嬰幼兒米粉加工技術(shù)及品質(zhì)評價的研究進(jìn)展

張云亮 王子妍 徐晨冉 竇博鑫 張陽陽 律 丹 張 娜 劉 穎

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院1，哈爾濱 150076) (黑龍江省北大荒米業(yè)集團(tuán)有限公司2，哈爾濱 150090) (蘭州蘭生血液制品有限公司3，蘭州 730030)

米粉作為嬰幼兒第一大輔食，其對嬰幼兒生長發(fā)育的重要性不言而喻，尤其對處于斷奶期嬰兒的營養(yǎng)攝入具有決定性的作用。斷奶期特指六個月以上月齡的嬰兒從食用流食轉(zhuǎn)變?yōu)楣虪钍称返囊欢螘r間，從斷奶期開始到兩歲之間的時期對嬰幼兒的發(fā)育具有突出的重要性。在此階段，嬰幼兒的營養(yǎng)狀況與此后生長發(fā)育的質(zhì)量息息相關(guān)[1-3]，嬰幼兒米粉主要原料大米中的蛋白質(zhì)可消化率超過90%，大米蛋白是唯一可以免于過敏反應(yīng)的谷物蛋白，具有低抗原性，不含任何的抗?fàn)I養(yǎng)因子，不會引起嬰兒的過敏反應(yīng)，適于嬰兒與對營養(yǎng)需求特殊人群的食品研制[4]，且大米氨基酸組成配比接近世界衛(wèi)生組織認(rèn)定的蛋白質(zhì)氨基酸最佳配比模式，因而被廣泛應(yīng)用于嬰幼兒營養(yǎng)米粉的制作原料。

隨著嬰幼兒米粉消費市場的不斷擴(kuò)大與消費要求的不斷提升。速溶、低敏、滋味好的嬰兒營養(yǎng)米粉，已成為近年來的研究熱點課題，而高質(zhì)量的嬰幼兒米粉研究依賴于適宜的生物酶解技術(shù)、良好的加工技術(shù)、科學(xué)的感官評價體系與質(zhì)量評價方法。本文將重點對米粉生物酶解技術(shù)、物理加工技術(shù)及感官評價方法進(jìn)行綜述，為米粉加工技術(shù)的改進(jìn)提供參考。

1 嬰幼兒米粉生物酶解技術(shù)的利用

1.1 淀粉酶的作用及應(yīng)用

處于斷奶期的嬰幼兒，由于腸道內(nèi)淀粉酶等酶系較少，對淀粉類食品難以消化，食用后容易導(dǎo)致消化不良、腹瀉等問題[5,6]。相關(guān)研究表明：大米中直鏈淀粉的含量、淀粉顆粒的大小等的理化性質(zhì)與米粉的可消化性有直接聯(lián)系；加工過程也會影響米粉的膳食纖維、糊精等的性質(zhì)，從而影響米粉在嬰幼兒體內(nèi)的吸收與消化能力[7]。

利用淀粉酶將淀粉水解成為低聚異麥芽糖、糊精等，使在嬰幼兒體內(nèi)難以消化的大分子淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿游镔|(zhì)，從而提高其在嬰幼兒體內(nèi)消化吸收差等問題，也可改善米粉溶解性差的問題[5]。由于米粉加工過程的高溫會影響淀粉酶的活性，目前國內(nèi)外已就高溫α-淀粉酶在米粉當(dāng)中的應(yīng)用展開大量研究。Xu等[8,9]通過添加高溫α-淀粉酶顯著改善了膨化糯米的水溶性與吸水性。Myat等[10]利用高溫α-淀粉酶在95 ℃和115 ℃下改性玉米淀粉，使其水溶性從2.59%和2.81%提高到8.45%和8.56%。趙志浩等[11]利用高溫α-淀粉酶酶解-擠壓膨化制作全谷物糙米粉，顯著改善了米粉沖調(diào)性、感官評分和蛋白質(zhì)體外消化性等性質(zhì)。目前，應(yīng)用高溫淀粉酶解技術(shù)改善米粉質(zhì)量，加工過程中短時間內(nèi)酶變性所導(dǎo)致的生產(chǎn)技術(shù)性問題將成為主要的熱點研究課題。

