營(yíng)養(yǎng)重組米的工藝優(yōu)化及營(yíng)養(yǎng)素對(duì)品質(zhì)的影響

劉小禾，王宜崧，張克，薛文通

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院（北京 100083）

隨著社會(huì)發(fā)展，糧食的加工精度越來越高。過度加工導(dǎo)致糧食營(yíng)養(yǎng)成分嚴(yán)重流失，造成營(yíng)養(yǎng)不均衡等不良影響[1]。為對(duì)其進(jìn)行改善，國(guó)內(nèi)外研究者以大米[2]、玉米[3]、蕎麥[4]等谷物為原料，利用擠壓加工技術(shù)，研究生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨(dú)特的新型食品，即營(yíng)養(yǎng)重組米。這種重組米在食用時(shí)加熱時(shí)間較短，因此也被稱為速食米[5]。營(yíng)養(yǎng)重組米有較高的食用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是一種開發(fā)前景廣闊的營(yíng)養(yǎng)型食品[6]。

重組米在保證產(chǎn)品完整外形的同時(shí)，保留原料中的各種營(yíng)養(yǎng)成分。通過營(yíng)養(yǎng)搭配，在食用重組米的同時(shí)攝入多種營(yíng)養(yǎng)元素[7]。擠壓制成的重組米蒸煮時(shí)間比天然大米要短，但速煮重組米品質(zhì)與天然米之間尚存一定差距[8]。制得的重組米不具備天然大米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和固有性質(zhì)，為使產(chǎn)品保持較好外形、復(fù)水性及耐蒸煮性，需要適量添加食品添加劑[9]。

以加工后的碎米為原料，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，確定制備感官品質(zhì)最優(yōu)重組米的擠壓工藝。在此工藝條件下，加入不同食品添加劑，測(cè)定重組米質(zhì)構(gòu)，水合性質(zhì)及抗壞血酸（VC）的保留率，為工業(yè)制備口感風(fēng)味俱佳的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化重組米提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

抗壞血酸（食品添加劑）；海藻酸鈉；改性大豆磷脂；瓜爾豆膠；水磨大米粉；2, 6-二氯靛酚（C12H6Cl2NNaO2）、草酸（C2H2O4）、碳酸氫鈉（NaHCO3）等，均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

DS32-VII實(shí)驗(yàn)型雙螺桿擠出機(jī)（濟(jì)南賽信機(jī)械有限公司）；TMS-Pro質(zhì)構(gòu)儀（美國(guó)Food Technology公司）；AR2140電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）；電磁爐；SM-2.8-10型電阻爐；數(shù)顯電子游標(biāo)卡尺；GS-86型電動(dòng)振篩機(jī)（浙江省上虞市沙篩廠）；標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩（浙江省上虞市沙篩廠）；600A型粉碎機(jī)；T6紫外可見分光光度計(jì)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

以加工后的碎米為原料，添加一定比例的抗壞血酸和食品添加劑。通過改變雙螺桿擠壓機(jī)的擠壓參數(shù)，測(cè)定強(qiáng)化米的品質(zhì)特性和感官評(píng)價(jià)來確定最優(yōu)參數(shù)。擠壓工藝流程為：原料預(yù)處理→稱定→加水?dāng)嚢杈鶆颉鷶D壓造粒→成型→冷卻干燥→成品。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

1.3.2.1 雙螺桿擠壓機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)重組米粒品質(zhì)的影響

將600 g水磨大米粉和0.45 g抗壞血酸按比例混合，加150 g水調(diào)質(zhì)。在喂料速度7 Hz，擠壓溫度100℃條件下，以15，18，20，22和25 Hz的螺桿轉(zhuǎn)速擠壓造粒。將米粒自然風(fēng)干48 h，在190 ℃烤箱中處理90 s，測(cè)定成品米粒的感官品質(zhì)。

1.3.2.2 雙螺桿擠壓機(jī)喂料速度對(duì)重組米粒品質(zhì)的影響

將600 g水磨大米粉和0.45 g抗壞血酸按比例混合，加150 g水調(diào)質(zhì)。在螺桿轉(zhuǎn)速22 Hz，擠壓溫度100℃條件下，以3，5，7，9和11 Hz的喂料速度擠壓造粒。將米粒自然風(fēng)干48 h，在190 ℃烤箱中處理90 s，測(cè)定成品米粒的感官品質(zhì)。

1.3.2.3 雙螺桿擠壓機(jī)擠壓溫度對(duì)重組米粒品質(zhì)的影響

將600 g水磨大米粉和0.45 g抗壞血酸按比例混合，加150 g水調(diào)質(zhì)。在螺桿轉(zhuǎn)速為22 Hz，喂料速度為7 Hz的條件下，以100，110，120，130和140 ℃的擠壓溫度擠壓造粒。將米粒自然風(fēng)干48 h，在190 ℃烤箱中處理90 s，測(cè)定成品米粒的感官品質(zhì)。

