不同脱皮设备对青稞米加工碎米率的影响

赵 波 周素梅 王丽丽 张玉红 王姗姗 周闲容 佟立涛

(中国农业科学院农产品加工研究所1，北京 100089)(西藏自治区农牧科学院农产品开发与食品科学研究所2，拉萨 850000)

青棵，又称裸大麦、元麦、米大麦，在植物分类学上属于禾本科大麦属的变种之一。主要分布于青藏高原裸大麦区，包括西藏、青海、甘肃省甘南藏族自治区、四川阿坝、甘孜藏族自治州和云南迪庆藏族自治州[1]。和其他谷物相比，青稞含有较高的葡聚糖含量，范围为2～11 g/100 g，主要存在于青稞糊粉层、亚糊粉层和胚乳细胞壁中[2]，葡聚糖具有降低胆固醇和血糖水平的功能[3]，青稞产品也逐渐被市场广泛接受。

青稞米是青稞经脱皮处理后的产品，可直接蒸煮后食用，青稞米没有糌粑等一些青稞制品粗糙的口感，有特殊的米香味，青稞胚乳还含有较高的葡聚糖，青稞米成为了近些年来越来越受欢迎的一种青稞食品[4]。青稞米不仅具有直接的食用价值，也可用于制作青稞精粉。青稞米加工过程中产生的麸皮含有较高的葡聚糖和膳食纤维，具有很高的营养和经济价值[5]。

青稞脱皮设备是由碾米机改进而来，通过调节碾白室的压力及磨辊和物料的相对速度，对传统碾米机改造使用，普遍存在动力消耗高、温升高等不足，且对青稞籽粒的大小饱满度有较高要求。脱皮过程中容易出现过碾现象，使青稞籽粒两端的部分胚乳混入皮层粉中。青稞在碾白室受到压力和撞击力，在高速运转条件下产生较高的碎米率。青稞脱皮过碾现象导致青稞麸皮中淀粉含量升高，不利于青稞麸皮中功能成分β-葡聚糖的提取和富集[6]。

柔性脱皮是一种新型的脱皮技术，摒弃了以往利用砂辊或铁辊间隙，依靠谷物挤压和出料口调压实现刚性脱皮的加工方式，利用专用弹性合金刀片，在脱皮时会自动调整脱皮间隙和压力，实现了谷物的柔性脱皮，降低了动力消耗和温升。柔性脱皮及集打、剥、揉、筛等多种功能于一体，可同步实现洗麦机、打麦机、刷麦机的功能，使青稞皮层被像刮胡刀一样分层刮下来，不仅降低了籽粒受到的作用力，且提高了剥刮的均匀性。

脱皮过程的碎米发生众多影响因素有关，尽量降低碎米率，是青稞米加工需长期面对的挑战和难题[7]。脱皮过程的碎米发生与原料的种类、爆腰率、脱皮工艺、设备有关，也与原料的含水率有很大的关系[8，9]。

本实验以青稞为原料，对稳定化后的青稞采用逐层剥刮的方式制作青稞米，探索在青稞米加工过程中，柔性剥皮机和碾米机对副产物青稞麸皮中淀粉含量的影响，以及入机水分、脱皮率、灭酶、筛分工序等对青稞米加工过程中碎米率的影响。

1 材料和方法

1.1 实验材料

青稞：芶芒紫青稞，西藏拉萨。

1.2 主要仪器与设备

RCETK柔性脱皮机；TM05C实验用碾米机；DHG-9243BS-Ⅲ型电热恒温鼓风干燥箱；WZZ-2B自动旋光仪；ZQB400-S272蒸箱。

1.3 方法

1.3.1 青稞调质

首先确定调制后的青稞水分含量，根据原料青稞的含水量和公式(1)计算加水量。将原料和水混合均匀后密封，置于室温使水分扩散均匀。

(1)

式中：X为加水量；b为调质后含水量；a为原料含水量；n为调质青稞的质量。

1.3.2 青稞灭酶

将调质后的青稞平铺成0.5 cm的薄层，放入蒸箱，在100 ℃保持1 h。灭酶后青稞放入35 ℃烘箱中，水分降至12%，分装放置4 ℃冰箱保存。

1.3.3 青稞脱皮

取5份质量为m的青稞，调质到不同含水量(12%、14%、16%、18%、20%)，由进料口倒入柔性脱皮机进行脱皮，出料口收集青稞米m1和青稞麸皮m2，称量青稞麸皮的质量，计算脱皮率。通过不断重复循环脱皮，直至达到设定的脱皮率。脱皮率按公式(2)计算：

(2)

取5份质量为m的青稞，调质到不同含水量(12%、14%、16%、18%、20%)，由佐竹碾米机进行碾米，控制碾米时间，直至达到设定的脱皮率，收集青稞米m5和青稞麸皮m6，根据公式(2)计算脱皮率。

1.3.4 碎米率

将达到脱皮率的青稞通过1.5 mm筛网，收集筛上物m3和筛下物m4，按照公式(2)计算碎米率：

(3)

