全蛋白擠壓復(fù)配米配方的研究

張 亮，戚家慧，李瑞紅，李 想，李宏軍，陳善峰

（山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東淄博255049）

大米，作為人類主食之一，在國(guó)民飲食中占有極其重要的地位。現(xiàn)代人對(duì)大米的精細(xì)程度要求越來(lái)越高，但由于現(xiàn)有的碾米技術(shù)有限，導(dǎo)致加工過(guò)程中產(chǎn)生一大部分碎米，而碎米中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[1]與大米相近，卻通常被用作飼料[2]，造成了大米資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。因此研究探討碎米綜合利用技術(shù)[3]，開發(fā)碎米產(chǎn)品就顯得越來(lái)越重要。碎米是作為飼料以及酒、醋、怡糖等的原料使用，整體利用率也較低。而碎米中淀粉顆粒小且粒度均勻，且碎米中植物蛋白是公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)植物蛋白。因此，碎米主要被利用生產(chǎn)多孔淀粉，生產(chǎn)大米蛋白[4]。

擠壓作為一種高溫短時(shí)的加工方法,可將輸送、混合、蒸煮、殺菌、膨化等多種操作單元同時(shí)完成,同時(shí)還能破壞抗?fàn)I養(yǎng)因子,是提高營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的一種有效途徑。劉麗[5]利用擠壓酶解技術(shù)制備碎米淀粉糖，通過(guò)擠壓預(yù)處理，其酶解消化力大大提高；王玉琦[6]以碎米為原料，添加乳酸鋅作為鋅強(qiáng)化劑，通過(guò)擠壓生產(chǎn)出富含鋅的強(qiáng)化重組大米；李檢等[7]以碎米、藍(lán)莓粉為主要原料，通過(guò)擠壓技術(shù)制備成風(fēng)味獨(dú)特的藍(lán)莓速溶米糊。通過(guò)擠壓技術(shù)，可大大提高碎米利用率。碎米中雖富含蛋白，卻極度缺失某些必需氨基酸，如蛋氨酸等，因此，以碎米為主要原料，利用擠壓重組技術(shù)，開發(fā)一款必需氨基酸種類較為齊全、含量豐富，氨基酸模式[8]符合人體需求的重組米不失為一種提高碎米利用價(jià)值的好方法[9]。

本研究主要通過(guò)單形重心試驗(yàn)設(shè)計(jì)[10]，利用擠壓重組技術(shù)，將蓮子粉、香菇粉、碎米粉以不同的配比有機(jī)結(jié)合，以彌補(bǔ)普通大米中必需氨基酸的不足，使用Design Expert 8.0.6進(jìn)行曲線回歸分析并優(yōu)化求值，實(shí)現(xiàn)氨基酸互補(bǔ)，開發(fā)一種氨基酸模式接近理想蛋白模式的營(yíng)養(yǎng)米[11?12]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

碎米 徐州新天糧油有限公司；蓮子、干香菇均購(gòu)自山東省淄博市農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；單硬脂酸甘油酯 河南瑞百特商貿(mào)有限公司。

9FQ28-16型粉碎機(jī) 山東海能科學(xué)儀器有限公司；UVTE36-24型食品雙螺桿擠壓機(jī) 長(zhǎng)沙創(chuàng)享食品科技有限公司；K9860型全自動(dòng)凱氏定氮儀山東海能科學(xué)儀器有限公司；A300型全自動(dòng)氨基酸分析儀 德國(guó)曼默博爾公司；ME204/02型分析天平 梅特勒-托利儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 擠壓工藝流程及操作要點(diǎn) 工藝流程：蓮子、干香菇、碎米→粉碎過(guò)篩→加單甘酯→混勻→擠壓成型→干燥→成品。

操作要點(diǎn)：將蛋白含量分別為16.32%、15.26%、7.82%的蓮子、干香菇、碎米三種原料粉碎后過(guò)80目篩，經(jīng)處理的三種原料按不同配比混合均勻并加入0.5%的單硬脂酸甘油酯，在擠壓過(guò)程中，固定喂料速度為15 kg/h，II、III、V、VI區(qū)溫度分別為60、90、70、70 ℃[13]，模頭孔數(shù)為3，螺桿長(zhǎng)徑比為25.6，模頭孔徑為長(zhǎng)徑3 mm，短徑1 mm的橢球型孔，切刀速度調(diào)整為1500 r/min；擠壓機(jī)相關(guān)參數(shù)固定設(shè)置為IV溫度130 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速140 r/min，物料含水量26%。最后將擠壓成型的樣品放置于干燥通風(fēng)的室內(nèi)（溫度25 ℃）干燥36 h，直至水分降至13%以下，裝入密封袋中，備用。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)以下實(shí)驗(yàn)安排進(jìn)行不同配比試驗(yàn)。

