郭雅卿，賈健輝,2，王緒昆，高 帥，竇博鑫，張 智，張 娜, ，劉 穎,

（1.哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院, 黑龍江哈爾濱 150028；2.牡丹江師范學院生命科學與技術(shù)學院, 黑龍江牡丹江 157011；3.黑龍江省北大荒米業(yè)集團有限公司, 黑龍江哈爾濱 150090）

蓮子是我國的特產(chǎn)經(jīng)濟作物，南北各省均有種植，既可食用又可入藥[1-2]。蓮子作為一種滋補食品，含有多酚、蛋白質(zhì)和多糖等多種功能性物質(zhì)，還具有抗氧化、降血脂、降血糖等功效[3-4]。淀粉在蓮子組成中約占50%，其中直鏈淀粉含量約為42%，是高直鏈淀粉含量的淀粉[5-6]。目前市面上多為干蓮、蓮心、蓮蓉餡料等蓮子制品，但將蓮子淀粉應(yīng)用于生產(chǎn)重組米的相關(guān)研究還較少[7]。稻谷在經(jīng)過碾磨加工時，由于干燥過度、過快等原因會使整米產(chǎn)生裂紋，產(chǎn)生破損后得到碎米[8]。與完整米粒相比，碎米與其含有相似的化學組成與營養(yǎng)成分，但價格僅為普通大米的1/3～1/2，多用作飼料或制造酒、醋、糖醇、淀粉等的原料[9-10]。碎米的不完全利用造成了良好谷物資源的浪費，因此，提高碎米的綜合利用，對提高其利用率及附加值有著重要的作用。

重組米是一種與大米形狀相似，原料多為富含淀粉的材料，經(jīng)過擠壓、干燥后加工而成的顆粒狀產(chǎn)品[11]。原料中的部分成分會在高溫、高壓及高剪切力的條件下發(fā)生不同程度的變化，其結(jié)構(gòu)變化的情況與擠壓條件有關(guān)，如機筒溫度、水分含量、進料速度、螺桿轉(zhuǎn)速等[12-13]。目前關(guān)于重組米的生產(chǎn)工藝研究中，多是以大米和雜糧為原料，而少見以蓮子或蓮子淀粉為原料。何忠源等[14]以雜糧為原料，采用正交試驗方法優(yōu)化重組米的生產(chǎn)工藝，研究機筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速及原料水分對感官品質(zhì)的影響。MORETTI等[15]以大米為原料，添加硫酸亞鐵及焦磷酸鹽，再利用擠壓膨化技術(shù)制備得到營養(yǎng)重組米。將蓮子淀粉與碎米粉按一定比例進行混合后，通過擠壓工藝制成重組米，不僅可以提高碎米的附加值，還增加了對蓮子產(chǎn)品的開發(fā)及利用[16]。

本試驗將蓮子淀粉與碎米粉以不同配比進行混合后再擠壓制備重組米，通過對混合粉的糊化特性和蓮子淀粉重組米的感官品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性及蒸煮損失率等的分析，確定了蓮子淀粉的最佳添加量；利用單因素實驗探究物料含水量、模頭溫度、螺桿轉(zhuǎn)速對蓮子淀粉重組米品質(zhì)的影響，并在此結(jié)果下通過響應(yīng)面試驗得到蓮子淀粉重組米的最佳擠壓條件。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蓮子 湖南梧柏塘生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司；碎米五常市寶鑫水稻種植專業(yè)合作社。

DSE-25雙螺桿擠壓膨化機 德國布拉本德公司；DHP-9162電熱鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司；FW100高速萬能粉碎機 蘇州江東精密儀器有限公司；TX3202L電子天平 日本島津制作所；TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀 上海瑞玢智能科技有限公司；TecMaster instrumen快速粘度分析儀 波通瑞華科學儀器（北京）有限公司；EZ26BS05蘇泊爾蒸鍋 浙江蘇泊爾股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 蓮子淀粉的提取 參考趙蓓蓓[3]的方法并進行修改。將適量去芯蓮子浸泡6 h于3 倍體積的蒸餾水中。過濾后，放入食品級高速粉碎機后倒入3倍體積的蒸餾水進行破碎，漿液過120 目尼龍濾布，將濾液靜置沉淀8 h。將沉淀用蒸餾水沖洗兩次，后用95%乙醇溶液清洗一次，進一步洗除殘留物質(zhì)。最終將其平鋪在托盤中，45 ℃下烘干24 h，磨粉并過100 目篩。

