炒米電熱滾筒烘炒特性及工藝優(yōu)化

圖 雅 烏云塔娜 徐曉旭 孫芊芊 冬 梅

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院1，呼和浩特 010018)

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)能源與交通工程學(xué)院2，呼和浩特 010018)

糜子屬禾本科黍?qū)?，主要種植在甘肅、河北、內(nèi)蒙古、山西等省，是干旱半干旱地區(qū)的主要雜糧作物和重要的避災(zāi)作物，也是中國(guó)主要制米作物之一。我國(guó)糜子栽培面積和產(chǎn)量均居世界第二位，發(fā)展糜子生產(chǎn)對(duì)改善人民的膳食結(jié)構(gòu)，增加農(nóng)民收入，防災(zāi)避旱具有重要意義[1]。

炒米是由糜子經(jīng)過(guò)浸泡、蒸煮、烘炒和碾米后得到的干糧食品。炒米出現(xiàn)的比較早，歷史悠久，是蒙古民族喜愛(ài)吃的傳統(tǒng)食品，也是餐桌上不可缺少的主食之一，適合與各種奶食品、奶茶和牛羊肉搭配食用。

20世紀(jì)80年代后，人們開(kāi)始研究和開(kāi)發(fā)各種炒米加工機(jī)械設(shè)備和加工工藝，不斷的改進(jìn)和完善炒米加工技術(shù)，并獲得了一定的成效。在內(nèi)蒙古地區(qū)炒米廠遍布各直轄市和旗縣，其中大型的有烏蘭察布市察右后旗海豐炒米廠、阿魯科爾沁坤都炒米廠、赤峰巴林右旗大阪鎮(zhèn)蒙達(dá)炒米廠、通遼市東方炒米廠、呼和浩特市糧食科學(xué)研究所炒米廠等，年加工量均達(dá)上萬(wàn)噸以上，機(jī)械化加工出米率達(dá)到53%～58%。產(chǎn)品品種除了傳統(tǒng)炒米外有膨化炒米、奶油炒米、炒米渣子及各種調(diào)味炒米等。大型工業(yè)化生產(chǎn)具有高效、低成本、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、解放勞動(dòng)力、產(chǎn)品供應(yīng)量充足。但機(jī)械化生產(chǎn)仍以煤炭加熱為主，有環(huán)境污染和安全衛(wèi)生隱患，且加工量較大，質(zhì)量和口感一般，有銷售滯后現(xiàn)象。

隨著社會(huì)發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對(duì)食品的綠色健康、營(yíng)養(yǎng)、衛(wèi)生、新鮮及傳統(tǒng)味更加重視。本研究中采用電熱滾筒機(jī)，電加熱滾筒壁以熱傳導(dǎo)方式傳遞熱量烘炒炒米，滾筒的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)和螺旋葉片的攪動(dòng)使加熱均勻、同時(shí)有保溫功能，與傳統(tǒng)鐵鍋烘炒工藝較相似，炒米的口感更接近傳統(tǒng)手工制作，且無(wú)污染、干凈、衛(wèi)生，烘炒量一次5～50 kg,小規(guī)模生產(chǎn)，可根據(jù)市場(chǎng)需求及時(shí)供應(yīng)，提供新鮮炒米。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

大白糜子：山西忻州市偏關(guān)縣。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

KL-25型多功能電熱滾筒炒貨機(jī)；CCFG-28型電熱鍋；LNTF115A型粉碎式礱碾組合米機(jī)；CF-11A離心通風(fēng)機(jī)和專用耐高溫伸縮通風(fēng)管。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法與設(shè)計(jì)

1.3.1 炒米加工工藝流程

1.3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)定

1.3.2.1 感官評(píng)價(jià)

由8名訓(xùn)練有素、有經(jīng)驗(yàn)和喜愛(ài)吃炒米的蒙古族人員組成評(píng)價(jià)小組進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，評(píng)定分?jǐn)?shù)采用100分值，結(jié)果取平均值。主要從產(chǎn)品的形態(tài)、色澤、香味、口感等四個(gè)方面衡量產(chǎn)品的品質(zhì)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1[2-4]。

