配方均勻設(shè)計(jì)優(yōu)化擠壓重組大米原料配比研究

胡杰，李德遠(yuǎn)，喬燕，豁銀強(qiáng)（.軍事經(jīng)濟(jì)學(xué)院軍需系，湖北武漢4005；.軍事經(jīng)濟(jì)學(xué)院醫(yī)院，湖北武漢4005；.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖北武漢40070）

配方均勻設(shè)計(jì)優(yōu)化擠壓重組大米原料配比研究

胡杰1，李德遠(yuǎn)1，喬燕2，豁銀強(qiáng)3
（1.軍事經(jīng)濟(jì)學(xué)院軍需系，湖北武漢430035；2.軍事經(jīng)濟(jì)學(xué)院醫(yī)院，湖北武漢430035；3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖北武漢430070）

以大米粉、小麥粉、燕麥粉為原料，生產(chǎn)擠壓重組大米。運(yùn)用配方均勻設(shè)計(jì)法得到15種原料配比，分析原料主要營養(yǎng)成分，對(duì)各配比所制備的樣品進(jìn)行回生特性分析，同時(shí)結(jié)合感官評(píng)價(jià)和直觀比較，以確定優(yōu)化配比。結(jié)果表明，優(yōu)化配比為：大米粉∶小麥粉∶燕麥粉=4.5∶4.5∶1（質(zhì)量比），該配比所制備的重組大米米飯不易老化回生，感官品質(zhì)好。研究結(jié)果可為以重組大米為原料生產(chǎn)新型自加熱米飯?zhí)峁├碚搮⒖肌?/p>

均勻設(shè)計(jì)；擠壓加工技術(shù)；重組大米；原料配比

食品擠壓加工技術(shù)是一種新型食品加工方法，該技術(shù)加工的淀粉類食品不易老化回生，食用品質(zhì)優(yōu)良；而且，可用價(jià)格低廉的碎米作原料，經(jīng)濟(jì)性好［1］。該技術(shù)生產(chǎn)的具有天然大米形狀的產(chǎn)品稱為“人造米”或“重組米”［2］。自加熱米飯作為一種快餐食品，適合長(zhǎng)期在野外工作的部隊(duì)、勘探、施工等人員食用，然而，其老化回生和食用品質(zhì)問題限制了該產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展［3］。當(dāng)前，市售自加熱米飯多以天然大米為原料，以重組大米為原料生產(chǎn)自熱米飯還鮮有報(bào)道。本研究以大米粉、小麥粉、燕麥粉為原料，運(yùn)用配方設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)原料配比優(yōu)化，旨在研發(fā)出一種重組大米，為以其作為原料生產(chǎn)不易回生、粗細(xì)搭配、營養(yǎng)均衡的新型自加熱米飯?zhí)峁┛茖W(xué)參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

1.1.1原料與試劑

1.1.1.1原料

大米粉：產(chǎn)自黑龍江五常；小麥粉：湖北襄陽中筋面粉；燕麥粉：河北康希燕麥?zhǔn)称酚邢薰尽?/p>

1.1.1.2試劑

硫酸銅、碘化鉀、石油醚、冰乙酸、硫代硫酸鈉、甲醇、無水乙醇、無水乙酸鈉、無水硫酸鈉、過氧化氫、甲基紅、次甲基藍(lán)等，均為分析純；直鏈淀粉標(biāo)品（純度98%）、支鏈淀粉標(biāo)品（純度98%）：Sigma公司生產(chǎn)。

1.1.2儀器設(shè)備

差示掃描量熱儀（DSC，Pyris I型）：美國PE公司；雙螺桿擠壓機(jī)（DSE-25型）：上海精科科技公司；分光光度計(jì)（TU-1901型）：北京普析通用儀器有限公司；超細(xì)粉碎機(jī)（RT-25型）：北京金洋利科技公司；真空冷凍干燥機(jī)（LGJ-60）：北京四環(huán)科學(xué)儀器有限公司。