1.2 蛋白酶的作用及應(yīng)用

大米蛋白中必需氨基酸與動物蛋白可相媲美，且大米蛋白的低過敏性，使其非常適于作為嬰幼兒米粉開發(fā)的原料，但由于大米蛋白溶解性差，加工性能較低等原因而被忽略利用，造成資源的浪費[12,13]。

通過蛋白酶酶解可將大米蛋白水解成能夠被人體完全吸收的小分子肽，極適于消化功能低的嬰幼兒，且大米蛋白經(jīng)酶解后產(chǎn)生的小分子生物活性肽具有提高機(jī)體免疫力、抗氧化、抗菌、抗癌、促進(jìn)生長、促進(jìn)礦物質(zhì)吸收等多種生理學(xué)功能[14,15]，因此有利于米粉中大米蛋白被充分利用，且更有益于嬰幼兒生長發(fā)育。楊永生等[16]等利用大米為原料，通過堿性蛋白酶處理后制得低蛋白低磷大米粉，經(jīng)酶解處理后蛋白殘留率為0.32%，殘留率45.65 mg/100，除此研究之外，目前大米蛋白酶解為小分子的研究較少，嬰幼兒米粉酶解工藝優(yōu)化與酶解功效的研究更少見報道。

由于酶解蛋白質(zhì)存在效率低，近年來研究者采用新型的物理加工技術(shù)，超聲波預(yù)處理對蛋白質(zhì)進(jìn)行改性后再進(jìn)行酶解，與傳統(tǒng)的酶解相比，超聲輔助酶解顯著提高了初始反應(yīng)速率，表觀分解速率常數(shù)增加66.7%，表觀常數(shù)降低6.9%，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率提高35.5%[17,18]，超聲微波聯(lián)合預(yù)處理、逆流超聲和堿性蛋白酶水解技術(shù)均已被研究利用[19,20]，且利用物理加工技術(shù)避免化學(xué)試劑的應(yīng)用，更符合嬰幼兒食品安全的要求。

1.3 植酸酶的作用及應(yīng)用

研究表明，植酸對人體內(nèi)鋅的利用率具有很大影響，人體內(nèi)鋅離子會與植酸結(jié)合形成絡(luò)合物，影響嬰幼兒對鋅的吸收，進(jìn)而嚴(yán)重影響嬰幼兒的生長發(fā)育。植酸也是影響人體蛋白質(zhì)與鋅等營養(yǎng)物質(zhì)吸收的因素之一[21,22]。因此利用植酸酶或與其他生物酶結(jié)合作用能有效的保留米粉中的營養(yǎng)物質(zhì)，提高營養(yǎng)物質(zhì)的利用率。

谷物中植酸鹽含量高，若在堿性條件下，植酸鹽能夠與谷物中的蛋白質(zhì)相互結(jié)合形成絡(luò)合物，因此，植酸鹽的存在對于嬰幼兒米粉的質(zhì)量會產(chǎn)生不利影響。植酸酶可專一性水解植酸中的磷酯鍵，將磷酸基團(tuán)水解，最終形成無機(jī)磷酸。植酸酶在水解過程中能夠破壞蛋白質(zhì)中的植酸鹽與蛋白質(zhì)的絡(luò)合物，從而提高蛋白質(zhì)的溶解性等理化性質(zhì)[23]。張瑞莉[24]利用植酸酶處理糙米粉與膨化糙米粉，以期達(dá)到蛋白質(zhì)高消化率的效果。近年來，為進(jìn)一步改善蛋白質(zhì)的溶解性，提高緩沖性，國內(nèi)外學(xué)者利用復(fù)合酶對蛋白質(zhì)進(jìn)行改性，如植酸酶，木瓜蛋白酶協(xié)同酶解以提高蛋白質(zhì)功能特性、溶解度，解決植酸與植酸鹽所造成的蛋白質(zhì)吸收率低的技術(shù)瓶頸問題，但目前將植酸酶利用于嬰幼兒米粉研制的研究還幾乎沒有相關(guān)報道。

