鮮濕米粉原料加工適應(yīng)性及配米技術(shù)研究

張聰男 薛 薇 馮曉宇 徐志村 王俊仁 陳正行 王 莉 蔣 潔

(江南大學(xué)糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室1，無(wú)錫 214122) (江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院2，南京 210019)

米粉在我國(guó)具有2 300多年的悠久歷史，是以大米為原料，經(jīng)洗米、泡米、碾磨、糊化、成型、老化等工序加工而成的條狀米制品[1]。作為第二大米制品主食，米粉深受大廣大消費(fèi)者的喜愛[2]。長(zhǎng)期以來(lái)，米粉市場(chǎng)需求旺產(chǎn)量大，但其加工業(yè)是弱勢(shì)產(chǎn)業(yè)，作坊式企業(yè)多，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)程度低。與加工不同品種的面制品(如面包、餅干、掛面、饅頭等)，需用不同品種的專用小麥粉一樣，不同品種的米制品生產(chǎn)所需原料的質(zhì)量指標(biāo)也是不同的。米粉品質(zhì)與稻米原料的組分和性質(zhì)密切相關(guān)[3]，秈米是適合加工生產(chǎn)米粉的最佳來(lái)源[4]。但由于我國(guó)秈稻品種較多，而不同品種秈稻的加工特性存在顯著差異，因此并非所有的秈稻都適合加工成米粉。近年來(lái)，隨著人民生活水平不斷改善，優(yōu)質(zhì)粳米在口糧中所占的比例越來(lái)越高, 而食用品質(zhì)不佳、附加值低的早秈稻所占的比重越來(lái)越低[5]。另一方面，我國(guó)早秈稻存在品種退化嚴(yán)重、質(zhì)量不穩(wěn)定、品種更迭頻繁等現(xiàn)象，而大多數(shù)米粉生產(chǎn)廠家僅憑經(jīng)驗(yàn)選擇原料，因此無(wú)法保證生產(chǎn)原料及產(chǎn)品的穩(wěn)定性。原料的專用化已成為制約我國(guó)米粉加工業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。本研究以米粉對(duì)稻米品質(zhì)要求為基準(zhǔn)，篩選適宜米粉加工要求的原糧品種，建立原料的質(zhì)量指標(biāo)體系與加工適宜性評(píng)價(jià)模型。在此基礎(chǔ)上，探究適用于工業(yè)化加工專用原料的配米技術(shù)，對(duì)于保證產(chǎn)品質(zhì)量安全，降低水耗、電耗等，促進(jìn)我國(guó)米粉行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

13種稻米樣品，其中全國(guó)種植面積廣的秈稻12種，米粉企業(yè)加工用稻1種，品種包括：天優(yōu)華占-1、中嘉早17號(hào)、玉針香、川優(yōu)6203、湘早秈42號(hào)、湘晚秈17號(hào)、中早39號(hào)、湘晚秈13號(hào)、黃華占、湘早秈45號(hào)、中浙優(yōu)1號(hào)、天優(yōu)華占-2、華達(dá)昌稻米樣品。

雙螺桿兩段式控溫?cái)D壓機(jī),30B齒盤式鼓風(fēng)萬(wàn)能粉碎機(jī),BSC-250恒溫恒濕箱, TA-XT Plus物性分析儀。

1.2 方法

1.2.1 鮮濕米粉制作工藝

制備鮮濕米粉，采用工業(yè)化廣泛應(yīng)用的榨粉工藝，并通過(guò)前期實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得到以下工藝流程：大米→洗米、泡米→瀝干→半干法粉碎→雙螺桿擠壓→第一次老化→復(fù)蒸→第二次老化→復(fù)水→裝袋、成品

其中，半干法粉碎大米粉含水量為33%～36%；螺桿轉(zhuǎn)速為95 r/min；擠壓糊化溫度為80～100 ℃；擠壓成型溫度為40～60 ℃；老化溫度為50 ℃、濕度為85%，第一次和第二次老化時(shí)間分別為2 、1 h；復(fù)蒸為熱蒸汽蒸15 min；復(fù)水溫度為85～95 ℃，時(shí)間為3～5 min；裝袋規(guī)格為100 g/袋。