1.2方法

1.2.1配方均勻設(shè)計(jì)

均勻設(shè)計(jì)（Uniform Design）由方開泰和王元兩位學(xué)者首先提出［4］，當(dāng)試驗(yàn)因素變化范圍較大，需要取較多水平時(shí)，該方法可以大幅減少試驗(yàn)次數(shù)。本試驗(yàn)利用該方法軟件（Uniform Design Version 3.0）對(duì)3種原料進(jìn)行配比設(shè)計(jì)。原料均無約束條件以避免結(jié)論的非普遍性。本試驗(yàn)有3個(gè)因素：大米粉、小麥粉和燕麥粉的含量，考察指標(biāo)為重組大米最大回生度，應(yīng)用U15*（157），偏差為D=0.136 1。均勻設(shè)計(jì)配方見表1。

表1 均勻設(shè)計(jì)配方Table 1　Uniform design formula

1.2.2原料主要成分分析

水分含量測(cè)定：參照GB 5009.3-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》；粗蛋白含量測(cè)定：參照GB 5009.5-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》；粗脂肪含量測(cè)定：參照GB/T 5009.6-2003《食品中脂肪的測(cè)定》；總淀粉含量測(cè)定：參照GB/T 5009.9-2008《食品中淀粉的測(cè)定》；直鏈淀粉含量測(cè)定：參照GB/T 15683-2008/ISO 6647-1：2007《大米直鏈淀粉含量的測(cè)定》。

1.2.3生產(chǎn)工藝流程［5］

原料→粉碎→過篩→復(fù)配→攪拌→擠壓熟化→成型→造?！稍铩鋮s→成品

1.2.4擠壓工藝參數(shù)確立

按照預(yù)試驗(yàn)確定的優(yōu)化操作參數(shù)：物料最適宜含水量為30%，擠壓機(jī)3個(gè)加熱區(qū)段溫度分別設(shè)為60、120、100℃，喂料速度是3 kg/min～4 kg/min，螺桿轉(zhuǎn)速控制在130 r/min左右，原料粒度為80目～100目。分別對(duì)均勻設(shè)計(jì)得到的各配比進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.5DSC分析［6-10］

取重組大米樣品，冷凍干燥48 h后磨碎過80目篩備用，精確稱量樣品粉末4.0 mg于鋁制坩堝中，按照樣品與蒸餾水1∶2（質(zhì)量比）的比例，添加去離子水，加蓋后密封，在室溫下放置24 h，用DSC進(jìn)行糊化測(cè)試。升溫速率10℃/min，溫度范圍為20℃～130℃。以空坩堝作為參比，載氣為氮?dú)?，流速?0 mL/min。糊化后的樣品冷卻后在4℃冰箱中分別存放1、3、5、7、14、21 d，在相同測(cè)試條件下進(jìn)行老化測(cè)試。取5次平行測(cè)定數(shù)據(jù)的平均值作為結(jié)果。

DSC測(cè)定過程中，可得到熱焓ΔH等熱力學(xué)參數(shù)。淀粉回生結(jié)晶量用回生焓ΔH表示，則回生程度（在時(shí)間t時(shí)，淀粉結(jié)晶量占結(jié)晶總量極限值的百分比）V可表示為：

式中：V表示t時(shí)的回生程度；ΔH0表示時(shí)間為0（完全糊化后）的回生焓；ΔHt表示t時(shí)的回生焓；ΔH∞表示回生焓極限值，本試驗(yàn)以室溫下儲(chǔ)存180 d（4℃冰箱保存21 d相當(dāng)于室溫保存180 d）樣品的回生晶體融化熱焓表示。

一般情況下，ΔH0=0，則式（1）可表示為：最大回生度/%=［回生焓極限值/糊化熱焓］×100（3）

1.2.6感官評(píng)價(jià)

參照GB/T15682-2008《糧油檢驗(yàn)稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評(píng)價(jià)方法》?？偡譃?00，包括氣味（20分）、外觀結(jié)構(gòu)（20分）、適口性（30分）、滋味（30分），共4個(gè)指標(biāo)。