1.4 纖維素酶的作用及應(yīng)用

纖維素酶能夠?qū)⒐任镏械睦w維素降解形成低分子的還原糖。由于纖維素是由葡萄糖聚合形成的高分子聚合物且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，故需要纖維素的每個組分、結(jié)構(gòu)域共同協(xié)同才能充分降解纖維素[25]。嬰幼兒米粉制作過程中，使用纖維素酶可將大米中細(xì)胞壁溶解，進(jìn)一步水解纖維素與半纖維素，使大分子的纖維素降解形成腸道可吸收的小分子糖類物質(zhì)，經(jīng)纖維素酶酶解后，不僅有利于改善嬰幼兒米粉沖調(diào)性，還能夠提高米粉的營養(yǎng)吸收率[26]。

張亮等[27]利用纖維素酶與中溫α-淀粉酶進(jìn)行處理發(fā)芽糙米粉，結(jié)果表明，經(jīng)處理后的發(fā)芽糙米粉水溶性指數(shù)最高達(dá)81.54%，通過纖維素酶與中溫α-淀粉酶處理后再協(xié)同擠壓膨化技術(shù)所得發(fā)芽糙米粉緩沖性明顯提高。近年來纖維素酶也廣泛應(yīng)用于復(fù)合酶處理食品研究中，在嬰幼兒米粉研究領(lǐng)域，也可嘗試使用纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶等復(fù)配作用于米粉，以期達(dá)到多種酶優(yōu)點的結(jié)合。

2 嬰幼兒米粉加工技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

2.1 超微粉粹技術(shù)

近年來，超微粉碎技術(shù)作為一種新型的非熱處理技術(shù)，在生物制品和食品研發(fā)領(lǐng)域得以廣泛研究與應(yīng)用。研究表明：超微粉碎后，原料具有較好溶解性、分散性和其他功能特性等性能變化[28]。經(jīng)超微粉碎后的米粉，粒徑細(xì)小，容易進(jìn)行酶解與發(fā)酵，總膳食纖維含量與可溶性膳食纖維含量增高、口感明顯改善，且沖調(diào)性增高，更有利于嬰幼兒食用與吸收。Li等[29]研究表明超微粉碎豆渣粉理化及抗氧化性能有明顯改善。王秋[30]通過研究超微雜糧復(fù)合營養(yǎng)粉理化性質(zhì)發(fā)生明顯改善。

超微粉碎技術(shù)能明顯改善淀粉微觀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其理化性質(zhì)與功能特點發(fā)生改變，改善嬰幼兒米粉沖調(diào)性、穩(wěn)定性、吸收率、口感等問題。王立東等[31]通過研究發(fā)現(xiàn)超微粉碎對原料的影響達(dá)分子級別。近年來，氣流式超微粉碎技術(shù)已廣闊應(yīng)用于食品加工行業(yè)，相比傳統(tǒng)的機(jī)械粉碎方式，氣流式超微粉碎能避免局部過熱、粉碎粉體粒徑不均勻等一系列問題[32]，且氣流式超微粉碎技術(shù)為物理粉碎過程，能最大限度的保留大米等谷物原有的活性物質(zhì)與營養(yǎng)成分，產(chǎn)率高且工藝簡單，在嬰幼兒米粉加工行業(yè)具有良好的發(fā)展前景[33,34]。

2.2 擠壓膨化技術(shù)

