海水稻米糠餅干生產(chǎn)工藝優(yōu)化及其品質(zhì)特性分析

何靜盈，李海玲，皮彩玉，唐振冬，徐 杰，蘇偉明?，鐘賽意

（廣東海洋大學(xué) 食品科技學(xué)院，廣東省水產(chǎn)品加工與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省海洋生物制品工程實(shí)驗(yàn)室，廣東省海洋食品工程技術(shù)研究中心，廣東省亞熱帶果蔬加工科技創(chuàng)新中心，廣東 湛江 524088）

水稻是世界上最重要的糧食作物之一[1]。隨著全球人口增長(zhǎng)，糧食需求刺激水稻新品種的開(kāi)發(fā)，近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)海水稻能在海岸灘涂地生長(zhǎng)，介于野生稻和栽培稻之間，米粒為紅色，植株高大松散[2]。海水稻可以種植于鹽堿性地區(qū)，是一種鹽堿耐性強(qiáng)的水稻品種[3-4]。海水稻富含獨(dú)特的活性有機(jī)化合物六磷酸肌醇酯（IP6），IP6具有抑制致癌物質(zhì)、清除自由基、免疫調(diào)節(jié)等功效[5]。水稻加工副產(chǎn)物是世界范圍內(nèi)重要的生物質(zhì)資源，海水稻副產(chǎn)物比普通大米副產(chǎn)物含有更多的鈉、鎂和鈣等元素，海水稻殼中鈉的含量約為普通稻殼的30倍，且其鉀的含量也較低，從而增加熱穩(wěn)定性[6]。

米糠是谷物精制過(guò)程中產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物，主要由糊粉層、種皮和胚芽組成，含有稻米中64%的營(yíng)養(yǎng)成分[7]。劉雪瀾等研究發(fā)現(xiàn)擠壓穩(wěn)定化米糠添加量對(duì)餅干色澤、口感影響較大，對(duì)形態(tài)、氣味影響較小[8]。李佳梅等研究發(fā)現(xiàn)發(fā)酵脫脂米糠添加量為10%、淀粉添加量為5%、烘焙溫度240 ℃時(shí)感官品質(zhì)最佳[9]。近年來(lái)，國(guó)際上開(kāi)發(fā)了許多以水稻米米糠為原料的高附加值保健食品與化妝品。我國(guó)水稻米米糠年產(chǎn)量超過(guò)1 000萬(wàn)t[10]，但大部分卻僅用于做動(dòng)物飼料，造成了極大的資源浪費(fèi)。迄今為止，研究人員對(duì)于米糠的研究也僅限于用水稻米糠制備植酸鈣、肌醇等[11-12]，對(duì)于海紅米米糠的深加工利用較少，因此本實(shí)驗(yàn)旨在研究開(kāi)發(fā)海水稻副產(chǎn)物的精加工產(chǎn)品，探討其最佳生產(chǎn)工藝，提高海紅米米糠的深加工利用價(jià)值。餅干是以小麥粉為主要原料，加入糖、油脂等原料烘烤而成的休閑食品[13]，本研究將海水稻副產(chǎn)物米糠添加至餅干配方，在傳統(tǒng)餅干工藝配方的前提下，將米糠加入到餅干之中，在增添特殊口感風(fēng)味的同時(shí)提高餅干的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[14]。米糠富含膳食纖維，鑒于其治療潛力，其添加有助于開(kāi)發(fā)目前需求量很大的功能性食品。本研究以期開(kāi)發(fā)一種新型品種餅干，提高海水稻的綜合利用，同時(shí)為海水稻副產(chǎn)物米糠的開(kāi)發(fā)利用做參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

米糠為廣東省湛江市遂溪產(chǎn)耐鹽堿海水稻的加工副產(chǎn)物，2020年收獲后常溫真空貯藏，采用新鮮無(wú)變質(zhì)米糠制作餅干。新良澄面小麥淀粉、甘汁園綿白糖、吉得利玉米淀粉、新良魔堡低筋蛋糕粉和黃油粉（均為食品級(jí)）：廣東省湛江市昌大昌購(gòu)物廣場(chǎng)。

1.2 儀器與設(shè)備

質(zhì)構(gòu)儀（TA.XT plusC）：英國(guó)TA公司；電子鼻（PEN3）：德國(guó)AIRSENS公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海博訊公司；超微粉碎（ZKY-303CS）：北京中科浩宇公司；電烤爐（SM-503）：廣州市深華生物技術(shù)有限公司；