1.3.2.2 烘炒效率的測(cè)算

烘炒效率=炒米質(zhì)量/烘炒所需時(shí)間

經(jīng)碾米去皮和米糠后的產(chǎn)品炒米質(zhì)量除以對(duì)應(yīng)烘炒過(guò)程所用時(shí)間。

烘炒效率是在本實(shí)驗(yàn)中評(píng)定電熱滾筒烘炒機(jī)烘炒能力的一種指標(biāo)。即反應(yīng)電熱滾筒機(jī)的工作效率。

1.3.2.3 出米率的計(jì)算

出米率=炒米質(zhì)量/原料糜子質(zhì)量×100%

出米率：原料糜子經(jīng)浸泡、蒸煮、烘炒和碾米加工去皮和米糠后所得的炒米質(zhì)量除以所用原料糜子質(zhì)量的百分率。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，應(yīng)用Excel 2007軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、相關(guān)分析、主次排序和最佳因素水平組合。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用Excel的公式和函數(shù)功能進(jìn)行直觀分析，確定優(yōu)方案；再利用Excel的公式和內(nèi)置函數(shù)進(jìn)行方差分析顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)分析

室內(nèi)環(huán)境溫度24～28 ℃下，原料糜子經(jīng)涼水浸泡3、6、9、12、18、24 h，在500、800、1 300、1 600 W四種溫度下，蒸煮30、40、50、60、80、110 min后，采用電熱滾筒烘炒方式進(jìn)行烘炒。根據(jù)已有研究基礎(chǔ)和結(jié)合設(shè)備自身特點(diǎn)提出了12組參數(shù)組合方案[5-7]，觀察滾筒烘炒狀態(tài)及炒米的色澤、口感等。其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析見(jiàn)表2。

表2 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

當(dāng)室內(nèi)溫度24～28 ℃時(shí)，用涼水浸泡糜子3～9 h，蒸煮40～60 min后，在200～300 ℃溫度下烘炒的炒米色澤鮮米黃色，口感正常；當(dāng)浸泡時(shí)間繼續(xù)增加到10～24 h、蒸煮時(shí)間60～110 min后，相同溫度下烘炒的炒米色澤暗淡、口感異常，從而浸泡時(shí)間不易過(guò)長(zhǎng)。蒸煮時(shí)間過(guò)短沒(méi)蒸透時(shí)，糜子內(nèi)部有白芯，在烘炒中出現(xiàn)米粒開(kāi)花，形態(tài)不完整。若不經(jīng)過(guò)浸泡，直接水煮或浸泡后蒸煮時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使得糜子過(guò)于軟爛，烘炒時(shí)粘在滾筒內(nèi)壁，出現(xiàn)焦糊、冒煙現(xiàn)象，需要用工具清理滾筒內(nèi)壁10～15 min，并用風(fēng)機(jī)排出煙氣，其他情況無(wú)需使用風(fēng)機(jī)。由此得知，電熱滾筒烘炒技術(shù)適用于炒米加工，且因素水平設(shè)置的合理時(shí)不需要用風(fēng)機(jī)排出煙氣。根據(jù)上述結(jié)論，以浸泡時(shí)間0～9 h、蒸煮功率500～1 600 W、蒸煮時(shí)間40～100 min、烘炒溫度200～300 ℃選為進(jìn)一步研究的因素水平范圍。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

2.2.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中每批次以取2.5 kg 原料糜子為實(shí)驗(yàn)樣品，重復(fù)做3次，取平均值[8-10]。因素及水平如表3。

表3 因素水平表

2.2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析[11-16]

從表4和表5看出，對(duì)于烘炒效率指標(biāo)的影響程度，烘炒溫度是影響極顯著的，浸泡時(shí)間和蒸煮時(shí)間的影響是顯著的。在所選取的各因素水平范圍內(nèi)，對(duì)該指標(biāo)影響程度的重要性主次順序和優(yōu)方案為：D>A>C>B和D1A2C4B1，即浸泡時(shí)間3 h、蒸煮功率500 W、蒸煮時(shí)間40 min、烘炒溫度300 ℃；對(duì)于感官評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響程度，浸泡時(shí)間和蒸煮時(shí)間的影響是顯著的。其重要性主次順序和優(yōu)方案為：C>A>B>D和C4A2B1D1，即浸泡時(shí)間3 h、蒸煮功率500 W、蒸煮時(shí)間40 min、烘炒溫度300 ℃；對(duì)于出米率指標(biāo)的影響程度，浸泡時(shí)間的影響是顯著的。其重要性主次順序和優(yōu)方案為：出米率：A>B>D>C和A2B2D1C4，即浸泡時(shí)間3 h、蒸煮功率800 W、蒸煮時(shí)間40 min、烘炒溫度300 ℃。

