發(fā)芽糙米即食粉滾筒干燥生產(chǎn)工藝研究

張衛(wèi)華，宋玉，陶澍，洪瑩，段依夢，曹磊，劉超*，杜傳來

（1.安徽科技學(xué)院食品工程學(xué)院，安徽 滁州 233100；2.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，安徽 合肥 230031）

將糙米在一定溫度和濕度下進(jìn)行培養(yǎng)，得到的發(fā)芽糙米，屬于全谷物類食品[1]中的一種。糙米發(fā)芽后其一些功能性成分也大大增加[2]，如γ-氨基丁酸（γaminobutyric acid，GABA）、谷胱甘肽、谷維素、米糠多糖、二十八烷醇、脂多糖、肌醇等，具有預(yù)防老年癡呆、降血糖、降血脂、降血壓等保健功效[3]。伴隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快、工作壓力的增大，人們對營養(yǎng)豐富、口感細(xì)膩、食用方便且易消化吸收的全谷物即食產(chǎn)品需求大大增加，本文將提供一種高GABA含量，沖調(diào)穩(wěn)定性較好的即食營養(yǎng)粉加工方式。

目前即食型的產(chǎn)品加工方式主要有噴霧干燥[4]、擠壓膨化[5]和滾筒干燥[6]。滾筒干燥適宜于對水分含量較高的原料進(jìn)行加工，具有干燥速率高、操作便捷、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，已在食品加工中廣泛應(yīng)用[7-10]，如馬鈴薯全粉、南瓜粉、玉米粉、糙米粉等，其原理是將熱量通過管道輸送至滾筒內(nèi)壁，進(jìn)而傳導(dǎo)到外壁，再傳導(dǎo)給料膜，通過水分蒸發(fā)，使物料干燥后被滾筒表面的刮刀鏟離滾筒。但以新鮮的發(fā)芽糙米為原料進(jìn)行滾筒干燥制備即食型全谷物產(chǎn)品相關(guān)報(bào)道還較少。

將糙米發(fā)芽后（含水量33%）進(jìn)行直接磨漿，采用滾筒干燥工藝生產(chǎn)即食營養(yǎng)粉，主要研究料液比、粒徑、蒸汽溫度、滾筒轉(zhuǎn)速等工藝因素對發(fā)芽糙米即食營養(yǎng)粉的功能性成分、沖調(diào)、糊化等特性的影響，平衡產(chǎn)品的物理特性與營養(yǎng)成分含量對滾筒干燥溫度等參數(shù)要求差異的矛盾，通過篩選優(yōu)化工藝參數(shù)，獲得營養(yǎng)豐富、復(fù)水性好、易消化吸收、食用方便的發(fā)芽糙米即食營養(yǎng)粉，為研發(fā)全谷物即食型產(chǎn)品提供一種新的技術(shù)思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

粳稻：安徽省滁州市；鄰苯二甲醛、2-硫基乙醇、GABA標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥99%）、丙酮、α-淀粉酶（4000U/g）、蛋白酶（1.2×104U/g）、葡萄糖苷酶（1×105U/g）、植酸標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥95%）、鹽酸羥胺、鄰菲羅琳（以上化學(xué)試劑均為分析純）、甲醇（色譜純）、四氫呋喃（色譜純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

SBJM-FB80膠體磨：上海索貝流體機(jī)械有限公司；EMG0505滾筒干燥刮板：江蘇省東臺(tái)市民益機(jī)械廠；LT48KW-07蒸汽發(fā)生器：鹽城市麗泰合金電器有限公司；DVESRVTJ0黏度計(jì)：Brook FIELD公司；CSF-6膳食纖維測定儀：意大利VELP公司；1525高效液相色譜儀：美國Waters公司；RVA-4快速黏度分析儀：澳大利亞Newport公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 發(fā)芽糙米生產(chǎn)工藝流程

糙米→清洗→滅菌→浸泡（28℃，8h）→萌發(fā)（28℃，9 h）→新鮮的發(fā)芽糙米冷藏備用

1.2.2 即食營養(yǎng)粉生產(chǎn)工藝

配料→制漿→滾筒干燥→發(fā)芽糙米片→粉碎→發(fā)芽糙米即食營養(yǎng)粉→密封貯藏

1.2.3 滾筒干燥工藝的篩選

選取料液比 [1∶1.6、1∶1.8、1∶2.0、1∶2.2、1∶2.4（g/mL）]、粒徑（40、60、80、100、120 目）、滾筒轉(zhuǎn)速（20、30、40、50、60 r/h）、蒸汽溫度（110、120、130、140、150 ℃）進(jìn)行單因素試驗(yàn)?？疾炝弦罕取⒘?、滾筒轉(zhuǎn)速、蒸汽溫度對發(fā)芽糙米即食營養(yǎng)粉物理特性（復(fù)水性、黏度、穩(wěn)定性、結(jié)塊率、感官）和GABA含量的影響。

