工程重組米的研究進(jìn)展

沈宇光，肖志剛，柴 媛，王麗爽，楊 柳，楊國強(qiáng)

（沈陽師范大學(xué)糧食學(xué)院，遼寧沈陽 110034）

大米是我國的主要糧食作物，作為日常主食之一，人均熱能攝入量的40%由大米提供，但是大米蛋白質(zhì)含量低、氨基酸構(gòu)成比例不合理，加之經(jīng)過碾白、拋光后，大量有營養(yǎng)價(jià)值的物質(zhì)流失。大米加工精度越高，損失的營養(yǎng)物質(zhì)也就越嚴(yán)重，據(jù)流行病學(xué)資料顯示，攝入太精、太細(xì)的大米會(huì)增加糖尿病、心血管病的發(fā)病率。如今，隨著生活品質(zhì)的不斷提高，人們攝入主食的意識由“精”已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭?，更加注重營養(yǎng)均衡。

為了提高國民的健康狀況，許多國家推出營養(yǎng)強(qiáng)化食品來補(bǔ)充日常膳食中所缺乏的營養(yǎng)元素。最為常見的營養(yǎng)強(qiáng)化米即是在普通大米中添加某些人體需要而大米中缺乏的營養(yǎng)素而制成的成品米[1]。1948年，菲律賓為了防治當(dāng)?shù)鼐S生素B1、尼克酸及鐵質(zhì)缺乏癥推出了營養(yǎng)強(qiáng)化米，獲得顯著成效。隨后，在斯里蘭卡、古巴、哥倫比亞、委內(nèi)瑞拉等國家陸續(xù)采用[2]。

目前，對大米進(jìn)行營養(yǎng)強(qiáng)化的方式有浸吸法、噴涂法、粉末強(qiáng)化法[3-5]，但它們的缺點(diǎn)是難以推廣。于是，擠壓營養(yǎng)強(qiáng)化的方法應(yīng)運(yùn)而生。該方法主要是以碎米作為原料，經(jīng)粉碎成米粉后與營養(yǎng)強(qiáng)化劑預(yù)混合，然后利用蒸汽與水的共同作用進(jìn)行調(diào)質(zhì)，然后經(jīng)輸送進(jìn)入螺桿擠壓機(jī)中重新造粒[6]，在模頭處經(jīng)切刀切割后獲得擠壓營養(yǎng)重組米，該方法加工的重組米具有營養(yǎng)素分布均勻性好、穩(wěn)定性好、營養(yǎng)價(jià)值高等特點(diǎn)[7-8]，并且在進(jìn)行淘洗過程中，營養(yǎng)素的損失量也較小，所以成為了很多學(xué)者的研究對象。

1 概況

1.1 重組米定義

擠壓重組米，也叫營養(yǎng)強(qiáng)化米、工程米、人造米等，是以淀粉類物料為主要原材料，適當(dāng)添加輔料，與黏結(jié)劑、營養(yǎng)強(qiáng)化劑等混合，通過擠壓熟化、切割、干燥等工序制成類似于天然大米的顆粒狀米制品。這種重組米因?yàn)樵谑秤脮r(shí)加熱時(shí)間較短，所以也被稱為速食米[9]。在國外，不少國家和地區(qū)根據(jù)身體所需要的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行科學(xué)配比，與粉混合制成面片然后做成米。重組米有較高的食用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是一種開發(fā)前景廣泛的營養(yǎng)型食品。

