糙米重組米制備工藝優化及其品質分析

朱鳳霞，張源泉，劉 博，甘平洋，周 濤，陳昌勇，陶偉明

（1.湖南糧食集團有限責任公司，湖南 長沙 410008；2.中南糧油食品科學研究院有限公司，湖南 長沙 410008)

糙米作為最為常見的全谷物，因富含膳食纖維、維生素和礦物質等多種營養物質而備受關注[1]。但糙米表層纖維導致的口感差、不耐儲存等問題大大制約了其發展。糙米重組米是以糙米為原料，經粉碎、復配、擠壓、質構重組等工藝而成，通過高溫擠壓糊化，改變糙米內部淀粉結構，既能保留糙米的部分營養物質，又能解決糙米本身存在的口感和儲藏問題[2]。晏夢婷等[3]通過掃描電鏡發現糙米經擠壓重組后幾乎不存在完整的淀粉顆粒，且糊化度（即α化度）越高，表面破損程度越大；劉明等[4]研究發現重組糙米糊化溫度明顯低于原料，且不易回生，產品貨架期延至6個月以上。

擠壓重組主要是利用水分、熱量、機械剪切力和螺桿推動力等高溫瞬時混合作用，改變產品的微觀結構和理化性質[5]。近年來，國內學者對重組米展開了大量研究：吳偉等[6]采用雙螺桿擠壓制備了發芽糙米方便米飯，其復水率、糊化特性均優于發芽糙米；蔡喬宇等[7]采用蘆丁、富鉻酵母等輔料添加制備了有延緩血糖升高作用的擠壓重組米，改善了體外消化情況；田颯颯[8]將青稞粉復配玉米粉、小米粉和蕎麥粉制得的青稞復配米，蒸煮品質與粳米相近、質構與秈米相近。國外也多有關于擠壓重組米的報道，有學者[9-10]通過添加蛋殼粉、瓜爾膠和阿拉伯膠等輔料，以改善重組米的品質特性。此外，擠壓重組米的研究還應用于單兵自熱米飯[11]、雜糧資源利用[12]、方便米粥開發[13]等方面。本文立足于當前稻米產業現狀，以糙米為主要原料，通過雙螺桿擠壓制備糙米重組米，以期為稻米資源綜合利用及加工產業提質增效提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 主要材料與儀器

1.1.1 主要材料試劑

糙米：金健米業股份有限公司；蒸餾水：實驗室自制；硫代硫酸鈉、硫酸、葡萄糖淀粉酶、鹽酸、氫氧化鈉等試劑：均為國產分析純。

1.1.2 主要儀器設備

LE204E/02型電子分析天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；JXFM-110型錘式旋風磨：上海嘉定糧油儀器有限公司；DS32Ⅱ型雙螺桿擠壓膨化機：濟南賽信機械有限公司；101-1AB型鼓風式干燥箱：天津泰斯特儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 糙米重組米制備工藝流程

糙米→粉碎過篩→調節水分→擠壓重組→切割造粒→干燥→成品

1.2.2 糙米重組米制備的單因素試驗

將糙米除雜，粉碎過80目篩后，加水混合調節水分，采用雙螺桿擠壓機在控制一區、三區溫度分別為50、120 ℃的條件下進行擠壓重組，切割造粒后置于40 ℃鼓風干燥箱干燥至水分含量12%以下。以α化度為指標，選取喂料速度、水分含量、擠壓溫度和螺桿轉速4個因素進行單因素試驗。

（1） 水分含量：在喂料速度18 kg/h、擠壓溫度100 ℃、擠壓轉速120 r/min的條件下，分別調節水分含量至18%、20%、22%、24%、26%制備糙米重組米，觀察水分含量對α化度的影響。

（2） 喂料速度：在水分含量22%、擠壓溫度100 ℃、擠壓轉速120 r/min的條件下，分別調節喂料速度為12、15、18、21、24 kg/h制備糙米重組米，觀察喂料速度對α化度的影響。

（3） 擠壓溫度：在喂料速度18 kg/h、水分含量22%、擠壓轉速120 r/min的條件下，分別調節雙螺桿擠壓機二區擠壓溫度為80、90、100、110、120 ℃制備糙米重組米，觀察擠壓溫度對α化度的影響。

（4） 螺桿轉速：在喂料速度18 kg/h、水分含量22%、擠壓溫度100 ℃的條件下，分別調節擠壓螺桿轉速為80、100、120、140、160 r/min制備糙米重組米，觀察螺桿轉速對α化度的影響。

1.2.3 糙米重組米制備的正交試驗

為確定最優工藝條件，根據單因素試驗結果和正交試驗設計原則，采用L9（34）正交表對工藝條件進一步優化。其因素水平分布情況見表1。

表1 正交試驗條件和參數

1.2.4 原料及糙米重組米理化指標及品質測定

（1）主要營養成分：水分含量參考GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》的直接干燥法；蛋白質含量參考GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》的半微量凱氏定氮法；淀粉含量參考GB 5009.9—2016《食品安全國家標準 食品中淀粉的測定》的酸水解法；脂肪含量參考GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》的索氏抽提法。

（2）復水時間和復水率：參考李學琴[14]的方法，準確稱取一定量的樣品，置于潔凈燒杯中蒸煮，期間取出樣品咀嚼，待無明顯生米顆粒存在，即為米粒中心完全軟化，記下所用時間，即為復水時間。