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 餅干制備的工藝流程

原料預(yù)處理→稱(chēng)量→調(diào)粉→攪拌塑性→成型→烘烤（上下火170 ℃，16 min）→冷卻→待測(cè)成品

1.3.2 操作要點(diǎn)

1）米糠粉的制備：將原料米糠去除雜物后，放于鼓風(fēng)干燥箱中80 ℃干燥6 h，烘干后的米糠用超微粉碎機(jī)磨成粉體，過(guò)80目篩。2）黃油的處理。稱(chēng)取一定量的黃油，于室溫軟化至可用勺子輕輕按動(dòng)變形；用打蛋器將黃油打發(fā)至泛白的羽毛狀，加入糖粉和雞蛋繼續(xù)攪打至糖完全溶解，成為一混合均勻體系。3）調(diào)制油面漿。將面粉過(guò)篩以一定的比例混合均勻，加入打發(fā)好的黃油、雞蛋中，順時(shí)針小心攪拌均勻。4）成型。把調(diào)制好的油面漿裝入擠壓槍中（不要超過(guò)2/3），擠壓到烤盤(pán)里，注意擠出的餅胚大小要差不多，行間距適當(dāng)。5）焙烤。提前將烤箱預(yù)熱，將曲奇放入烤箱，上下火170 ℃左右，焙烤時(shí)間16 min，熟透后出爐，自然冷卻。

1.3.3 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

參考孫哲[15]等的配方，以面粉的全部重量為基準(zhǔn)100%（60 g低筋面粉+22.5 g粟粉+12.5 g澄面），以63.15%低筋面粉、23.68%粟粉、13.16%澄面、5.26%米糠、63.15%黃油、26.32%雞蛋、31.58%白砂糖為基礎(chǔ)配方，確定焙烤溫度為170 ℃和焙烤時(shí)間為16 min。在基礎(chǔ)配方上進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)改變米糠粉、黃油和細(xì)砂糖添加量，以感官評(píng)分來(lái)確定海水稻米糠餅干的最佳工藝參數(shù)。研究米糠添加量（0%、5.26%、10.53%、15.79%、21.05%）、黃油添加量（42.11%、52.63%、63.16%、73.68%、84.21%）、細(xì)砂糖添加量（10.53%、21.05%、31.58%、42.11%、52.63%）對(duì)米糠餅干感官評(píng)分的影響。每組單因素進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)3次。

1.3.4 響應(yīng)面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理[16]，選取米糠添加量（A）、黃油添加量（B）、細(xì)砂糖添加量（C）3個(gè)因素為自變量進(jìn)行3因素3水平的響應(yīng)面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以感官評(píng)分（Y）為響應(yīng)值，使用Design Expert 10.0.7軟件進(jìn)行模型擬合，采用最佳工藝條件制作感官評(píng)分較高的米糠餅干。響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平表如表1所示，以–1，0，+1進(jìn)行編碼。

表1 實(shí)驗(yàn)因素與水平表Table 1 Test factors and levels

1.3.5 感官評(píng)價(jià)

根據(jù)GB/T 20980—2007《餅干》中酥性餅干的感官指標(biāo)[17]，對(duì)海水稻餅干形態(tài)、色澤、香味，口感和組織進(jìn)行測(cè)評(píng)，12名食品專(zhuān)業(yè)同學(xué)對(duì)米糠餅干進(jìn)行感官評(píng)定，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為12人的平均值，餅干的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示[18]。

表2 餅干感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與細(xì)則表Table 2 Biscuits sensory scoring standards and rules

1.3.6 質(zhì)構(gòu)分析

采用三點(diǎn)彎曲檢測(cè)裝置探頭HDP/3PB進(jìn)行餅干的彎曲實(shí)驗(yàn)[19]，將餅干放在探頭正下方，餅干與探頭保存20 mm距離，每組進(jìn)行15次平行實(shí)驗(yàn)，取平均值[20]，測(cè)試餅干的硬度及脆性。質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定參數(shù)為：測(cè)前速度為2.5 mm/s，測(cè)時(shí)速度為2.0 mm/s，測(cè)后速度為10.0 mm/s，目標(biāo)模式為15 mm，觸發(fā)力為20 g，數(shù)據(jù)采集速率為500 pps。

