不同脫皮設(shè)備對(duì)青稞米加工碎米率的影響

趙 波 周素梅 王麗麗 張玉紅 王姍姍 周閑容 佟立濤

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所1，北京 100089)(西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)與食品科學(xué)研究所2，拉薩 850000)

青棵，又稱裸大麥、元麥、米大麥，在植物分類學(xué)上屬于禾本科大麥屬的變種之一。主要分布于青藏高原裸大麥區(qū)，包括西藏、青海、甘肅省甘南藏族自治區(qū)、四川阿壩、甘孜藏族自治州和云南迪慶藏族自治州[1]。和其他谷物相比，青稞含有較高的葡聚糖含量，范圍為2～11 g/100 g，主要存在于青稞糊粉層、亞糊粉層和胚乳細(xì)胞壁中[2]，葡聚糖具有降低膽固醇和血糖水平的功能[3]，青稞產(chǎn)品也逐漸被市場(chǎng)廣泛接受。

青稞米是青稞經(jīng)脫皮處理后的產(chǎn)品，可直接蒸煮后食用，青稞米沒有糌粑等一些青稞制品粗糙的口感，有特殊的米香味，青稞胚乳還含有較高的葡聚糖，青稞米成為了近些年來越來越受歡迎的一種青稞食品[4]。青稞米不僅具有直接的食用價(jià)值，也可用于制作青稞精粉。青稞米加工過程中產(chǎn)生的麩皮含有較高的葡聚糖和膳食纖維，具有很高的營(yíng)養(yǎng)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[5]。

青稞脫皮設(shè)備是由碾米機(jī)改進(jìn)而來，通過調(diào)節(jié)碾白室的壓力及磨輥和物料的相對(duì)速度，對(duì)傳統(tǒng)碾米機(jī)改造使用，普遍存在動(dòng)力消耗高、溫升高等不足，且對(duì)青稞籽粒的大小飽滿度有較高要求。脫皮過程中容易出現(xiàn)過碾現(xiàn)象，使青稞籽粒兩端的部分胚乳混入皮層粉中。青稞在碾白室受到壓力和撞擊力，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下產(chǎn)生較高的碎米率。青稞脫皮過碾現(xiàn)象導(dǎo)致青稞麩皮中淀粉含量升高，不利于青稞麩皮中功能成分β-葡聚糖的提取和富集[6]。

柔性脫皮是一種新型的脫皮技術(shù)，摒棄了以往利用砂輥或鐵輥間隙，依靠谷物擠壓和出料口調(diào)壓實(shí)現(xiàn)剛性脫皮的加工方式，利用專用彈性合金刀片，在脫皮時(shí)會(huì)自動(dòng)調(diào)整脫皮間隙和壓力，實(shí)現(xiàn)了谷物的柔性脫皮，降低了動(dòng)力消耗和溫升。柔性脫皮及集打、剝、揉、篩等多種功能于一體，可同步實(shí)現(xiàn)洗麥機(jī)、打麥機(jī)、刷麥機(jī)的功能，使青稞皮層被像刮胡刀一樣分層刮下來，不僅降低了籽粒受到的作用力，且提高了剝刮的均勻性。

脫皮過程的碎米發(fā)生眾多影響因素有關(guān)，盡量降低碎米率，是青稞米加工需長(zhǎng)期面對(duì)的挑戰(zhàn)和難題[7]。脫皮過程的碎米發(fā)生與原料的種類、爆腰率、脫皮工藝、設(shè)備有關(guān)，也與原料的含水率有很大的關(guān)系[8，9]。

本實(shí)驗(yàn)以青稞為原料，對(duì)穩(wěn)定化后的青稞采用逐層剝刮的方式制作青稞米，探索在青稞米加工過程中，柔性剝皮機(jī)和碾米機(jī)對(duì)副產(chǎn)物青稞麩皮中淀粉含量的影響，以及入機(jī)水分、脫皮率、滅酶、篩分工序等對(duì)青稞米加工過程中碎米率的影響。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

青稞：芶芒紫青稞，西藏拉薩。

1.2 主要儀器與設(shè)備

RCETK柔性脫皮機(jī)；TM05C實(shí)驗(yàn)用碾米機(jī)；DHG-9243BS-Ⅲ型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；WZZ-2B自動(dòng)旋光儀；ZQB400-S272蒸箱。

1.3 方法

1.3.1 青稞調(diào)質(zhì)

首先確定調(diào)制后的青稞水分含量，根據(jù)原料青稞的含水量和公式(1)計(jì)算加水量。將原料和水混合均勻后密封，置于室溫使水分?jǐn)U散均勻。

(1)