1.2.2 質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的測(cè)定

質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的測(cè)定參照郭靜璇等[6]的方法，利用TA-XT2i物性測(cè)試儀測(cè)試米粉質(zhì)構(gòu)品質(zhì)。將米粉蒸煮后挑出，并在600 mL蒸餾水中冷卻10 s，然后瀝干。每次質(zhì)構(gòu)品質(zhì)測(cè)定均用3根米粉，測(cè)定條件：采用全質(zhì)構(gòu)(TPA)模式進(jìn)行測(cè)定，其中探頭選擇P/35，壓縮比50%，觸碰力5 g，測(cè)試速度1 mm/s。

1.2.3 蒸煮品質(zhì)的測(cè)定

參照Wang等[7]的方法并有改動(dòng)。斷條率的測(cè)定：取30根10 cm長(zhǎng)無(wú)機(jī)械損傷的米粉，加入盛有1 L沸水的電煮鍋中加熱蒸煮，根據(jù)最佳蒸煮時(shí)間蒸煮后將米粉撈出，記錄米粉總條數(shù)。

(1)

式中：D為斷條率/%；N為根據(jù)最佳蒸煮時(shí)間煮后米粉的總條數(shù)。

蒸煮損失的測(cè)定：稱取質(zhì)量為M1的米粉，參照測(cè)定斷條率中的方法將米粉蒸煮后撈出，用100 mL蒸餾水反復(fù)淋洗5次，然后將其放入鋁盒內(nèi)，置于105 ℃烘箱干燥至衡重，稱重M2，并計(jì)算米粉蒸煮損失。

(2)

式中：L為蒸煮損失/%；M1為蒸煮前米粉的質(zhì)量/g；M2為根據(jù)最佳蒸煮時(shí)間煮后的米粉質(zhì)量/g；w為米粉含水量/%。

吐漿值的測(cè)定：試樣中任取20 cm長(zhǎng)的完整米粉條20根，在實(shí)驗(yàn)前稱重(m1)，放入盛有1 000 mL沸水的燒杯中煮沸5 min后，取出全部米粉，待水溶液冷卻后，全部倒入1 000 mL容量瓶中定容，搖勻后吸取100 mL溶液移入干燥好的坩堝中稱重(m2)，然后放入(105±2) ℃的鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干至恒重，稱重(m3)。

式中：R1為吐漿值/%；M為樣品的含水量/%。

1.2.4 感官評(píng)分的測(cè)定

參照郭利利等[8]的方法并適當(dāng)修改，選取10名經(jīng)過(guò)感官評(píng)定相關(guān)培訓(xùn)且具有代表的人群組成感官評(píng)定小組。感官特征包括顏色(0～15分)、氣味(0～10分)、組織形狀(0～15分)、硬度(0～20分)、平滑度(0～20分)、彈性(0～20分)，根據(jù)適宜程度分別評(píng)分，這些分?jǐn)?shù)的總和即為感官總評(píng)分。

表1 感官分析標(biāo)準(zhǔn)

1.2.5 稻米理化品質(zhì)的測(cè)定

總淀粉含量的測(cè)定參照GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測(cè)定》。直鏈淀粉含量的測(cè)定參照GB/T 15683—2008《大米直鏈淀粉含量的測(cè)定》。支鏈淀粉含量表示為干基總淀粉含量(g/100 g)-干基直鏈淀粉含量(g/100 g)。直支比表示為直鏈淀粉干基含量(g/100 g)/支鏈淀粉干基含量(g/100 g)。蛋白質(zhì)的測(cè)定參照GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》。粗脂肪的測(cè)定參照GB 5009.6—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測(cè)定》。大米膠稠度的測(cè)定參照GB/T 22294—2008《糧油檢驗(yàn) 大米膠稠度的測(cè)定》。淀粉粒徑的測(cè)定：稱取0.4 g原料粉與20 mL蒸餾水混合，充分振蕩后置于裝有蒸餾水的樣品池中，用超聲波振蕩30 s，使淀粉顆粒分布均勻，當(dāng)遮光率達(dá)到10%～15%時(shí)開始測(cè)定，重復(fù)3次。測(cè)試條件：遮光率：10%～15%；轉(zhuǎn)速：3 000 r/min。