1.3.7 電子鼻系統(tǒng)分析

電子鼻是由傳感器模擬人的感官嗅覺(jué)對(duì)樣品揮發(fā)物進(jìn)行感知、分析和判斷，并最終由模式識(shí)別子系統(tǒng)對(duì)信號(hào)處理的結(jié)果做出判斷[21]。使用PEN3電子鼻檢測(cè)不同米糠添加量的樣品，米糠添加量（0%、5.26%、10.53%、15.79%、21.05%）、黃油添加量63.16%、細(xì)砂糖添加量21.05%，5組樣品組樣品分別稱(chēng)量20 g于洗凈烘干的頂空瓶中，常溫下密封靜置30 min后氣體飽和穩(wěn)定進(jìn)行電子鼻數(shù)據(jù)檢測(cè)。每組每次檢測(cè)之前都對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，處理時(shí)間為60 s，檢測(cè)時(shí)間60 s，每組數(shù)據(jù)均取55 s的信號(hào)作為分析點(diǎn)，每個(gè)樣品平行測(cè)定3次。每隔1天對(duì)樣品檢測(cè)1次，平行檢測(cè)5天。

表3 傳感器性能描述Table 3 Sensor performance description

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)均測(cè)定三次，取平均值。使用Design Expert 10.0.7軟件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)，origin 2021作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

米糠添加量對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響如圖1-a所示，米糠的添加量小于10.52%，對(duì)餅干感官評(píng)分無(wú)顯著影響，隨著米糠添加量大于10.53%時(shí)，餅干的感官評(píng)價(jià)降低且有顯著性差異（P＜0.05）。米糠粉的添加量為10.53%時(shí)，海紅米糠餅干的感官品質(zhì)最佳，感官評(píng)分為86分。研究表明，海水稻中2-乙?；?1-吡咯琳含量高達(dá)228 mg/kg，賦予海水稻一種特殊的芋香味[22-23]。當(dāng)米糠占比過(guò)多時(shí)，因?yàn)槊卓肪哂刑厥獾南阌髿馕?，餅干香味十分濃郁；但由于米糠是稻谷的種皮，粗纖維很多，導(dǎo)致餅干口感十分粗糙且質(zhì)地過(guò)硬，顏色加深。當(dāng)降低米糠比重、增多低筋面粉時(shí)，餅干的獨(dú)特香芋風(fēng)味降低、餅干口感厚重、酥脆不足。

黃油添加量對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響如圖1-b所示，當(dāng)黃油的添加量逐漸增大時(shí)，餅干的感官品質(zhì)先升高后降低。黃油添加量為63.16%時(shí)，餅干的感官評(píng)分最高且有顯著性差異，為83分。當(dāng)黃油含量過(guò)少時(shí)，餅干色澤呈深褐色，光澤較淡且無(wú)海紅米特殊香氣；當(dāng)黃油含量過(guò)多時(shí)，餅干色澤呈金黃色，但奶香味過(guò)濃、掩蓋住了海紅米糠的特殊風(fēng)味。

圖1 米糠、黃油、細(xì)砂糖添加量對(duì)餅干風(fēng)味品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of seawater rice husk bran, butter and sugar addition on biscuit quality

細(xì)砂糖添加量對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響如圖1-c所示，當(dāng)細(xì)砂糖的添加量不斷增大時(shí)，餅干的感官品質(zhì)先升高后降低。細(xì)砂糖添加量為21.05%時(shí)，餅干的感官評(píng)分最高，為81分。當(dāng)細(xì)砂糖的添加量過(guò)高時(shí)，由于烘烤過(guò)程中的焦糖化作用和美拉德反應(yīng)，餅干會(huì)因此變成棕褐色導(dǎo)致視覺(jué)效果極低；當(dāng)細(xì)砂糖添加量＜21.05%時(shí)，餅干口感偏淡且不松脆。

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.2.1 配模型建立與回歸分析結(jié)果

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用Design-expert軟件對(duì)其響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表4，共17組實(shí)驗(yàn)方案，其中12組析因?qū)嶒?yàn)組及5組中心實(shí)驗(yàn)組?？疾旌Ｋ久卓罚ˋ）、黃油（B）、細(xì)砂糖（C）等3因素的添加量對(duì)餅干的感官評(píng)價(jià)影響，利用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及回歸擬合后，其回歸方程為：

表4 響應(yīng)面設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 4 Response surface design and results