準確稱取一定量樣品，置于潔凈燒杯中，倒入5倍量沸水，攪拌后靜置，使米粒表面均勻接觸沸水，待加蓋復水5 min取出立即瀝干水分，并用濾紙吸干表面水分，稱重，根據式（1）計算復水率。

式中：c為復水率，%；m1為復水前樣品質量，g；m2為復水后樣品質量，g。

（3） 感官評定：參考GB/T 31323—2014《方便米飯》的感官檢驗方法。

（4）α化度：參考GB/T 31323—2014《方便米飯》的附錄B。

1.2.5 數據分析

應用Excel及SPSS 18.0等軟件進行數據處理。

最初拼焊技術主要是采用焊接的方式將符合要求的材料焊接起來以滿足長度和寬度的需要.焊接的方式大量應用后，汽車鋼板拼焊技術向不同表面、不同種類、不同厚度的鋼板材料拼焊的方向發展.

2 結果與分析

2.1 糙米重組米制備的單因素試驗

2.1.1 水分含量對糙米重組米α化度的影響

由圖1可知，隨著水分含量調節由低至高，重組米的α化度隨之明顯增高，在水分含量24%時達到頂峰后明顯下降。可能是由于，水分過低時物料分散流動性差，受熱糊化不完全；通過水分調節使谷物中生淀粉充分吸水達到飽和，在高溫高壓條件下，水分快速蒸發導致物料膨脹，有利于后續階段擠壓膨化過程中的傳熱以及淀粉的糊化[15]，使α化度增加；水分含量達一定程度后，過高的水分致使米粉過于黏稠，擠壓系統內的摩擦作用減弱，物料停留時間減少，導致α化度下降。因此，綜合試驗結果，選取20%、22%、24%的水分含量作為正交試驗三水平。

2.1.2 喂料速度對糙米重組米α化度的影響

由圖2可知，隨著喂料速度增高，糙米重組米α化度先增后降，總體影響趨于平緩。可能是由于一定的喂料速度增加可以強化螺桿間扭矩機械能，重組米α化程度好；而喂料速度過高，原料堆積導致原料受熱不均使產品α化度下降，同時易導致機器卡頓。綜上，選擇喂料速度在18 kg/h左右為宜。

2.1.3 擠壓溫度對糙米重組米的影響

由圖3可知，隨著擠壓溫度的增加，α化度先明顯增大，在溫度為110 ℃時達到峰值，之后略為下降。可見，在一定溫度范圍內，溫度的升高有利于淀粉的糊化。而過高的溫度可能導致水分快速蒸發，其他組分與水的結合能力增強，導致α化度下降；在擠壓溫度過高時，原料中的蛋白質、脂質等物質更易與淀粉反應形成絡合物，從而影響擠出物糊化性質[16]。通過試驗確定擠壓溫度為110 ℃時產品的品質最好，故將擠壓溫度三水平定為100、110、120 ℃。

2.1.4 螺桿轉速對糙米重組米的影響

2.2 糙米重組米制備的正交試驗

以α化度為指標考察各因素對糙米重組米制備效果的影響，α化度越高，效果越好。為了得到最佳的工藝參數，選取喂料速度、水分含量、擠壓溫度和螺桿轉速4個影響因素，在單因素試驗的基礎上設計L9（34）正交試驗，結果見表2。

表2 正交試驗結果

由表2可知，影響糙米重組米α化度的因素主次順序為：擠壓溫度（C）＞螺桿轉速（D）＞水分含量（A）＞喂料速度（B）。糙米重組制備的最佳工藝條件為：A3B1C2D2，即水分含量24%、喂料速度15 kg/h、擠壓溫度110 ℃、螺桿轉速140 r/min。同時由正交試驗表可知：A1B2C2D2即當水分含量20%、喂料速度18 kg/h、擠壓溫度110 ℃、螺桿轉速140 r/min時，α化度是正交試驗9組數據中的最大值。因此需針對兩組方案進行驗證實驗，經實驗驗證，最優組合A3B1C2D2條件下所制備的糙米重組米，α化度高達93.1%，成品具有良好的感官和復水率，效果優于試驗組。

2.3 糙米重組米品質分析

2.3.1 感官品質分析

對最佳制備條件下制得的糙米重組米產品及其蒸煮后的成品進行感官評定，結果如表3所示，均符合GB/T 31323—2014《方便米飯》的感官標準。

表3 成品感官評價結果

2.3.2 質量指標分析

對最佳制備條件下制得的糙米重組米產品進行主要營養成分測定，并與原料進行對比，結果見表4。由表4可知，糙米經擠壓重組過程中，蛋白質和脂肪含量明顯降低，淀粉結構發生變化，含量有所降低，但α化度和復水率、復水時間均明顯提高，重組后的成品α化度和復水率、復水時間均符合GB/T 31323—2014《方便米飯》的相關標準。

表4 質量指標試驗結果

3 結 論

以糙米為主要原料，對影響糙米重組米糊化效果的4個影響因素進行優化，試驗結果顯示，影響α化度的因素主次順序為：擠壓溫度＞螺桿轉速＞水分含量＞喂料速度，最佳制備方案為：水分含量24%、喂料速度15 kg/h、擠壓溫度110 ℃、螺桿轉速140 r/min。在此基礎上制得的糙米重組米α化度最高、感官效果佳，復水時間和復水率均符合方便米飯相關標準。