不同糙米調(diào)質(zhì)工藝對整精米率的影響

劉小鳴，翟愛華

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，大慶 163319）

五常稻花香大米是黑龍江五常市種植的一種稻花香水稻生產(chǎn)的大米，屬于長粒香米，水稻秧苗散發(fā)一種香氣，大米也非常香，做飯時(shí)會散發(fā)特殊的清香，所以該種大米享譽(yù)全國，是目前最高檔的大米之一。但是其粒型較長在碾米過程中易斷裂形成碎米，這也是稻花香大米整精米率低的主要原因。此外，稻米貯藏過程中的安全貯藏水分含量要在14%以下，過低的水分會增加大米的硬度和脆性，導(dǎo)致碾米能耗的升高和整精米率的降低[1-3]。由于糙米的主要成分是淀粉，淀粉在低含水率時(shí)硬度和脆性都較大，所以在碾米加工時(shí)容易出現(xiàn)裂紋及碎米、大米表面光潔度低，導(dǎo)致碾米的能耗高[4-5]。所以，在糙米碾磨工藝之前進(jìn)行加水調(diào)質(zhì)是必不可少的。加濕后的糙米皮層軟化，在潤糙的過程中水分由皮層滲透到胚乳形成內(nèi)小外大的水分梯度，在加工過程中由于水分滋潤而被軟化的糙米皮層可有效地提高整精米率并減少能耗[6-8]。同時(shí)，在碾米和拋光過程中，會產(chǎn)生大量的米糠，而調(diào)質(zhì)所用水分都集中在糙米的皮層部分即米糠中，所以最后的大米水分含量變化不大[9]。采用加濕調(diào)制工藝，研究糙米初始含水率、潤糙時(shí)間、加濕量對整精米率和碾米能耗的影響規(guī)律。探尋五常稻花香高整精米率的最佳碾米加工工藝。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

材料：實(shí)驗(yàn)品種為五常稻花香2 號，糙米初始含水率為13.4%，整精米率為48.57%。

1.2 主要設(shè)備

FC2K 型礱谷機(jī)：日本大竹株式會社；Pv-32 碾米機(jī)：日本大竹株式會社；SY95-RAT4 型全自動糙米加工檢測儀：韓國-雙龍機(jī)械產(chǎn)業(yè)社，可在計(jì)算機(jī)的控制下自動記錄整精米率；自動加濕噴霧器：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院自行研制；CTHT-100b 恒溫恒濕培養(yǎng)箱：美國施都凱儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

糙米水分含量的檢測方法：按照GB/T 24896-2010[10]；整精米率的檢測方法：GB/T 21719-2008[11]。

1.4 試驗(yàn)步驟

（1）用礱谷機(jī)將稻米去殼得到糙米試樣，樣品密封保存。

（2）利用噴霧加濕裝置對樣品進(jìn)行加濕處理。

（3）加濕后樣品需放入恒溫恒濕箱中潤糙。

（4）利用全自動糙米檢測儀對潤糙的糙米進(jìn)行碾米試驗(yàn)，以整精米率作為指標(biāo)來說明不同的加濕調(diào)質(zhì)工藝對碾米性能的影響。

1.5 試驗(yàn)參數(shù)的確定

正交旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)是一種常用的響應(yīng)面設(shè)計(jì)方法，同時(shí)也是優(yōu)化工藝條件的有效方法[12-13]。它可以通過最少的實(shí)驗(yàn)來擬合響應(yīng)面模型，每個(gè)因素通常設(shè)置5個(gè)水平，一般采用二階檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯ψ兞康捻憫?yīng)行為進(jìn)行表征：

式中：Y 代表系統(tǒng)響應(yīng)，β0、βi、βii分別是偏移項(xiàng)、線性偏移和二階偏移系數(shù)，βij是交互效應(yīng)系數(shù)，Xi是各因素水平值。