2.2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方差分析

海水稻米糠餅干響應(yīng)面法優(yōu)化回歸方差分析結(jié)果見(jiàn)表5，該模型P＜0.000 1，表明實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆O顯著，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。同時(shí)，失擬項(xiàng)P=0.324 5＞0.05，結(jié)果不顯著，說(shuō)明該模型與實(shí)際擬合程度較高，采用該響應(yīng)面優(yōu)化來(lái)預(yù)測(cè)海水稻米糠餅干的最佳工藝參數(shù)是可行的；且矯正決定系數(shù)=0.995 3，變異系數(shù)CV =0.85%，進(jìn)一步說(shuō)明模型可靠性[24]。根據(jù)各影響因素的均方值，可知各因素對(duì)感官評(píng)分的影響大小為：細(xì)砂糖添加量＞黃油添加量＞米糠添加量，且細(xì)砂糖添加量的均方值遠(yuǎn)大于其他兩因素，所以細(xì)砂糖添加量可以較大影響米糠餅干的感官評(píng)分。黃油添加量一次項(xiàng)（B）及二次項(xiàng)（B2）、細(xì)砂糖添加量一次項(xiàng)（C）及二次項(xiàng)（C2）、米糠添加量和黃油添加量交互項(xiàng)（AB）、黃油添加量和細(xì)砂糖添加量交互項(xiàng)（BC）、米糠添加量二次項(xiàng)（A2）對(duì)米糠餅干的感官評(píng)分均有極顯著影響（P＜ 0.01）。

表5 回歸方程方差分析Table 5 Regression equation analysis of variance

2.2.3 感官評(píng)分響應(yīng)面分析

根據(jù)Design Expert軟件對(duì)回歸方程的分析，可得到兩因素間相互作用的模型響應(yīng)面3D曲面圖，如圖2所示，根據(jù)曲面圖及其映射的等高線(xiàn)圖可以直觀(guān)的分析出各因素交互作用對(duì)米糠餅干感官評(píng)分影響[25]。由圖2（a）可看出，米糠添加量（A）和黃油添加量（B）的相互作用對(duì)米糠餅干的感官評(píng)分影響顯著（P＜0.05），當(dāng)固定其中一個(gè)因素時(shí)，另一個(gè)因素對(duì)感官評(píng)分的影響均為先增加后下降的趨勢(shì)，感官評(píng)分可達(dá)到最大值，其投影點(diǎn)位于等高線(xiàn)圖的中心，且映射等高線(xiàn)圖呈現(xiàn)橢圓形，也說(shuō)明米糠添加量（A）和黃油添加量（B）的交互作用明顯。由圖2（b、c）曲面圖及等高線(xiàn)圖可知，米糠添加量和細(xì)砂糖添加量、黃油添加量和細(xì)砂糖添加量均顯示不明顯的交互作用。

圖2 兩因素的交互作用的響應(yīng)面Fig.2 Response surface plots of variable parameters

2.2.4 配方優(yōu)化響應(yīng)面結(jié)果

根據(jù)響應(yīng)面模型預(yù)測(cè)得到的米糠餅干制備的最佳工藝條件為：米糠添加量10.53%、黃油添加量59.38%、細(xì)砂糖添加量31.12%，在此條件下得到的感官評(píng)分預(yù)測(cè)值為91.14分。在此預(yù)測(cè)條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定三次平行，所得的感官評(píng)分為（89.45±2.74）分，與預(yù)測(cè)值相差在±2%以?xún)?nèi)，表明響應(yīng)面模型預(yù)測(cè)得到的最佳工藝條件準(zhǔn)確可靠。

2.3 質(zhì)構(gòu)分析

通過(guò)質(zhì)構(gòu)對(duì)比米糠添加量，得出圖3。當(dāng)米糠的添加量增大時(shí)，米糠餅干的脆性、韌性和硬度呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。米糠添加量為10.53%和15.79%的餅干硬度高于其他三組（P＜0.05），10.53%米糠餅干脆度最高，米糠添加對(duì)餅干韌性無(wú)顯著影響（P＞0.05）。當(dāng)米糠添加量為10.53%時(shí)，硬度和脆性最適。增大米糠的添加量，餅干的結(jié)構(gòu)變得粗糙，從而增大了硬度；當(dāng)米糠添加量增大到一定限度時(shí)，米糠良好的吸水性與持水性會(huì)導(dǎo)致餅干水分增加，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得柔軟，從而降低了餅干硬度[26]。

圖3 米糠添加量對(duì)質(zhì)構(gòu)的影響Fig.3 Effect of seawater rice husk bran on biscuit texture

2.4 電子鼻分析

2.4.1 電子鼻傳感器響應(yīng)分析

雷達(dá)圖被廣泛應(yīng)用于電子鼻分析研究中，能夠揭示傳感器陣列對(duì)不同樣本信號(hào)響應(yīng)強(qiáng)度的總體和個(gè)體差異。每組樣品選取穩(wěn)定后的第55 s處的電子鼻響應(yīng)值進(jìn)行雷達(dá)圖分析[27]。圖4是電子鼻的10個(gè)傳感器對(duì)不同米糠添加量的響應(yīng)值，響應(yīng)值越大說(shuō)明傳感器對(duì)應(yīng)成分含量越多。

