韌化處理改善米粉品質(zhì)的工藝條件優(yōu)化研究

廖盧艷 劉惠惠 甘增鵬 吳衛(wèi)國 鄒 杰

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙 410128)

米粉屬于中國特色小吃，在中國南方十分流行。米粉種類多樣，但生產(chǎn)工藝大同小異，具有良好的質(zhì)地，且彈性十足，用水煮不容易糊湯，干炒也不容易斷，加配各類菜碼用來湯煮或干炒，爽滑入味，受到許多消費(fèi)者的喜愛?，F(xiàn)代社會(huì)的生活水平有了極大提高，因此人們對(duì)米粉的要求也越來越高，比如對(duì)色、香、味的要求，以及對(duì)米粉品質(zhì)的要求，如黏彈性、韌性、筋道感，因此，對(duì)改善米粉品質(zhì)的研究必不可少。

采用對(duì)米粉原料粉進(jìn)行物理改性改善米粉品質(zhì)已經(jīng)成為提高米粉品質(zhì)的一種綠色、安全、有效的方法，而目前研究較多的為濕熱改性技術(shù)，其中濕熱改性技術(shù)可以明顯的改善淀粉制米粉的品質(zhì)，尤其是米粉的彈韌性和拉伸性能[1-4]。除濕熱處理外，韌化處理也是一種物理改性淀粉的手段，通常指在過量含水量(≥40%)條件下，采用低于淀粉糊化溫度的溫度條件對(duì)淀粉進(jìn)行的一種熱處理[5]。大量相關(guān)研究表明，韌化處理作為一種物理改性方式，可以誘導(dǎo)淀粉的層狀結(jié)構(gòu)、有序化和無序化結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)生重組，可以促進(jìn)破壞淀粉分子的氫鍵締合，使淀粉顆粒的形貌、直鏈/支鏈淀粉比例發(fā)生改變，分子鏈發(fā)生聚集或斷裂，從而達(dá)到調(diào)控淀粉功能特性的目的。即使淀粉的性質(zhì)得到改變，但由于韌化處理只有水和熱的作用，不會(huì)帶來化學(xué)試劑的殘留，安全綠色，因此能夠在食品行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用[6-7]。已有大量研究證明淀粉韌化處理后溶解度和膨脹率降低、直鏈淀粉含量增加、熱穩(wěn)定性和抗剪切能力提高，而這些均有利于米粉的制作和品質(zhì)的提高[8-11]。因此，關(guān)于熱處理物理改性技術(shù)在食品中的應(yīng)用研究也逐漸引起國內(nèi)外人的關(guān)注。當(dāng)前韌化處理研究方向主要集中于不同種類淀粉的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)上[12-16]，鮮有韌化處理改善米粉品質(zhì)方面的報(bào)道。本研究以余赤早秈米為原料，以傳統(tǒng)米粉制作工藝為依據(jù)，了解韌化處理對(duì)米粉品質(zhì)工藝的影響，通過在泡米工藝上采用韌化處理技術(shù)，探究韌化處理溫度、韌化處理時(shí)間和大米含水量對(duì)米粉拉伸品質(zhì)和感官品質(zhì)的影響研究，為韌化技術(shù)在改善米粉品質(zhì)方面的推廣應(yīng)用提供參考，也為改善米粉品質(zhì)提供一種綠色、安全、有效的方法。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

大米：早秈米(余赤)。

1.2 主要儀器設(shè)備

GFL-230電熱鼓風(fēng)干燥箱；TQ-1000Y高速多功能粉碎機(jī)；AE 2204電子分析天平；K9840自動(dòng)凱氏定氮儀；RAV-3D快速粘度分析儀；TA-XT2i Plus質(zhì)構(gòu)儀。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 標(biāo)樣米粉含水量測定

根據(jù)GB 5009.3—2010直接干燥法。

1.3.2 大米的韌化處理

大米使用前先用105 ℃恒重法(GB 50093—2010)測定出大米的含水量后，取500 g置于鋁箔自封袋中，用蒸餾水調(diào)節(jié)含水量至45%～60%，密封條件下平衡水分24 h，封口置于不同溫度下(50～70 ℃)處理12～36 h。

1.3.3 鮮濕米粉制備

大米原料(韌化處理前后大米)→浸泡(30 ℃，3 h)→調(diào)節(jié)水分→磨漿→過篩(60目)→攪拌→蒸粉(100 ℃，90 s)→冷卻→切條→成品。