擠壓膨化技術(shù)是高溫、高壓的短時加工技術(shù)，可同時進(jìn)行膨化、糊化、殺菌等過程[35,36]。擠壓膨化過程可導(dǎo)致淀粉糊化、蛋白質(zhì)變性以及蛋白酶抑制劑等抗?fàn)I養(yǎng)因子的失活，從而提高擠壓膨化后物料的消化率。Njok等[37]將擠壓膨化技術(shù)應(yīng)用于嬰幼兒食品的開發(fā)。擠壓膨化過程高溫進(jìn)行，可達(dá)到滅菌效果，但由于高溫時間短，也可保證物料膨化過程中營養(yǎng)物質(zhì)流失最小化。劉太林等[38]利用培養(yǎng)金蟲草的大米培養(yǎng)基為主要原料進(jìn)行擠壓膨化，對米粉擠壓工藝進(jìn)行了優(yōu)化，確定了最佳加工工藝為物料含水量19%、螺桿轉(zhuǎn)速147 r/min、擠壓溫度160 ℃，在此條件下所得米粉糊化度最好。曹家寶等[39]利用大米、綠豆為主要原料，通過擠壓膨化技術(shù)研究了嬰幼兒膨化米粉的工藝，確定了米粉最佳工藝條件為物料濕度14%、螺桿轉(zhuǎn)速545 r/min、擠壓溫度175 ℃，在此條件下制得的嬰幼兒米粉消化率可達(dá)91.37%，相比市售米粉，消化率得以顯著提高。

由于大部分抗?fàn)I養(yǎng)因子熱敏性高，因此在擠壓膨化高溫高壓下容易失活，從而提高米粉在嬰幼兒體內(nèi)消化率。由于擠壓膨化過程中高溫高壓的條件，容易使多數(shù)酶失活，且單純的擠壓膨化技術(shù)生產(chǎn)的米粉具有沖調(diào)性差，沖調(diào)黏度高等缺點[40]。近年來篩選耐高溫淀粉酶等其他水解酶與擠壓膨化技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于食品加工行業(yè)的研究較廣。趙志浩等[40]等通過預(yù)酶解與擠壓膨化相結(jié)合處理全谷物糙米粉，使粉體水溶性指數(shù)、吸水性指數(shù)等物化性質(zhì)出現(xiàn)明顯改善。Mya等[41]通過高溫α-淀粉酶與擠壓膨化結(jié)合膨化玉米淀粉，使其水溶性明顯升高。

2.3 噴霧干燥技術(shù)

噴霧干燥是通過機(jī)械作用，將需干燥的物料分散成為霧狀微粒與熱空氣接觸，在瞬間將大部分水分除去，使物料中的固體物質(zhì)干燥成粉末的加工技術(shù)。噴霧干燥作為一種干燥速率高、干燥條件易控的干燥技術(shù)，在食品加工中具有廣泛應(yīng)用。

噴霧干燥在米粉生產(chǎn)中的應(yīng)用是將酶解米漿高壓霧化，物料在熱空氣作用下，物料水分迅速蒸發(fā)后得到均勻粉粒物料干燥成粉，冷卻、包裝過程均在密閉環(huán)境中完成，可以控制產(chǎn)品的微生物指標(biāo)，質(zhì)量安全。胡居吾等[42]利用噴霧干燥法改善嬰兒米粉的溶解性。吳陽等[43]通過對噴霧干燥工藝參數(shù)的優(yōu)化，研究了進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料流量、進(jìn)料濃度和β-CD添加量四個因素分別對米粉工藝集粉率和水分含量的影響，改善了米粉的分散性、沖調(diào)性。雖然噴霧干燥塔內(nèi)溫度較高，但其受熱面積大、干燥速度快、物料受熱均勻，可以克服滾筒干燥和擠壓膨化物料與加熱金屬件直接接觸，受熱時間長，局部溫度過高，受熱不均的缺點，極大改善了米粉溶解力和復(fù)水力，且物料本身不承受高溫，可以有效避免米漿中熱敏物質(zhì)的失活。噴霧干燥法得到的米粉粒度小而均勻物料不需再粉碎，其能耗、人工費用也低于滾筒干燥，是高端嬰幼兒米粉產(chǎn)品的優(yōu)選干燥方法。噴霧干燥雖然有粉體復(fù)水率高、干燥速率快等特點，但其占地面積大、設(shè)備較貴，目前主要應(yīng)用在乳制品加工，在米粉加工中應(yīng)用較少。

