蓮子淀粉重組米制備工藝優化

郭雅卿，賈健輝,2，王緒昆，高 帥，竇博鑫，張 智，張 娜, ，劉 穎,

（1.哈爾濱商業大學食品工程學院, 黑龍江哈爾濱 150028；2.牡丹江師范學院生命科學與技術學院, 黑龍江牡丹江 157011；3.黑龍江省北大荒米業集團有限公司, 黑龍江哈爾濱 150090）

蓮子是我國的特產經濟作物，南北各省均有種植，既可食用又可入藥[1-2]。蓮子作為一種滋補食品，含有多酚、蛋白質和多糖等多種功能性物質，還具有抗氧化、降血脂、降血糖等功效[3-4]。淀粉在蓮子組成中約占50%，其中直鏈淀粉含量約為42%，是高直鏈淀粉含量的淀粉[5-6]。目前市面上多為干蓮、蓮心、蓮蓉餡料等蓮子制品，但將蓮子淀粉應用于生產重組米的相關研究還較少[7]。稻谷在經過碾磨加工時，由于干燥過度、過快等原因會使整米產生裂紋，產生破損后得到碎米[8]。與完整米粒相比，碎米與其含有相似的化學組成與營養成分，但價格僅為普通大米的1/3～1/2，多用作飼料或制造酒、醋、糖醇、淀粉等的原料[9-10]。碎米的不完全利用造成了良好谷物資源的浪費，因此，提高碎米的綜合利用，對提高其利用率及附加值有著重要的作用。

重組米是一種與大米形狀相似，原料多為富含淀粉的材料，經過擠壓、干燥后加工而成的顆粒狀產品[11]。原料中的部分成分會在高溫、高壓及高剪切力的條件下發生不同程度的變化，其結構變化的情況與擠壓條件有關，如機筒溫度、水分含量、進料速度、螺桿轉速等[12-13]。目前關于重組米的生產工藝研究中，多是以大米和雜糧為原料，而少見以蓮子或蓮子淀粉為原料。何忠源等[14]以雜糧為原料，采用正交試驗方法優化重組米的生產工藝，研究機筒溫度、螺桿轉速及原料水分對感官品質的影響。MORETTI等[15]以大米為原料，添加硫酸亞鐵及焦磷酸鹽，再利用擠壓膨化技術制備得到營養重組米。將蓮子淀粉與碎米粉按一定比例進行混合后，通過擠壓工藝制成重組米，不僅可以提高碎米的附加值，還增加了對蓮子產品的開發及利用[16]。

本試驗將蓮子淀粉與碎米粉以不同配比進行混合后再擠壓制備重組米，通過對混合粉的糊化特性和蓮子淀粉重組米的感官品質、質構特性及蒸煮損失率等的分析，確定了蓮子淀粉的最佳添加量；利用單因素實驗探究物料含水量、模頭溫度、螺桿轉速對蓮子淀粉重組米品質的影響，并在此結果下通過響應面試驗得到蓮子淀粉重組米的最佳擠壓條件。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蓮子 湖南梧柏塘生態農業有限公司；碎米五常市寶鑫水稻種植專業合作社。

DSE-25雙螺桿擠壓膨化機 德國布拉本德公司；DHP-9162電熱鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司；FW100高速萬能粉碎機 蘇州江東精密儀器有限公司；TX3202L電子天平 日本島津制作所；TA-XT2i質構儀 上海瑞玢智能科技有限公司；TecMaster instrumen快速粘度分析儀 波通瑞華科學儀器（北京）有限公司；EZ26BS05蘇泊爾蒸鍋 浙江蘇泊爾股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 蓮子淀粉的提取 參考趙蓓蓓[3]的方法并進行修改。將適量去芯蓮子浸泡6 h于3 倍體積的蒸餾水中。過濾后，放入食品級高速粉碎機后倒入3倍體積的蒸餾水進行破碎，漿液過120 目尼龍濾布，將濾液靜置沉淀8 h。將沉淀用蒸餾水沖洗兩次，后用95%乙醇溶液清洗一次，進一步洗除殘留物質。最終將其平鋪在托盤中，45 ℃下烘干24 h，磨粉并過100 目篩。