1.3.3 響應(yīng)面試驗(yàn)

以擠壓溫度、喂料速度和擠壓螺桿轉(zhuǎn)速3個(gè)因素為自變量，感官品質(zhì)為響應(yīng)值（用Y表示），設(shè)計(jì)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)定物料喂料速度范圍在5～11 Hz之間，擠壓溫度在100～120 ℃之間，擠壓螺桿轉(zhuǎn)速范圍在15～25 Hz之間。試驗(yàn)因素與水平的選取如表1所示。

表1 變量設(shè)計(jì)表

1.3.4 感官評(píng)價(jià)

參照GB/T 15682—2008《糧油檢驗(yàn) 稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評(píng)價(jià)方法》，重組米感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。將干燥后的重組米和水以1∶0.8（g/mL）比例混合于蒸鍋中蒸煮20 min，保溫10 min，取出放置于干燥清潔的紙盤。組織挑選16位專業(yè)感官評(píng)價(jià)員組成評(píng)價(jià)小組，從重組米的氣味、外觀結(jié)構(gòu)、適口性、滋味、冷飯質(zhì)地五個(gè)方面分別進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。重組米感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 重組米感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.5 不同食品添加劑對(duì)重組米品質(zhì)及抗壞血酸保留率的影響

在響應(yīng)面試驗(yàn)得出的最佳感官品質(zhì)的加工工藝條件下，分別添加海藻酸鈉、瓜爾豆膠和改性大豆磷脂混合造粒。將米粒自然風(fēng)干48 h，在190 ℃烤箱中處理90 s，測(cè)定成品米粒抗壞血酸的保留率、質(zhì)構(gòu)性質(zhì)、吸水率和溶出率。

1.3.6 指標(biāo)測(cè)定

質(zhì)構(gòu)的測(cè)定：稱取一定量樣品，加沸水浸泡至徹底軟化后，使用FTC質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定。質(zhì)構(gòu)測(cè)定參數(shù)：直徑35 mm的圓柱形探頭，測(cè)試速度60 mm/s，壓縮比例70%。

水合性質(zhì)的測(cè)定：參照王肇慈[10]的方法。稱取一定量樣品，用沸水浸泡20 min，過濾，稱其質(zhì)量，分別測(cè)定其吸水率和溶解度。

1.3.7 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，各組間差異有顯著性（p＜0.05）；采用Office 2013 作圖；采用Design-Expert 10軟件進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)和結(jié)果分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)重組米感官品質(zhì)的影響

在不同螺桿轉(zhuǎn)速條件下，重組米感官評(píng)價(jià)得分情況如表3所示。重組米在轉(zhuǎn)速18 Hz時(shí)，在氣味、外觀2個(gè)方面得分最高，滋味和適口性兩方面得分也都位列第二，總分得分也較高；螺桿轉(zhuǎn)速在25 Hz時(shí)，適口性、滋味兩方面得分最高且總分最高。

表3 不同轉(zhuǎn)速條件下重組米的感官評(píng)價(jià)

2.1.2 喂料速度對(duì)重組米感官品質(zhì)的影響

在不同喂料速度條件下，重組米的感官評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示。喂料速度9 Hz時(shí)，適口性與滋味得分最高，其余感官因素也較好，且總分最高；喂料速度7，9和11 Hz這3個(gè)條件下總分差距不大。

表4 不同喂料速度條件下重組米的感官評(píng)價(jià)

2.1.3 溫度對(duì)重組米感官品質(zhì)的影響

在不同溫度條件下，重組米感官評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示。溫度100 ℃時(shí)，外觀、適口性兩方面得分較高且總分也較高；在溫度120 ℃時(shí)氣味、適口性兩方面得分較高。

綜合單因素結(jié)果的分析，確定響應(yīng)面優(yōu)化工藝參數(shù)：溫度100～120 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速15～25 Hz，喂料速度5～11 Hz。

表5 不同溫度下重組米的感官評(píng)價(jià)

2.2 重組米的響應(yīng)面優(yōu)化

響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果及方差分析見表6和表7。經(jīng)分析可得回歸模型方程：Y=245.50-3.38X1+3.39X2-2.79X3-0.04X1X2+0.14X2X3+0.02。由表7方差分析結(jié)果可知，模型p值為0.008 1＜0.01，方程模型極顯著，而且該模型的確定系數(shù)R2=82.75%，表明模型與實(shí)際情況擬合良好，該模型可用。由方差分析可看出，交互項(xiàng)AB、BC影響極顯著（p＜0.01），因素A2影響顯著（p＜0.05）。各因素顯著程度依次為擠壓溫度＞螺桿轉(zhuǎn)速＞喂料速度。