式中：X為加水量；b為調(diào)質(zhì)后含水量；a為原料含水量；n為調(diào)質(zhì)青稞的質(zhì)量。

1.3.2 青稞滅酶

將調(diào)質(zhì)后的青稞平鋪成0.5 cm的薄層，放入蒸箱，在100 ℃保持1 h。滅酶后青稞放入35 ℃烘箱中，水分降至12%，分裝放置4 ℃冰箱保存。

1.3.3 青稞脫皮

取5份質(zhì)量為m的青稞，調(diào)質(zhì)到不同含水量(12%、14%、16%、18%、20%)，由進(jìn)料口倒入柔性脫皮機(jī)進(jìn)行脫皮，出料口收集青稞米m1和青稞麩皮m2，稱量青稞麩皮的質(zhì)量，計(jì)算脫皮率。通過不斷重復(fù)循環(huán)脫皮，直至達(dá)到設(shè)定的脫皮率。脫皮率按公式(2)計(jì)算：

(2)

取5份質(zhì)量為m的青稞，調(diào)質(zhì)到不同含水量(12%、14%、16%、18%、20%)，由佐竹碾米機(jī)進(jìn)行碾米，控制碾米時(shí)間，直至達(dá)到設(shè)定的脫皮率，收集青稞米m5和青稞麩皮m6，根據(jù)公式(2)計(jì)算脫皮率。

1.3.4 碎米率

將達(dá)到脫皮率的青稞通過1.5 mm篩網(wǎng)，收集篩上物m3和篩下物m4，按照公式(2)計(jì)算碎米率：

(3)

1.3.5 淀粉含量

參照AOAC 996.11方法。

1.3.6 含水量

水分按照GB/T 5009.3 直接干燥法。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理

采用Excel分析軟件對(duì)測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析和圖標(biāo)制作，各數(shù)據(jù)重復(fù)測(cè)定3次取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 入機(jī)水分對(duì)兩種設(shè)備脫皮碎米率的影響

稻谷或糙米加工前加濕調(diào)質(zhì)是碾米的必要工序，碾米時(shí)，主要是通過碾磨的方式去除糙米皮層，因此經(jīng)調(diào)質(zhì)后的皮層硬度降低，能減少碾米能耗和降低碎米率[11，12]。青稞籽粒硬度較大，在水分較低時(shí)，皮層與胚乳結(jié)合緊密，脫皮難度大。由于皮層和胚乳的膨脹率不同，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，一方面降低了皮層與胚乳的結(jié)合力，另一方面增加了皮層的摩擦系數(shù)，因此調(diào)質(zhì)可以降低青稞在脫皮設(shè)備中停留的時(shí)間，增加脫皮效率[13]。

由圖1可見，入機(jī)水分對(duì)碎米率的影響較大，隨著水分的升高，兩種脫皮設(shè)備的碎米率均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，在入機(jī)水分為16%時(shí)，2種脫皮設(shè)備碎米率均達(dá)到最低值；在相同的入機(jī)水分條件下，碾米機(jī)和柔性脫皮機(jī)的碎米率具有顯著性差異，柔性脫皮的碎米率低于碾米機(jī)；籽粒的剪切力學(xué)指標(biāo)會(huì)隨含水率的變化而變化[14]，脫皮是對(duì)籽粒表面的磨削加工過程。當(dāng)入機(jī)水分較低時(shí)，硬度大，脆性強(qiáng)，脫皮需要更強(qiáng)的作用力，使碎米率和能耗較高；當(dāng)入機(jī)水分增加時(shí)，原料的硬度隨之下降、韌性增強(qiáng)，碾米加工后碎米率有所下降；當(dāng)入機(jī)水分過高時(shí)，水分滲透到胚乳中，降低了胚乳顆粒的結(jié)合力，使顆粒變得松散，受到外部擠壓力時(shí)更易碎[9]。

圖1 不同入機(jī)水分與碎米率的關(guān)系

2.2 目標(biāo)脫皮率對(duì)兩種設(shè)備脫皮碎米率的影響

在脫皮加工中，碎米率會(huì)隨著碾白率(碾米后整粒米粒的千粒重與整粒糙米千粒重比值的百分?jǐn)?shù))的降低而升高[7]。由圖2可以看出，隨著青稞脫皮率的提高，碎米率在不斷增加。當(dāng)脫皮率為小于5%時(shí)，2種設(shè)備的碎米率無顯著性差異；當(dāng)脫皮率高于5%時(shí)，2種設(shè)備產(chǎn)生的碎米率具有顯著性差異。