1.2.7擠壓重組大米米飯的制備

各配比重組大米均按每人一份稱取10 g米樣，取250 mL水淘洗后加1.3倍水，用電飯鍋蒸30 min，燜制25 min。

1.2.8數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用EXCEL 2007及SPSS 17.0。

2　結(jié)果與分析

2.1原料成分分析

原料品種選擇具有一定代表性，不僅要考慮直鏈淀粉含量，還要考慮擠壓成型要求。例如，糯米幾乎不含直鏈淀粉，因此不易回生，但其黏性大，不利于擠壓成型。經(jīng)過預(yù)試驗(yàn)，選擇大米粉、小麥粉和燕麥粉作為原料。原料成分檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2　原料成分檢測(cè)結(jié)果Table 2　Testing results of the material ingredients

擠壓成型過程中，原料蛋白質(zhì)含量高，則產(chǎn)品結(jié)構(gòu)整齊。蛋白質(zhì)在高溫高壓時(shí)發(fā)生美拉德反應(yīng)，改善了產(chǎn)品口感風(fēng)味；脂肪酸含量減少，產(chǎn)品保質(zhì)期得到延長(zhǎng)［11］。由上表可知，大米粉蛋白質(zhì)含量相對(duì)較低，小麥粉蛋白質(zhì)含量略高，而燕麥粉中蛋白質(zhì)含量較高，在不影響其它指標(biāo)時(shí)，可考慮多加一些。

由于老化后的淀粉難以重新糊化，因此會(huì)降低產(chǎn)品初始糊化度，另一方面，淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的產(chǎn)生，有助于改善產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)。但脂肪含量過多，擠壓時(shí)，不利于成型。燕麥粉脂肪含量達(dá)到了6.4%（表2），所以添加量不易過多。

直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量與比例直接影響淀粉類食品老化回生，淀粉類食品中直鏈淀粉含量越多，則越容易回生［12］。綜合考慮，燕麥粉直鏈淀粉含量最低，但脂肪含量較高，因此添加量不能太大；大米粉直鏈淀粉含量相對(duì)較低，而且脂肪含量最低，可適當(dāng)多加一些。2.2DSC分析結(jié)果

對(duì)各配比樣品進(jìn)行糊化和回生DSC分析，結(jié)果見表3和圖1。

表3　不同配比擠壓重組大米糊化與回生熱焓Table 3　The starch gelatinization and retrogradation enthalpy of reconstituted rice produced by different material ratio J/g

圖1　15種配比樣品回生程度隨時(shí)間變化圖Fig.1　The change of starch retrogradation degree vs.time of 15 kinds of samples

由表3可知：隨儲(chǔ)存時(shí)間延長(zhǎng)，各配比重組大米樣品回生焓均越來越大，表明支鏈淀粉重結(jié)晶含量增加，即長(zhǎng)期回生程度逐漸增加?；厣试黾拥乃俣戎饾u放緩，前14 d，增加較快，后7 d，增加較緩慢，儲(chǔ)存21 d后，基本達(dá)到最大值，說明回生基本完成。

由圖1可以看出：15種配比樣品的回生程度（V= ΔHt/ΔH∞）均隨儲(chǔ)存時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增加，曲線整體趨勢(shì)是越來越平緩，說明在儲(chǔ)存初期，回生速度較快，儲(chǔ)存中后期，回生速度較慢。相比而言，5號(hào)配比樣品在各個(gè)時(shí)相的回生程度均較低，回生較緩慢。

2.3回歸方程的建立和顯著性檢驗(yàn)

15種配比樣品最大回生度測(cè)定結(jié)果見表4。

表4　15種配比樣品最大回生度測(cè)定結(jié)果Table 4　Maximum degree of starch retrogradation of samples produced by 15 kinds of material ratio