單因素的確定：糙米初始含水率（A）、單次加濕量（B）、潤糙時(shí)間（C）。以整精米率（y1）和碾米能耗（y2）為評價(jià)指標(biāo)。應(yīng)用“Excel”和“Origin”軟件，二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)，共24 組試驗(yàn)，每組重復(fù)3 次，每次取3 個(gè)平行樣，計(jì)算整精米率的值，建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)分析

2.1.1 初始含水量選擇實(shí)驗(yàn)

表1 試驗(yàn)因素水平編碼表Table 1 Factors and levels of the experiment

糙米初始含水率即糙米在未經(jīng)過加水調(diào)質(zhì)處理之前的水分含量。所用樣品的糙米初始含水率為13.4%，所以為了得到不同糙米初始含水率的糙米樣品，需要對樣品進(jìn)行前處理使之達(dá)到試驗(yàn)要求。處理方法：將樣品按照不同的要求進(jìn)行加水調(diào)質(zhì)，并潤糙8 h，使糙米表面的水分充分均勻滲透到糙米內(nèi)部。

在加濕量為1.5%，潤糙時(shí)間為90 min 的條件下，研究不同糙米初始含水率的樣品對整精米率的影響。

圖1 糙米初始含水率對整精米率的影響Fig.1 The effect of brown rice initial moisture on HRY

由圖1 可得整精米率隨糙米初始含水率的增加而先增后減，這是因?yàn)楹蔬^高的糙米籽粒強(qiáng)度低，在碾米過程中易受到破壞產(chǎn)生碎米；含水率過低，雖然糙米強(qiáng)度大但是所需的碾磨時(shí)間長，碾白壓力大，也不利于整精米生成。

2.1.2 單次加濕量選擇實(shí)驗(yàn)

以糙米初始含水率為15%的糙米，在潤糙90 min的條件下，研究不同單次加濕量的樣品對整精米率的影響。由于潤糙時(shí)間為90 min，后添加的水分并未滲透到糙米內(nèi)部，只是停留在糙米皮層部分，從而形成內(nèi)小外大的水分梯度。

由圖2 可得整精米率隨糙米初始含水率的增加而先增后減，這是因?yàn)榧訚窳窟^高，糙米籽粒強(qiáng)度過低，勢必增加碾白過程碎米產(chǎn)生，整精米粒數(shù)下降反而降低整精米率；加濕量過低，則達(dá)不到調(diào)質(zhì)目的。

圖2 單次加濕量對整精米率的影響Fig.2 The effect of single humidification amount on HRY

2.1.3 潤糙時(shí)間選擇實(shí)驗(yàn)

以糙米初始含水率為15%的糙米，單次加濕量固定在1.5%時(shí)，研究潤糙時(shí)間對整精米率的影響規(guī)律。

圖3 潤糙時(shí)間對整精米率的影響Fig.3 The effect of conditioning time on HRY

由圖3 得再潤糙前期整精米率隨著時(shí)間的延長而增加，但在潤糙后期隨著時(shí)間延長整精米率開始下降，但是幅度不大趨于平緩。潤糙時(shí)間是形成恰當(dāng)水分梯度的重要因素，最佳的水分梯度可以獲得最佳強(qiáng)度梯度，從而獲得最高的整精米率。

2.2 模型的擬合

表2 回歸組合設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Regression combination design and the results

由表2 可知，通過對初始含水量、單次加水量、 潤糙時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到相應(yīng)的二次方程模型：

Y=－1 034.24＋140.889 3A＋40.041 11B＋0.377 729C＋0.005 627AB－0.000 98AC＋0.000 259BC－4.700 38A2－13.458 9B2－0.002 03C2

式中：Y 是響應(yīng)值，即五常稻花香大米經(jīng)碾磨后的整精米率，A、B、C 分別表示初始含水量、單次加水量、潤糙時(shí)間。

由表3 可以看出：二次回歸模型的F 值為22.94，P 值＜0.000 1，大于在0.01 水平上的F 值，說明初始含水量、單次加水量、潤糙時(shí)間對整精米率有極顯著的影響。

