發芽糙米即食粉滾筒干燥生產工藝研究

張衛華，宋玉，陶澍，洪瑩，段依夢，曹磊，劉超*，杜傳來

（1.安徽科技學院食品工程學院，安徽 滁州 233100；2.安徽省農業科學院農產品加工研究所，安徽 合肥 230031）

將糙米在一定溫度和濕度下進行培養，得到的發芽糙米，屬于全谷物類食品[1]中的一種。糙米發芽后其一些功能性成分也大大增加[2]，如γ-氨基丁酸（γaminobutyric acid，GABA）、谷胱甘肽、谷維素、米糠多糖、二十八烷醇、脂多糖、肌醇等，具有預防老年癡呆、降血糖、降血脂、降血壓等保健功效[3]。伴隨著現代生活節奏的加快、工作壓力的增大，人們對營養豐富、口感細膩、食用方便且易消化吸收的全谷物即食產品需求大大增加，本文將提供一種高GABA含量，沖調穩定性較好的即食營養粉加工方式。

目前即食型的產品加工方式主要有噴霧干燥[4]、擠壓膨化[5]和滾筒干燥[6]。滾筒干燥適宜于對水分含量較高的原料進行加工，具有干燥速率高、操作便捷、節能等優點，已在食品加工中廣泛應用[7-10]，如馬鈴薯全粉、南瓜粉、玉米粉、糙米粉等，其原理是將熱量通過管道輸送至滾筒內壁，進而傳導到外壁，再傳導給料膜，通過水分蒸發，使物料干燥后被滾筒表面的刮刀鏟離滾筒。但以新鮮的發芽糙米為原料進行滾筒干燥制備即食型全谷物產品相關報道還較少。

將糙米發芽后（含水量33%）進行直接磨漿，采用滾筒干燥工藝生產即食營養粉，主要研究料液比、粒徑、蒸汽溫度、滾筒轉速等工藝因素對發芽糙米即食營養粉的功能性成分、沖調、糊化等特性的影響，平衡產品的物理特性與營養成分含量對滾筒干燥溫度等參數要求差異的矛盾，通過篩選優化工藝參數，獲得營養豐富、復水性好、易消化吸收、食用方便的發芽糙米即食營養粉，為研發全谷物即食型產品提供一種新的技術思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

粳稻：安徽省滁州市；鄰苯二甲醛、2-硫基乙醇、GABA標準品（純度≥99%）、丙酮、α-淀粉酶（4000U/g）、蛋白酶（1.2×104U/g）、葡萄糖苷酶（1×105U/g）、植酸標準品（純度≥95%）、鹽酸羥胺、鄰菲羅琳（以上化學試劑均為分析純）、甲醇（色譜純）、四氫呋喃（色譜純）：國藥集團化學試劑公司。

1.1.2 儀器與設備

SBJM-FB80膠體磨：上海索貝流體機械有限公司；EMG0505滾筒干燥刮板：江蘇省東臺市民益機械廠；LT48KW-07蒸汽發生器：鹽城市麗泰合金電器有限公司；DVESRVTJ0黏度計：Brook FIELD公司；CSF-6膳食纖維測定儀：意大利VELP公司；1525高效液相色譜儀：美國Waters公司；RVA-4快速黏度分析儀：澳大利亞Newport公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 發芽糙米生產工藝流程

糙米→清洗→滅菌→浸泡（28℃，8h）→萌發（28℃，9 h）→新鮮的發芽糙米冷藏備用

1.2.2 即食營養粉生產工藝

配料→制漿→滾筒干燥→發芽糙米片→粉碎→發芽糙米即食營養粉→密封貯藏

1.2.3 滾筒干燥工藝的篩選

選取料液比 [1∶1.6、1∶1.8、1∶2.0、1∶2.2、1∶2.4（g/mL）]、粒徑（40、60、80、100、120 目）、滾筒轉速（20、30、40、50、60 r/h）、蒸汽溫度（110、120、130、140、150 ℃）進行單因素試驗。考察料液比、粒徑、滾筒轉速、蒸汽溫度對發芽糙米即食營養粉物理特性（復水性、黏度、穩定性、結塊率、感官）和GABA含量的影響。

1.2.4 產品綜合特性的模糊數學評價

根據即食產品特點，兼顧營養功能，設計了適用于即食營養粉的模糊數學綜合評價法：通過強制性決定法賦予GABA含量、復水性、黏度、穩定性系數K、結塊率、感官6個指標的權重[11]，即綜合評分=0.3×GABA含量+0.2×復水性+0.2×感官+0.1×黏度+0.1×穩定性+0.1×結塊率，再進行正交試驗，確定滾筒干燥的最優工藝。

