富硒大米粉預糊化及其復配代餐粉的研制

周葵,洪雁,梁尚云,張雅媛*,游向榮,李明娟,衛萍,王穎

1(廣西農業科學院 農產品加工研究所, 廣西 南寧，530007)2(江南大學 食品學院，江蘇 無錫，214122) 3(廣西果蔬貯藏與加工新技術重點實驗室，廣西 南寧，530007)

稻谷是全球一半以上人口最主要的糧食作物之一，提供熱量占每日攝入總熱量的55%～80%[1]。據聯合國糧食及農業組織不完全統計，2018年我國稻谷種植面積3 046.09 hm2，產量21 407.879 6萬t，分別約占全世界總面積、總產量的18%、27%[2]。在我國，約85%的稻米作為主食食品供人們消費，飼料和工業用米、其他分別約占10%、5%[3]。大米是將稻谷碾去殼、果皮和部分的胚所得成品，約含60%～70%淀粉、8%～10% 優質蛋白質、0.2%～0.92%脂肪、B族維生素等營養成分[4]。近年來，“科學補硒”逐漸成為一種健康生活理念，富硒谷粒可作為居民膳食補硒的主要途徑[5]，具有提高人體抗氧化、增強人體免疫力等功效。YUAN等[6]研究顯示,富硒米粉(含硒量70.86 μg/kg)具有顯著的抗糖尿病功效。

大米易受外界溫度、氧氣、水分、蟲以及自身脂肪、酶等因素影響，發生蟲霉、品質劣變等現象[7]。若將大米干燥、粉碎制備成大米粉，可有效降低水分，延長貯藏期，同時也能作為一種預糊化原料加工制作米發糕[8]、高蛋白低敏營養米粉[9]、米粉蛋糕[10]等。目前，米粉的加工主要是滾筒干燥法[9]、擠壓膨化法[11]、冷凍干燥法[12]、噴霧干燥[13-14]等。潘菁[9]從提高米粉沖調性角度出發，對輥筒干燥、擠壓膨化技術進行了參數優化；史曉媛[11]研究了擠壓膨化、超微粉碎對發芽糙米理化性質的影響，并開發了富含γ-氨基丁酸營養米粉產品；趙曉燕等[12]研究了擠壓膨化工藝、酶解冷凍干燥法、酶解噴霧干燥法對大米蛋白質氨基酸的影響。但目前有關(富硒)大米的相關研究主要集中于富硒大米的種植[15]、品種及不同粒徑大米粉性質比較[16-17]、大米原料中硒含量及其賦存形態[18]等，少部分涉及加工方面(發酵、酶解[19]、真空冷凍干燥[20])對米粉硒含量的影響，有關不同預糊化方式對大米粉中硒含量影響研究較少，并缺乏相關硒大米代餐粉的開發。

結合當前流行的健康代餐粉產品，本文以富硒大米為實驗原料，對比分析3種預糊化工藝(噴霧干燥、冷凍干燥及滾筒干燥)對大米粉中水分、硒含量、糊化度、白度、溶解度及微觀結構的影響，并選擇合適的預糊化工藝制備大米粉。從硒含量、營養成分、溶解穩定性角度，探索以富硒大米粉為主要原料制備代餐粉的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

富硒大米，廣西桂玉香農業有限公司。鹽酸、硝酸、NaBH4、NaOH、石油醚(沸程60～90 ℃)、硼酸、硫酸、均為分析純，CuSO4、K2SO4、乙酸鉛、Na2SO4、鐵氰化鉀均為化學純，國藥上海試劑公司；耐高溫α-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、Taka淀粉酶，SIGMA公司；硒標準溶液(1 000 mg/L)，萬佳首化生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

SD-1500 型噴霧干燥機,上海沃迪科技有限公司；滾筒干燥機、SCIENTZ-10 ND 型冷凍干燥機,寧波新芝生物科技股份有限公司；AFS-930 原子熒光分光光度計,北京吉天儀器有限公司；巨宏鋒高速多功能粉碎機,昆明鐵申商貿有限公司；UltraScan Pro1166 高精度分光測色儀,美國Hunterlab 公司；3K15 型冷凍離心機,SIGMA 公司；UN110 型烘箱,德國美墨爾特有限公司；AAF1100 馬弗爐,英國卡博萊特公司；SW22恒溫振蕩水浴鍋,德國 JULABO；RJ-LD-50G 型低速大容量離心機,無錫市瑞江分析儀器有限公司；可見分光光度計,菲勒儀器有限公司；Agilent 1260 系列高效液相色譜儀,美國Agilent公司；Quanta-200電子掃描顯微鏡,荷蘭FEI公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 大米預糊化處理