1.2.2 混合粉的制備 將碎米粉過100目篩后與蓮子淀粉混合，按蓮子淀粉比例分別為20%、25%、30%、35%、40%的比例分別與碎米混合，得到不同蓮子淀粉含量的混合粉，備用。

1.2.3 重組米的制備 將蓮子淀粉與碎米粉混合均勻后，利用雙螺桿擠壓膨化機在固定擠壓模具、喂料速度下進行擠壓重組，固定物料含水量30%、模頭溫度90 ℃、螺桿轉速180 r/min，所得到的重組米在45 ℃下烘干后備用。

1.2.4 糊化特性的測定 使用快速黏度分析儀（RVA）對混合粉進行糊化特性的測定，稱取蓮子淀粉-碎米混合粉3.00 g，調節水分含量至14%，倒入專用鋁筒內，添加25 mL蒸餾水，放置在儀器上測定。所有程序參考GB/T24852-2010標準及文獻執行[17]。

1.2.5 感官品質評價 蓮子淀粉重組米的感官評價表根據參考文獻[18]及GB/T 15682-2008 進行制定，評價組由10 名食品專業的學生組成。將10 g重組米米粒放于瓷盤中，進行米粒的感官評分；再將10 g米粒放于蒸飯鋁鍋內，倒入7 mL蒸餾水，在鍋中蒸30 min后，關火等待10 min后取出，進行米飯的感官評分。

表1 、表2分別為重組米米粒和米飯的感官評分標準。

表1 重組米米粒感官評分標準Table 1 Sensory scoring criteria for reconstituted rice grains

表2 重組米米飯感官評分標準Table 2 Sensory scoring criteria for reconstituted rice

1.2.6 質構特性的測定 將重組米蒸熟冷卻后，每組樣品每次取3 粒置于質構儀上進行測定，平行測定9次，分別將兩個最大值和最小值舍棄，最終的指標值為剩余5 次測試數值的平均值[19]。具體參數設置如下：模式為TPA模式；探頭為P/36R；測試前、中、后速度均為2.00 mm/s；形變量：50%；兩次壓縮間隔時間：5.00 s；觸發力值：5.0 g。

1.2.7 蒸煮損失率的測定 在干燥燒杯中放置3.00 g（m0）蓮子淀粉重組米，倒入50 mL蒸餾水，在100 ℃水浴里蒸煮10 min，將全部米湯轉移至另一干燥燒杯（m1）內，置于105 ℃烘箱中至燒杯恒重（m2）[9]。計算公式如下：

1.2.8 重組米品質評價體系的建立 蓮子淀粉重組米綜合評分由感官評價、質構特性及蒸煮損失3部分評分構成（表3）[20]。具體方法如下：

表3 蒸煮損失評分標準Table 3 Standard of cooking loss score

質構評分計算方法為：

彈性、黏聚性、咀嚼性與口感呈正相關，與硬度呈負相關，評分算法為：

式中：A為各指標平均值與最小值之差；B為各指標最大值與最小值之差。

其中，蒸煮損失評分標準如下：

1.2.9 單因素實驗 在蓮子淀粉添加量為30%的條件下，固定擠壓模具及喂料速度，以物料含水量為40%、螺桿轉速為180 r/min、模頭溫度為90 ℃為基礎，相應改變各因素的水平：物料含水量設定為30%、35%、40%、45%、50%；螺桿轉速設定為120、150、180、210、240 r/min；模頭溫度設定為70、80、90、100、110 ℃，進行單因素實驗。根據建立的重組米評價體系，分析各組重組米的得分情況，從而得到擠壓重組米較為適宜的物料含水量、螺桿轉速和模頭溫度。