1.2.2 混合粉的制備 將碎米粉過100目篩后與蓮子淀粉混合，按蓮子淀粉比例分別為20%、25%、30%、35%、40%的比例分別與碎米混合，得到不同蓮子淀粉含量的混合粉，備用。

1.2.3 重組米的制備 將蓮子淀粉與碎米粉混合均勻后，利用雙螺桿擠壓膨化機在固定擠壓模具、喂料速度下進行擠壓重組，固定物料含水量30%、模頭溫度90 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速180 r/min，所得到的重組米在45 ℃下烘干后備用。

1.2.4 糊化特性的測定 使用快速黏度分析儀（RVA）對混合粉進行糊化特性的測定，稱取蓮子淀粉-碎米混合粉3.00 g，調(diào)節(jié)水分含量至14%，倒入專用鋁筒內(nèi)，添加25 mL蒸餾水，放置在儀器上測定。所有程序參考GB/T24852-2010標準及文獻執(zhí)行[17]。

1.2.5 感官品質(zhì)評價 蓮子淀粉重組米的感官評價表根據(jù)參考文獻[18]及GB/T 15682-2008 進行制定，評價組由10 名食品專業(yè)的學生組成。將10 g重組米米粒放于瓷盤中，進行米粒的感官評分；再將10 g米粒放于蒸飯鋁鍋內(nèi)，倒入7 mL蒸餾水，在鍋中蒸30 min后，關(guān)火等待10 min后取出，進行米飯的感官評分。

表1 、表2分別為重組米米粒和米飯的感官評分標準。

表1 重組米米粒感官評分標準Table 1 Sensory scoring criteria for reconstituted rice grains

表2 重組米米飯感官評分標準Table 2 Sensory scoring criteria for reconstituted rice

1.2.6 質(zhì)構(gòu)特性的測定 將重組米蒸熟冷卻后，每組樣品每次取3 粒置于質(zhì)構(gòu)儀上進行測定，平行測定9次，分別將兩個最大值和最小值舍棄，最終的指標值為剩余5 次測試數(shù)值的平均值[19]。具體參數(shù)設(shè)置如下：模式為TPA模式；探頭為P/36R；測試前、中、后速度均為2.00 mm/s；形變量：50%；兩次壓縮間隔時間：5.00 s；觸發(fā)力值：5.0 g。

1.2.7 蒸煮損失率的測定 在干燥燒杯中放置3.00 g（m0）蓮子淀粉重組米，倒入50 mL蒸餾水，在100 ℃水浴里蒸煮10 min，將全部米湯轉(zhuǎn)移至另一干燥燒杯（m1）內(nèi)，置于105 ℃烘箱中至燒杯恒重（m2）[9]。計算公式如下：

1.2.8 重組米品質(zhì)評價體系的建立 蓮子淀粉重組米綜合評分由感官評價、質(zhì)構(gòu)特性及蒸煮損失3部分評分構(gòu)成（表3）[20]。具體方法如下：

表3 蒸煮損失評分標準Table 3 Standard of cooking loss score

質(zhì)構(gòu)評分計算方法為：

彈性、黏聚性、咀嚼性與口感呈正相關(guān)，與硬度呈負相關(guān)，評分算法為：

式中：A為各指標平均值與最小值之差；B為各指標最大值與最小值之差。

其中，蒸煮損失評分標準如下：

1.2.9 單因素實驗 在蓮子淀粉添加量為30%的條件下，固定擠壓模具及喂料速度，以物料含水量為40%、螺桿轉(zhuǎn)速為180 r/min、模頭溫度為90 ℃為基礎(chǔ)，相應(yīng)改變各因素的水平：物料含水量設(shè)定為30%、35%、40%、45%、50%；螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定為120、150、180、210、240 r/min；模頭溫度設(shè)定為70、80、90、100、110 ℃，進行單因素實驗。根據(jù)建立的重組米評價體系，分析各組重組米的得分情況，從而得到擠壓重組米較為適宜的物料含水量、螺桿轉(zhuǎn)速和模頭溫度。

1.2.10 響應(yīng)面試驗 利用響應(yīng)曲面的中心組合試驗的設(shè)計原理及單因素實驗結(jié)果，3個因子設(shè)為物料含水量、螺桿轉(zhuǎn)速及模頭溫度，并各取3個水平進行17個試驗點的響應(yīng)面試驗（表4）。由此探究3個因素對重組米評分的影響和各因素間的相關(guān)性。