將富硒大米粉碎、過150 μm篩，制備成大米粉，密封避光備用。各預糊化工藝條件如下：(1)噴霧干燥：將大米粉配成質量分數5%的懸浮液，加熱攪拌糊化30 min后進行噴霧干燥。考察進風溫度120、140、160 ℃對樣品水分及硒保存率的影響。(2)冷凍干燥：將大米粉配成質量分數10%的懸浮液，攪拌、沸水浴加熱糊化30 min，然后于-80 ℃預凍，進行冷凍干燥，參數設置為冷阱溫度-60 ℃，真空度1 Pa，干燥時間48 h。(3)滾筒干燥：將大米粉加水調漿，攪拌均勻向進料輥中加料，待滾筒上的米粉分布均勻且呈一定厚度的薄膜狀時開始收集樣品。考察加熱蒸汽溫度150、160、170 ℃對樣品水分及硒保存率的影響。以上預糊化干燥后的樣品均粉碎過150 μm篩，密封避光保存。

1.3.2 大米代餐粉制備工藝流程

將紅棗、黑芝麻、葛根、山藥、紅豆、薏米和糙米進行低溫烘焙后粉碎過篩。為保證代餐粉的硒含量與口感，預糊化大米粉的比例控制在50%～60%，占比遞增，但其余輔料之間配比恒定。將所有原輔料按表1配比混合均勻，即得代餐粉。

表1 富硒大米代餐粉配方設計 單位：g/100 g

1.3.3 水分含量測定

采用GB 5009.3—2016中的第一法——直接干燥法進行。

1.3.4 糊化度測定

采用酶水解法進行測定。分別稱取1 g樣品于2個三角瓶中，另取1個不加試樣的三角瓶做空白，向盛有樣品的三角瓶中各加50 mL蒸餾水，其中全糊化對照樣品在沸水浴中煮沸30 min并快速冷卻至室溫。然后向各三角瓶中加入5 mL質量分數3%Taka淀粉酶，并于37 ℃水浴中保溫酶解2 h。再向各三角瓶中分別加2 mL 1 mol/L的HCl溶液、2 mL 1 mol/L的NaOH溶液，定容至250 mL后過濾，取濾液采用DNS法測定還原糖含量，并以全糊化樣品的還原糖含量(以葡萄糖計)為參照計算各樣品的糊化度如公式(1)所示:

(1)

式中：ρ,樣品還原糖含量，mg/mL；ρ1,全糊化組還原糖含量，mg/mL；ρ0,空白對照組還原糖含量，mg/mL。

1.3.5 色度測定

采用高精度分光測色儀的反射模式進行校正和測量。將10 g左右樣品裝入透明自封袋中并使其分散均勻，待測。另取一只不加任何樣品的自封袋作參比進行校準，至少測定3組平行，取平均值，按照亨特白度計算樣品白度,如公式(2)所示:

(2)

式中:L*，樣品亮度;a*，樣品紅度;b*，樣品黃度。

1.3.6 預糊化大米粉的溶解度測定

精確稱取一定量的樣品于50 mL離心管中，加入25 ℃去離子水配制成質量分數為1%的懸浮液，分別在40、50和60 ℃恒溫水浴振蕩鍋中保溫30 min，于3 000 r/min離心20 min，所得上清液傾入預先恒重的鋁盒中，105 ℃烘干至恒重，稱重并記錄，按照公式(3)計算溶解度:

(3)

式中：m溶解,上清液中所溶解樣品的質量，g；m干基,樣品的干基質量，g。

1.3.7 微觀形態觀察

采用掃描電子顯微鏡觀察富硒大米粉顆粒的表面微觀形貌，在5.0 kV電壓下分別放大2 400倍對各樣品進行觀察。

1.3.8 硒含量及保存率測定

按照GB 5009.93—2017中的第一法——氫化物原子熒光光譜法測定，在樣品預處理過程中盡量避免硒的揮發損失，總硒保存率按照公式(4)計算:

(4)

1.3.9 代餐粉組分測定

灰分測定采用GB 5009.4—2016中第一法;脂肪含量測定采用GB 5009.6—2016中索氏抽提法;蛋白質含量測定采用GB 5009.5—2016中的凱氏定氮法;膳食纖維測定采用國際AOAC 985.29中的酶法;淀粉含量測定采用GB 5009.9—2016中的酸水解法進行水解，并采用DNS法測定水解后的還原糖含量;氨基酸測定采用GB 5009.124—2016中HPLC法進行測定，其中色氨酸測定按照堿水解預處理操作進行。

1.3.10 代餐粉離心沉淀率測定

稱取5.0 g樣品于燒杯中，加80 ℃的熱水20 g攪拌均勻成樣品糊。稱取10 g樣品糊置入離心管中，于8 000 r/min離心，棄去上清液后倒置5 min，稱取離心管及沉淀的質量。按照公式(5)計算離心沉淀率：