1.2 國外研究進(jìn)展

國外工程米的研制興起于20世紀(jì)70年代，主要集中在美、日等國家和地區(qū)。1982年，Harrow A D等人[10]率先以大米粉為原料，將土豆粉、玉米粉等雜糧粉為營養(yǎng)強(qiáng)化劑，經(jīng)混合調(diào)質(zhì)后，利用擠壓成型機(jī)制備出了顆粒完整性和復(fù)水性比較好的擠壓重組米。1984年，Galle E L等人[11]選用以淀粉為基質(zhì)的原料，配以大米粉、碎米粉及其他淀粉類的谷物，通過添加乳化劑、增稠劑和微量礦物質(zhì)元素作為黏結(jié)劑和營養(yǎng)強(qiáng)化物質(zhì)，經(jīng)過混合調(diào)質(zhì)后，最終制備出內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密的擠壓重組米。1985年，Lou W C等人[12]以90.0%～99.5%的米粉為主料，添加少量凝膠劑、乳化劑等，利用熱擠壓方式制備出重組米。1987年，Scelia R P等人[13]以大米粉和玉米粉為原料，并添加乳化劑和可食用膠，最終獲得類似于米粒的擠壓重組米。1996年And A N K等人[14]以大米粉為主要原料，以具有較高生物活性的7H2O·FeSO4（FSH）作為鐵營養(yǎng)強(qiáng)化劑，利用螺桿擠壓機(jī)生產(chǎn)出鐵強(qiáng)化營養(yǎng)重組米。1999年，Koide K等人[15]以含淀粉的谷物為原料，以白蛋白、海藻酸鈉和鈣鹽為營養(yǎng)強(qiáng)化物質(zhì)，利用螺桿擠壓機(jī)生產(chǎn)得到外形完整、復(fù)水性良好的擠壓重組米。2004年，Lee Y T等人[16]以豆粉和谷物為主要原料，利用雙螺桿擠壓機(jī)生產(chǎn)營養(yǎng)重組米。2005年，Moretti D等人[17]將大米粉為主要原料，通過添加高生物利用率的硫酸亞鐵和焦磷酸鹽作為鐵元素強(qiáng)化劑，采用螺桿擠壓機(jī)生產(chǎn)出感官品質(zhì)與天然大米相接近的鐵強(qiáng)化營養(yǎng)重組米。2011年，Liu C等人[18]以碎米為原料，以新鮮米糠為營養(yǎng)強(qiáng)化劑，采用改良熱壓凝膠法、利用單螺桿擠壓機(jī)生產(chǎn)出重組米。2014年，Hussain SZ等人[19]以大米粉為原料，通過添加維生素A和焦磷酸鐵作為營養(yǎng)強(qiáng)化物質(zhì)，采用雙螺桿擠壓機(jī)制備維生素A和鐵元素強(qiáng)化米，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，維生素A和鐵元素強(qiáng)化米具有和天然大米相接近的微觀結(jié)構(gòu)和糊化性質(zhì)。

1.3 國內(nèi)研究進(jìn)展

我國發(fā)展較慢，1993年金增輝[20]簡要介紹了工程米及加工工藝的研制。熊善柏等人[21]對冷擠壓型米加工工藝進(jìn)行了研究，以淀粉質(zhì)為主要原料。此后，熊善柏、趙思明等人[22-25]對冷擠壓型工程米產(chǎn)品的干燥條件進(jìn)行了一些研究，包括工程米熱風(fēng)干燥數(shù)學(xué)模型，工程米干燥過程內(nèi)部水分傳遞特性的研究，工程米干燥動(dòng)力學(xué)及其仿真研究，工程米復(fù)水過程水分傳遞特性和工程米高溫高濕干燥等方面。研究主要集中在產(chǎn)品的干燥條件上。沈宇等人[26]對擠壓型工程米的生產(chǎn)工藝及其參數(shù)進(jìn)行了研究。安紅周、金增輝等人[27-28]研究了進(jìn)料水分對人造米理化特性和物性的影響，發(fā)現(xiàn)在擠壓過程中進(jìn)料水分與人造米的吸水指數(shù)、α化度、水溶性碳水化合物、酶敏感性及人造米米飯硬度、黏度呈顯著性相關(guān)；程北根[29]對擠壓營養(yǎng)強(qiáng)化工程米生產(chǎn)工藝進(jìn)行了簡介，介紹了最新的擠壓法生產(chǎn)營養(yǎng)強(qiáng)化米的生產(chǎn)工藝流程、主要生產(chǎn)設(shè)備和市場前景，但仍未涉及品質(zhì)分析及產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化方面的探討。此后，以肖志剛團(tuán)隊(duì)為代表的科研工作者對此展開了大量研究，主要體現(xiàn)在原料的復(fù)配、工藝參數(shù)及干燥參數(shù)的優(yōu)化、食用品質(zhì)的研究等方面。

1.3.1 不同原料的重組米

研究不同原料的復(fù)配制備重組米。董忠蓉等人[30]以魔芋粉為主要原料，添加碎米粉、土豆粉、紅薯粉及米糠粉等，經(jīng)過熟化、擠壓成型、干燥、殺菌制得了一種具有多種保健功能的人造米，而且人造米結(jié)構(gòu)緊密，不斷裂、不粗糙、不懸浮。殷明等人[31]以大米、玉米、小麥、燕麥為原料，采用單螺桿擠壓技術(shù)，從配方、上光效果及復(fù)水性能3個(gè)角度研究開發(fā)雜糧保健人造米的制作工藝，確定最佳工藝條件。韓冬梅[32]以大米碎米為主要原料，配以雜糧，經(jīng)擠壓再造粒得到雜糧米，根據(jù)成分分析確定可選取雜糧種類。通過試驗(yàn)確定最佳技術(shù)參數(shù)為切刀轉(zhuǎn)速850 r/min，物料加水量控制在20%～30%，三段機(jī)筒溫度控制在110～150℃。