圖4a雷達(dá)圖可以直觀(guān)比較電子鼻對(duì)不同餅干樣品的差異，傳感器W5S、W6S和W1W對(duì)不同樣品餅干的響應(yīng)值較大，說(shuō)明米糠餅干的風(fēng)味物質(zhì)含有氮氧化物、氫化合物和有機(jī)硫化物。5個(gè)樣品在W5S、W6S、W1S和W1W傳感器的信號(hào)響應(yīng)值有差異，說(shuō)明這4個(gè)傳感器檢出的揮發(fā)性成分組成相差較大，而5個(gè)樣品在其余6個(gè)傳感器的信號(hào)響應(yīng)值幾乎重疊，說(shuō)明這6個(gè)傳感器檢出的揮發(fā)性成分組成基本相似。米糠添加量0%的餅干的雷達(dá)響應(yīng)圖與其他樣品具有差異，對(duì)比發(fā)現(xiàn)米糠添加量越高，W1W響應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度較高，說(shuō)明添加米糠對(duì)餅干揮發(fā)性風(fēng)味有影響，其中米糠添加量為10.53%和15.79%的響應(yīng)值相似[28]。

圖4 5種餅干的雷達(dá)指紋圖Fig.4 Odor radar fingerprints of 5 species of biscuits

2.4.2 主成分分析（PCA）

圖5為5組樣品的PCA二維圖，第一主成分區(qū)分貢獻(xiàn)率為82.69%，第二主成分區(qū)分貢獻(xiàn)率為11.67%，總貢獻(xiàn)率達(dá)到94.36%，可以充分揭示樣品信息。不同米糠添加量餅干之間不發(fā)生重疊，區(qū)分度明顯，這表明不同餅干產(chǎn)品的風(fēng)味特征之間存在差異，可以通過(guò)電子鼻較好的區(qū)分開(kāi)[29-30]。主成分分析中第一主軸貢獻(xiàn)率最高為米糠添加量10.53%，與其他種類(lèi)距離較遠(yuǎn)，說(shuō)明和其他種類(lèi)相差很大，與電子鼻雷達(dá)指紋圖表達(dá)的信息一致[31]。隨著米糠添加量增大，各樣品在第二主成分上呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，添加量21.05%時(shí)在第二主成分上差異最大。表6為樣品間的區(qū)分度，數(shù)值越接近1說(shuō)明區(qū)分度越大，區(qū)別越明顯，從圖中可以看出樣品間的區(qū)分度數(shù)值都接近于1，表明電子鼻可準(zhǔn)確區(qū)分不同米糠餅干樣品。

圖5 5種餅干樣品的電子鼻PCA二維圖Fig.5 Two-dimensional map of E-nose PCA of 5 species of biscuits

表6 不同餅干香氣成分?jǐn)?shù)據(jù)矩陣表Table 6 Data matrix of different biscuits aroma components

3 結(jié)論

通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化米糠餅干的生產(chǎn)工藝，分別研究黃油添加量、細(xì)砂糖添加量、米糠添加量對(duì)米糠餅干的感官評(píng)分影響，得出各項(xiàng)因素對(duì)米糠餅干的影響大?。杭?xì)砂糖添加量＞黃油添加量＞米糠添加量。通過(guò)電子鼻測(cè)定的雷達(dá)指紋圖和PCA分析，不同米糠添加量的可以揮發(fā)性氣味進(jìn)行區(qū)分，且在米糠添加量為10.53%時(shí)能明顯與其他樣品明顯區(qū)分。通過(guò)質(zhì)構(gòu)分析，米糠添加量為10.53%時(shí)，餅干的硬度和脆度呈最適。確定餅干最佳工藝條件為低筋面粉63.5%、粟粉23.68%、澄面13.16%、雞蛋26.32%、黃油59.38%、細(xì)砂糖31.12%、米糠粉10.53%，焙烤溫度170 ℃，焙烤時(shí)間16 min。此條件下制出的米糠曲奇餅干口感酥脆、色澤均勻呈淺褐色，海紅米香芋味濃郁、營(yíng)養(yǎng)豐富、增加膳食纖維，為探討不同人群適宜的休閑健康食品作進(jìn)一步研究。隨著人們對(duì)營(yíng)養(yǎng)健康需求的增加，加強(qiáng)海水稻米糠的資源化利用，進(jìn)一步探討米糠中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)米糠的高價(jià)值利用。