1.2.10 響應面試驗 利用響應曲面的中心組合試驗的設計原理及單因素實驗結果，3個因子設為物料含水量、螺桿轉速及模頭溫度，并各取3個水平進行17個試驗點的響應面試驗（表4）。由此探究3個因素對重組米評分的影響和各因素間的相關性。

表4 響應面試驗因素和水平Table 4 Factors and level of response surface test

1.3 數據處理

采用SPSS19.0、EXCEL軟件進行數據處理分析；采用ORINGIN 8.5軟件進行制圖；采用Design Expert 軟件處理響應面數據。

2 結果與分析

2.1 蓮子淀粉添加量對混合粉糊化特性的影響

表5 為混合粉糊化特性結果，蓮子淀粉與碎米粉混合后的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、崩解值、回生值等均隨蓮子淀粉添加比例的增大而增大。峰值黏度的上升可能是因為蓮子淀粉中直鏈淀粉含量較高，限制性膨脹且淀粉顆粒較小，更易發生吸水膨脹，使得混合粉的黏度值上升[21]。回生值反映的是淀粉老化的情況，是淀粉糊中的直鏈淀粉之間進行重新聚合的過程[22]。崩解值代表在糊化過程中淀粉糊的熱穩定性及淀粉顆粒的破損程度[23-24]。隨著混合粉中蓮子淀粉添加比例的增大，崩解值與回生值也逐漸增大，因為較高含量的直鏈淀粉會降低淀粉糊的穩定性，使其糊化后易發生老化。因此，混合粉的糊化特性受到蓮子淀粉添加量的影響，較高或較低可能都會影響重組米的感官。

表5 蓮子淀粉添加量對混合粉糊化特性影響Table 5 Effect of lotus seed starch addition on the pasting characteristics of mixed flour

2.2 蓮子淀粉添加量對擠壓重組米感官品質的影響

圖1 為蓮子淀粉重組米的感官評分，重組米的感官評分隨著蓮子淀粉添加量的增大而呈現先上升后下降的趨勢，最優蓮子淀粉添加量為30%。重組米中添加蓮子淀粉可賦予重組米以蓮子的香氣和滋味。在重組米中添加適當的蓮子淀粉有助于提高米飯的口感和米粒的顏色外觀，同時也提高了蓮子淀粉重組米的感官評分。重組米中蓮子淀粉添加量的增大，導致蒸煮后米飯黏性增大，影響了口感，且不易被接受，因此添加量超過30%后，感官評分有所降低。

圖1 蓮子淀粉添加量對重組米感官品質的影響Fig.1 Effect of lotus seed starch addition on the sensory quality of reconstituted rice

2.3 蓮子淀粉添加量對擠壓重組米質構品質的影響

蓮子淀粉重組米質構特性結果如表6所示。隨著蓮子淀粉添加比例的增大，硬度逐漸增大，彈性、黏聚性、咀嚼性則先增大后減小，在蓮子淀粉添加量為30%時達到峰值。蓮子淀粉和碎米粉在成分含量及結構上有所不同，混合后形成的粉質體系不太穩定，會影響重組米的質構[7]。隨著蓮子淀粉添加量的增大，經過蒸煮的重組米顆粒性較差且互相粘連。硬度與重組米的口感存在著負相關性，與彈性、黏聚性、咀嚼性則為正相關性[25-26]。依據蓮子淀粉重組米的質構特性結果，推斷在蓮子淀粉添加量為30%的條件下擠壓得到的重組米口感最好。

表6 蓮子淀粉添加量對擠壓重組米質構特性的影響Table 6 Effect of lotus seed starch addition on the textural properties of extruded reconstituted rice