利用EXCEL2007軟件進(jìn)行回歸分析［13］，得到三元一次回歸方程：

對(duì)回歸方程進(jìn)行分析，結(jié)果見表5。

表5 回歸分析結(jié)果Table 5　Regression analysis results

由表5可知：樣本數(shù)N=15，顯著性水平α=0.01，F(xiàn)=13.240 42＞F0.01（3，11）=6.22，顯著值F=0.000 57＜0.01，即P＜0.01，復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.884 95，復(fù)相關(guān)系數(shù)臨界值Rmin=0.793，R＞Rmin，說明方程與試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得很好，回歸方程具有非常顯著的線性關(guān)系。

2.4直觀分析結(jié)果

對(duì)所有樣品的最大回生度進(jìn)行直觀比較，由表4可知：1、2、3、6號(hào)配比最小，4、5號(hào)配比次之。根據(jù)顯著性分析（表4），可知：1、2、3、6號(hào)，4、5號(hào)，7、12、13、14號(hào)，8、9、10、11、15號(hào)配比之間均存在顯著性差異（P＜0.05），4號(hào)與5號(hào)配比之間不存在顯著性差異（P＞0.05）。

2.5感官評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)各配比樣品所蒸煮的米飯進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，結(jié)果見表6。

表6 感官評(píng)價(jià)得分表Table 6　The results of sensory evaluation

由表6可知：9、10、11、13、15號(hào)配比樣品所蒸煮的米飯感官評(píng)價(jià)得分比較低，米飯顏色發(fā)暗，黏結(jié)成團(tuán)，米飯結(jié)構(gòu)不完整，黏牙，沒有嚼勁；2、3、8、14號(hào)配比次之，7、12號(hào)配比得分較高，5號(hào)配比得分最高。

3　結(jié)論

5號(hào)配比樣品回生較緩慢；1、2、3、6號(hào)配比樣品的最大回生度相對(duì)最低，4、5號(hào)配比次之，但2、4、6號(hào)配比燕麥粉比例過高，混合后的原料脂肪含量過高，不利于擠壓成型；5號(hào)配比感官評(píng)價(jià)分值最高。綜合考量，選擇5號(hào)配比作為優(yōu)化配比，即大米粉∶小麥粉∶燕麥粉=4.5∶4.5∶1（質(zhì)量比）。試驗(yàn)表明，該配比所制備的重組大米米飯不易老化回生，感官品質(zhì)好，營養(yǎng)均衡，經(jīng)常食用，有助于合理調(diào)節(jié)膳食營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)身體健康。研究結(jié)論可為以重組大米為原料生產(chǎn)新型自加熱米飯?zhí)峁├碚撘罁?jù)。

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Studies on the Optimization of Extrusion Restructuring Rice Material Ratio by Formula Uniform Design Method

HU Jie1，LI De-yuan1，QIAO Yan2，HUO Yin-qiang3
（1.Department of Quartermaster，Military Economic College，Wuhan 430035，Hubei，China；2.Hospital of Military Economic College，Wuhan 430035，Hubei，China；3.College of Food Science and Technology，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，Hubei，China）

Rice power，wheat power and oat power were used as raw materials to produce extrusion restructuring rice.The main nutritional components of three kinds of materials were analyzed，then，using the formula uniform design method to generate 15 kinds of materials ratio.The retrogradation properties of the samples prepared according to the 15 kinds of materials ratio was carryied out，at the same time，combining the sensory evaluation and intuitive analysis，the best material ratio was determined.The results showed that the best material ratio was as follows：rice power∶wheat power∶oat power＝4.5∶4.5∶1（weight ratio）.According to this ratio the reconstituted rice produced by extrusion processing technology was the most difficult to retrograde，and had good sensory quality and balanced nutrition.The study could provide theoretical reference for the production of new kind of self heating rice with reconstituted rice as the raw material.

uniform design；extrusion processing technology；reconstituted rice；material ratio

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.10.020

湖北省科技支撐項(xiàng)目（2015BBA167）

胡杰（1981—），男（漢），講師，博士，主要從事軍用食品研究。

2016-02-19