當(dāng)脫皮率小于5%時(shí)，在加工過程中幾乎不產(chǎn)生碎米，此時(shí)脫去的青稞皮層中主要為部分籽粒外部殘留的殼、部分粉塵雜質(zhì)和部分最外層的表皮，而青稞籽粒保持完整。青稞在收獲時(shí)，會(huì)混入部分未完全成熟的顆粒，這些青稞在受到外部作用力后更易破碎，脫皮率達(dá)到5%時(shí)，碎米主要是原料本身的不均勻性所導(dǎo)致；脫皮率高于8%時(shí)，由于青稞籽粒對(duì)設(shè)備施加的作用力的抗力逐漸達(dá)到臨界值，碎米率開始出現(xiàn)差異，碾米機(jī)產(chǎn)生的碎米率高于柔性脫皮機(jī)；脫皮率高于10%時(shí)，碎米率增長(zhǎng)率變高，且2種設(shè)備產(chǎn)生的碎米率差距逐漸變大。當(dāng)脫皮率達(dá)到20%時(shí)，碾米機(jī)的碎米率比柔性脫皮機(jī)高20%。

圖2 青稞脫皮率與成品中碎米率的關(guān)系

青稞籽粒外部包裹的青稞果皮、種皮使青稞具有較強(qiáng)的抗壓力，使其在脫皮過程中受到一定程度撞擊力的情況下保持顆粒的完整。當(dāng)皮層逐漸被脫除，青稞籽粒的抗壓力降低，碾米機(jī)更快達(dá)到破碎的閾值，導(dǎo)致碾米機(jī)產(chǎn)生的碎米率高于柔性脫皮機(jī)。當(dāng)脫皮率達(dá)到20%時(shí)，2種設(shè)備產(chǎn)生的碎米率高于20%，在青稞米加工過程中，2種設(shè)備都不適合加工脫皮率高于20%的青稞米。

2.3 滅酶對(duì)兩種設(shè)備脫皮碎米率的影響

為了延長(zhǎng)青稞制品的貨架期，青稞原料會(huì)經(jīng)過穩(wěn)定化處理，通過鈍化青稞中的酶系來減緩青稞哈敗[15]。穩(wěn)定化處理過程中，濕熱處理比干熱處理更易使酶系失活。青稞進(jìn)行滅酶前，先經(jīng)調(diào)質(zhì)使水分滲透進(jìn)入青稞，提高其水分活度，使青稞酶系在高溫處理下失活。滅酶過程中包含水分在青稞籽粒內(nèi)外2次遷移和高溫處理，影響了青稞籽粒的機(jī)械特性，進(jìn)而導(dǎo)致青稞在脫皮過程中碎米率發(fā)生變化[16]。

由表1可以看出，在脫皮率<10%時(shí)，滅酶處理對(duì)柔性脫皮機(jī)加工青稞米過程產(chǎn)生的碎米率無顯著性差異，脫皮率≥10%時(shí)，滅酶處理對(duì)其碎米率的產(chǎn)生具有顯著性差異；在脫皮率≤10%時(shí)，滅酶處理對(duì)碾米機(jī)加工青稞米過程產(chǎn)生的碎米率無顯著性差異，脫皮率>10%時(shí)，滅酶處理對(duì)其碎米率的產(chǎn)生具有顯著性差異；柔性脫皮機(jī)和碾米機(jī)在相同脫皮率時(shí)，其碎米率具有顯著性差異。

表1 滅酶對(duì)柔性脫皮機(jī)和碾米機(jī)碎米率的影響

注：同行不同字母表示相同脫皮率水平下，脫皮碎米率的差異性顯著(P<0.05)，余同。

青稞在脫皮率較低時(shí)，皮層包裹青稞籽粒，使其在發(fā)生撞擊和摩擦?xí)r保持顆粒完整，而滅酶過程對(duì)皮層的保護(hù)作用影響較小，使其產(chǎn)生的碎米率無顯著性差異；隨著脫皮率的升高，皮層逐步被脫除，青稞主要通過胚乳顆粒之間的結(jié)合力保持顆粒的完整，而脫皮率大于10%時(shí)，2種設(shè)備的碎米率具有顯著性差異，且經(jīng)過滅酶處理的青稞碎米率高于為滅酶的青稞，說明滅酶處理降低了胚乳顆粒之間的作用力，使其在外部作用力下更易破碎。

2.4 篩理工序?qū)煞N設(shè)備脫皮碎米率的影響

碎米率隨著脫皮率的增加而升高，碎米降低了青稞的有效脫皮面積，使碎米斷面的淀粉層被剝離，進(jìn)入青稞麩皮相，使麩皮相的質(zhì)量增加，導(dǎo)致脫皮率與實(shí)際脫皮效果之間的匹配度降低，不能如實(shí)反映脫皮效果。皮層是影響青稞粉亮度的主要原因之一，因此采用青稞米粉碎后(青稞米粉)的亮度值結(jié)合碎米率來評(píng)價(jià)青稞的脫皮效果，表2為篩分組和未篩分組的脫皮效果對(duì)比。