2.4 滾筒干燥

滾筒干燥法是將預(yù)處理后的米漿混合物涂抹或噴灑在加熱滾筒表面，通過滾筒的不斷旋轉(zhuǎn)加熱，最終熟化并得以干燥的技術(shù)。齊希光等[44]以水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)為研究指標(biāo)，考量了滾筒溫度和滾筒轉(zhuǎn)速對米粉品質(zhì)的影響。胡秀娟等[45]結(jié)合感官評價和復(fù)水率為綜合指標(biāo)，對滾筒干燥制備發(fā)芽糙米速食粉進(jìn)行了研究，得到的糙米粉具有良好的沉淀性，分散性和速調(diào)性。王青云等[46]在單因素實驗的基礎(chǔ)上，以滾筒蒸汽壓力、滾筒轉(zhuǎn)速和料膜厚度為三個主要因素，以成膜率、色澤和水分含量為響應(yīng)值，采用響應(yīng)面法設(shè)計優(yōu)化滾筒干燥加工米粉的工藝參數(shù)。

滾筒干燥加工技術(shù)具有具有成本較低、可連續(xù)作業(yè)、熱效率高，干燥速率高米粉糊化度高等優(yōu)點，得到的產(chǎn)品復(fù)水性好，淀粉熟化程度高不易老化。但由于滾筒干燥是通過物料與熱滾筒直接接觸進(jìn)行干燥，會造成物料受熱不均部分與滾筒直接接觸的物料會焦化使得嬰兒食用后上火，這也是滾筒干燥應(yīng)用亟待解決的關(guān)鍵問題。

近年來，應(yīng)用于嬰幼兒米粉加工行業(yè)的高端技術(shù)不斷擴(kuò)展，機(jī)械加工技術(shù)與酶解技術(shù)的結(jié)合也不斷興起，將生物酶解技術(shù)與機(jī)械加工技術(shù)的優(yōu)點結(jié)合，物理與生化處理結(jié)合以期解決米粉沖調(diào)性差、吸收率低、滋味差等關(guān)鍵技術(shù)性問題。

3 嬰幼兒米粉品質(zhì)評價的體系發(fā)展

3.1 智能電子感官評價體系

智能電子感官評價體系包含多種電子感官設(shè)備，能夠?qū)a(chǎn)品的滋味、風(fēng)味、咀嚼性等感官品質(zhì)進(jìn)行數(shù)字化表征，相較于傳統(tǒng)的感官分析方法，智能電子感官設(shè)備具有操作方便、檢測時間短、重復(fù)性好、檢測結(jié)果客觀等優(yōu)勢，對傳統(tǒng)感官評價起到科學(xué)化、數(shù)據(jù)化的輔助作用，越來越廣泛地應(yīng)用到食品的生產(chǎn)和開發(fā)過程中。其中電子舌與電子鼻作為代表性的智能感官分析技術(shù)在食品行業(yè)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用。

電子舌技術(shù)是通過利用多傳感陣列感測液體樣品的特征，將相應(yīng)信號通過信號模式識別處理對樣品進(jìn)行定性與定量的分析[47-49]。電子鼻技術(shù)是通過模擬生物的嗅覺系統(tǒng)將氣味活化分子轉(zhuǎn)變產(chǎn)生電信號，將此電信號傳入計算機(jī)系統(tǒng)，再利用多元數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行分析的方法[50]。通過電子鼻、電子舌與其他技術(shù)結(jié)合進(jìn)行測定可以更好的進(jìn)行感官評價。王璽等[51]利用電子舌、電子鼻與質(zhì)構(gòu)儀對紅曲工程米的感官指標(biāo)進(jìn)行了測定，確定了最優(yōu)紅曲米粉添加量的工程米。蔣立文等[52]利用HS-SPME/GC-MS結(jié)合電子鼻、電子舌對毛霉型豆豉發(fā)酵過程中風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行了研究。彭金月等[53]利用電子舌與人工感官評價結(jié)合的方法對中國三大干腌火腿風(fēng)味特性進(jìn)行了分析。