1.3.4 鮮濕米粉拉伸品質(zhì)的測定

取6 cm長的樣品米粉，置于質(zhì)構(gòu)儀臺(tái)面上，從粉餅上不同部位取米粉，每個(gè)粉餅中的米粉測3次，做平行實(shí)驗(yàn)。采用AKIE探頭測定米粉的拉伸性能。具體測定條件如下：測前下降速度：2.00 mm/s；測試速度：3.30 mm/s；測后上升速度：10.00 mm/s；測量距離：75 mm；觸發(fā)力：自動(dòng)-5 g；皮重模式：自動(dòng)；數(shù)據(jù)采集速率：200 pps。每個(gè)樣品平行測定6次，去掉每個(gè)指標(biāo)的最大值和最小值后取平均值。

1.3.5 米粉的感官評(píng)價(jià)

采用100分制評(píng)分方法，邀請(qǐng)8位食品專業(yè)的同學(xué)(4男4女)根據(jù)表1的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)成品的色澤、氣味、形態(tài)與蒸煮特性、口感五個(gè)方面進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。根據(jù)表1對(duì)米粉進(jìn)行感官評(píng)分，結(jié)果去掉最高分和最低分，取平均值。

表1 鮮濕米粉感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.6 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.6.1 大米不同含水量條件下韌化處理對(duì)米粉拉伸品質(zhì)和感官品質(zhì)的影響

固定韌化處理溫度為65 ℃，時(shí)間為18 h，含水量分別為40%、45%、50%、55%、60%，研究大米不同含水量條件下韌化處理對(duì)米粉拉伸品質(zhì)和感官品質(zhì)的影響。

1.3.6.2 不同時(shí)間條件下韌化處理對(duì)米粉拉伸品質(zhì)和感官品質(zhì)的影響

固定韌化處理溫度為65 ℃，含水量為50%，時(shí)間分別為12 、18 、24 、30 、36 h，研究不同時(shí)間條件下韌化處理對(duì)米粉拉伸品質(zhì)和感官品質(zhì)的影響。

1.3.6.3 不同溫度條件下韌化處理對(duì)米粉拉伸品質(zhì)和感官品質(zhì)的影響

固定韌化處理含水量為50%，時(shí)間為18 h，溫度分別為50、55、60、65、70 ℃，研究不同溫度條件下韌化處理對(duì)米粉拉伸品質(zhì)和感官品質(zhì)的影響。

1.3.7 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過單因素實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，由Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理展開三因素三水平實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以韌化含水量、韌化時(shí)間、韌化溫度為響應(yīng)變量，以抗拉伸阻力和感官評(píng)價(jià)值為響應(yīng)值，利用Design-Expert 8.0軟件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化。設(shè)計(jì)自變量的實(shí)驗(yàn)水平分別以-1、0、1進(jìn)行編碼，共設(shè)計(jì)17 個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，其中12 個(gè)為析因點(diǎn)，5 個(gè)為區(qū)域的中心零點(diǎn)，用來估計(jì)實(shí)驗(yàn)誤差。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 不同時(shí)間條件下韌化處理對(duì)米粉品質(zhì)的影響

由圖1可知，與未處理米粉相比拉伸強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，隨著韌化處理時(shí)間的延長，米粉拉伸強(qiáng)度持續(xù)增大，到24 h時(shí)達(dá)到最大值125.30 g，可能是因?yàn)殡S著韌化處理時(shí)間延長，直鏈淀粉含量增加，由韌化處理粉制備的米粉的凝膠強(qiáng)度顯著增加，淀粉分子之間結(jié)合力增強(qiáng)，使得拉伸強(qiáng)度增強(qiáng)，但是，當(dāng)韌化處理的時(shí)間進(jìn)一步延長，其米粉的拉伸強(qiáng)度反而降低，分析其原因可能是韌化處理時(shí)間過長，淀粉分子過度水解導(dǎo)致米粉凝膠強(qiáng)度下降[17]。由圖2可知，與未處理米粉相比，韌化處理米粉感官評(píng)分都較高，18 h時(shí)感官評(píng)分最高達(dá)到84.30，可能是隨著韌化處理時(shí)間增加，淀粉的膨潤力與溶解率降低，米粉爽滑性和米粉口感柔韌性增加，口感較好，然后隨著時(shí)間的進(jìn)一步延長其感官評(píng)分逐漸下降，可能是隨著韌化處理時(shí)間過長，米粉的白度下降，顏色泛黃且硬度增加，使其口感和色澤變差[18]。綜合分析，獲得拉伸品質(zhì)和感官品質(zhì)相對(duì)較好的米粉，最適韌化處理時(shí)間為12～24 h。