2.4 蓮子淀粉添加量對擠壓重組米蒸煮損失率的影響

圖2 所示為重組米的蒸煮損失率隨蓮子淀粉添加量變化的結果。當重組米中蓮子淀粉含量增加時，其蒸煮損失率也在不斷增加。物料中的淀粉經過擠壓后開始發生糊化，結構展開，發生降解，使得重組米經過高溫蒸煮后淀粉更易溶于水。此外，蓮子淀粉和碎米粉混合后的粉質體系不穩定，導致重組米的蒸煮損失率逐漸上升。

圖2 蓮子淀粉添加量對擠壓重組米蒸煮損失率的影響Fig.2 Effect of lotus seed starch addition on the cooking loss rate of extruded reconstituted rice

綜合混合粉的糊化特性及重組米的感官品質、質構品質、蒸煮損失率的實驗結果分析可知，當蓮子淀粉添加比例為30%時，加工出的重組米品質較好。

2.5 擠壓工藝參數優化

2.5.1 物料含水量對擠壓重組米品質的影響 圖3所示為蓮子淀粉重組米的品質在不同物料含水量下的結果。蓮子淀粉重組米的綜合評分隨著物料含水量的增加而先增大后減小，在物料含水量為40%的條件下，綜合評分達到最高。重組米的擠出品質受物料含水量的影響，當含水量過低時，使得物料間的摩擦增大，擠出時較為困難且易堵塞模孔，淀粉糊化不完全，產品表面粗糙，形態不佳；含水量過高時，物料的流動性增強，在機筒內滯留時間較短，擠出時阻力降低且樣品不易成型，干燥時間變長，影響品質。若要得到品質最佳的重組米，物料中需含有適宜的含水量，且降低了物料與筒壁之間的摩擦系數，達到一定溫度后即可完成糊化。

圖3 物料含水量對擠壓重組米品質的影響Fig.3 Effect of material moisture on the quality of extruded reconstituted rice

2.5.2 螺桿轉速對擠壓重組米品質的影響 圖4所示為螺桿轉速對重組米品質的影響結果。當增大螺桿轉速時，蓮子淀粉重組米的綜合評分先增大后減小，綜合評分在螺桿轉速為180 r/min時最高。物料在機筒內的滯留時間和受剪切力與螺桿轉速的大小有關[27]，當降低螺桿轉速時，物料在機筒內的滯留時間延長，且作用在物料上的剪切力變小，降低了淀粉的糊化度，影響品質。螺桿轉速在一定區間范圍內增大時，物料受到的剪切力就越大，模頭處的壓力也越大，提高了淀粉的糊化能力，使得重組米的品質接近最佳狀態。但螺桿轉速過高時，縮短了物料在機筒中的滯留時間，不能在筒壁上吸收充足的熱量，淀粉內部的水合作用不完全，導致了淀粉的不完全糊化[28]。若繼續增加螺桿轉速，會因為擠出前后存在較大的壓力差使產品發生膨化，產生氣泡，進而影響重組米的品質[29]。

圖4 螺桿轉速對擠壓重組米品質的影響Fig.4 Effect of screw speed on the quality of extruded reconstituted rice

2.5.3 模頭溫度對擠壓重組米品質的影響 圖5所示為模頭溫度對蓮子淀粉重組米品質的影響。蓮子淀粉重組米的綜合評分隨著模頭溫度的升高先增大后減小，綜合評分在模頭溫度為90 ℃時最高。擠壓重組米品質對模頭溫度的變化較為敏感。較低的模頭溫度會降低淀粉的糊化度，導致擠出的產品結構疏松，品質及咀嚼性較差，粘性低，蒸煮損失增大[30-31]。高溫條件可以提高淀粉的糊化程度，但在過高溫度下擠壓出的重組米蒸煮時會產生較多的溶出物，發生粘黏，這是因為高溫能使大分子物質降解出可溶性物質[32]。同時較高溫度還會使擠出的產品外觀變差，發生膨化并有氣泡產生，產品表面粗糙。

