劉學(xué)武，嚴(yán)偉龍，何易雯，張文成

（1.合肥工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，農(nóng)產(chǎn)品生物化工教育部工程研究中心，安徽合肥 230601；2.安徽省徽觀生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司，安徽合肥 230031）

稻谷是全球主要的糧食產(chǎn)物之一[1]，是世界上50%以上人口的主食。以水稻為原料，經(jīng)過(guò)篩選、清洗、浸泡、蒸煮、干燥等加工處理可以制得蒸谷米[2]。在國(guó)際貿(mào)易中，大約有25%的稻谷被加工成蒸谷米[3]。美國(guó)、泰國(guó)及印度等國(guó)是蒸谷米的主要生產(chǎn)國(guó)，巴基斯坦、巴西及德國(guó)等國(guó)是蒸谷米的主要消費(fèi)國(guó)[4]。蒸谷米在國(guó)際市場(chǎng)如此受歡迎的原因是蒸谷米的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、加工品質(zhì)、蒸煮品質(zhì)和貯藏品質(zhì)較普通大米都有所提高[5]。蒸谷米的蒸飯成熟時(shí)間較短[6]，因此復(fù)水性是蒸谷米的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，影響蒸谷米的口感、滋味等感官評(píng)價(jià)。不同的處理方式對(duì)蒸谷米的復(fù)水性有不同程度的影響，試驗(yàn)在蒸谷米加工過(guò)程中采取不同的處理方式，測(cè)定對(duì)應(yīng)條件下的復(fù)水率，進(jìn)行單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 材料與試劑

帶殼稻谷，市售；化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

GB1302型電子精密天平，梅特勒-托利多儀器有限公司產(chǎn)品；G80F23N1P-M8（S0）微波爐，廣州格蘭仕微波爐電器制造有限公司產(chǎn)品；JLGJ4.5型檢驗(yàn)礱谷機(jī)，臺(tái)州市糧儀廠產(chǎn)品；JNMJ3型檢驗(yàn)?zāi)朊讬C(jī)，浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司產(chǎn)品；GSY-2-4型孔電熱恒溫水浴鍋，北京國(guó)華醫(yī)療器械廠產(chǎn)品；HPP600MPa型超高壓處理設(shè)備，包頭科發(fā)高壓科技有限責(zé)任公司產(chǎn)品。

1.3 工藝流程

清洗→浸泡→微波蒸煮→干燥→脫殼→殺菌密封。

1.4 單因素試驗(yàn)

以成品復(fù)水率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考查浸泡時(shí)超高壓壓力 （100，200，300，400，500 MPa）、蒸煮時(shí)檸檬酸添加量（0.4%，0.6%，0.8%，1.0%，1.2%）、蒸煮次數(shù)（1，2，3，4，5次）、微波干燥時(shí)間（2，4，6，8，10 min） 對(duì)成品復(fù)水性的影響。

1.5 響應(yīng)面優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以成品復(fù)水率為響應(yīng)值，以檸檬酸添加量、蒸煮次數(shù)和微波干燥時(shí)間為考查因素，進(jìn)行三因素三水平試驗(yàn)，優(yōu)化加工工藝參數(shù)。

1.6 大米復(fù)水率的檢測(cè)方法

稱取樣品W0置于燒杯中，加入5倍的沸水，立即加蓋，復(fù)水10 min后，吸干樣品表面水分，稱量為W1，進(jìn)行復(fù)水率檢測(cè)。

1.7 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件、Design Expert 8.0.6 Trial軟件進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 超高壓壓力對(duì)復(fù)水性的影響