1.2.5 滾筒干燥工藝組合優化

在單因素的試驗基礎上，分析單因素試驗所得數據，確定試驗因素和水平因子，設計四因素三水平正交試驗，見表1。

1.2.6 產品營養指標測定

GABA含量測定：參照趙巖等[12]方法，使用高效液相色譜儀測定。

膳食纖維測定：采用酶解法[13]測定。

植酸測定：采用分光光度法[14]間接測定樣品中植酸含量。

表1 正交試驗因素Table1 Orthogonal test factors

糊化特性測定：采用快速黏度分析儀（rapid viscosity analyzer，RVA）測定糊化特性[15]。

1.2.7 產品物理特性測定

1.2.7.1 復水性測定

參考郭婷等[16]的方法稍加修改，精確稱取1.000 g樣品，置于50 mL離心管中，加入20 mL蒸餾水，攪拌均勻，在25℃恒溫箱中放置1 h后，在轉速4 000 r/min條件下離心30 min，測量沉淀物的質量。按下式計算：

R/%=（m2-m1）/m1×100

式中：R 為復水性，%；m1為復水前質量，g；m2為復水后質量，g。

1.2.7.2 黏度測定

將樣品在105℃恒溫干燥箱中干燥12 h，冷卻至25℃，稱取20 g樣品，加入200 mL 80℃的熱水，配制成質量分數10%的米糊，以30 r/min轉速進行磁力攪拌 2 min，放置 10 min，測其黏度[17]。

1.2.7.3 穩定性系數K測定

參照馬濤等[18]的方法并加以改進，稱取樣品20 g置于250 mL量筒中，并加入80℃、140 mL熱水攪拌，靜置3 min，量取上清液高度h和沖調液總高度H，按下式計算K值。

K=h/H

1.2.7.4 結塊率的測定

稱取樣品5 g置于250 mL燒杯中，加入70℃的去離子水100mL，以10r/min轉速進行輕微攪拌30s。對米糊進行過濾，用清水漂洗篩上物一次，瀝干后于105℃條件下烘干至恒重[19]。計算公式如下。

結塊率/%=（結塊物的質量/樣品干重）×100

1.2.7.5 感官評價

參照文獻[20]方案稍加修改，選20名專業人員組成感官品質評定小組，對即食營養粉的外觀及沖泡狀態、米糊口感3個方面進行品質評價，總分為各項指標之和。感官評定標準見表2。

表2 感官評定標準Table 2 Sensory evaluation standard

1.2.8 數據處理

2 結果與分析

2.1 滾筒干燥工藝對GABA含量及物理特性的影響

2.1.1 料液比的影響

試驗結果如表3所示。

表3 料液比對發芽糙米即食營養粉的影響Table 3 Effect of the ratio of material liquid on instant nutritional powder of germinated brown rice

在粒徑80目，滾筒轉速30 r/h，蒸汽溫度130℃條件下，隨著溶劑體積的加大，GABA含量、復水性、感官評分均呈現先上升后下降的趨勢，穩定性系數K、結塊率呈現先下降后上升的趨勢，黏度呈下降趨勢。料液比對產品穩定性系數K影響較大，對GABA含量影響較小；不同料液比下復水性、黏度差異顯著，產品的綜合評分值分別為986.63、998.37、920.02、878.65和641.34，選擇綜合評分較高的3組，進一步設計正交試驗，確定最佳加工工藝。

2.1.2 粒徑的影響

試驗結果如表4所示。

表4 粒徑對發芽糙米即食營養粉的影響Table 4 Effect of raw material particle size on instant nutritional powder of germinated brown rice

在料液比 1 ∶2（g/mL），滾筒轉速 30 r/h，蒸汽溫度130℃條件下，隨著粒徑的加大，GABA含量、穩定性系數K呈現下降的趨勢，復水性、黏度呈上升的趨勢。粒徑對黏度影響較大，對穩定性系數K影響較小；不同粒徑下，結塊率、感官評分差異顯著，產品綜合評分值為 501.32、666.47、998.94、1 008.76 和 1 019.43 在此基礎上，選擇綜合評分較高的3組，進一步設計正交試驗，對即食營養粉進行優化，確定最佳的加工工藝。

2.1.3 滾筒轉速的影響

試驗結果如表5所示。

表5 滾筒轉速對發芽糙米即食營養粉的影響Table 5 Effect of rotating speed of roller on instant nutritional powder of germinated brown rice

在粒徑80目，蒸汽溫度130℃條件下，料液比1∶2（g/mL）條件下，隨著滾筒轉速的加大，GABA含量、黏度和結塊率呈現上升的趨勢，穩定性系數K呈現先下降后上升的趨勢，感官評分呈現先上升后下降的趨勢，滾筒轉速對產品復水性影響較大，對結塊率影響較小。不同滾筒轉速條件下，產品的綜合評分值為771.08、907.69、998.08、963.89 和 960.65 在此基礎上，選擇綜合評分較高的3組，進一步設計正交試驗，對即食營養粉進行優化，確定最佳的加工工藝。

2.1.4 蒸汽溫度的影響

試驗結果如表6所示。

表6 蒸汽溫度對發芽糙米即食營養粉的影響Table 6 Effect of steam temperature on instant nutritional meal of germinated brown rice