1.2.4 產(chǎn)品綜合特性的模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)

根據(jù)即食產(chǎn)品特點(diǎn)，兼顧營養(yǎng)功能，設(shè)計(jì)了適用于即食營養(yǎng)粉的模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法：通過強(qiáng)制性決定法賦予GABA含量、復(fù)水性、黏度、穩(wěn)定性系數(shù)K、結(jié)塊率、感官6個(gè)指標(biāo)的權(quán)重[11]，即綜合評(píng)分=0.3×GABA含量+0.2×復(fù)水性+0.2×感官+0.1×黏度+0.1×穩(wěn)定性+0.1×結(jié)塊率，再進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定滾筒干燥的最優(yōu)工藝。

1.2.5 滾筒干燥工藝組合優(yōu)化

在單因素的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，分析單因素試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，確定試驗(yàn)因素和水平因子，設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn)，見表1。

1.2.6 產(chǎn)品營養(yǎng)指標(biāo)測定

GABA含量測定：參照趙巖等[12]方法，使用高效液相色譜儀測定。

膳食纖維測定：采用酶解法[13]測定。

植酸測定：采用分光光度法[14]間接測定樣品中植酸含量。

表1 正交試驗(yàn)因素Table1 Orthogonal test factors

糊化特性測定：采用快速黏度分析儀（rapid viscosity analyzer，RVA）測定糊化特性[15]。

1.2.7 產(chǎn)品物理特性測定

1.2.7.1 復(fù)水性測定

參考郭婷等[16]的方法稍加修改，精確稱取1.000 g樣品，置于50 mL離心管中，加入20 mL蒸餾水，攪拌均勻，在25℃恒溫箱中放置1 h后，在轉(zhuǎn)速4 000 r/min條件下離心30 min，測量沉淀物的質(zhì)量。按下式計(jì)算：

R/%=（m2-m1）/m1×100

式中：R 為復(fù)水性，%；m1為復(fù)水前質(zhì)量，g；m2為復(fù)水后質(zhì)量，g。

1.2.7.2 黏度測定

將樣品在105℃恒溫干燥箱中干燥12 h，冷卻至25℃，稱取20 g樣品，加入200 mL 80℃的熱水，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的米糊，以30 r/min轉(zhuǎn)速進(jìn)行磁力攪拌 2 min，放置 10 min，測其黏度[17]。

1.2.7.3 穩(wěn)定性系數(shù)K測定

參照馬濤等[18]的方法并加以改進(jìn)，稱取樣品20 g置于250 mL量筒中，并加入80℃、140 mL熱水?dāng)嚢瑁o置3 min，量取上清液高度h和沖調(diào)液總高度H，按下式計(jì)算K值。

K=h/H

1.2.7.4 結(jié)塊率的測定

稱取樣品5 g置于250 mL燒杯中，加入70℃的去離子水100mL，以10r/min轉(zhuǎn)速進(jìn)行輕微攪拌30s。對米糊進(jìn)行過濾，用清水漂洗篩上物一次，瀝干后于105℃條件下烘干至恒重[19]。計(jì)算公式如下。

結(jié)塊率/%=（結(jié)塊物的質(zhì)量/樣品干重）×100

1.2.7.5 感官評(píng)價(jià)

參照文獻(xiàn)[20]方案稍加修改，選20名專業(yè)人員組成感官品質(zhì)評(píng)定小組，對即食營養(yǎng)粉的外觀及沖泡狀態(tài)、米糊口感3個(gè)方面進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià)，總分為各項(xiàng)指標(biāo)之和。感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard

1.2.8 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 滾筒干燥工藝對GABA含量及物理特性的影響

2.1.1 料液比的影響

試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 料液比對發(fā)芽糙米即食營養(yǎng)粉的影響Table 3 Effect of the ratio of material liquid on instant nutritional powder of germinated brown rice

