不同处理方式对蒸谷米复水性的影响

刘学武，严伟龙，何易雯，张文成

（1.合肥工业大学食品与生物工程学院，农产品生物化工教育部工程研究中心，安徽合肥 230601；2.安徽省徽观生态农业科技有限公司，安徽合肥 230031）

稻谷是全球主要的粮食产物之一[1]，是世界上50%以上人口的主食。以水稻为原料，经过筛选、清洗、浸泡、蒸煮、干燥等加工处理可以制得蒸谷米[2]。在国际贸易中，大约有25%的稻谷被加工成蒸谷米[3]。美国、泰国及印度等国是蒸谷米的主要生产国，巴基斯坦、巴西及德国等国是蒸谷米的主要消费国[4]。蒸谷米在国际市场如此受欢迎的原因是蒸谷米的营养品质、加工品质、蒸煮品质和贮藏品质较普通大米都有所提高[5]。蒸谷米的蒸饭成熟时间较短[6]，因此复水性是蒸谷米的重要评价指标，影响蒸谷米的口感、滋味等感官评价。不同的处理方式对蒸谷米的复水性有不同程度的影响，试验在蒸谷米加工过程中采取不同的处理方式，测定对应条件下的复水率，进行单因素试验和响应面分析。

1 试验材料与方法

1.1 材料与试剂

带壳稻谷，市售；化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

GB1302型电子精密天平，梅特勒-托利多仪器有限公司产品；G80F23N1P-M8（S0）微波炉，广州格兰仕微波炉电器制造有限公司产品；JLGJ4.5型检验砻谷机，台州市粮仪厂产品；JNMJ3型检验碾米机，浙江托普云农科技股份有限公司产品；GSY-2-4型孔电热恒温水浴锅，北京国华医疗器械厂产品；HPP600MPa型超高压处理设备，包头科发高压科技有限责任公司产品。

1.3 工艺流程

清洗→浸泡→微波蒸煮→干燥→脱壳→杀菌密封。

1.4 单因素试验

以成品复水率为评价指标，考查浸泡时超高压压力 （100，200，300，400，500 MPa）、蒸煮时柠檬酸添加量（0.4%，0.6%，0.8%，1.0%，1.2%）、蒸煮次数（1，2，3，4，5次）、微波干燥时间（2，4，6，8，10 min） 对成品复水性的影响。

1.5 响应面优化

在单因素试验的基础上，以成品复水率为响应值，以柠檬酸添加量、蒸煮次数和微波干燥时间为考查因素，进行三因素三水平试验，优化加工工艺参数。

1.6 大米复水率的检测方法

称取样品W0置于烧杯中，加入5倍的沸水，立即加盖，复水10 min后，吸干样品表面水分，称量为W1，进行复水率检测。

1.7 试验数据处理

试验数据采用Excel软件、Design Expert 8.0.6 Trial软件进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 超高压压力对复水性的影响

超高压压力-复水性曲线见图1。

由图1可知，超高压压力在200 MPa以内，随着超高压压力的增大，蒸谷米复水率不断降低，主要是由于浸泡时超高压压力存在有2个作用，分别是促进水分进入稻谷内部和压迫缝隙孔径减少，在200 MPa以内，孔隙阻力较小，水分在渗透压和外界压力的作用下进入稻谷内部，导致浸泡后稻谷本身水分含量较高[8]，则蒸谷米复水时能吸收水分减少，导致复水率降低。超高压压力为200～400 MPa时，孔隙阻力过大，浸泡后稻谷水分含量降低，成品蒸谷米复水时由于水热作用孔隙变大，复水率提高，在400 MPa复水率达到最大值。超高压压力继续加大到500 MPa，稻谷承受压力过大，形态变差，导致稻谷内部结构遭到破坏，复水性也随之降低。由于在实际生产中，超高压设备投资较高，且超高压的作用不稳定，起伏较大，考虑到经济问题和工作效率，故暂不列入响应面优化考查参数。

2.1.2 柠檬酸添加量对复水性的影响

柠檬酸添加量-复水率曲线见图2。

由图2可知，蒸谷米的复水性随着柠檬酸添加量的增加而增加，在添加量为1.0%达到最大值，复水率为1.303%。柠檬酸添加量为1.2%时复水率有所下降，可能是由于蒸谷米的黏度增大[9]后造成结块现象，复水效果变差。吴亚楠等人[10]研究发现，糙米粉蒸煮时加入柠檬酸，糙米粉的结构未发生显著的变化，但食味品质有所提高。可能的原因是接触柠檬酸后，成品硬度有所降低，复水性增强，改善了食用性。

