配方均匀设计优化挤压重组大米原料配比研究

胡杰，李德远，乔燕，豁银强（.军事经济学院军需系，湖北武汉4005；.军事经济学院医院，湖北武汉4005；.华中农业大学食品科技学院，湖北武汉40070）

配方均匀设计优化挤压重组大米原料配比研究

胡杰1，李德远1，乔燕2，豁银强3
（1.军事经济学院军需系，湖北武汉430035；2.军事经济学院医院，湖北武汉430035；3.华中农业大学食品科技学院，湖北武汉430070）

以大米粉、小麦粉、燕麦粉为原料，生产挤压重组大米。运用配方均匀设计法得到15种原料配比，分析原料主要营养成分，对各配比所制备的样品进行回生特性分析，同时结合感官评价和直观比较，以确定优化配比。结果表明，优化配比为：大米粉∶小麦粉∶燕麦粉=4.5∶4.5∶1（质量比），该配比所制备的重组大米米饭不易老化回生，感官品质好。研究结果可为以重组大米为原料生产新型自加热米饭提供理论参考。

均匀设计；挤压加工技术；重组大米；原料配比

食品挤压加工技术是一种新型食品加工方法，该技术加工的淀粉类食品不易老化回生，食用品质优良；而且，可用价格低廉的碎米作原料，经济性好［1］。该技术生产的具有天然大米形状的产品称为“人造米”或“重组米”［2］。自加热米饭作为一种快餐食品，适合长期在野外工作的部队、勘探、施工等人员食用，然而，其老化回生和食用品质问题限制了该产业进一步发展［3］。当前，市售自加热米饭多以天然大米为原料，以重组大米为原料生产自热米饭还鲜有报道。本研究以大米粉、小麦粉、燕麦粉为原料，运用配方设计，实现原料配比优化，旨在研发出一种重组大米，为以其作为原料生产不易回生、粗细搭配、营养均衡的新型自加热米饭提供科学参考。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

1.1.1原料与试剂

1.1.1.1原料

大米粉：产自黑龙江五常；小麦粉：湖北襄阳中筋面粉；燕麦粉：河北康希燕麦食品有限公司。

1.1.1.2试剂

硫酸铜、碘化钾、石油醚、冰乙酸、硫代硫酸钠、甲醇、无水乙醇、无水乙酸钠、无水硫酸钠、过氧化氢、甲基红、次甲基蓝等，均为分析纯；直链淀粉标品（纯度98%）、支链淀粉标品（纯度98%）：Sigma公司生产。

1.1.2仪器设备

差示扫描量热仪（DSC，Pyris I型）：美国PE公司；双螺杆挤压机（DSE-25型）：上海精科科技公司；分光光度计（TU-1901型）：北京普析通用仪器有限公司；超细粉碎机（RT-25型）：北京金洋利科技公司；真空冷冻干燥机（LGJ-60）：北京四环科学仪器有限公司。

1.2方法

1.2.1配方均匀设计

均匀设计（Uniform Design）由方开泰和王元两位学者首先提出［4］，当试验因素变化范围较大，需要取较多水平时，该方法可以大幅减少试验次数。本试验利用该方法软件（Uniform Design Version 3.0）对3种原料进行配比设计。原料均无约束条件以避免结论的非普遍性。本试验有3个因素：大米粉、小麦粉和燕麦粉的含量，考察指标为重组大米最大回生度，应用U15*（157），偏差为D=0.136 1。均匀设计配方见表1。

表1 均匀设计配方Table 1　Uniform design formula

1.2.2原料主要成分分析

水分含量测定：参照GB 5009.3-2010《食品安全国家标准食品中水分的测定》；粗蛋白含量测定：参照GB 5009.5-2010《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》；粗脂肪含量测定：参照GB/T 5009.6-2003《食品中脂肪的测定》；总淀粉含量测定：参照GB/T 5009.9-2008《食品中淀粉的测定》；直链淀粉含量测定：参照GB/T 15683-2008/ISO 6647-1：2007《大米直链淀粉含量的测定》。