圖5 模頭溫度對擠壓重組米品質的影響Fig.5 Effect of die head temperature on the quality of extruded reconstituted rice

2.5.4 響應面試驗優化 在單因素實驗的基礎上，以物料含水量（A）、螺桿轉速（B）和模頭溫度（C）為影響因素，擠壓重組米的綜合評分為響應指標，采用響應面法優化蓮子淀粉重組米擠壓參數，其設計與結果見表7。

表7 響應面試驗設計與結果Table 7 Response surface test design and results

根據軟件分析得出相關回歸系數的二次回歸方程：

對該模型進行回歸分析，結果如下表8。

由表8中數據可知，回歸模型P＜0.0001（極顯著），失擬項P=0.1092＞0.05（不顯著），說明方案設計可行，可有效預測回歸方程中相應的回歸值。模型回歸系數R2=0.9912，說明擬合程度較為良好。通過分析得到C（模頭溫度）、AC、A2和C2為極顯著（P＜0.0001），A（物料含水量）為顯著（P＜0.05）。

表8 回歸模型及方差分析Table 8 Regression model and analysis of variance

為進一步了解兩個因素的協同作用對重組米品質的影響，依據響應面曲面分析法，繪制兩個因素間交互影響的響應面圖與等高線圖。由圖6可知，當物料含水量及螺桿轉速不斷增加時，蓮子淀粉重組米的品質先上升后下降，兩個因素之間存在著一定的交互作用，重組米的品質變化受物料含水量的影響較明顯。由圖7可知，在螺桿轉速一定時，隨著物料含水量的增大及模頭溫度的升高蓮子淀粉重組米的品質而增加，到達最高點后下降，且兩個因素存在顯著的交互作用，模頭溫度對重組米品質的影響比物料含水量大。由圖8可知，蓮子淀粉重組米的品質隨物料含水量的增大及模頭溫度的升高而先上升后下降，且兩個因素雖存在一定的交互作用，但作用并不顯著，模頭溫度對重組米影響較大。

圖6 物料含水量與螺桿轉速交互作用對擠壓重組米品質影響的響應面和等高線Fig.6 Response surface and contours of the effect of interaction between material moisture content and screw speed on the quality of extruded reconstituted rice

圖7 物料含水量與模頭溫度交互作用對擠壓重組米品質影響的響應面和等高線Fig.7 Response surface and contours of the interaction between material moisture content and die head temperature on the quality of extruded reconstituted rice

圖8 螺桿轉速與模頭溫度交互作用對擠壓重組米品質影響的響應面和等高線Fig.8 Response surface and contours of the interaction between screw speed and die head temperature on the quality of extruded reconstituted rice

響應面優化出的結果為：物料含水量39.8%、螺桿轉速209.7 r/min、模頭溫度94.4 ℃，所得到的最佳重組米產品綜合評分為69.49分。考慮到實際生產需求，將條件修正為物料含水量40%、螺桿轉速210 r/min、模頭溫度95 ℃，該條件下生產的重組米評分為69.13分，與理論值誤差為0.52%，證明該優化方案較為合理可行。

3 結論

隨著蓮子淀粉添加量的增加，混合粉糊化特性中的各參數值均顯著增加（P＜0.05），蒸煮損失率也隨蓮子淀粉添加量的增加而增加。當蓮子淀粉添加量在30%時，重組米的總感官評分較高，且質構中的彈性、黏聚性、咀嚼性也達到峰值。綜合考慮，重組米中蓮子淀粉的添加量應為30%。以蓮子淀粉重組米的綜合評分為指標，根據單因素實驗和響應面試驗結果并結合生產實際得到的最佳工藝條件為：物料含水量40%、螺桿轉速210 r/min、模頭溫度95 ℃，在該條件下生產的重組米的綜合評分為69.13 分，與理論值誤差為0.52%，說明該優化方案較為合理。