由表2可以看出，在青稞脫皮過程中，增加碎米篩理工序，可以降低碎米率并增加青稞米粉的亮度值；脫皮率≤15%時(shí)，2種設(shè)備篩分組和未篩分組的碎米率、亮度值均無顯著性差異；脫皮率為20%時(shí)，2種設(shè)備篩分組和未篩分組的碎米率、亮度值存在顯著性差異。在低脫皮率條件下，篩分對(duì)碎米率和亮度值無顯著性影響，在高脫皮率時(shí)，篩分可以增加有效脫皮面積，使青稞米在相同的脫皮率下，青稞米粉的亮度值更高。

表2 篩分和未篩分青稞脫皮效果對(duì)比

2.5 不同設(shè)備的脫皮率對(duì)青稞胚乳的影響

青稞進(jìn)入碾米機(jī)內(nèi)，在壓鉈的內(nèi)壓力和機(jī)械力的推動(dòng)下，使青稞擠壓在碾白室，經(jīng)過自相磨擦，以及青稞與砂輪之間的互相摩擦之后，脫去青稞皮層[17，18]。在柔性脫皮機(jī)內(nèi)，青稞和彈片之間產(chǎn)生剝刮，可根據(jù)青稞對(duì)彈片的壓力調(diào)節(jié)剝刮力。

由圖3可以看出，青稞脫皮率為20%時(shí)，2種脫皮設(shè)備生產(chǎn)的青稞米形態(tài)差異明顯，碾米機(jī)生產(chǎn)的青稞米呈圓形或橢圓形，兩端的部分胚乳被磨去，混入了麩皮相；柔性脫皮機(jī)生產(chǎn)的青稞米剝刮相對(duì)均勻，能夠保持青稞籽粒原本的形態(tài)。

圖3 碾米機(jī)和柔性脫皮機(jī)脫皮效果對(duì)比(脫皮率20%)

由圖4可以看出隨著脫皮率的增加，2種脫皮方式都會(huì)混入淀粉，且淀粉含量都呈上升趨勢(shì)，碾米機(jī)麩皮中淀粉含量增長(zhǎng)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于柔性脫皮機(jī)。碾米機(jī)產(chǎn)生的麩皮中淀粉含量逐漸升高，主要原因在于在用碾米機(jī)加工青稞米的工藝中，青稞在一定的壓力下與砂輥或鐵輥摩擦，每次摩擦的接觸面是不斷變化的，碾米的時(shí)間越長(zhǎng)，青稞越趨近于圓形，青稞兩端的胚乳部分混入麩皮的量就越大；柔性脫皮機(jī)產(chǎn)生的麩皮中淀粉含量逐漸升高，主要原因在于進(jìn)入柔性脫皮機(jī)的青稞籽粒大小不均勻，粒徑較大的青稞剝刮度要大于粒徑小的青稞，導(dǎo)致大籽粒的青稞部分淀粉進(jìn)入麩皮相。

圖4 不同脫皮率青稞麩皮中的淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)

脫皮過程中部分青稞會(huì)發(fā)生碎裂，導(dǎo)致青稞籽粒胚乳斷面裸漏，在后續(xù)脫皮中，部分胚乳會(huì)從斷面被剝離，導(dǎo)致青稞麩皮中淀粉含量升高，這是2種設(shè)備中淀粉含量升高的共同原因。

3 結(jié)論

在青稞米加工工藝中，入機(jī)水分、目標(biāo)脫皮率、滅酶工序、篩理工序都會(huì)對(duì)加工中的碎米率產(chǎn)生影響。入機(jī)水分在16%時(shí)，碾米機(jī)和柔性脫皮機(jī)產(chǎn)生的碎米率最低；目標(biāo)脫皮率相同，柔性脫皮機(jī)的碎米率低于碾米機(jī)。碾米機(jī)和柔性脫皮機(jī)加工青稞米時(shí)，滅酶會(huì)導(dǎo)致青稞碎米率增加。篩理工序可以降低脫皮設(shè)備產(chǎn)生的碎米率且提升青稞米粉的亮度。

柔性脫皮機(jī)降低了碾米機(jī)加工過程中的碎米率，且可以降低青稞米加工過程中碾米機(jī)過度剝刮，進(jìn)而緩解麩皮相中淀粉含量過高的問題，結(jié)合篩分工序可以有效保證高脫皮率時(shí)青稞麩皮的潔凈，用來生產(chǎn)高附加值的麩皮產(chǎn)品，例如高含量葡聚糖的產(chǎn)品。綜上，在青稞米的生產(chǎn)過程中，采用柔性脫皮機(jī)能夠降低碎米率，且能夠提高青稞米粉的亮度，有效降低麩皮中主要雜質(zhì)淀粉的含量。