韧化处理改善米粉品质的工艺条件优化研究

廖卢艳 刘惠惠 甘增鹏 吴卫国 邹 杰

(湖南农业大学食品科学技术学院，长沙 410128)

米粉属于中国特色小吃，在中国南方十分流行。米粉种类多样，但生产工艺大同小异，具有良好的质地，且弹性十足，用水煮不容易糊汤，干炒也不容易断，加配各类菜码用来汤煮或干炒，爽滑入味，受到许多消费者的喜爱。现代社会的生活水平有了极大提高，因此人们对米粉的要求也越来越高，比如对色、香、味的要求，以及对米粉品质的要求，如黏弹性、韧性、筋道感，因此，对改善米粉品质的研究必不可少。

采用对米粉原料粉进行物理改性改善米粉品质已经成为提高米粉品质的一种绿色、安全、有效的方法，而目前研究较多的为湿热改性技术，其中湿热改性技术可以明显的改善淀粉制米粉的品质，尤其是米粉的弹韧性和拉伸性能[1-4]。除湿热处理外，韧化处理也是一种物理改性淀粉的手段，通常指在过量含水量(≥40%)条件下，采用低于淀粉糊化温度的温度条件对淀粉进行的一种热处理[5]。大量相关研究表明，韧化处理作为一种物理改性方式，可以诱导淀粉的层状结构、有序化和无序化结构、结晶结构发生重组，可以促进破坏淀粉分子的氢键缔合，使淀粉颗粒的形貌、直链/支链淀粉比例发生改变，分子链发生聚集或断裂，从而达到调控淀粉功能特性的目的。即使淀粉的性质得到改变，但由于韧化处理只有水和热的作用，不会带来化学试剂的残留，安全绿色，因此能够在食品行业中得到广泛应用[6-7]。已有大量研究证明淀粉韧化处理后溶解度和膨胀率降低、直链淀粉含量增加、热稳定性和抗剪切能力提高，而这些均有利于米粉的制作和品质的提高[8-11]。因此，关于热处理物理改性技术在食品中的应用研究也逐渐引起国内外人的关注。当前韧化处理研究方向主要集中于不同种类淀粉的性质及结构上[12-16]，鲜有韧化处理改善米粉品质方面的报道。本研究以余赤早籼米为原料，以传统米粉制作工艺为依据，了解韧化处理对米粉品质工艺的影响，通过在泡米工艺上采用韧化处理技术，探究韧化处理温度、韧化处理时间和大米含水量对米粉拉伸品质和感官品质的影响研究，为韧化技术在改善米粉品质方面的推广应用提供参考，也为改善米粉品质提供一种绿色、安全、有效的方法。

1 材料与方法

1.1 实验材料

大米：早籼米(余赤)。

1.2 主要仪器设备

GFL-230电热鼓风干燥箱；TQ-1000Y高速多功能粉碎机；AE 2204电子分析天平；K9840自动凯氏定氮仪；RAV-3D快速粘度分析仪；TA-XT2i Plus质构仪。

1.3 实验方法

1.3.1 标样米粉含水量测定

根据GB 5009.3—2010直接干燥法。

1.3.2 大米的韧化处理

大米使用前先用105 ℃恒重法(GB 50093—2010)测定出大米的含水量后，取500 g置于铝箔自封袋中，用蒸馏水调节含水量至45%～60%，密封条件下平衡水分24 h，封口置于不同温度下(50～70 ℃)处理12～36 h。

1.3.3 鲜湿米粉制备

大米原料(韧化处理前后大米)→浸泡(30 ℃，3 h)→调节水分→磨浆→过筛(60目)→搅拌→蒸粉(100 ℃，90 s)→冷却→切条→成品。

1.3.4 鲜湿米粉拉伸品质的测定

取6 cm长的样品米粉，置于质构仪台面上，从粉饼上不同部位取米粉，每个粉饼中的米粉测3次，做平行实验。采用AKIE探头测定米粉的拉伸性能。具体测定条件如下：测前下降速度：2.00 mm/s；测试速度：3.30 mm/s；测后上升速度：10.00 mm/s；测量距离：75 mm；触发力：自动-5 g；皮重模式：自动；数据采集速率：200 pps。每个样品平行测定6次，去掉每个指标的最大值和最小值后取平均值。

1.3.5 米粉的感官评价

采用100分制评分方法，邀请8位食品专业的同学(4男4女)根据表1的感官评分标准对成品的色泽、气味、形态与蒸煮特性、口感五个方面进行感官评价。感官评价标准见表1。根据表1对米粉进行感官评分，结果去掉最高分和最低分，取平均值。