1.2.6 白度的測(cè)定

取13.0 g大米粉用鑰勺將其表面鋪平，放置于白度儀的樣品槽內(nèi)，進(jìn)行讀數(shù)。測(cè)量范圍為0～199，儀器光源為D65標(biāo)準(zhǔn)透明體。

表2 不同品種稻米制作米粉的品質(zhì)

1.2.7 溶解度和膨潤(rùn)力的測(cè)定[9]

取800 mg的干基原料粉(W0)與25 mL蒸餾水在預(yù)先稱重的50 mL離心管中混合均勻，置于25 ℃水浴鍋內(nèi)平衡5 min。將平衡后的樣品在95 ℃水浴鍋中振蕩保溫30 min后冰浴冷卻1 min，再于25 ℃靜置平衡5 min，以3 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心15 min。將上清液轉(zhuǎn)移至鋁盒，在105 ℃烘箱中烘干至恒重(W1)，沉淀物稱重(W2)；按照公式計(jì)算樣品的溶解度S和膨潤(rùn)力SP：

S=W1/W0×100

SP=W2/[W0(100S)]

式中：S為試樣的溶解度/%；SP 為試樣的膨潤(rùn)力/g/100 g；W0為干基原料粉的質(zhì)量/g；W1為離心后上清液恒重后的質(zhì)量/g；W2為離心后去除上清液后沉淀質(zhì)量/g；100為換算系數(shù)。

1.2.8 糊化特性的測(cè)定

參照GB/T 14490—1993《糧油檢驗(yàn) 谷物及淀粉糊化特性測(cè)定 黏度儀法》。

1.2.9 數(shù)據(jù)分析處理

采用SPSS V.21軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用Duncan檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)。使用SPSS V.21軟件計(jì)算參數(shù)之間的Pearson相關(guān)系數(shù)，以及因子分析、聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 米粉品質(zhì)評(píng)價(jià)及聚類分析

不同品種稻米制作的米粉的指標(biāo)特性見表2。稻米品種的加工特對(duì)米粉不同指標(biāo)的影響顯著不同。為全方面綜合評(píng)價(jià)稻米品種的加工適宜性，對(duì)米粉四大關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并賦予權(quán)重系數(shù)，得到米粉的綜合評(píng)分。由表2可知，華達(dá)昌樣品、天優(yōu)華占-1、中嘉早17號(hào)、中早39號(hào)、天優(yōu)華占-2綜合評(píng)分較高，玉針香、湘早秈42號(hào)、湘晚秈17號(hào)、湘晚秈13號(hào)綜合評(píng)分較低。以綜合評(píng)分對(duì)稻米品種進(jìn)行聚類分析，聚類結(jié)果見圖1。華達(dá)昌樣品、天優(yōu)華占-1、中嘉早17號(hào)、中早39號(hào)、天優(yōu)華占-2號(hào)為第一類，玉針香、湘早秈42號(hào)、湘晚秈17號(hào)、湘晚秈13號(hào)為第三類。因此，適合加工米粉的稻米品種有：華達(dá)昌樣品、天優(yōu)華占、中嘉早17號(hào)、中早39號(hào)。