2.1.2 不同溫度條件下韌化處理對(duì)米粉品質(zhì)的影響

由圖1可知，隨著韌化溫度提高，米粉最大拉伸阻力持續(xù)增大，到65 ℃時(shí)達(dá)到最大值127.70 g，溫度大于65 ℃后隨著溫度進(jìn)一步升高拉伸強(qiáng)度反而降低。由圖2可知，隨著韌化處理溫度升高，感官評(píng)分呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，處理溫度為55 ℃時(shí)達(dá)到最大值85分。隨著韌化處理溫度的上升，米粉拉伸品質(zhì)和感官品質(zhì)不斷提高，可能是由于在韌化處理過程中大米直鏈淀粉含量不斷增加所致，有研究發(fā)現(xiàn)，韌化處理過程中，由于水和熱的作用下，淀粉顆粒無定型區(qū)淀粉鏈之間相互作用或支鏈淀粉支化結(jié)構(gòu)破裂都可能導(dǎo)致直鏈淀粉含量的增加[19-20]。但是，隨著韌化處理溫度的升高，由于直鏈淀粉含量的進(jìn)一步增加，使得米粉硬度過大，同時(shí)，米粉白度下降，其感官品質(zhì)會(huì)變差。綜合分析，獲得拉伸品質(zhì)和感官品質(zhì)相對(duì)較好的米粉，最適韌化處理溫度為50～60 ℃。

2.1.3 大米不同含水量條件下韌化處理對(duì)米粉品質(zhì)的影響

由圖1可知，含水量為40%～55%時(shí)，隨著含水量增加，米粉最大拉伸阻力不斷增加，含水量為55%時(shí)達(dá)到最大120.60 g，但是隨著含水量增加最大拉伸阻力反而降低。由圖2可知，隨著含水量增加，米粉感官評(píng)分增加，含水量為55%時(shí)感官評(píng)分達(dá)到最高82.50，然后隨著含水量增加感官評(píng)分也有所降低。有研究發(fā)現(xiàn)，在韌化處理過程中，隨著淀粉含水量的增加，淀粉的溶解度和膨脹率顯著降低[21-22]。同時(shí)，淀粉的溶解度和膨脹率越低，米粉的蒸煮品質(zhì)和拉伸品質(zhì)越好[23-25]。但是，隨著含水量的進(jìn)一步增加，溶解度和膨脹率反而也會(huì)增大。主要是由于水分對(duì)淀粉有增塑作用，隨著含水量的增加，玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度降低，促使淀粉聚合鏈間氫鍵在熱作用下被破壞，淀粉鏈獲得更大自由度，引起淀粉團(tuán)粒中分子重組，增強(qiáng)結(jié)晶區(qū)的完善，結(jié)晶度的增加以及無定形區(qū)的結(jié)構(gòu)變化，影響了淀粉的溶解度和膨脹率[26]。因此，在韌化處理過程中，含水量的變化影響了淀粉的溶解度和膨脹率進(jìn)而影響了米粉的品質(zhì)。綜合分析，獲得拉伸品質(zhì)和感官品質(zhì)相對(duì)較好的米粉，最適韌化處理大米含水量為50%～60%。

圖1 大米不同溫度、時(shí)間、含水量條件下韌化 處理對(duì)米粉最大拉伸強(qiáng)度的影響

圖2 大米不同溫度、時(shí)間、含水量條件下韌化 處理對(duì)米粉感官品質(zhì)的影響

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

響應(yīng)面因素設(shè)計(jì)水平見表2。運(yùn)用Design Expert 8.0.6軟件，對(duì)表3中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，得到拉伸強(qiáng)度與所選3個(gè)因素的回歸方程為：Y1=125.32-1.39A+3.85B-2.61C-0.73AB+3.30AC+4.57BC-5.46A2-2.74B2-9.81C2。由表2得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表4。從表4所得數(shù)據(jù)可看出，模型的F=169.28，P<0.000 1，表示模型顯著，且模型的失擬項(xiàng)P=0.209 6>0.05，不顯著，表明模型的擬合度較好，殘差均由隨機(jī)誤差引起。模型的決定系數(shù)R2=0.995 4，表明拉伸強(qiáng)度實(shí)際值與預(yù)測值之間具有較好的擬合度，調(diào)整系數(shù)R2=0.989 5，說明該模型能用于解釋98.95%響應(yīng)值的變化，預(yù)測系數(shù)R2=0.950 5，說明該模型預(yù)測性較好。由表4可知，模型中A、B、C、AC、BC、A2、B2、C2對(duì)響應(yīng)值的影響均為極顯著，說明韌化處理含水量、時(shí)間和溫度是影響米粉最大拉伸阻力的重要因素。根據(jù)表4中各因素F值的大小可知，對(duì)于最大拉伸阻力的影響因素，其主次順序?yàn)椋喉g化處理時(shí)間>韌化處理溫度>韌化處理含水量。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因子水平表