超高壓壓力-復(fù)水性曲線見(jiàn)圖1。

由圖1可知，超高壓壓力在200 MPa以內(nèi)，隨著超高壓壓力的增大，蒸谷米復(fù)水率不斷降低，主要是由于浸泡時(shí)超高壓壓力存在有2個(gè)作用，分別是促進(jìn)水分進(jìn)入稻谷內(nèi)部和壓迫縫隙孔徑減少，在200 MPa以內(nèi)，孔隙阻力較小，水分在滲透壓和外界壓力的作用下進(jìn)入稻谷內(nèi)部，導(dǎo)致浸泡后稻谷本身水分含量較高[8]，則蒸谷米復(fù)水時(shí)能吸收水分減少，導(dǎo)致復(fù)水率降低。超高壓壓力為200～400 MPa時(shí)，孔隙阻力過(guò)大，浸泡后稻谷水分含量降低，成品蒸谷米復(fù)水時(shí)由于水熱作用孔隙變大，復(fù)水率提高，在400 MPa復(fù)水率達(dá)到最大值。超高壓壓力繼續(xù)加大到500 MPa，稻谷承受壓力過(guò)大，形態(tài)變差，導(dǎo)致稻谷內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，復(fù)水性也隨之降低。由于在實(shí)際生產(chǎn)中，超高壓設(shè)備投資較高，且超高壓的作用不穩(wěn)定，起伏較大，考慮到經(jīng)濟(jì)問(wèn)題和工作效率，故暫不列入響應(yīng)面優(yōu)化考查參數(shù)。

2.1.2 檸檬酸添加量對(duì)復(fù)水性的影響

檸檬酸添加量-復(fù)水率曲線見(jiàn)圖2。

由圖2可知，蒸谷米的復(fù)水性隨著檸檬酸添加量的增加而增加，在添加量為1.0%達(dá)到最大值，復(fù)水率為1.303%。檸檬酸添加量為1.2%時(shí)復(fù)水率有所下降，可能是由于蒸谷米的黏度增大[9]后造成結(jié)塊現(xiàn)象，復(fù)水效果變差。吳亞楠等人[10]研究發(fā)現(xiàn)，糙米粉蒸煮時(shí)加入檸檬酸，糙米粉的結(jié)構(gòu)未發(fā)生顯著的變化，但食味品質(zhì)有所提高?？赡艿脑蚴墙佑|檸檬酸后，成品硬度有所降低，復(fù)水性增強(qiáng)，改善了食用性。

2.1.3 蒸煮次數(shù)對(duì)復(fù)水性的影響

蒸煮次數(shù)-復(fù)水率曲線見(jiàn)圖3。

由圖3可知，隨著蒸煮次數(shù)的增加復(fù)水率先增加后減少，在蒸煮次數(shù)為3次時(shí)復(fù)水性最好。帶殼稻谷進(jìn)行蒸煮時(shí)有稻殼的保護(hù)，熟化速度較慢、程度較弱，一次蒸煮成品回生現(xiàn)象明顯，直鏈淀粉和支鏈淀粉分子重新連接形成結(jié)晶是食品中淀粉回生老化的主要因素[11]，淀粉的吸水能力在老化后變?nèi)酰鋸?fù)水性也隨之降低。因此采用多次微波蒸煮干燥固定蒸谷米內(nèi)分子結(jié)構(gòu)組織和老化回生。但蒸煮次數(shù)超過(guò)3次后，蒸谷米的外觀形態(tài)變差，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也遭到破壞，復(fù)水性隨之降低。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)重復(fù)蒸煮3次蒸煮可達(dá)到最佳效果。

2.1.4 微波干燥時(shí)間對(duì)復(fù)水性影響

微波干燥時(shí)間-復(fù)水率曲線見(jiàn)圖4。

由圖4可知，微波干燥時(shí)間在6 min以內(nèi)，隨著微波干燥時(shí)間的增加，蒸谷米的復(fù)水性提高，在微波干燥時(shí)間為6 min時(shí)，復(fù)水率達(dá)到最大值1.307，在6 min內(nèi)隨著微波干燥時(shí)間的增加，蒸谷米內(nèi)部的水分部分揮發(fā)，蒸谷米的結(jié)構(gòu)緊密程度水平降低，淀粉分子內(nèi)的空隙不斷變大，提高了其復(fù)水率。當(dāng)微波干燥時(shí)間超過(guò)6 min，蒸谷米的復(fù)水性開(kāi)始下降，這可能由于在微波干燥時(shí)間超過(guò)6 min會(huì)對(duì)稻米的內(nèi)部質(zhì)構(gòu)產(chǎn)生損傷，從而使其發(fā)生不可逆的破壞，淀粉發(fā)生變性或者老化，使其吸收水分的能力下降。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面因素與水平