圖1 米粉綜合得分聚類分析樹狀圖

2.2 稻米原料適應(yīng)性評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

對(duì)稻米原料的18個(gè)指標(biāo)進(jìn)行因子分析。由表3可得出，前5個(gè)公因子解釋的累計(jì)方差達(dá)到了93%，保留了原始變量的大部分信息，因此提取的5個(gè)公因子就可以較好地解釋原有變量所包含的信息。因子旋轉(zhuǎn)是一種尋找因子的合理解釋，使新因子能夠反映問題的實(shí)質(zhì)特征的改進(jìn)方法，旋轉(zhuǎn)后每個(gè)公因子上的載荷分配更加清晰，因子載荷使公共因子與變量的相關(guān)系數(shù)，對(duì)一個(gè)變量來(lái)說(shuō)載荷絕對(duì)值越大的因子與它的關(guān)系更為密切，也更能代表這個(gè)量[10, 11]。表4為大米品質(zhì)指標(biāo)旋轉(zhuǎn)后的因子載荷陣，第一公因子主要代表直鏈淀粉含量、直支比、脂肪含量、溶解度、峰值黏度、衰減值、最終黏度、回生值等指標(biāo)；第二公因子主要代表淀粉含量、支鏈淀粉含、彭潤(rùn)力這3個(gè)變量；第三公因子主要代表膠稠度、糊化溫度這2個(gè)變量；第四公因子主要代表蛋白質(zhì)含量、粒徑、白度這3個(gè)變量；第五公因子主要代表谷值黏度、峰值時(shí)間這個(gè)變量。

表3 特征值及方差貢獻(xiàn)率

表4 旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣

表5為每個(gè)大米品質(zhì)指標(biāo)的公因子成分得分系數(shù)矩陣，由此可得最終的因子得分公式：

F1=0.114×淀粉含量+0.218×直鏈淀粉含量+…..+0.103×粒徑+0.016×白度

F2=0.427×淀粉含量+0.029×直鏈淀粉含量+…..+0.085×粒徑-0.072×白度

F3=-0.020×淀粉含量-0.190×直鏈淀粉含量+…..-0.062×粒徑+0.006×白度

F4=0.094×淀粉含量+0.005×直鏈淀粉含量+…..+0.415×粒徑-0.391×白度

F5=-0.036×淀粉含量-0.068×直鏈淀粉含量+…..-0.141×粒徑-0.047×白度

通過(guò)因子分析將稻米品質(zhì)18個(gè)指標(biāo)簡(jiǎn)化為5個(gè)公因子得分公式，每個(gè)公式都主要代表了稻米的一類品質(zhì)信息，有利于對(duì)不同稻米品種的品質(zhì)分析。以不同特征值的方差貢獻(xiàn)率(見表3)為加權(quán)系數(shù)βi，F(xiàn)=β1F1+β2F2+β3F3+…+βkFk

得到綜合評(píng)價(jià)函數(shù)：

F=51.23F1+15.62F2+10.81F3+8.76F4+7.52F5

表5 成分得分系數(shù)矩陣

將大米品質(zhì)指標(biāo)值分別帶入5個(gè)因子得分公式中，即得到每個(gè)品種的5個(gè)因子得分，每個(gè)因子得分代表了不同稻米信息。由表6可知，綜合排名靠前的稻米品種分別為中嘉早17、天優(yōu)華占-1號(hào)、華達(dá)昌樣品、天優(yōu)華占-2號(hào)、中早39號(hào)，與前期分析結(jié)果具有高度的一致性，因此，該模型適用于稻米米粉加工適宜性預(yù)測(cè)，對(duì)企業(yè)選米、選種、育種具有重要意義。

表6 稻米品種因子得分及綜合評(píng)分

2.3 米粉原料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)稻米品種的各類指標(biāo)與米粉綜合評(píng)分進(jìn)行了相關(guān)性分析，經(jīng)分析：淀粉含量、直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量、直支比、脂肪含量、衰減值、最終黏度值、回生值、白度顯著相關(guān)。大量研究表明米粉的品質(zhì)受到原料直鏈淀粉含量、淀粉糊化特性與脂肪含量的顯著影響[12-14]。米粉凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成主要依靠于淀粉的糊化和老化，糊化的淀粉冷卻時(shí)，析出的直鏈淀粉分子鏈間發(fā)生相互作用和有序纏繞，形成穩(wěn)定連續(xù)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)將充分水合溶脹的淀粉顆粒包裹其中，形成米粉的凝膠結(jié)構(gòu)[15, 16]。分別對(duì)適宜加工成米粉的稻米品種的9個(gè)核心指標(biāo)進(jìn)行歸納總結(jié)，見表7。大量研究表明[13, 17-19]：直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)23%～27%時(shí)，制作的米粉品質(zhì)較佳，與本研究結(jié)果一致。通過(guò)這些指標(biāo)可以對(duì)優(yōu)質(zhì)稻米品種進(jìn)行有效篩選，為米粉工業(yè)化生產(chǎn)和加工專用稻米育種工作提供了參考。