表6 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表7 優(yōu)化后感官評(píng)價(jià)得分的方差分析結(jié)果

據(jù)圖1和圖2可知，溫度為擠壓機(jī)中物料的混合提供能量支持，在一定溫度范圍內(nèi)，溫度的增加可使擠壓得到重組米口感更好，感官評(píng)價(jià)得分增加。溫度和螺桿轉(zhuǎn)速交互作用結(jié)果顯示，溫度在110～120 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速在15～21 Hz范圍內(nèi)，兩者作用效果相反，溫度高于110 ℃時(shí)，溫度上升、螺桿轉(zhuǎn)速減小有助于改善重組米的感官品質(zhì)。

喂料速度的增加使物料混合速度加快，可能會(huì)導(dǎo)致混合不充分，螺桿轉(zhuǎn)速?zèng)Q定機(jī)械能輸入和滯留時(shí)間，進(jìn)而影響物料顆粒的降解、淀粉的糊化等。根據(jù)螺桿轉(zhuǎn)速與喂料速度交互作用的結(jié)果顯示，螺桿轉(zhuǎn)速在15～19 Hz范圍內(nèi)，螺桿轉(zhuǎn)速與喂料速度呈正交互，螺桿轉(zhuǎn)速在21～25 Hz范圍內(nèi)，喂料速度與螺桿轉(zhuǎn)速呈負(fù)交互。螺桿轉(zhuǎn)速的增大導(dǎo)致物料滯留時(shí)間減少，螺桿轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度后，擠壓系統(tǒng)中摩擦力發(fā)生變化，摩擦作用增強(qiáng)，系統(tǒng)內(nèi)能量增加，加劇物料顆粒的破裂降解程度。

通過響應(yīng)面分析可知，最優(yōu)擠壓參數(shù)為：溫度112.47 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速20.37 Hz、喂料速度9.20 Hz。考慮到實(shí)際工藝，選擇最終優(yōu)化參數(shù)為：溫度110 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速20 Hz、喂料速度9 Hz。

圖1 溫度和螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)感官品質(zhì)的影響

圖2 螺桿轉(zhuǎn)速和喂料速度對(duì)感官品質(zhì)的影響

2.3 不同食品添加劑對(duì)米粒品質(zhì)及抗壞血酸保留率的影響

在響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得出的最優(yōu)擠壓工藝條件下，將海藻酸鈉哦、改性大豆磷脂、瓜爾豆膠分別與抗壞血酸混合。測(cè)定結(jié)果如表8所示。

結(jié)果表明，3種食品添加劑對(duì)營(yíng)養(yǎng)重組米中的抗壞血酸保留率均有提高的作用。其中，海藻酸鈉作用最明顯，不加海藻酸鈉的重組米抗壞血酸保留率為37.30%，加后的保留率為59.40%。添加瓜爾豆膠的重組米硬度最大，為12.08 N，其他添加劑也可起到增加重組米硬度的作用。海藻酸鈉和改性大豆磷脂可提高重組米的吸水率，但瓜爾豆膠的添加降低重組米的吸水率。3種添加劑對(duì)重組米的溶出率有不同程度的降低，其中瓜爾豆膠的影響最大。

表8 不同食品添加劑對(duì)米粒品質(zhì)及抗壞血酸保留率的影響

3 結(jié)論

利用響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)對(duì)添加抗壞血酸的營(yíng)養(yǎng)重組米擠壓工藝進(jìn)行優(yōu)化，建立抗壞血酸營(yíng)養(yǎng)重組米感官評(píng)價(jià)與螺桿轉(zhuǎn)速、喂料速度和擠壓溫度的回歸模型。由模型優(yōu)化得到的抗壞血酸營(yíng)養(yǎng)重組米的最優(yōu)擠壓工藝為：螺桿轉(zhuǎn)速20 Hz，喂料速度9 Hz，擠壓溫度110℃。在該工藝條件下，添加海藻酸鈉、瓜爾豆膠和改性大豆磷脂混合擠壓，測(cè)定抗壞血酸營(yíng)養(yǎng)重組米的品質(zhì)及抗壞血酸保留率，發(fā)現(xiàn)添加食品添加劑后，重組米硬度有提高，水合性質(zhì)無明顯變化。同時(shí)，3種添加劑對(duì)提高抗壞血酸保留率都有明顯作用，其中海藻酸鈉作用最明顯。