表4 響應(yīng)面試驗因素和水平Table 4 Factors and level of response surface test

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS19.0、EXCEL軟件進行數(shù)據(jù)處理分析；采用ORINGIN 8.5軟件進行制圖；采用Design Expert 軟件處理響應(yīng)面數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 蓮子淀粉添加量對混合粉糊化特性的影響

表5 為混合粉糊化特性結(jié)果，蓮子淀粉與碎米粉混合后的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、崩解值、回生值等均隨蓮子淀粉添加比例的增大而增大。峰值黏度的上升可能是因為蓮子淀粉中直鏈淀粉含量較高，限制性膨脹且淀粉顆粒較小，更易發(fā)生吸水膨脹，使得混合粉的黏度值上升[21]。回生值反映的是淀粉老化的情況，是淀粉糊中的直鏈淀粉之間進行重新聚合的過程[22]。崩解值代表在糊化過程中淀粉糊的熱穩(wěn)定性及淀粉顆粒的破損程度[23-24]。隨著混合粉中蓮子淀粉添加比例的增大，崩解值與回生值也逐漸增大，因為較高含量的直鏈淀粉會降低淀粉糊的穩(wěn)定性，使其糊化后易發(fā)生老化。因此，混合粉的糊化特性受到蓮子淀粉添加量的影響，較高或較低可能都會影響重組米的感官。

表5 蓮子淀粉添加量對混合粉糊化特性影響Table 5 Effect of lotus seed starch addition on the pasting characteristics of mixed flour

2.2 蓮子淀粉添加量對擠壓重組米感官品質(zhì)的影響

圖1 為蓮子淀粉重組米的感官評分，重組米的感官評分隨著蓮子淀粉添加量的增大而呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，最優(yōu)蓮子淀粉添加量為30%。重組米中添加蓮子淀粉可賦予重組米以蓮子的香氣和滋味。在重組米中添加適當?shù)纳徸拥矸塾兄谔岣呙罪埖目诟泻兔琢５念伾庥^，同時也提高了蓮子淀粉重組米的感官評分。重組米中蓮子淀粉添加量的增大，導致蒸煮后米飯黏性增大，影響了口感，且不易被接受，因此添加量超過30%后，感官評分有所降低。

圖1 蓮子淀粉添加量對重組米感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of lotus seed starch addition on the sensory quality of reconstituted rice

2.3 蓮子淀粉添加量對擠壓重組米質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的影響

蓮子淀粉重組米質(zhì)構(gòu)特性結(jié)果如表6所示。隨著蓮子淀粉添加比例的增大，硬度逐漸增大，彈性、黏聚性、咀嚼性則先增大后減小，在蓮子淀粉添加量為30%時達到峰值。蓮子淀粉和碎米粉在成分含量及結(jié)構(gòu)上有所不同，混合后形成的粉質(zhì)體系不太穩(wěn)定，會影響重組米的質(zhì)構(gòu)[7]。隨著蓮子淀粉添加量的增大，經(jīng)過蒸煮的重組米顆粒性較差且互相粘連。硬度與重組米的口感存在著負相關(guān)性，與彈性、黏聚性、咀嚼性則為正相關(guān)性[25-26]。依據(jù)蓮子淀粉重組米的質(zhì)構(gòu)特性結(jié)果，推斷在蓮子淀粉添加量為30%的條件下擠壓得到的重組米口感最好。

表6 蓮子淀粉添加量對擠壓重組米質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 6 Effect of lotus seed starch addition on the textural properties of extruded reconstituted rice

2.4 蓮子淀粉添加量對擠壓重組米蒸煮損失率的影響

圖2 所示為重組米的蒸煮損失率隨蓮子淀粉添加量變化的結(jié)果。當重組米中蓮子淀粉含量增加時，其蒸煮損失率也在不斷增加。物料中的淀粉經(jīng)過擠壓后開始發(fā)生糊化，結(jié)構(gòu)展開，發(fā)生降解，使得重組米經(jīng)過高溫蒸煮后淀粉更易溶于水。此外，蓮子淀粉和碎米粉混合后的粉質(zhì)體系不穩(wěn)定，導致重組米的蒸煮損失率逐漸上升。