表1 鲜湿米粉感官评价标准

1.3.6 单因素实验设计

1.3.6.1 大米不同含水量条件下韧化处理对米粉拉伸品质和感官品质的影响

固定韧化处理温度为65 ℃，时间为18 h，含水量分别为40%、45%、50%、55%、60%，研究大米不同含水量条件下韧化处理对米粉拉伸品质和感官品质的影响。

1.3.6.2 不同时间条件下韧化处理对米粉拉伸品质和感官品质的影响

固定韧化处理温度为65 ℃，含水量为50%，时间分别为12 、18 、24 、30 、36 h，研究不同时间条件下韧化处理对米粉拉伸品质和感官品质的影响。

1.3.6.3 不同温度条件下韧化处理对米粉拉伸品质和感官品质的影响

固定韧化处理含水量为50%，时间为18 h，温度分别为50、55、60、65、70 ℃，研究不同温度条件下韧化处理对米粉拉伸品质和感官品质的影响。

1.3.7 响应面实验设计

通过单因素实验，在此基础上，由Box-Behnken实验设计原理展开三因素三水平实验设计，以韧化含水量、韧化时间、韧化温度为响应变量，以抗拉伸阻力和感官评价值为响应值，利用Design-Expert 8.0软件进行响应面优化。设计自变量的实验水平分别以-1、0、1进行编码，共设计17 个实验点，其中12 个为析因点，5 个为区域的中心零点，用来估计实验误差。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 不同时间条件下韧化处理对米粉品质的影响

由图1可知，与未处理米粉相比拉伸强度明显增强，随着韧化处理时间的延长，米粉拉伸强度持续增大，到24 h时达到最大值125.30 g，可能是因为随着韧化处理时间延长，直链淀粉含量增加，由韧化处理粉制备的米粉的凝胶强度显著增加，淀粉分子之间结合力增强，使得拉伸强度增强，但是，当韧化处理的时间进一步延长，其米粉的拉伸强度反而降低，分析其原因可能是韧化处理时间过长，淀粉分子过度水解导致米粉凝胶强度下降[17]。由图2可知，与未处理米粉相比，韧化处理米粉感官评分都较高，18 h时感官评分最高达到84.30，可能是随着韧化处理时间增加，淀粉的膨润力与溶解率降低，米粉爽滑性和米粉口感柔韧性增加，口感较好，然后随着时间的进一步延长其感官评分逐渐下降，可能是随着韧化处理时间过长，米粉的白度下降，颜色泛黄且硬度增加，使其口感和色泽变差[18]。综合分析，获得拉伸品质和感官品质相对较好的米粉，最适韧化处理时间为12～24 h。

2.1.2 不同温度条件下韧化处理对米粉品质的影响

由图1可知，随着韧化温度提高，米粉最大拉伸阻力持续增大，到65 ℃时达到最大值127.70 g，温度大于65 ℃后随着温度进一步升高拉伸强度反而降低。由图2可知，随着韧化处理温度升高，感官评分呈现先增加后降低的趋势，处理温度为55 ℃时达到最大值85分。随着韧化处理温度的上升，米粉拉伸品质和感官品质不断提高，可能是由于在韧化处理过程中大米直链淀粉含量不断增加所致，有研究发现，韧化处理过程中，由于水和热的作用下，淀粉颗粒无定型区淀粉链之间相互作用或支链淀粉支化结构破裂都可能导致直链淀粉含量的增加[19-20]。但是，随着韧化处理温度的升高，由于直链淀粉含量的进一步增加，使得米粉硬度过大，同时，米粉白度下降，其感官品质会变差。综合分析，获得拉伸品质和感官品质相对较好的米粉，最适韧化处理温度为50～60 ℃。

2.1.3 大米不同含水量条件下韧化处理对米粉品质的影响

由图1可知，含水量为40%～55%时，随着含水量增加，米粉最大拉伸阻力不断增加，含水量为55%时达到最大120.60 g，但是随着含水量增加最大拉伸阻力反而降低。由图2可知，随着含水量增加，米粉感官评分增加，含水量为55%时感官评分达到最高82.50，然后随着含水量增加感官评分也有所降低。有研究发现，在韧化处理过程中，随着淀粉含水量的增加，淀粉的溶解度和膨胀率显著降低[21-22]。同时，淀粉的溶解度和膨胀率越低，米粉的蒸煮品质和拉伸品质越好[23-25]。但是，随着含水量的进一步增加，溶解度和膨胀率反而也会增大。主要是由于水分对淀粉有增塑作用，随着含水量的增加，玻璃态转变温度降低，促使淀粉聚合链间氢键在热作用下被破坏，淀粉链获得更大自由度，引起淀粉团粒中分子重组，增强结晶区的完善，结晶度的增加以及无定形区的结构变化，影响了淀粉的溶解度和膨胀率[26]。因此，在韧化处理过程中，含水量的变化影响了淀粉的溶解度和膨胀率进而影响了米粉的品质。综合分析，获得拉伸品质和感官品质相对较好的米粉，最适韧化处理大米含水量为50%～60%。