在粒徑80目，滾筒轉(zhuǎn)速30 r/h，蒸汽溫度130℃條件下，隨著溶劑體積的加大，GABA含量、復(fù)水性、感官評(píng)分均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，穩(wěn)定性系數(shù)K、結(jié)塊率呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，黏度呈下降趨勢。料液比對產(chǎn)品穩(wěn)定性系數(shù)K影響較大，對GABA含量影響較??；不同料液比下復(fù)水性、黏度差異顯著，產(chǎn)品的綜合評(píng)分值分別為986.63、998.37、920.02、878.65和641.34，選擇綜合評(píng)分較高的3組，進(jìn)一步設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，確定最佳加工工藝。

2.1.2 粒徑的影響

試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 粒徑對發(fā)芽糙米即食營養(yǎng)粉的影響Table 4 Effect of raw material particle size on instant nutritional powder of germinated brown rice

在料液比 1 ∶2（g/mL），滾筒轉(zhuǎn)速 30 r/h，蒸汽溫度130℃條件下，隨著粒徑的加大，GABA含量、穩(wěn)定性系數(shù)K呈現(xiàn)下降的趨勢，復(fù)水性、黏度呈上升的趨勢。粒徑對黏度影響較大，對穩(wěn)定性系數(shù)K影響較??；不同粒徑下，結(jié)塊率、感官評(píng)分差異顯著，產(chǎn)品綜合評(píng)分值為 501.32、666.47、998.94、1 008.76 和 1 019.43 在此基礎(chǔ)上，選擇綜合評(píng)分較高的3組，進(jìn)一步設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，對即食營養(yǎng)粉進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳的加工工藝。

2.1.3 滾筒轉(zhuǎn)速的影響

試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 滾筒轉(zhuǎn)速對發(fā)芽糙米即食營養(yǎng)粉的影響Table 5 Effect of rotating speed of roller on instant nutritional powder of germinated brown rice

在粒徑80目，蒸汽溫度130℃條件下，料液比1∶2（g/mL）條件下，隨著滾筒轉(zhuǎn)速的加大，GABA含量、黏度和結(jié)塊率呈現(xiàn)上升的趨勢，穩(wěn)定性系數(shù)K呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，感官評(píng)分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，滾筒轉(zhuǎn)速對產(chǎn)品復(fù)水性影響較大，對結(jié)塊率影響較小。不同滾筒轉(zhuǎn)速條件下，產(chǎn)品的綜合評(píng)分值為771.08、907.69、998.08、963.89 和 960.65 在此基礎(chǔ)上，選擇綜合評(píng)分較高的3組，進(jìn)一步設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，對即食營養(yǎng)粉進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳的加工工藝。

2.1.4 蒸汽溫度的影響

試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 蒸汽溫度對發(fā)芽糙米即食營養(yǎng)粉的影響Table 6 Effect of steam temperature on instant nutritional meal of germinated brown rice

在粒徑 80 目，滾筒轉(zhuǎn)速 30 r/h，料液比 1 ∶2（g/mL）條件下，隨著蒸汽溫度的升高，GABA含量、穩(wěn)定性系數(shù)K呈下降趨勢，復(fù)水性、黏度呈上升的趨勢，結(jié)塊率呈先下降后上升的趨勢，感官評(píng)分呈先上升后下降的趨勢。蒸汽溫度對產(chǎn)品GABA含量影響較大，對穩(wěn)定性系數(shù)K影響較小。不同蒸汽溫度下，產(chǎn)品的綜合評(píng)分值為 678.45、872.45、982.96、1 050.27 和 1 020，在此基礎(chǔ)上，選擇綜合評(píng)分較高3組，進(jìn)一步設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，對即食營養(yǎng)粉進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳的加工工藝。

2.2 滾筒干燥工藝組合優(yōu)化

在發(fā)芽糙米即食營養(yǎng)粉生產(chǎn)過程中，GABA含量作為即食營養(yǎng)粉重要的功能性成分，受料液比，粒徑、滾筒轉(zhuǎn)速、蒸汽溫度的影響。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果并綜合考慮加工即食營養(yǎng)粉的沖調(diào)特性，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法，計(jì)算加權(quán)指標(biāo)得出綜合評(píng)分，結(jié)果見表7。

表7 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Orthogonal test results

根據(jù)正交設(shè)計(jì)助手分析軟件對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，如表8所示。