圖2 蓮子淀粉添加量對擠壓重組米蒸煮損失率的影響Fig.2 Effect of lotus seed starch addition on the cooking loss rate of extruded reconstituted rice

綜合混合粉的糊化特性及重組米的感官品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)品質(zhì)、蒸煮損失率的實驗結(jié)果分析可知，當蓮子淀粉添加比例為30%時，加工出的重組米品質(zhì)較好。

2.5 擠壓工藝參數(shù)優(yōu)化

2.5.1 物料含水量對擠壓重組米品質(zhì)的影響 圖3所示為蓮子淀粉重組米的品質(zhì)在不同物料含水量下的結(jié)果。蓮子淀粉重組米的綜合評分隨著物料含水量的增加而先增大后減小，在物料含水量為40%的條件下，綜合評分達到最高。重組米的擠出品質(zhì)受物料含水量的影響，當含水量過低時，使得物料間的摩擦增大，擠出時較為困難且易堵塞?？祝矸酆煌耆a(chǎn)品表面粗糙，形態(tài)不佳；含水量過高時，物料的流動性增強，在機筒內(nèi)滯留時間較短，擠出時阻力降低且樣品不易成型，干燥時間變長，影響品質(zhì)。若要得到品質(zhì)最佳的重組米，物料中需含有適宜的含水量，且降低了物料與筒壁之間的摩擦系數(shù)，達到一定溫度后即可完成糊化。

圖3 物料含水量對擠壓重組米品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of material moisture on the quality of extruded reconstituted rice

2.5.2 螺桿轉(zhuǎn)速對擠壓重組米品質(zhì)的影響 圖4所示為螺桿轉(zhuǎn)速對重組米品質(zhì)的影響結(jié)果。當增大螺桿轉(zhuǎn)速時，蓮子淀粉重組米的綜合評分先增大后減小，綜合評分在螺桿轉(zhuǎn)速為180 r/min時最高。物料在機筒內(nèi)的滯留時間和受剪切力與螺桿轉(zhuǎn)速的大小有關(guān)[27]，當降低螺桿轉(zhuǎn)速時，物料在機筒內(nèi)的滯留時間延長，且作用在物料上的剪切力變小，降低了淀粉的糊化度，影響品質(zhì)。螺桿轉(zhuǎn)速在一定區(qū)間范圍內(nèi)增大時，物料受到的剪切力就越大，模頭處的壓力也越大，提高了淀粉的糊化能力，使得重組米的品質(zhì)接近最佳狀態(tài)。但螺桿轉(zhuǎn)速過高時，縮短了物料在機筒中的滯留時間，不能在筒壁上吸收充足的熱量，淀粉內(nèi)部的水合作用不完全，導致了淀粉的不完全糊化[28]。若繼續(xù)增加螺桿轉(zhuǎn)速，會因為擠出前后存在較大的壓力差使產(chǎn)品發(fā)生膨化，產(chǎn)生氣泡，進而影響重組米的品質(zhì)[29]。

圖4 螺桿轉(zhuǎn)速對擠壓重組米品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of screw speed on the quality of extruded reconstituted rice

2.5.3 模頭溫度對擠壓重組米品質(zhì)的影響 圖5所示為模頭溫度對蓮子淀粉重組米品質(zhì)的影響。蓮子淀粉重組米的綜合評分隨著模頭溫度的升高先增大后減小，綜合評分在模頭溫度為90 ℃時最高。擠壓重組米品質(zhì)對模頭溫度的變化較為敏感。較低的模頭溫度會降低淀粉的糊化度，導致擠出的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)疏松，品質(zhì)及咀嚼性較差，粘性低，蒸煮損失增大[30-31]。高溫條件可以提高淀粉的糊化程度，但在過高溫度下擠壓出的重組米蒸煮時會產(chǎn)生較多的溶出物，發(fā)生粘黏，這是因為高溫能使大分子物質(zhì)降解出可溶性物質(zhì)[32]。同時較高溫度還會使擠出的產(chǎn)品外觀變差，發(fā)生膨化并有氣泡產(chǎn)生，產(chǎn)品表面粗糙。

圖5 模頭溫度對擠壓重組米品質(zhì)的影響Fig.5 Effect of die head temperature on the quality of extruded reconstituted rice