图1 大米不同温度、时间、含水量条件下韧化 处理对米粉最大拉伸强度的影响

图2 大米不同温度、时间、含水量条件下韧化 处理对米粉感官品质的影响

2.2 响应面实验结果与分析

2.2.1 响应面实验结果

响应面因素设计水平见表2。运用Design Expert 8.0.6软件，对表3中的实验数据进行多元回归分析，得到拉伸强度与所选3个因素的回归方程为：Y1=125.32-1.39A+3.85B-2.61C-0.73AB+3.30AC+4.57BC-5.46A2-2.74B2-9.81C2。由表2得到的实验数据，并对其进行方差分析，结果见表4。从表4所得数据可看出，模型的F=169.28，P<0.000 1，表示模型显著，且模型的失拟项P=0.209 6>0.05，不显著，表明模型的拟合度较好，残差均由随机误差引起。模型的决定系数R2=0.995 4，表明拉伸强度实际值与预测值之间具有较好的拟合度，调整系数R2=0.989 5，说明该模型能用于解释98.95%响应值的变化，预测系数R2=0.950 5，说明该模型预测性较好。由表4可知，模型中A、B、C、AC、BC、A2、B2、C2对响应值的影响均为极显著，说明韧化处理含水量、时间和温度是影响米粉最大拉伸阻力的重要因素。根据表4中各因素F值的大小可知，对于最大拉伸阻力的影响因素，其主次顺序为：韧化处理时间>韧化处理温度>韧化处理含水量。

表2 响应面实验设计因子水平表

表3 响应面实验设计与结果

对表3中的实验数据进行多元回归分析，得到感官评分与所选3个因素的回归方程为：Y2=85.22-0.3A+1.39B-2.06C-0.25AB+1.4AC+1.57BC-1.72A2-2.05B2-4.7C2。由表3得到的实验数据，并对其进行方差分析，所得结果见表5。从表5所得数据可看出，模型的F=160.19，P<0.000 1，表示模型显著，且模型的失拟项P=0.300 1>0.05，不显著，表明模型的拟合度较好，残差均由随机误差引起。模型的决定系数R2=0.995 2，表明感官评分值与预测值之间具有较好的拟合度，调整系数R2=0.989 0，说明该模型能用于解释98.95%响应值的变化，预测系数R2=0.953 1，说明该模型预测性较好，因此，该模型可用于分析和预测米粉感官评分。由表5可知，模型中B、C、AC、BC、A2、B2、C2对响应值的影响均为极显著，说明韧化处理时间和处理温度是影响米粉感官评价的重要因素。根据表5中各因素F值的大小可知，对于感官评分的影响因素，其主次顺序为：韧化处理温度>韧化处理时间>韧化处理含水量。

表4 对拉伸阻力的响应面实验结果回归模型方差分析

注： **表示P<0.01，差异极显著。余同。

表5 对感官评分的响应面实验结果回归模型方差分析

2.2.2 响应面交互作用分析

由图3可知，等高线图中，韧化处理含水量和韧化处理温度之间的交互作用形状呈椭圆形，说明两者交互作用显著。韧化处理温度对最大拉伸阻力的影响大于含水量。韧化处理的时间和韧化处理温度之间的交互作用形状呈椭圆形，说明两者交互作用显著。韧化处理时间对米粉最大拉伸阻力的影响比韧化处理温度更大。

由图4可知，等高线图中，韧化处理含水量和韧化处理温度之间的交互作用形状呈椭圆形，说明两者交互作用显著。大米含水量对感官评分的影响大于处理温度。大米处理时间和处理温度之间的交互作用形状呈椭圆形，说明两者交互作用显著。处理温度对米粉感官评分的影响比处理时间度更大。

图3 不同因素交互影响最大拉伸阻力的等高线图

图4 不同因素交互影响感官评分的等高线图及曲面图

2.2.3 最优工艺条件的确定及验证

分析优化回归模型，在各因素选定的范围内，由RSM得到韧化处理改善米粉品质的最佳工艺条件为：含水量54.88%，时间22.16 h，温度56.94 ℃，在此条件下预测最大拉伸阻力为125.42 g，感官评分为84.11。对所给出的最佳工艺条件进行验证，并考虑到实际可操作性，修正最佳工艺参数为：含水量55%，时间22 h，温度57 ℃，进行3次平行实验，分别测得米粉的最大拉伸阻力分别为123.32、124.45、126.14 g，感官评分为83.62、83.84、84.53。实际米粉最大拉伸阻力平均值为124.63 g，感官评分平均值为84.00，与模型符合良好，说明该模型能够较好地预测韧化处理改善米粉品质的效果。

3 结论

单因素实验结果表明，当所泡大米含水量处于50%～60%之间，处理温度位于50～60 ℃之间，处理时间在12～24 h时，所做出的米粉的拉伸强度与感官评分都能达到较高的水平。在单因素实验基础上，对响应面实验所得的回归模型进行分析优化，结果表明，韧化处理改善米粉品质最佳工艺条件为：含水量54.88%，时间22.16 h，温度56.94 ℃，在此条件下预测最大拉伸阻力为125.42，感官评分为84.11。修正最佳工艺参数，并对其进行验证，在所泡大米处于含水量55%，时间22 h，温度57 ℃的条件下，测得最大拉伸阻力平均值为124.63 g，感官评分平均值为84.00，在最佳工艺条件下, 实测值与预测值比较吻合, 说明该方法可以为优化米粉品质工艺提供参考。