(5)

式中：m2，離心后膠體和離心管的質量，g；m1，離心管質量，g；m樣品，樣品質量，g

1.3.11 代餐粉的感官評定

預先稱取一定量的代餐粉，向其中加入80 ℃飲用水調配成質量分數為15%代餐粉糊，邀請感官評定員對各配方的代餐粉進行評價，具體評定標準見表2。

表2 感官評定表Table 2 Sensory evaluation criteria

1.4 數據分析

采用Excel 2003、Origin 8.0、SPSS 17.0對數據進行統計分析、制圖。

2 大米粉預糊化工藝的研究

2.1 不同預糊化方式的工藝參數選擇

2.1.1 噴霧干燥工藝參數對大米粉水分含量及硒保存率的影響

設定米漿質量分數5%，料液流速400 mL/h，出風溫度80 ℃，進風溫度分別為120、140、160 ℃時，進行噴霧干燥試驗，具體結果見圖1。隨著進風溫度的升高，大米粉水分含量、硒保留率均呈下降趨勢。若進風溫度低，可能由于蒸發量不足而導致產品水分含量高，不耐貯藏。進風溫度過高，硒保留率降低又嚴重。潘菁[9]研究得出從復水時間、復水率考慮，米粉產品最佳水分含量在3.0%～4.0%，但水分過高或過低均會抑制淀粉分子的交聯纏繞及結晶重排[21]。綜合考慮水分含量和硒含量，噴霧干燥進風溫度140 ℃為宜，此時產品干燥完全，水分含量為3.81 g/100 g、硒保留率24.11%。

圖1 進風溫度對大米粉水分含量及硒保存率的影響Fig.1 Effects of inlet temperature on water content and selenium retention of rice flour

2.1.2 滾筒干燥工藝參數對大米粉水分含量及硒保存率的影響

固定米漿質量分數為34%，上漿溫度為25 ℃，滾筒轉速為1.5 r/min，加熱蒸汽溫度分別為150、160、170 ℃時，進行滾筒干燥試驗，具體結果見圖2。隨著加熱蒸汽溫度的升高，富硒大米粉水分含量、硒保留率均呈下降趨勢。當加熱蒸汽溫度為150 ℃時，產品中水分含量高于6 g/100 g，不耐貯藏；但加熱蒸汽溫度高于160 ℃時，通過斜率可看出產品中硒保存率降低速率明顯加快。可能原因是隨著溫度的升高，富硒米粉中甲基硒代蛋氨酸、硒甲基半胱氨酸等有機硒化合物易揮發，導致硒含量降低[19]。為了兼顧產品硒含量和水分含量，選擇滾筒干燥的加熱蒸汽溫度為160 ℃。

圖2 加熱蒸汽溫度對大米粉水分含量及硒保存率的影響Fig.2 Effects of heating steam temperature on water content and selenium retention of rice flour

2.2 不同預糊化方式對大米粉理化指標的影響

不同干燥方式對大米粉水分含量、白度、糊化度、溶解性的影響見表3、圖3。3種干燥方式所制備的大米粉水分含量均低于5%，滾筒干燥的白度最低(90.39)，冷凍干燥的大米粉白度(96.44)比較接近原料大米粉(94.89)。白度越高，表明產品顏色越白，可能原因是滾筒干燥溫度最高(160 ℃),物料與高溫接觸時間也較長，大米粉發生一定程度的褐變反應，色澤較暗。溶解度、糊化度從低到高的順序均為：原料米粉<滾筒干燥<冷凍干燥<噴霧干燥，噴霧干燥制備的大米粉糊化度最高，大量破壞了淀粉顆粒的完整性，更多的淀粉分子溶出，增加了大米粉與水的結合位點，從而溶解度增高[22]。一方面可反映出糊化程度越高，大米粉的溶解度越高，表明溶解度可以很好地反映出樣品的糊化程度[23]。另一方面，噴霧干燥和冷凍干燥糊化度分別高達98.46%、92.23%，可能不利于后續的二次加工。

表3 不同干燥方式對大米粉理化指標的影響Table 3 Effects of different drying methods on physical-chemical properties of rice flour

圖3 不同干燥方式對大米粉溶解性的影響Fig.3 Effects of different drying methods on the solubility of rice flour

2.3 不同預糊化方式對大米粉硒含量的影響

不同干燥方式對大米粉硒的影響見表4。滾筒干燥制備大米粉的硒保留率最高，為48.82%，其次為冷凍干燥；噴霧干燥硒的保留率最低，為24.11%。可能原因是在酶和光、熱等因素的作用下，硒化物之間通過甲基化途徑、硫代謝途徑相互轉化[24-25]，易造成化合物的揮發損失，而噴霧干燥工藝經過加熱攪拌、140 ℃進風溫度等多重因素影響導致硒損失最多。依據糧食加工品種硒含量≥0.15 mg/kg為富硒，0.075～0.14 mg/kg為含硒[26]，冷凍干燥和滾筒干燥所制備的大米粉可以標識為富硒，但噴霧干燥大米粉只能標識為含硒。