在粒徑 80 目，滾筒轉速 30 r/h，料液比 1 ∶2（g/mL）條件下，隨著蒸汽溫度的升高，GABA含量、穩定性系數K呈下降趨勢，復水性、黏度呈上升的趨勢，結塊率呈先下降后上升的趨勢，感官評分呈先上升后下降的趨勢。蒸汽溫度對產品GABA含量影響較大，對穩定性系數K影響較小。不同蒸汽溫度下，產品的綜合評分值為 678.45、872.45、982.96、1 050.27 和 1 020，在此基礎上，選擇綜合評分較高3組，進一步設計正交試驗，對即食營養粉進行優化，確定最佳的加工工藝。

2.2 滾筒干燥工藝組合優化

在發芽糙米即食營養粉生產過程中，GABA含量作為即食營養粉重要的功能性成分，受料液比，粒徑、滾筒轉速、蒸汽溫度的影響。根據單因素試驗結果并綜合考慮加工即食營養粉的沖調特性，結合模糊數學綜合評價法，計算加權指標得出綜合評分，結果見表7。

表7 正交試驗結果Table 7 Orthogonal test results

根據正交設計助手分析軟件對試驗結果進行極差分析，如表8所示。

表8 極差分析Table 8 Range analysis

從表8分析來看，因素的主次順序為：A＞B＞D＞C，最優水平組合為A3B1C1D1，滾筒干燥生產即食營養粉的最優工藝為：料液比 1 ∶2.0（g/mL）、粒徑 80 目、滾筒轉速40 r/h、蒸汽溫度130℃，此組合并未出現在正交試驗組中。在此最優工藝條件下進行試驗，其綜合評分值為1 026.52，顯著高于正交試驗中的9組試驗得分。

2.3 營養成分變化情況

滾筒干燥對即食營養粉主要成分的影響見表9。

表9 滾筒干燥對即食營養粉主要成分的影響Table 9 Effect of drum drying on main components of instant nutritional powder

GABA是發芽糙米中主要功能性成分，將發芽糙米粉烘干至含水量為5%，進行測定。由表9可以看出，糙米、發芽糙米、即食營養粉三者之間GABA含量差異顯著，可能是滾筒干燥高溫導致的GABA含量減少[21]。

膳食纖維被稱為第七類營養素。由表9可以看出，糙米和即食營養粉中可溶性膳食纖維含量差異顯著。其中，經過滾筒干燥后即食營養粉中可溶性膳食纖維含量最低，主要原因可能是在滾筒干燥過程中纖維素等發生了降解，從而導致膳食纖維含量降低[22]。

植酸因其有很強的金屬螯合能力，限制了人體對礦物質元素的吸收。由表9可以看出，糙米、發芽糙米和即食營養粉的植酸含量差異顯著。其中，即食營養粉植酸含量最少，可能是滾筒轉速逐漸增強，摩擦力增大，溫度升高，導致植酸降解程度不斷增加，植酸含量大幅度降低[23]。

2.4 糊化特性變化情況

糙米、發芽糙米、即食營養粉的糊化特性見表10、圖1。

表10 糊化特性變化情況Table10 Gelatinization characteristics

峰值黏度是指淀粉在糊化過程中淀粉顆粒的膨脹程度，膨脹程度越大，對應的峰值黏度則越高[24]，其中即食營養粉峰值黏度最高，達到了2 892.80 mPa·s，與糙米和發芽糙米的峰值黏度差異均顯著（P＜0.05），表明即食營養粉在糊化過程中具有較大的膨脹程度；回生值是最終黏度與保持黏度的差值，反映淀粉老化的趨勢，回生值越高則形成凝膠的強度越高，即食營養粉回生值最高，為595.79 mPa·s，與發芽糙米的回生值差異不顯著；糊化溫度是指高溫導致淀粉溶脹形成糊狀物質時的溫度，糊化溫度因淀粉的結構不同而存在差異，糊化溫度越低，淀粉完全糊化所需的能量越少，即食營養粉糊化溫度最低，為64℃，與糙米、發芽糙米的糊化溫度具有顯著差異（P＜0.05）。

圖1 黏度曲線Fig.1 Viscosity curve

3 結論

本研究應用滾筒干燥技術制備發芽糙米即食營養粉，通過單因素、正交試驗得出其最佳工藝條件參數，即料液比 1 ∶2.0（g/mL）、粒徑 80 目、滾筒轉速 40 r/h、蒸汽溫度130℃，此工藝條件下即食營養粉的GABA含量為 13.05mg/100g，復水性為 916%，黏度為 7968mPa·s，感官評分為98分，滾筒干燥后即食營養粉回生值為597.79 mPa·s，與發芽糙米原料無明顯差異；糊化溫度64.07℃，較糙米和發芽糙米大幅度降低；峰值黏度較高，淀粉膨脹度較大。通過滾筒干燥技術制備發芽糙米即食營養粉，既較多的保留了發芽糙米的功能營養物質又獲得了良好的物理特性，為全谷物類原料的開發提供了一種新的思路。