1.3.5 淀粉含量

参照AOAC 996.11方法。

1.3.6 含水量

水分按照GB/T 5009.3 直接干燥法。

1.3.7 数据处理

采用Excel分析软件对测定的数据进行显著性分析和图标制作，各数据重复测定3次取平均值。

2 结果与讨论

2.1 入机水分对两种设备脱皮碎米率的影响

稻谷或糙米加工前加湿调质是碾米的必要工序，碾米时，主要是通过碾磨的方式去除糙米皮层，因此经调质后的皮层硬度降低，能减少碾米能耗和降低碎米率[11，12]。青稞籽粒硬度较大，在水分较低时，皮层与胚乳结合紧密，脱皮难度大。由于皮层和胚乳的膨胀率不同，经过调质处理，一方面降低了皮层与胚乳的结合力，另一方面增加了皮层的摩擦系数，因此调质可以降低青稞在脱皮设备中停留的时间，增加脱皮效率[13]。

由图1可见，入机水分对碎米率的影响较大，随着水分的升高，两种脱皮设备的碎米率均呈现先降低后升高的趋势，在入机水分为16%时，2种脱皮设备碎米率均达到最低值；在相同的入机水分条件下，碾米机和柔性脱皮机的碎米率具有显著性差异，柔性脱皮的碎米率低于碾米机；籽粒的剪切力学指标会随含水率的变化而变化[14]，脱皮是对籽粒表面的磨削加工过程。当入机水分较低时，硬度大，脆性强，脱皮需要更强的作用力，使碎米率和能耗较高；当入机水分增加时，原料的硬度随之下降、韧性增强，碾米加工后碎米率有所下降；当入机水分过高时，水分渗透到胚乳中，降低了胚乳颗粒的结合力，使颗粒变得松散，受到外部挤压力时更易碎[9]。

图1 不同入机水分与碎米率的关系

2.2 目标脱皮率对两种设备脱皮碎米率的影响

在脱皮加工中，碎米率会随着碾白率(碾米后整粒米粒的千粒重与整粒糙米千粒重比值的百分数)的降低而升高[7]。由图2可以看出，随着青稞脱皮率的提高，碎米率在不断增加。当脱皮率为小于5%时，2种设备的碎米率无显著性差异；当脱皮率高于5%时，2种设备产生的碎米率具有显著性差异。

当脱皮率小于5%时，在加工过程中几乎不产生碎米，此时脱去的青稞皮层中主要为部分籽粒外部残留的壳、部分粉尘杂质和部分最外层的表皮，而青稞籽粒保持完整。青稞在收获时，会混入部分未完全成熟的颗粒，这些青稞在受到外部作用力后更易破碎，脱皮率达到5%时，碎米主要是原料本身的不均匀性所导致；脱皮率高于8%时，由于青稞籽粒对设备施加的作用力的抗力逐渐达到临界值，碎米率开始出现差异，碾米机产生的碎米率高于柔性脱皮机；脱皮率高于10%时，碎米率增长率变高，且2种设备产生的碎米率差距逐渐变大。当脱皮率达到20%时，碾米机的碎米率比柔性脱皮机高20%。

图2 青稞脱皮率与成品中碎米率的关系

青稞籽粒外部包裹的青稞果皮、种皮使青稞具有较强的抗压力，使其在脱皮过程中受到一定程度撞击力的情况下保持颗粒的完整。当皮层逐渐被脱除，青稞籽粒的抗压力降低，碾米机更快达到破碎的阈值，导致碾米机产生的碎米率高于柔性脱皮机。当脱皮率达到20%时，2种设备产生的碎米率高于20%，在青稞米加工过程中，2种设备都不适合加工脱皮率高于20%的青稞米。

2.3 灭酶对两种设备脱皮碎米率的影响

为了延长青稞制品的货架期，青稞原料会经过稳定化处理，通过钝化青稞中的酶系来减缓青稞哈败[15]。稳定化处理过程中，湿热处理比干热处理更易使酶系失活。青稞进行灭酶前，先经调质使水分渗透进入青稞，提高其水分活度，使青稞酶系在高温处理下失活。灭酶过程中包含水分在青稞籽粒内外2次迁移和高温处理，影响了青稞籽粒的机械特性，进而导致青稞在脱皮过程中碎米率发生变化[16]。

由表1可以看出，在脱皮率<10%时，灭酶处理对柔性脱皮机加工青稞米过程产生的碎米率无显著性差异，脱皮率≥10%时，灭酶处理对其碎米率的产生具有显著性差异；在脱皮率≤10%时，灭酶处理对碾米机加工青稞米过程产生的碎米率无显著性差异，脱皮率>10%时，灭酶处理对其碎米率的产生具有显著性差异；柔性脱皮机和碾米机在相同脱皮率时，其碎米率具有显著性差异。