表4 不同干燥方式對大米粉中硒含量的影響Table 4 Effects of different drying methods on selenium content of rice flour

2.4 不同干燥方式對富硒大米粉微觀結構的影響

對3種干燥方式制備的大米粉及原料樣品進行掃描電子顯微鏡觀察，結果見圖4。未經處理的大米粉顆粒由于淀粉和蛋白結合緊密，斷面呈現不規則裂痕，且較為粗糙；經噴霧干燥后的糊化大米粉呈現中心凹陷的球狀，表面較為光滑，且顆粒內部有較多空隙，直徑在6～8 μm。相比于其他干燥方式，噴霧干燥所得顆粒的直徑最小、空隙較多，與水分接觸的通道多，更有利于水分的傳導，溶解性較好[27]。但同時由于顆粒細度過高，導致溶解過程中易出現結塊等不利于產品分散均勻的現象。

a-原料；b-糊化后噴霧干燥； c-糊化后冷凍干燥；d-滾筒干燥圖4 不同干燥方式富硒大米粉的掃描電子 顯微鏡圖(×2 400)Fig.4 Scanning electron microscope graph of the rice flour by different drying methods (×2 400)

經滾筒干燥后的糊化大米粉呈細碎的片狀，與滾筒干燥芒果粉結構相似[28]，與滾筒接觸的一面比較光滑，但另一面相對較不規則[29]。雖在溶解度上相對較低，但片狀結構有利于其在沖調過程中分散均勻。冷凍干燥則由于內部具有較多孔隙而溶解度比滾筒干燥高，但顆粒直徑比噴霧干燥所得米粉大，因此溶解度一般。綜合考慮硒含量及微觀結構，選擇滾筒干燥工藝制備預糊化富硒大米粉，進行后續代餐粉產品開發。

2.5 富硒大米代餐粉營養評價

富硒大米粉及復配代餐粉的營養成分、綜合評分、必需氨基酸占總氨基酸的質量分數如表5、表6所示。大米代餐粉硒含量在98.46～112.14 μg/kg，我國市面上米的硒含量平均值為0.088 μg/kg[30]，表明大米代餐粉硒含量均達到平均數值，屬于含硒代餐粉。由表5、表6可知，多種谷物粉之間的復配可有效提高蛋白質、膳食纖維含量，亮氨酸、賴氨酸占總氨基酸比值，且配方1提高率相對最優。

表5 大米代餐粉營養成分表(干基)及綜合評定分Table 5 Nutrition labeling and sensory score of rice meal replacement powder

表6 大米代餐粉中必需氨基酸占總氨基酸的質量分數 單位：%

2.6 不同配方設計對富硒大米代餐粉溶解穩定性的影響

如圖5所示，隨著富硒大米粉占比的增加，代餐粉離心沉淀率有所提升，產品穩定性有所降低。可能原因是滾筒干燥處理的富硒大米粉的糊化程度與其他輔料相比較高，且預糊化過程中粗纖維、蛋白質和淀粉大分子物質有一定程度的裂解。從溶解穩定性角度考慮，配方1較為合適。

圖5 不同配方代餐粉的離心沉淀率對比Fig.5 Centrifugal sedimentation rate of with different formula meal replacement powder

3 結論

采用滾筒干燥、噴霧干燥和冷凍干燥對富硒大米粉進行預糊化干燥處理，其中，噴霧干燥工藝條件為：進風溫度140 ℃，出風溫度80 ℃，米漿流速400 mL/h，米漿質量分數5%；冷凍干燥工藝條件為：冷阱溫度-60 ℃，真空度1 Pa，干燥時間48 h；滾筒干燥工藝條件為：滾筒轉速1.5 r/min，加熱蒸汽溫度160 ℃，米漿質量分數34%。通過考察各干燥方式對富硒大米粉的硒保存率、理化指標(水分含量、糊化度、白度和溶解性)及微觀形態的影響，最終選擇滾筒干燥制備預糊化富硒大米粉，硒保存率為48.82%，糊化度為61.30%，水分質量分數為2.75 g/100 g。以滾筒干燥制備的預糊化富硒大米粉為主要原料，與其他輔料進行復配，考察不同配方代餐粉的營養成分、感官評定分值、溶解穩定性，最終確定配方為(g/100 g)∶富硒大米粉50，紅棗粉5，黑芝麻粉0.5，葛根粉5，山藥粉24.5，紅豆粉5，薏米粉5，糙米粉5。