1.2.3生产工艺流程［5］

原料→粉碎→过筛→复配→搅拌→挤压熟化→成型→造粒→干燥→冷却→成品

1.2.4挤压工艺参数确立

按照预试验确定的优化操作参数：物料最适宜含水量为30%，挤压机3个加热区段温度分别设为60、120、100℃，喂料速度是3 kg/min～4 kg/min，螺杆转速控制在130 r/min左右，原料粒度为80目～100目。分别对均匀设计得到的各配比进行试验。

1.2.5DSC分析［6-10］

取重组大米样品，冷冻干燥48 h后磨碎过80目筛备用，精确称量样品粉末4.0 mg于铝制坩埚中，按照样品与蒸馏水1∶2（质量比）的比例，添加去离子水，加盖后密封，在室温下放置24 h，用DSC进行糊化测试。升温速率10℃/min，温度范围为20℃～130℃。以空坩埚作为参比，载气为氮气，流速为20 mL/min。糊化后的样品冷却后在4℃冰箱中分别存放1、3、5、7、14、21 d，在相同测试条件下进行老化测试。取5次平行测定数据的平均值作为结果。

DSC测定过程中，可得到热焓ΔH等热力学参数。淀粉回生结晶量用回生焓ΔH表示，则回生程度（在时间t时，淀粉结晶量占结晶总量极限值的百分比）V可表示为：

式中：V表示t时的回生程度；ΔH0表示时间为0（完全糊化后）的回生焓；ΔHt表示t时的回生焓；ΔH∞表示回生焓极限值，本试验以室温下储存180 d（4℃冰箱保存21 d相当于室温保存180 d）样品的回生晶体融化热焓表示。

一般情况下，ΔH0=0，则式（1）可表示为：最大回生度/%=［回生焓极限值/糊化热焓］×100（3）

1.2.6感官评价

参照GB/T15682-2008《粮油检验稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》。总分为100，包括气味（20分）、外观结构（20分）、适口性（30分）、滋味（30分），共4个指标。

1.2.7挤压重组大米米饭的制备

各配比重组大米均按每人一份称取10 g米样，取250 mL水淘洗后加1.3倍水，用电饭锅蒸30 min，焖制25 min。

1.2.8数据处理

试验数据处理采用EXCEL 2007及SPSS 17.0。

2　结果与分析

2.1原料成分分析

原料品种选择具有一定代表性，不仅要考虑直链淀粉含量，还要考虑挤压成型要求。例如，糯米几乎不含直链淀粉，因此不易回生，但其黏性大，不利于挤压成型。经过预试验，选择大米粉、小麦粉和燕麦粉作为原料。原料成分检测结果见表2。

表2　原料成分检测结果Table 2　Testing results of the material ingredients

挤压成型过程中，原料蛋白质含量高，则产品结构整齐。蛋白质在高温高压时发生美拉德反应，改善了产品口感风味；脂肪酸含量减少，产品保质期得到延长［11］。由上表可知，大米粉蛋白质含量相对较低，小麦粉蛋白质含量略高，而燕麦粉中蛋白质含量较高，在不影响其它指标时，可考虑多加一些。

由于老化后的淀粉难以重新糊化，因此会降低产品初始糊化度，另一方面，淀粉-脂质复合物的产生，有助于改善产品质构。但脂肪含量过多，挤压时，不利于成型。燕麦粉脂肪含量达到了6.4%（表2），所以添加量不易过多。

直链淀粉和支链淀粉的含量与比例直接影响淀粉类食品老化回生，淀粉类食品中直链淀粉含量越多，则越容易回生［12］。综合考虑，燕麦粉直链淀粉含量最低，但脂肪含量较高，因此添加量不能太大；大米粉直链淀粉含量相对较低，而且脂肪含量最低，可适当多加一些。2.2DSC分析结果

对各配比样品进行糊化和回生DSC分析，结果见表3和图1。

表3　不同配比挤压重组大米糊化与回生热焓Table 3　The starch gelatinization and retrogradation enthalpy of reconstituted rice produced by different material ratio J/g

图1　15种配比样品回生程度随时间变化图Fig.1　The change of starch retrogradation degree vs.time of 15 kinds of samples