1.3.2 擠壓參數(shù)對重組米理化特性的影響

研究制作重組米的最佳擠壓加工參數(shù)。王利民等人[33]以響應(yīng)面法優(yōu)化板栗基營養(yǎng)米擠壓加工參數(shù)。鄭廣釗等人[34]考查了4個(gè)參數(shù)對擠壓重組米崩解值的影響，優(yōu)選出崩解值較佳的機(jī)筒溫度為71.1～75.5℃，物料含水率29.2%～30.5%，螺桿轉(zhuǎn)速185～208 r/min，L-α-磷脂酰膽堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.44%～0.55%。安紅周等人[35]研究顯示，機(jī)筒溫度與“工程重組米”的水溶性碳水化合物、吸水指數(shù)、糊化度、酶敏感性呈顯著性相關(guān)。李娜等人[36]利用微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥方式干燥玉米重組米，結(jié)果表明，物料厚度6 mm，微波時(shí)間6 min，微波功率1 800 W，熱風(fēng)風(fēng)速1 m/s，熱風(fēng)溫度40℃，熱風(fēng)時(shí)間15 min為最佳工藝條件。鄧力等人[37]借助雙螺桿擠壓機(jī)對營養(yǎng)復(fù)合雜糧米研究表明，最優(yōu)工藝參數(shù)為機(jī)筒溫度157℃，水分含量17%，螺桿轉(zhuǎn)速183 r/min，喂料速度232 g/min，在此工藝條件下復(fù)合雜糧米的糊化度為82.10%。林雅麗等人[38]研究了擠壓參數(shù)及干燥條件對糙米重組米品質(zhì)的影響，最佳工藝參數(shù)為擠壓溫度100℃，加水量28%，螺桿轉(zhuǎn)速100 r/min，最佳干燥條件為在45℃下干燥105 min。

1.3.3 添加物對重組米的性質(zhì)研究

研究添加物對重組米結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的影響。王鵬等人[39]研究表明，穩(wěn)定化米糠對營養(yǎng)重組米回生有明顯抑制作用，添加了穩(wěn)定化米糠的擠壓重組米其結(jié)晶速率常數(shù)k明顯小于沒有添加米糠的營養(yǎng)重組米和天然大米。鄭廣釗等人[40]研究了L-α-磷脂酰膽堿含量對擠壓重組米淀粉回生營養(yǎng)的Avrami方程。周哲[41]以糙米粉為營養(yǎng)重組米原料，研究表明添加了鈍化米糠的糙米重組米糊化溫度升高，糊化焓值降低，熱穩(wěn)定增強(qiáng)。

2 加工方法

2.1 壓片式制粒工藝流程

首先在混合機(jī)里將配料和強(qiáng)化劑充分混勻，接著利用面帶機(jī)將混合好的物料壓成較寬的面帶，接著進(jìn)行造粒步驟，用振動(dòng)篩除去未成型的米粒，而對成型的米粒進(jìn)行蒸汽處理，最后烘干、冷卻即可。

2.2 擠壓式制粒工藝

強(qiáng)化劑

配料（計(jì)量） →攪拌機(jī)（原料混合調(diào)濕） →擠壓膨化機(jī)（α化造粒成型）→烘干機(jī)（干燥）→振動(dòng)篩（分離篩選）→包裝機(jī)（成品包裝）。

將配料和強(qiáng)化劑在攪拌機(jī)里混合均勻后，進(jìn)入擠壓機(jī)后，在出模頭的瞬間，物料之前受到的高溫高壓瞬間消失，而讓物料形成米粒狀顆粒，再進(jìn)行烘干冷卻篩選包裝即可[36]。

制粒機(jī)有輥筒式和擠壓式2種。輥筒式制粒機(jī)在輥筒上有數(shù)以千計(jì)的米粒形凹模，當(dāng)面帶通過輥筒時(shí)，面帶便被壓成米粒。擠壓式制粒機(jī)則是將物料通過混合調(diào)質(zhì)后送進(jìn)螺桿擠壓機(jī)內(nèi)，經(jīng)過擠壓之后從?？讛D出成型。在?？淄饷嬗幸话研D(zhuǎn)的切刀，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可將面帶切成適當(dāng)厚度的米粒，相比之下，擠壓造粒技術(shù)應(yīng)用更廣泛。

3 結(jié)語

重組米的研制經(jīng)過科研學(xué)者十幾年來的不懈努力，已經(jīng)取得了長足進(jìn)步。在加工工藝的參數(shù)、干燥模型的建立、質(zhì)構(gòu)及蒸煮等方面都有很成熟的技術(shù)，但是這些都處在實(shí)驗(yàn)室的小規(guī)模生產(chǎn)中，把重組米的優(yōu)勢帶到消費(fèi)者的餐桌上仍是廣大科研工作者的研究目標(biāo)。