表3 回歸方程的方差分析表Table 3 Analysis of variance table of regression equation

2.3 曲面圖與等高直線圖的分析

多元回歸方程式所做的響應(yīng)曲面圖及其等高線圖，如圖4、圖5 和圖6 所示。由此可得出任意兩因素對整精米率的影響規(guī)律，進(jìn)而確定最佳因素水平范圍。

圖4 糙米初始含水率和單次加濕量對整精米率交互影響的三維曲面圖Fig.4 3D surface diagram of the reciprocal effect of brown rice initial moisture and single humidification amount on HRY

圖4 顯示了潤糙時(shí)間在90 min 條件下，糙米初始含水率和單次加濕量對整精米率的交互影響。在糙米初始含水率不變的條件下，隨著單次加濕量水平的逐漸增加，整精米率出現(xiàn)先增后減的趨勢。說明單次加濕量過多或過少都達(dá)不到提高整精米率的目的，只有當(dāng)單次加水量在0 水平附近即1.5%時(shí)，整精米率達(dá)到最大值。同樣糙米初始含水率在0 水平附近時(shí)，整精米率達(dá)到峰值。

圖5 糙米初始含水率和潤糙時(shí)間對整精米率交互影響的三維曲面圖Fig.5 3D surface diagram of the reciprocal effect of brown rice initial moisture and conditioning time on HRY

圖5顯示了在單次加水量為1.5%的條件下，糙米初始含水率和潤糙時(shí)間對整精米率的交互影響。在潤糙時(shí)間不變的情況下，隨著糙米初始含水率的不斷增大，整精米率同樣呈現(xiàn)出先增后減的趨勢。而在糙米初始含水率不變的情況下，稻米的整精米率隨著潤糙時(shí)間的延長逐漸增大。在潤糙過程的前期，整精米率增幅較明顯直至達(dá)到最大值之后緩慢降低，曲線趨于平緩。

圖6 顯示了在糙米初始含水率為15%的條件下，單次加濕量和潤糙時(shí)間對整精米率的交互作用。在潤糙時(shí)間不變的情況下，隨著單次加水量不斷增加，整精米率先增后減，在加濕量為1.5%左右達(dá)到峰值，并且增幅非常明顯?？梢娫诖藯l件下，單次加水量對整精米率的影響非常顯著。而在單次加濕量不變的情況下，隨著潤糙時(shí)間的不斷延長整精米率也有一定增長但幅度不大，曲線較平緩。

圖6 單次加濕量和潤糙時(shí)間對整精米率交互影響的三維曲面圖Fig.6 3D surface diagram of the reciprocal effect of single humidification amount and conditioning time on HRY

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

按照優(yōu)化后的條件：糙米初始含水率為14.9%，單次加水量為1.55%，潤糙時(shí)間為110 min，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了稻米整精米率的驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)測提取率在67.68%，與利用“Excel”和“Origin”軟件的預(yù)測值68.17%較接近。

3 結(jié)論

通過以五常稻花香大米為原料，采用糙米加水調(diào)質(zhì)工藝，研究各工藝條件對整精米率及碾米能耗的影響。單因素試驗(yàn)中確定了糙米初始含水率、單次加水量、潤糙時(shí)間為響應(yīng)面試驗(yàn)的三個(gè)因素。在試驗(yàn)中三個(gè)因素對整精米率的影響順序?yàn)椋簡未渭铀?糙米初始含水率>潤糙時(shí)間。加水調(diào)質(zhì)的最佳工藝條件為：糙米初始含水率為14.9%，單次加水量為1.55%，潤糙時(shí)間為110 min。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在該條件下，實(shí)測整精米率為67.68%，與預(yù)測值68.17%較接近，不但提升了五常稻花香的碾米品質(zhì)，同時(shí)也為米廠在節(jié)約成本降低預(yù)算方面提供理論依據(jù)。

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