2.1.3 蒸煮次数对复水性的影响

蒸煮次数-复水率曲线见图3。

由图3可知，随着蒸煮次数的增加复水率先增加后减少，在蒸煮次数为3次时复水性最好。带壳稻谷进行蒸煮时有稻壳的保护，熟化速度较慢、程度较弱，一次蒸煮成品回生现象明显，直链淀粉和支链淀粉分子重新连接形成结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变弱，其复水性也随之降低。因此采用多次微波蒸煮干燥固定蒸谷米内分子结构组织和老化回生。但蒸煮次数超过3次后，蒸谷米的外观形态变差，内部结构也遭到破坏，复水性随之降低。在实际生产时重复蒸煮3次蒸煮可达到最佳效果。

2.1.4 微波干燥时间对复水性影响

微波干燥时间-复水率曲线见图4。

由图4可知，微波干燥时间在6 min以内，随着微波干燥时间的增加，蒸谷米的复水性提高，在微波干燥时间为6 min时，复水率达到最大值1.307，在6 min内随着微波干燥时间的增加，蒸谷米内部的水分部分挥发，蒸谷米的结构紧密程度水平降低，淀粉分子内的空隙不断变大，提高了其复水率。当微波干燥时间超过6 min，蒸谷米的复水性开始下降，这可能由于在微波干燥时间超过6 min会对稻米的内部质构产生损伤，从而使其发生不可逆的破坏，淀粉发生变性或者老化，使其吸收水分的能力下降。

2.2 响应面试验

2.2.1 响应面因素与水平

响应面因素与水平设计见表1，响应面试验结果见表2。

表1 响应面因素与水平设计

表2 响应面试验结果

设计三因素三水平的响应面试验，中心点重复4次，响应值为成品复水率。

2.2.2 回归方程的建立与方差分析

采用Design Expert 8.0.6 Trial软件对试验结果进行分析，得到多元回归方程：

由多元回归方程可得，影响成品复水性的因素顺序为 C＞A＞B。

响应面模型方差分析见表3。

由表3可知，模型p=0.009 6＜0.050 0，说明模型显著。失拟项F=1.80，p＞0.05，表示未知的因素对试验影响不显著。模型的决定系数R2=0.924 0，R2adj=0.810 0，表示模型有较高的可靠性，可以解释81.00%的响应值变化。因此，该模型适合用于蒸谷米复水性的分析预测。

表3 响应面模型方差分析

2.2.3 响应面分析

柠檬酸添加量和微波干燥时间对成品复水性影响的响应面图和等高线图见图5，柠檬酸添加量和蒸煮次数对成品复水性影响的响应面图和等高线图见图6，微波干燥时间和蒸煮次数对成品复水性影响的响应面图和等高线图见图7。

从响应面3D图谱和等高线图可知，每2个因素的交互作用对成品的复水性均有影响，其中柠檬酸添加量和微波干燥时间的交互作用对复水率影响较大，柠檬酸添加量和蒸煮次数的交互作用影响次之，蒸煮次数和微波干燥时间的交互作用影响最小。

2.2.4 验证试验

通过Design Expert 8.0.6 Trial软件分析可得最佳工艺为柠檬酸添加量1.112%，微波干燥时间6.36 min，蒸煮次数3次，在此条件下的预测复水率为1.517%。根据实际操作情况，将生产的工艺条件调整为柠檬酸添加量1.1%，微波干燥时间6.4 min，蒸煮次数3次，在此条件下，进行3组平行试验，所得成品蒸谷米平均复水率为1.512%。预测值和试验值基本相等，表明该优化工艺是可靠的。

3 结论

通过对蒸谷米加工过程中的3个水热阶段的试验，以成品复水率为指标，明显可得4个单因素对蒸谷米的复水性均有影响。在单因素试验的基础上运用响应面法得到回归方程，进行方差分析，可知蒸煮次数对成品复水性影响最大，其次是柠檬酸添加量，微波干燥时间影响最小。通过模型优化可得较佳工艺参数为柠檬酸添加量1.1%，微波干燥时间6.4 min，蒸煮次数3次，此时成品复水率可达1.512%。