1.2.2 營(yíng)養(yǎng)米配方的混料試驗(yàn) 據(jù)涂家濤[14]的混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將蓮子粉、干香菇粉、碎米粉在總成分中所占比例分別記為Z1、Z2、Z3，結(jié)合Design Expert 8.0.6軟件進(jìn)行單形重心混料設(shè)計(jì)方案[14]，分別以感官評(píng)分、氨基酸評(píng)分為指標(biāo)。單形重心試驗(yàn)安排表見表1。

表1 混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experiment schedule

1.2.3 指標(biāo)測(cè)定方法

1.2.3.1 感官評(píng)價(jià) 將按不同比例混合擠壓制得的樣品稱取10 g于金屬蠱中，按照水米質(zhì)量比為1:1的比例添加蒸餾水，待電熱鍋中水煮沸后，將樣品放于電熱鍋蒸屜中蒸15 min。參考 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》及張志清[15]等的方法并結(jié)合蓮子、香菇特有風(fēng)味稍作修改，挑選10名有經(jīng)驗(yàn)的評(píng)價(jià)員，組成評(píng)價(jià)組，采用雙盲法進(jìn)行檢驗(yàn)，即對(duì)樣品進(jìn)行編號(hào)，檢驗(yàn)樣品也隨機(jī)化，評(píng)定時(shí)每個(gè)成員單獨(dú)進(jìn)行，相互不接觸交流，樣品評(píng)定之間使用清水漱口，感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

1.2.3.2 氨基酸分析及其營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià) 擠壓成型后的樣品米中的蛋白質(zhì)參照GB 5009.5-2016中方法使用K9860型全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定；氨基酸（除色氨酸外）參照GB5009.124-2016中方法，使用A300型氨基酸自動(dòng)分析儀進(jìn)行測(cè)定。蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)方法根據(jù)賈青慧[16]等人的方法計(jì)算，即氨基酸評(píng)分（AAS），如式1所示。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Design-Expert 8.0.6數(shù)據(jù)分析軟件和Excel 2010軟件進(jìn)行曲線回歸分析并優(yōu)化求值，得出最佳配比方案。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評(píng)定結(jié)果

由感官評(píng)定小組對(duì)不同配比組成的擠壓重組米做出評(píng)價(jià)，總分取平均值，結(jié)果見表3。

如表3所示，配方2中樣品米的感官評(píng)分最低，與其他9組不同配方樣品米差異顯著（P<0.05），其口感具有明顯的香菇氣味，味道苦澀，粘牙，表面無(wú)光澤，且顏色很黑，原因可能是擠壓過(guò)程中壓力增大且溫度較高[17]，而重組米在擠壓期間發(fā)生的糊化及美拉德反應(yīng)也會(huì)使其顏色加深[18]。4號(hào)樣品米感官評(píng)分最高，7號(hào)米次之，且均具有良好的口感，由此可見，普通碎米粉的添加量對(duì)感官評(píng)定的影響最大[19]。4號(hào)樣品米顏色淡黃，有明顯光澤，爽口不粘牙，且具有香菇、蓮子特有香味。蘇北大米呈白色，具較高硬度[20]，但其口感爽口不粘牙[21]，感官品質(zhì)良好。綜上所述，4號(hào)樣品米即蓮子粉、香菇粉、碎米粉的比例為0.667:0.167:0.167時(shí)，感官評(píng)分接近普通大米，且具有蓮子、香菇的特殊香氣（圖1，圖2）。

表2 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory scoring criteria

表3 不同試驗(yàn)組樣品米的感官評(píng)定結(jié)果Table 3 Sensory evaluation results of rice samples in different test groups

2.2 蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)