表8 極差分析Table 8 Range analysis

從表8分析來看，因素的主次順序?yàn)椋篈＞B＞D＞C，最優(yōu)水平組合為A3B1C1D1，滾筒干燥生產(chǎn)即食營養(yǎng)粉的最優(yōu)工藝為：料液比 1 ∶2.0（g/mL）、粒徑 80 目、滾筒轉(zhuǎn)速40 r/h、蒸汽溫度130℃，此組合并未出現(xiàn)在正交試驗(yàn)組中。在此最優(yōu)工藝條件下進(jìn)行試驗(yàn)，其綜合評(píng)分值為1 026.52，顯著高于正交試驗(yàn)中的9組試驗(yàn)得分。

2.3 營養(yǎng)成分變化情況

滾筒干燥對即食營養(yǎng)粉主要成分的影響見表9。

表9 滾筒干燥對即食營養(yǎng)粉主要成分的影響Table 9 Effect of drum drying on main components of instant nutritional powder

GABA是發(fā)芽糙米中主要功能性成分，將發(fā)芽糙米粉烘干至含水量為5%，進(jìn)行測定。由表9可以看出，糙米、發(fā)芽糙米、即食營養(yǎng)粉三者之間GABA含量差異顯著，可能是滾筒干燥高溫導(dǎo)致的GABA含量減少[21]。

膳食纖維被稱為第七類營養(yǎng)素。由表9可以看出，糙米和即食營養(yǎng)粉中可溶性膳食纖維含量差異顯著。其中，經(jīng)過滾筒干燥后即食營養(yǎng)粉中可溶性膳食纖維含量最低，主要原因可能是在滾筒干燥過程中纖維素等發(fā)生了降解，從而導(dǎo)致膳食纖維含量降低[22]。

植酸因其有很強(qiáng)的金屬螯合能力，限制了人體對礦物質(zhì)元素的吸收。由表9可以看出，糙米、發(fā)芽糙米和即食營養(yǎng)粉的植酸含量差異顯著。其中，即食營養(yǎng)粉植酸含量最少，可能是滾筒轉(zhuǎn)速逐漸增強(qiáng)，摩擦力增大，溫度升高，導(dǎo)致植酸降解程度不斷增加，植酸含量大幅度降低[23]。

2.4 糊化特性變化情況

糙米、發(fā)芽糙米、即食營養(yǎng)粉的糊化特性見表10、圖1。

表10 糊化特性變化情況Table10 Gelatinization characteristics

峰值黏度是指淀粉在糊化過程中淀粉顆粒的膨脹程度，膨脹程度越大，對應(yīng)的峰值黏度則越高[24]，其中即食營養(yǎng)粉峰值黏度最高，達(dá)到了2 892.80 mPa·s，與糙米和發(fā)芽糙米的峰值黏度差異均顯著（P＜0.05），表明即食營養(yǎng)粉在糊化過程中具有較大的膨脹程度；回生值是最終黏度與保持黏度的差值，反映淀粉老化的趨勢，回生值越高則形成凝膠的強(qiáng)度越高，即食營養(yǎng)粉回生值最高，為595.79 mPa·s，與發(fā)芽糙米的回生值差異不顯著；糊化溫度是指高溫導(dǎo)致淀粉溶脹形成糊狀物質(zhì)時(shí)的溫度，糊化溫度因淀粉的結(jié)構(gòu)不同而存在差異，糊化溫度越低，淀粉完全糊化所需的能量越少，即食營養(yǎng)粉糊化溫度最低，為64℃，與糙米、發(fā)芽糙米的糊化溫度具有顯著差異（P＜0.05）。

圖1 黏度曲線Fig.1 Viscosity curve

3 結(jié)論

本研究應(yīng)用滾筒干燥技術(shù)制備發(fā)芽糙米即食營養(yǎng)粉，通過單因素、正交試驗(yàn)得出其最佳工藝條件參數(shù)，即料液比 1 ∶2.0（g/mL）、粒徑 80 目、滾筒轉(zhuǎn)速 40 r/h、蒸汽溫度130℃，此工藝條件下即食營養(yǎng)粉的GABA含量為 13.05mg/100g，復(fù)水性為 916%，黏度為 7968mPa·s，感官評(píng)分為98分，滾筒干燥后即食營養(yǎng)粉回生值為597.79 mPa·s，與發(fā)芽糙米原料無明顯差異；糊化溫度64.07℃，較糙米和發(fā)芽糙米大幅度降低；峰值黏度較高，淀粉膨脹度較大。通過滾筒干燥技術(shù)制備發(fā)芽糙米即食營養(yǎng)粉，既較多的保留了發(fā)芽糙米的功能營養(yǎng)物質(zhì)又獲得了良好的物理特性，為全谷物類原料的開發(fā)提供了一種新的思路。