互作用分析

由圖3可知，等高線圖中，韌化處理含水量和韌化處理溫度之間的交互作用形狀呈橢圓形，說明兩者交互作用顯著。韌化處理溫度對最大拉伸阻力的影響大于含水量。韌化處理的時間和韌化處理溫度之間的交互作用形狀呈橢圓形，說明兩者交互作用顯著。韌化處理時間對米粉最大拉伸阻力的影響比韌化處理溫度更大。

由圖4可知，等高線圖中，韌化處理含水量和韌化處理溫度之間的交互作用形狀呈橢圓形，說明兩者交互作用顯著。大米含水量對感官評分的影響大于處理溫度。大米處理時間和處理溫度之間的交互作用形狀呈橢圓形，說明兩者交互作用顯著。處理溫度對米粉感官評分的影響比處理時間度更大。

圖3 不同因素交互影響最大拉伸阻力的等高線圖

圖4 不同因素交互影響感官評分的等高線圖及曲面圖

2.2.3 最優工藝條件的確定及驗證

分析優化回歸模型，在各因素選定的范圍內，由RSM得到韌化處理改善米粉品質的最佳工藝條件為：含水量54.88%，時間22.16 h，溫度56.94 ℃，在此條件下預測最大拉伸阻力為125.42 g，感官評分為84.11。對所給出的最佳工藝條件進行驗證，并考慮到實際可操作性，修正最佳工藝參數為：含水量55%，時間22 h，溫度57 ℃，進行3次平行實驗，分別測得米粉的最大拉伸阻力分別為123.32、124.45、126.14 g，感官評分為83.62、83.84、84.53。實際米粉最大拉伸阻力平均值為124.63 g，感官評分平均值為84.00，與模型符合良好，說明該模型能夠較好地預測韌化處理改善米粉品質的效果。

3 結論

單因素實驗結果表明，當所泡大米含水量處于50%～60%之間，處理溫度位于50～60 ℃之間，處理時間在12～24 h時，所做出的米粉的拉伸強度與感官評分都能達到較高的水平。在單因素實驗基礎上，對響應面實驗所得的回歸模型進行分析優化，結果表明，韌化處理改善米粉品質最佳工藝條件為：含水量54.88%，時間22.16 h，溫度56.94 ℃，在此條件下預測最大拉伸阻力為125.42，感官評分為84.11。修正最佳工藝參數，并對其進行驗證，在所泡大米處于含水量55%，時間22 h，溫度57 ℃的條件下，測得最大拉伸阻力平均值為124.63 g，感官評分平均值為84.00，在最佳工藝條件下, 實測值與預測值比較吻合, 說明該方法可以為優化米粉品質工藝提供參考。