響應(yīng)面因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1，響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 響應(yīng)面因素與水平設(shè)計(jì)

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，中心點(diǎn)重復(fù)4次，響應(yīng)值為成品復(fù)水率。

2.2.2 回歸方程的建立與方差分析

采用Design Expert 8.0.6 Trial軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得到多元回歸方程：

由多元回歸方程可得，影響成品復(fù)水性的因素順序?yàn)?C＞A＞B。

響應(yīng)面模型方差分析見(jiàn)表3。

由表3可知，模型p=0.009 6＜0.050 0，說(shuō)明模型顯著。失擬項(xiàng)F=1.80，p＞0.05，表示未知的因素對(duì)試驗(yàn)影響不顯著。模型的決定系數(shù)R2=0.924 0，R2adj=0.810 0，表示模型有較高的可靠性，可以解釋81.00%的響應(yīng)值變化。因此，該模型適合用于蒸谷米復(fù)水性的分析預(yù)測(cè)。

表3 響應(yīng)面模型方差分析

2.2.3 響應(yīng)面分析

檸檬酸添加量和微波干燥時(shí)間對(duì)成品復(fù)水性影響的響應(yīng)面圖和等高線圖見(jiàn)圖5，檸檬酸添加量和蒸煮次數(shù)對(duì)成品復(fù)水性影響的響應(yīng)面圖和等高線圖見(jiàn)圖6，微波干燥時(shí)間和蒸煮次數(shù)對(duì)成品復(fù)水性影響的響應(yīng)面圖和等高線圖見(jiàn)圖7。

從響應(yīng)面3D圖譜和等高線圖可知，每2個(gè)因素的交互作用對(duì)成品的復(fù)水性均有影響，其中檸檬酸添加量和微波干燥時(shí)間的交互作用對(duì)復(fù)水率影響較大，檸檬酸添加量和蒸煮次數(shù)的交互作用影響次之，蒸煮次數(shù)和微波干燥時(shí)間的交互作用影響最小。

2.2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

通過(guò)Design Expert 8.0.6 Trial軟件分析可得最佳工藝為檸檬酸添加量1.112%，微波干燥時(shí)間6.36 min，蒸煮次數(shù)3次，在此條件下的預(yù)測(cè)復(fù)水率為1.517%。根據(jù)實(shí)際操作情況，將生產(chǎn)的工藝條件調(diào)整為檸檬酸添加量1.1%，微波干燥時(shí)間6.4 min，蒸煮次數(shù)3次，在此條件下，進(jìn)行3組平行試驗(yàn)，所得成品蒸谷米平均復(fù)水率為1.512%。預(yù)測(cè)值和試驗(yàn)值基本相等，表明該優(yōu)化工藝是可靠的。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)蒸谷米加工過(guò)程中的3個(gè)水熱階段的試驗(yàn)，以成品復(fù)水率為指標(biāo)，明顯可得4個(gè)單因素對(duì)蒸谷米的復(fù)水性均有影響。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上運(yùn)用響應(yīng)面法得到回歸方程，進(jìn)行方差分析，可知蒸煮次數(shù)對(duì)成品復(fù)水性影響最大，其次是檸檬酸添加量，微波干燥時(shí)間影響最小。通過(guò)模型優(yōu)化可得較佳工藝參數(shù)為檸檬酸添加量1.1%，微波干燥時(shí)間6.4 min，蒸煮次數(shù)3次，此時(shí)成品復(fù)水率可達(dá)1.512%。