由表3可知：随储存时间延长，各配比重组大米样品回生焓均越来越大，表明支链淀粉重结晶含量增加，即长期回生程度逐渐增加。回生焓增加的速度逐渐放缓，前14 d，增加较快，后7 d，增加较缓慢，储存21 d后，基本达到最大值，说明回生基本完成。

由图1可以看出：15种配比样品的回生程度（V= ΔHt/ΔH∞）均随储存时间延长而逐渐增加，曲线整体趋势是越来越平缓，说明在储存初期，回生速度较快，储存中后期，回生速度较慢。相比而言，5号配比样品在各个时相的回生程度均较低，回生较缓慢。

2.3回归方程的建立和显著性检验

15种配比样品最大回生度测定结果见表4。

表4　15种配比样品最大回生度测定结果Table 4　Maximum degree of starch retrogradation of samples produced by 15 kinds of material ratio

利用EXCEL2007软件进行回归分析［13］，得到三元一次回归方程：

对回归方程进行分析，结果见表5。

表5 回归分析结果Table 5　Regression analysis results

由表5可知：样本数N=15，显著性水平α=0.01，F=13.240 42＞F0.01（3，11）=6.22，显著值F=0.000 57＜0.01，即P＜0.01，复相关系数R=0.884 95，复相关系数临界值Rmin=0.793，R＞Rmin，说明方程与试验数据拟合得很好，回归方程具有非常显著的线性关系。

2.4直观分析结果

对所有样品的最大回生度进行直观比较，由表4可知：1、2、3、6号配比最小，4、5号配比次之。根据显著性分析（表4），可知：1、2、3、6号，4、5号，7、12、13、14号，8、9、10、11、15号配比之间均存在显著性差异（P＜0.05），4号与5号配比之间不存在显著性差异（P＞0.05）。

2.5感官评价结果

对各配比样品所蒸煮的米饭进行感官评价，结果见表6。

表6 感官评价得分表Table 6　The results of sensory evaluation

由表6可知：9、10、11、13、15号配比样品所蒸煮的米饭感官评价得分比较低，米饭颜色发暗，黏结成团，米饭结构不完整，黏牙，没有嚼劲；2、3、8、14号配比次之，7、12号配比得分较高，5号配比得分最高。

3　结论

5号配比样品回生较缓慢；1、2、3、6号配比样品的最大回生度相对最低，4、5号配比次之，但2、4、6号配比燕麦粉比例过高，混合后的原料脂肪含量过高，不利于挤压成型；5号配比感官评价分值最高。综合考量，选择5号配比作为优化配比，即大米粉∶小麦粉∶燕麦粉=4.5∶4.5∶1（质量比）。试验表明，该配比所制备的重组大米米饭不易老化回生，感官品质好，营养均衡，经常食用，有助于合理调节膳食营养结构，促进身体健康。研究结论可为以重组大米为原料生产新型自加热米饭提供理论依据。

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Studies on the Optimization of Extrusion Restructuring Rice Material Ratio by Formula Uniform Design Method

HU Jie1，LI De-yuan1，QIAO Yan2，HUO Yin-qiang3
（1.Department of Quartermaster，Military Economic College，Wuhan 430035，Hubei，China；2.Hospital of Military Economic College，Wuhan 430035，Hubei，China；3.College of Food Science and Technology，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，Hubei，China）

Rice power，wheat power and oat power were used as raw materials to produce extrusion restructuring rice.The main nutritional components of three kinds of materials were analyzed，then，using the formula uniform design method to generate 15 kinds of materials ratio.The retrogradation properties of the samples prepared according to the 15 kinds of materials ratio was carryied out，at the same time，combining the sensory evaluation and intuitive analysis，the best material ratio was determined.The results showed that the best material ratio was as follows：rice power∶wheat power∶oat power＝4.5∶4.5∶1（weight ratio）.According to this ratio the reconstituted rice produced by extrusion processing technology was the most difficult to retrograde，and had good sensory quality and balanced nutrition.The study could provide theoretical reference for the production of new kind of self heating rice with reconstituted rice as the raw material.

uniform design；extrusion processing technology；reconstituted rice；material ratio

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.10.020

湖北省科技支撑项目（2015BBA167）

胡杰（1981—），男（汉），讲师，博士，主要从事军用食品研究。

2016-02-19