2.2.1 蛋白質(zhì)含量 1～10號(hào)樣品米中蛋白質(zhì)含量（干基質(zhì)量百分比）分別為13.15%、15.07%、13.37%、14.66%、12.59%、16.11%、11.5%、16.10%、7.58%、13.99%，其中全部由碎米粉組合而成的9號(hào)樣品米蛋白質(zhì)含量最低，說(shuō)明在普通谷類大米中蛋白質(zhì)含量相對(duì)匱乏，而在其他各組中蛋白質(zhì)含量均明顯高于9號(hào)，由此說(shuō)明通過(guò)與蓮子粉和香菇粉的搭配可以在一定程度上彌補(bǔ)普通大米中蛋白質(zhì)含量不足的缺點(diǎn)[22]。

2.2.2 氨基酸組成 各試驗(yàn)組樣品米的氨基酸組成含量見表4，各試驗(yàn)組樣品米中總氨基酸含量在7.575～16.113 g/100 g之間，其中由全碎米粉組成的樣品米氨基酸含量最低為7.575 g/100 g。6號(hào)樣品米即各原料粉間的比例為0.5:0.5:0時(shí)，總氨基酸含量最高為16.113 g/100 g。蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值取決于其氨基酸的種類和含量，但在其中起到主要決定作用的是必需氨基酸的種類與含量[23]。除3號(hào)、5號(hào)、7號(hào)外，各試驗(yàn)組樣品米中必需氨基酸含量占比總氨基酸含量（EAA/TAA）基本都在33%以上，這也符合FAO/WHO提出的理想蛋白質(zhì)條件。6號(hào)樣品米雖在總氨基酸含量上占有優(yōu)勢(shì)，但其必需氨基酸含量占比較低，與此相比，4號(hào)米總氨基酸含量?jī)H次于6號(hào)，但必需氨基酸含量占比總氨基酸含量即EAA/TAA卻高達(dá)42.9%，可見4號(hào)米蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值頗高。

圖1 蒸煮后的各樣品米Fig.1 After cooking each sample rice

圖2 蘇北大米Fig.2 Subei rice

2.2.3 氨基酸評(píng)分（AAS） 為方便不同試驗(yàn)組樣品米中蛋白質(zhì)中氨基酸組成進(jìn)行比較，將氨基酸含量換算成單位質(zhì)量蛋白質(zhì)中所含氨基酸的質(zhì)量，即每克蛋白質(zhì)中含有的氨基酸質(zhì)量，以mg計(jì)。在必需氨基酸（EAA）中，氨基酸評(píng)分越接近100就表明越接近理想蛋白模式[24]，高于100則表示能夠高出人體蛋白需求，氨基酸評(píng)分最低的就是其第一限制氨基酸[23]。以第一限制氨基酸評(píng)分作為蛋白質(zhì)的氨基酸評(píng)分。各試驗(yàn)組中的氨基酸評(píng)分結(jié)果及FAO/WHO推薦值[25]見表5。如表所示，1～10號(hào)樣品中限制性氨基酸主要是色氨酸和纈氨酸，但這可能是由于樣品在測(cè)定酸解過(guò)程中色氨酸被破壞導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確，因此樣品第一限制性氨基酸為纈氨酸。由表5可知，除3、5、7號(hào)樣品米氨基酸評(píng)分結(jié)果低于100分外，其余各組評(píng)分均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出100分，表明樣品米能夠滿足人體對(duì)必需氨基酸的需求甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出。

表4 氨基酸組成及含量Table 4 Composition and content of amino acid

表5 不用試驗(yàn)組樣品米的氨基酸評(píng)分及FAO/WHO模式推薦值Table 5 Amino acid score and FAO/WHO model recommended value of sample rice

2.2.4 回歸模型的建立

2.2.4.1 感官評(píng)分模型 以蓮子粉、香菇粉和碎米粉的添加比例X1、X2、X3為自變量，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，使用Design Expert8.0.6軟件對(duì)混料試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，建立感官評(píng)分的回歸模型，如下式：

式中：X1代表蓮子粉添加比例，X2代表香菇粉添加比例，X3代表碎米粉添加比例，Y1代表感官評(píng)分。

2.2.4.2 氨基酸評(píng)分模型 以蓮子粉、香菇粉和碎米粉的添加比例X1、X2、X3為自變量，以氨基酸評(píng)分（ASS）得分為響應(yīng)值，使用Design Expert8.0.6軟件對(duì)混料試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，建立氨基酸評(píng)分（ASS）的回歸模型，如下式：