表7 優(yōu)質(zhì)米粉稻米原料指標(biāo)范圍

2.4 米粉原料精準(zhǔn)化配米技術(shù)研究

我國(guó)早秈稻存在品種退化嚴(yán)重、質(zhì)量不穩(wěn)定、品種更迭頻繁等現(xiàn)象，而大多數(shù)米粉生產(chǎn)廠家僅憑經(jīng)驗(yàn)選擇原料，因此無(wú)法保證米粉生產(chǎn)原料及加工產(chǎn)品的穩(wěn)定性。結(jié)合表7標(biāo)準(zhǔn)范圍，選取了2種市售秈米進(jìn)行配米并制作米粉，相關(guān)數(shù)據(jù)如表8所示，同時(shí)選取銷量靠前的市售鮮濕米粉產(chǎn)品10種，并選取前2名產(chǎn)品作為對(duì)照組。

由表9可知，評(píng)分較高市售產(chǎn)品的硬度分別為627.67、714.15 g，說(shuō)明消費(fèi)者更加喜愛的硬度范圍在600～700 g。晚秈米、早秈米的直支比分別為0.40、0.46，米粉硬度分別為441.49、727.38 g，直支比越高，米粉硬度越大。晚秈米樣品的直支比不在合適范圍內(nèi)，硬度顯著低于其余樣品組，且由于質(zhì)地過(guò)軟綜合評(píng)分也較低。通過(guò)配米(早∶晚=6∶4)將直鏈淀粉含量和直支比調(diào)整到24.41、0.44，則米粉硬度上升為670.2 g，感官評(píng)分也上升到76.83分，大于市售產(chǎn)品的71.35分和71.72分。綜上所述，配米技術(shù)針對(duì)米粉的特定要求，把理化性質(zhì)(直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量等)不同的稻米依據(jù)特定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)配，保證了原料的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的質(zhì)量。

表8 配米原料及其米粉品質(zhì)

3 結(jié)論

對(duì)我國(guó)種植廣泛的12種秈稻及其米粉加工適宜性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，天優(yōu)華占、中嘉早17號(hào)、中早39號(hào)適合加工鮮濕米粉，而湘晚秈17號(hào)、玉珍香則不適宜。通過(guò)因子分析及相關(guān)性分析，構(gòu)建了米粉原料加工適應(yīng)性評(píng)價(jià)模型，F(xiàn)=51.23F1+15.62F2+10.81F3+8.76F4+7.52F5，經(jīng)驗(yàn)證，模型綜合評(píng)分與制作米粉的評(píng)分具有高度一致性，因此，此模型可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和評(píng)判原料的米粉加工適宜性。相關(guān)性分析表明，淀粉含量、直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量、直支比、脂肪含量、衰減值、最終黏度值、回生值、白度與米粉綜合評(píng)分顯著相關(guān)，由此對(duì)適宜加工米粉的稻米品種的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行歸納總結(jié)，淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在78.5～85.5 g/100 g 、直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在24.3～27.3 g/100 g、支鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在53.5～58.5 g/100 g、直支比在0.44～0.48，脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.72～1.14 g/100 g，通過(guò)這些指標(biāo)可以對(duì)優(yōu)質(zhì)米粉加工稻米品種進(jìn)行篩選。探究配米技術(shù)在米粉加工方面的應(yīng)用，結(jié)果表明：把理化性質(zhì)(直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量等)不同的稻米依據(jù)特定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行精準(zhǔn)化調(diào)配，產(chǎn)品質(zhì)量顯著優(yōu)于市售產(chǎn)品。