表3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

對(duì)表3中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，得到感官評(píng)分與所選3個(gè)因素的回歸方程為：Y2=85.22-0.3A+1.39B-2.06C-0.25AB+1.4AC+1.57BC-1.72A2-2.05B2-4.7C2。由表3得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行方差分析，所得結(jié)果見表5。從表5所得數(shù)據(jù)可看出，模型的F=160.19，P<0.000 1，表示模型顯著，且模型的失擬項(xiàng)P=0.300 1>0.05，不顯著，表明模型的擬合度較好，殘差均由隨機(jī)誤差引起。模型的決定系數(shù)R2=0.995 2，表明感官評(píng)分值與預(yù)測值之間具有較好的擬合度，調(diào)整系數(shù)R2=0.989 0，說明該模型能用于解釋98.95%響應(yīng)值的變化，預(yù)測系數(shù)R2=0.953 1，說明該模型預(yù)測性較好，因此，該模型可用于分析和預(yù)測米粉感官評(píng)分。由表5可知，模型中B、C、AC、BC、A2、B2、C2對(duì)響應(yīng)值的影響均為極顯著，說明韌化處理時(shí)間和處理溫度是影響米粉感官評(píng)價(jià)的重要因素。根據(jù)表5中各因素F值的大小可知，對(duì)于感官評(píng)分的影響因素，其主次順序?yàn)椋喉g化處理溫度>韌化處理時(shí)間>韌化處理含水量。

表4 對(duì)拉伸阻力的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果回歸模型方差分析

注： **表示P<0.01，差異極顯著。余同。

表5 對(duì)感官評(píng)分的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果回歸模型方差分析

2.2.2 響應(yīng)面交互作用分析

由圖3可知，等高線圖中，韌化處理含水量和韌化處理溫度之間的交互作用形狀呈橢圓形，說明兩者交互作用顯著。韌化處理溫度對(duì)最大拉伸阻力的影響大于含水量。韌化處理的時(shí)間和韌化處理溫度之間的交互作用形狀呈橢圓形，說明兩者交互作用顯著。韌化處理時(shí)間對(duì)米粉最大拉伸阻力的影響比韌化處理溫度更大。

由圖4可知，等高線圖中，韌化處理含水量和韌化處理溫度之間的交互作用形狀呈橢圓形，說明兩者交互作用顯著。大米含水量對(duì)感官評(píng)分的影響大于處理溫度。大米處理時(shí)間和處理溫度之間的交互作用形狀呈橢圓形，說明兩者交互作用顯著。處理溫度對(duì)米粉感官評(píng)分的影響比處理時(shí)間度更大。

圖3 不同因素交互影響最大拉伸阻力的等高線圖

圖4 不同因素交互影響感官評(píng)分的等高線圖及曲面圖

2.2.3 最優(yōu)工藝條件的確定及驗(yàn)證

分析優(yōu)化回歸模型，在各因素選定的范圍內(nèi)，由RSM得到韌化處理改善米粉品質(zhì)的最佳工藝條件為：含水量54.88%，時(shí)間22.16 h，溫度56.94 ℃，在此條件下預(yù)測最大拉伸阻力為125.42 g，感官評(píng)分為84.11。對(duì)所給出的最佳工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證，并考慮到實(shí)際可操作性，修正最佳工藝參數(shù)為：含水量55%，時(shí)間22 h，溫度57 ℃，進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，分別測得米粉的最大拉伸阻力分別為123.32、124.45、126.14 g，感官評(píng)分為83.62、83.84、84.53。實(shí)際米粉最大拉伸阻力平均值為124.63 g，感官評(píng)分平均值為84.00，與模型符合良好，說明該模型能夠較好地預(yù)測韌化處理改善米粉品質(zhì)的效果。

3 結(jié)論

單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)所泡大米含水量處于50%～60%之間，處理溫度位于50～60 ℃之間，處理時(shí)間在12～24 h時(shí)，所做出的米粉的拉伸強(qiáng)度與感官評(píng)分都能達(dá)到較高的水平。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)所得的回歸模型進(jìn)行分析優(yōu)化，結(jié)果表明，韌化處理改善米粉品質(zhì)最佳工藝條件為：含水量54.88%，時(shí)間22.16 h，溫度56.94 ℃，在此條件下預(yù)測最大拉伸阻力為125.42，感官評(píng)分為84.11。修正最佳工藝參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，在所泡大米處于含水量55%，時(shí)間22 h，溫度57 ℃的條件下，測得最大拉伸阻力平均值為124.63 g，感官評(píng)分平均值為84.00，在最佳工藝條件下, 實(shí)測值與預(yù)測值比較吻合, 說明該方法可以為優(yōu)化米粉品質(zhì)工藝提供參考。