2.5.4 響應(yīng)面試驗優(yōu)化 在單因素實驗的基礎(chǔ)上，以物料含水量（A）、螺桿轉(zhuǎn)速（B）和模頭溫度（C）為影響因素，擠壓重組米的綜合評分為響應(yīng)指標，采用響應(yīng)面法優(yōu)化蓮子淀粉重組米擠壓參數(shù)，其設(shè)計與結(jié)果見表7。

表7 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果Table 7 Response surface test design and results

根據(jù)軟件分析得出相關(guān)回歸系數(shù)的二次回歸方程：

對該模型進行回歸分析，結(jié)果如下表8。

由表8中數(shù)據(jù)可知，回歸模型P＜0.0001（極顯著），失擬項P=0.1092＞0.05（不顯著），說明方案設(shè)計可行，可有效預測回歸方程中相應(yīng)的回歸值。模型回歸系數(shù)R2=0.9912，說明擬合程度較為良好。通過分析得到C（模頭溫度）、AC、A2和C2為極顯著（P＜0.0001），A（物料含水量）為顯著（P＜0.05）。

表8 回歸模型及方差分析Table 8 Regression model and analysis of variance

為進一步了解兩個因素的協(xié)同作用對重組米品質(zhì)的影響，依據(jù)響應(yīng)面曲面分析法，繪制兩個因素間交互影響的響應(yīng)面圖與等高線圖。由圖6可知，當物料含水量及螺桿轉(zhuǎn)速不斷增加時，蓮子淀粉重組米的品質(zhì)先上升后下降，兩個因素之間存在著一定的交互作用，重組米的品質(zhì)變化受物料含水量的影響較明顯。由圖7可知，在螺桿轉(zhuǎn)速一定時，隨著物料含水量的增大及模頭溫度的升高蓮子淀粉重組米的品質(zhì)而增加，到達最高點后下降，且兩個因素存在顯著的交互作用，模頭溫度對重組米品質(zhì)的影響比物料含水量大。由圖8可知，蓮子淀粉重組米的品質(zhì)隨物料含水量的增大及模頭溫度的升高而先上升后下降，且兩個因素雖存在一定的交互作用，但作用并不顯著，模頭溫度對重組米影響較大。

圖6 物料含水量與螺桿轉(zhuǎn)速交互作用對擠壓重組米品質(zhì)影響的響應(yīng)面和等高線Fig.6 Response surface and contours of the effect of interaction between material moisture content and screw speed on the quality of extruded reconstituted rice

圖7 物料含水量與模頭溫度交互作用對擠壓重組米品質(zhì)影響的響應(yīng)面和等高線Fig.7 Response surface and contours of the interaction between material moisture content and die head temperature on the quality of extruded reconstituted rice

圖8 螺桿轉(zhuǎn)速與模頭溫度交互作用對擠壓重組米品質(zhì)影響的響應(yīng)面和等高線Fig.8 Response surface and contours of the interaction between screw speed and die head temperature on the quality of extruded reconstituted rice

響應(yīng)面優(yōu)化出的結(jié)果為：物料含水量39.8%、螺桿轉(zhuǎn)速209.7 r/min、模頭溫度94.4 ℃，所得到的最佳重組米產(chǎn)品綜合評分為69.49分。考慮到實際生產(chǎn)需求，將條件修正為物料含水量40%、螺桿轉(zhuǎn)速210 r/min、模頭溫度95 ℃，該條件下生產(chǎn)的重組米評分為69.13分，與理論值誤差為0.52%，證明該優(yōu)化方案較為合理可行。

3 結(jié)論

隨著蓮子淀粉添加量的增加，混合粉糊化特性中的各參數(shù)值均顯著增加（P＜0.05），蒸煮損失率也隨蓮子淀粉添加量的增加而增加。當蓮子淀粉添加量在30%時，重組米的總感官評分較高，且質(zhì)構(gòu)中的彈性、黏聚性、咀嚼性也達到峰值。綜合考慮，重組米中蓮子淀粉的添加量應(yīng)為30%。以蓮子淀粉重組米的綜合評分為指標，根據(jù)單因素實驗和響應(yīng)面試驗結(jié)果并結(jié)合生產(chǎn)實際得到的最佳工藝條件為：物料含水量40%、螺桿轉(zhuǎn)速210 r/min、模頭溫度95 ℃，在該條件下生產(chǎn)的重組米的綜合評分為69.13 分，與理論值誤差為0.52%，說明該優(yōu)化方案較為合理。