表1 灭酶对柔性脱皮机和碾米机碎米率的影响

注：同行不同字母表示相同脱皮率水平下，脱皮碎米率的差异性显著(P<0.05)，余同。

青稞在脱皮率较低时，皮层包裹青稞籽粒，使其在发生撞击和摩擦时保持颗粒完整，而灭酶过程对皮层的保护作用影响较小，使其产生的碎米率无显著性差异；随着脱皮率的升高，皮层逐步被脱除，青稞主要通过胚乳颗粒之间的结合力保持颗粒的完整，而脱皮率大于10%时，2种设备的碎米率具有显著性差异，且经过灭酶处理的青稞碎米率高于为灭酶的青稞，说明灭酶处理降低了胚乳颗粒之间的作用力，使其在外部作用力下更易破碎。

2.4 筛理工序对两种设备脱皮碎米率的影响

碎米率随着脱皮率的增加而升高，碎米降低了青稞的有效脱皮面积，使碎米断面的淀粉层被剥离，进入青稞麸皮相，使麸皮相的质量增加，导致脱皮率与实际脱皮效果之间的匹配度降低，不能如实反映脱皮效果。皮层是影响青稞粉亮度的主要原因之一，因此采用青稞米粉碎后(青稞米粉)的亮度值结合碎米率来评价青稞的脱皮效果，表2为筛分组和未筛分组的脱皮效果对比。

由表2可以看出，在青稞脱皮过程中，增加碎米筛理工序，可以降低碎米率并增加青稞米粉的亮度值；脱皮率≤15%时，2种设备筛分组和未筛分组的碎米率、亮度值均无显著性差异；脱皮率为20%时，2种设备筛分组和未筛分组的碎米率、亮度值存在显著性差异。在低脱皮率条件下，筛分对碎米率和亮度值无显著性影响，在高脱皮率时，筛分可以增加有效脱皮面积，使青稞米在相同的脱皮率下，青稞米粉的亮度值更高。

表2 筛分和未筛分青稞脱皮效果对比

2.5 不同设备的脱皮率对青稞胚乳的影响

青稞进入碾米机内，在压铊的内压力和机械力的推动下，使青稞挤压在碾白室，经过自相磨擦，以及青稞与砂轮之间的互相摩擦之后，脱去青稞皮层[17，18]。在柔性脱皮机内，青稞和弹片之间产生剥刮，可根据青稞对弹片的压力调节剥刮力。

由图3可以看出，青稞脱皮率为20%时，2种脱皮设备生产的青稞米形态差异明显，碾米机生产的青稞米呈圆形或椭圆形，两端的部分胚乳被磨去，混入了麸皮相；柔性脱皮机生产的青稞米剥刮相对均匀，能够保持青稞籽粒原本的形态。

图3 碾米机和柔性脱皮机脱皮效果对比(脱皮率20%)

由图4可以看出随着脱皮率的增加，2种脱皮方式都会混入淀粉，且淀粉含量都呈上升趋势，碾米机麸皮中淀粉含量增长速率远远高于柔性脱皮机。碾米机产生的麸皮中淀粉含量逐渐升高，主要原因在于在用碾米机加工青稞米的工艺中，青稞在一定的压力下与砂辊或铁辊摩擦，每次摩擦的接触面是不断变化的，碾米的时间越长，青稞越趋近于圆形，青稞两端的胚乳部分混入麸皮的量就越大；柔性脱皮机产生的麸皮中淀粉含量逐渐升高，主要原因在于进入柔性脱皮机的青稞籽粒大小不均匀，粒径较大的青稞剥刮度要大于粒径小的青稞，导致大籽粒的青稞部分淀粉进入麸皮相。

图4 不同脱皮率青稞麸皮中的淀粉质量分数

脱皮过程中部分青稞会发生碎裂，导致青稞籽粒胚乳断面裸漏，在后续脱皮中，部分胚乳会从断面被剥离，导致青稞麸皮中淀粉含量升高，这是2种设备中淀粉含量升高的共同原因。

3 结论

在青稞米加工工艺中，入机水分、目标脱皮率、灭酶工序、筛理工序都会对加工中的碎米率产生影响。入机水分在16%时，碾米机和柔性脱皮机产生的碎米率最低；目标脱皮率相同，柔性脱皮机的碎米率低于碾米机。碾米机和柔性脱皮机加工青稞米时，灭酶会导致青稞碎米率增加。筛理工序可以降低脱皮设备产生的碎米率且提升青稞米粉的亮度。

柔性脱皮机降低了碾米机加工过程中的碎米率，且可以降低青稞米加工过程中碾米机过度剥刮，进而缓解麸皮相中淀粉含量过高的问题，结合筛分工序可以有效保证高脱皮率时青稞麸皮的洁净，用来生产高附加值的麸皮产品，例如高含量葡聚糖的产品。综上，在青稞米的生产过程中，采用柔性脱皮机能够降低碎米率，且能够提高青稞米粉的亮度，有效降低麸皮中主要杂质淀粉的含量。