式中：X1代表蓮子粉添加比例，X2代表香菇粉添加比例，X3代表碎米粉添加比例，Y2代表氨基酸評(píng)分。

對(duì)感官評(píng)分回歸模型進(jìn)行方差分析可知（表6），其R2=0.9055，調(diào)整R2adj=0.7874，二次模型都在0.05水平上顯著，即P<0.05，說(shuō)明模型可以很好地?cái)M合三種原料粉添加比例與感官評(píng)分之間的關(guān)系。

表6 感官評(píng)分回歸模型的方差分析Table 6 Variance analysis of the sensory score regression model

對(duì)氨基酸評(píng)分回歸模型進(jìn)行方差分析可知（表7），其R2=0.7690，調(diào)整R2adj=0.6535，一般認(rèn)為，針對(duì)自然科學(xué)的擬合優(yōu)度達(dá)到0.1為小效應(yīng)，0.3為中等效應(yīng)，0.5為大效應(yīng)[26]，本次擬合優(yōu)度為0.7690，且二次模型都在0.05水平上顯著，即P<0.05，說(shuō)明模型可以很好地?cái)M合三種原料粉添加比例與氨基酸評(píng)分（AAS）之間的關(guān)系。

表7 氨基酸評(píng)分回歸模型的方差分析Table 7 Analysis of variance for amino acid score regression model

2.2.5 營(yíng)養(yǎng)米配方的優(yōu)化求值 利用Design Expert 8.0.6分析軟件優(yōu)化功能，綜合考慮感官評(píng)分和氨基酸評(píng)分兩項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)建立的回歸模型進(jìn)行優(yōu)化求值，結(jié)果如下：當(dāng)X1=0.5，X2=0.3，X3=0.2時(shí)，即蓮子粉、香菇粉、碎米粉添加比例為5:3:2時(shí)，Y1值為76.19，感官品質(zhì)極佳；同時(shí)Y2值最接近100，接近理想蛋白模式，為112.92。

綜上，三種原料粉的添加比例為5:3:2時(shí)，營(yíng)養(yǎng)米感官品質(zhì)極佳，接近普通大米，同時(shí)氨基酸評(píng)分最接近理想蛋白模式。

2.2.6 驗(yàn)證試驗(yàn) 按上述優(yōu)化的配方進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)米的制備，并以單一蓮子粉、香菇粉和碎米粉制作，進(jìn)行感官鑒定和氨基酸評(píng)分，結(jié)果見表8。

如表8所示，優(yōu)化配方即蓮子粉、香菇粉、碎米粉的比例為5:3:2時(shí)制作的營(yíng)養(yǎng)米的感官評(píng)分實(shí)際值為80.26，預(yù)測(cè)值為76.19，二者在合理誤差范圍內(nèi)，其感官品質(zhì)接近普通大米，顯著高于其他單一粉制作的營(yíng)養(yǎng)米（P<0.05），但在氨基酸評(píng)分結(jié)果上更接近100分，更接近理想蛋白模式，顯著優(yōu)于任何一組單一粉制作而成的營(yíng)養(yǎng)米（P<0.05）。可以看出，通過(guò)單形重心試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，并利用擠壓重組技術(shù)將不同原料粉有機(jī)結(jié)合制備成重組米，雖感官評(píng)分略低于普通類大米，但卻可以彌補(bǔ)稻米中限制性氨基酸的不足，滿足人體正常需求，大大提升了谷類米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

表8 優(yōu)化配方與單一粉制作品質(zhì)對(duì)比Table 8 Optimized formula and single powder production quality comparison powder

3 結(jié)論

本研究以蓮子粉，香菇粉，碎米粉作為原料制備全蛋白復(fù)配米，拓展了碎米的利用渠道，減少了資源浪費(fèi)，同時(shí)賦予重組米特有的風(fēng)味，不同比例搭配實(shí)現(xiàn)了氨基酸互補(bǔ)，使其氨基酸比例接近理想蛋白模式。本試驗(yàn)得到的重組米的最佳配比為蓮子粉:香菇粉:碎米粉=5:3:2，得到的全蛋白復(fù)配米口感醇香，感官評(píng)分高達(dá)80.26分，其品質(zhì)接近普通谷類米，且氨基酸評(píng)分最為接近100分，更接近人體所需模式，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)大米。為營(yíng)養(yǎng)學(xué)配餐、蛋白質(zhì)互補(bǔ)、必需氨基酸強(qiáng)化提供了一定的理論依據(jù)。