在嬰幼兒米粉研制過程中，由于嬰幼兒無法正確表達(dá)對米粉產(chǎn)品的喜好偏向，故此無法讓嬰兒進(jìn)行感官評價，利用電子舌、電子鼻結(jié)合其他技術(shù)的智能感官分析系統(tǒng)替代嬰兒來分析其對米粉口感的偏好，但目前電子舌與電子鼻技術(shù)在嬰幼兒米粉方面的應(yīng)用，幾乎沒有相關(guān)報道，相關(guān)應(yīng)用還需進(jìn)一步研究。

3.2 模糊數(shù)學(xué)感官評價體系

模糊數(shù)學(xué)感官綜合評價法是通過模糊數(shù)學(xué)評價和分析對無法明確評價的食物進(jìn)行邏輯思維系統(tǒng)分析從而進(jìn)行評判的方法，此法通過建立模糊數(shù)學(xué)感官評價體系進(jìn)行分析，即選擇好，較好，一般，較差，差的評判標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定各個評判等級所占比例分值作為評判矩陣，根據(jù)評價小組成員對所選評價因素權(quán)重進(jìn)行打分確定權(quán)重集，將權(quán)重與評判矩陣進(jìn)行模糊變換，最終得出評價結(jié)果。通過對食品各個影響因素進(jìn)行評價，可大幅度的降低傳統(tǒng)評價過程中人為的主觀誤差，可應(yīng)用于食品研究過程中不同的評價數(shù)字處理。模糊數(shù)學(xué)評價法已廣泛應(yīng)用于健康食品研發(fā)、食品評價建立[54]、工作質(zhì)量評價[55]等多項研究領(lǐng)域。

由于嬰幼兒食品安全性與可靠性要求嚴(yán)格，故需要測定與評價的指標(biāo)較多，參考模糊數(shù)學(xué)感官評價體系建立嬰幼兒米粉感官評價方法，可通過建立評定集為嬰幼兒米粉氣味、色澤、滋味口感、組織狀態(tài)，與評價等級集進(jìn)行綜合計算，可綜合性的得到各個評價指標(biāo)均良好的嬰幼兒米粉，可從各方面綜合考慮，確定緩沖性、滋味、色澤等各個狀態(tài)均良好的產(chǎn)品。

4 展望

嬰幼兒早期飲食行為對其成長后期的飲食模式有著顯著影響，優(yōu)質(zhì)的米粉既有利于嬰幼兒健康發(fā)育，又有利于良好飲食模式的形成。為解決目前嬰幼兒米粉存在的營養(yǎng)物質(zhì)吸收率低、沖調(diào)性與適口性差等問題，今后嬰幼兒米粉研究可能有以下趨勢：生物酶解米粉前，利用全物理技術(shù)先對蛋白進(jìn)行改性，以提高酶解效率；或利用生物酶解技術(shù)開發(fā)多種酶復(fù)合作用的米粉；或篩選培育在專一水解方面更高效的酶類應(yīng)用于嬰幼兒米粉研制；將生物酶解技術(shù)與物理加工技術(shù)相結(jié)合，篩選適與物理加工過程結(jié)合生產(chǎn)米粉的特異性酶；米粉進(jìn)行擠壓膨化過程中注重作用機(jī)理的研究，淀粉與蛋白互作研究等；利用新型感官評價方法與智能體外模擬技術(shù)相結(jié)合，研制適合嬰幼兒營養(yǎng)需求與口味偏向性的米粉；通過米粉與肉類、蔬菜類營養(yǎng)粉復(fù)配形成動植物蛋白、動植物礦物質(zhì)等均衡營養(yǎng)互補的嬰幼兒米粉。因此，全物理加工技術(shù)、生物酶解技術(shù)、計算機(jī)智能技術(shù)相結(jié)合的方法，必將成為日后嬰幼兒米粉研究開發(fā)的新動向、新方法。