表4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

同時(shí)，從圖1趨勢(shì)圖中的因素與指標(biāo)的關(guān)系可看出，指標(biāo)隨因素?cái)?shù)值增大的變化趨勢(shì)，更直觀判斷因素的主次及優(yōu)化趨勢(shì)。

圖1 因素與指標(biāo)的關(guān)系圖

通過(guò)綜合平衡法分析得出綜合的優(yōu)方案。具體平衡過(guò)程為：因素A中3個(gè)衡量指標(biāo)均取A2。其中出米率指標(biāo)的A因素是最主要因素，其他兩個(gè)指標(biāo)中均第二重要因素，從方差分析表5得知，A因素對(duì)三個(gè)指標(biāo)均有顯著影響，因此取A2。

烘炒效率和感官評(píng)價(jià)指標(biāo)中取B1，出米率指標(biāo)中取B2。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析表5和因素與指標(biāo)趨勢(shì)圖得知，B因素對(duì)3個(gè)指標(biāo)影響均不顯著。其烘炒效率指標(biāo)的主次順序中處于末位，感官評(píng)價(jià)指標(biāo)中處于第三位，出米率指標(biāo)中處于第二位。考慮本實(shí)驗(yàn)中最重要指標(biāo)為感官評(píng)價(jià)指標(biāo)，再結(jié)合分析選取B1，B因素對(duì)3個(gè)衡量指標(biāo)影響均不大。

表5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的直觀分析和方差分析

注：*為顯著(P<0.05),**為極顯著(P<0.01)。

因素C中3個(gè)衡量指標(biāo)均取C4。對(duì)于感官評(píng)價(jià)指標(biāo)，C因素是最主要因素，是首選因素。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析表5得知，C因素對(duì)烘炒效率和感官評(píng)價(jià)指標(biāo)均有顯著影響，最終選取C4。

因素D中3個(gè)衡量指標(biāo)均取D1。對(duì)烘炒效率指標(biāo)，D因素是最主要因素。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果方 差分析表5得知，D因素對(duì)烘炒效率有極顯著影響。在其他兩個(gè)指標(biāo)中分別排序第三和末位，最終選取D1。

采用綜合平衡法分析[15，16]和結(jié)合以往研究基礎(chǔ)，最終獲得的優(yōu)方案為A2B1C4D1，即浸泡時(shí)間3 h、蒸煮溫度500 W、蒸煮時(shí)間40 min、烘炒溫度300 ℃時(shí)綜合指標(biāo)達(dá)到最佳。對(duì)此結(jié)論同樣選取2.5 kg/每樣 糜子為實(shí)驗(yàn)樣品，重復(fù)做3次，取平均值的方式進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。得出炒米的烘炒效率66 g/min，感官指標(biāo)85分，出米率63.8%。

3 結(jié)論

電熱滾筒烘炒以熱傳導(dǎo)方式傳遞熱量，能炒出濃郁的米香味，較適合炒米的烘炒。但蒸煮糜子沒(méi)蒸透或糜子皮開(kāi)裂過(guò)多至軟爛時(shí)，烘炒過(guò)程中易崩裂開(kāi)花或焦糊在滾筒內(nèi)壁上，需要不停的清理滾筒內(nèi)壁10～15 min，并用風(fēng)機(jī)排除燒焦煙氣，此時(shí)對(duì)炒米質(zhì)量和出米率的影響較大。

烘炒溫度和時(shí)間很關(guān)鍵。烘炒溫度過(guò)低時(shí)，烘炒時(shí)間較長(zhǎng)、效率低、炒不出米香味；烘炒溫度過(guò)高時(shí)，水分未充分蒸發(fā)前外表焦糊和崩裂開(kāi)花，影響口感、色澤。因此合理選擇烘炒溫度和時(shí)間很關(guān)鍵。但其受多種因素的影響，不易精準(zhǔn)預(yù)定。本實(shí)驗(yàn)不斷取樣觀察和咀嚼口感的方法確定烘炒時(shí)間，計(jì)算出電熱滾筒烘炒效率。

實(shí)際生產(chǎn)中除考慮上述實(shí)驗(yàn)因素外，原料品種、喂入量、滾筒轉(zhuǎn)速及排蒸氣速度等其他因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及烘炒效率也有一定影響。本實(shí)驗(yàn)得知，電熱滾筒烘炒技術(shù)適用于炒米加工，且產(chǎn)品綜合指標(biāo)較高。