小米粥油的制作工艺优化

刘欣，李会品，艾志录,3，杨勇，姬生鑫，郑帅帅

（1.河南农业大学食品科学技术学院，河南郑州 450002）（2.国家速冻米面制品加工技术研发专业中心，河南郑州 450002）（3.农业农村部大宗粮食加工重点实验室，河南郑州 450002）

小米又称粟米，是禾本科狗尾草属植物，是谷子脱壳后的产物[1]。我国小米品种优良，产量居世界第一[2]。小米富含氨基酸、脂肪酸、维生素、矿物元素及碳水化合物等人体必须的营养物质[3]。小米的多酚类提取物具有较好的抗氧化活性[4]。此外，小米还具有降脂、降压、滋阴养血、调节睡眠、抗菌、防止消化不良等功效，是孕妇、儿童和病人的最佳食物[5-10]。

近年来，学者开发了众多小米产品，如小米清蛋糕、小米饼、小米酸奶、小米饼干、小米饮料等[11-15]。小米传统的食用方式以煮制为主。白云霏等[16]研究了浸泡温度、β-环状糊精、干燥方式对即食小米粥品质的影响，并确定最佳的浸泡温度为20 ℃、最佳的β-环状糊精添加量为3%，以及最佳干燥条件为烘干时间/冻干时间=40 min/16 h。辛卓霖等[17]对速食小米粥的制作工艺进行探究，通过正交实验确定了最佳的工艺参数：浸泡温度55 ℃，浸泡时间40 min，蒸煮时间10 min。牛宇等[18]研制了速食小米粥，并研究了加工过程中料液比、煮粥时间与冻干温度对速食小米粥的复水性质与复水小米粥质构特性的影响。孙延修等[19]通过正交试验对无糖小米南瓜营养即食糊的工艺进行优化，探究出最优配比为南瓜粉添加量6%、木糖醇添加量4%、麦芽糊精添加量8%。

目前对小米粥的研究以方便速食产品为主，米粥油的研究报道较少。米粥油是米油的一种俗称，它一般是指米粥熬好后，上面浮着一层细腻、黏稠、形如膏油的物质。米粥油含有淀粉、水溶性蛋白质、游离氨基酸、矿物质、维生素等多种营养物质[20,21]。米粥油营养丰富，对于生长发育期的婴幼儿及营养状况较差的中老年人，米粥油是极好的营养来源。

本研究通过试验探究浸泡时间、浸泡温度和蒸煮时间对米粥油品质的影响，并过响应面试验优化米粥油的最佳工艺参数，为工业化生产提供一定的理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 试验材料

沁州黄小米，购于山西半亩科技有限公司。

1.1.2 试剂

盐酸、碘、碘化钾等试剂，试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

苏兴牌 TG-304-D-001型家用蒸煮锅；C21-WT2116型电磁炉，美的集团有限公司；BS210S型电子分析天平，北京赛多利斯天平有限公司；HH-S28S型恒温水浴锅，金坛市大地自动化仪器厂；DHG-9245A型鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；UV-2800型紫外可见分光光度计，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；DHR-2型旋转流变仪，美国TA仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 米粥油的工艺流程

小米→清洗→浸泡→蒸煮→滤去米粒→成品

1.3.2 工艺参数的确定

1.3.2.1 浸泡时间单因素试验

称量一定质量的小米，清洗除去灰尘和杂质，小米和水按一定比例浸泡，在50 ℃水中分别浸泡20、30、40、50和60 min。按照料水质量比为1:25称水（料水质量共1820 g），把浸泡后的小米倒入沸水中蒸煮40 min。蒸煮完成后，用100目筛滤去米粒，得到米粥油。通过感官评分、可溶性固形物和碘蓝值，研究不同浸泡时间对米粥油品质的影响。

1.3.2.2 浸泡温度单因素试验

称量一定质量的小米，清洗除去灰尘和杂质，小米和水按一定比例浸泡，分别在30、40、50、60和70 ℃水中浸泡40 min。其他步骤同1.3.2.1。通过感官评分、可溶性固形物和碘蓝值，研究不同浸泡温度对米粥油品质的影响。

1.3.2.3 蒸煮时间单因素试验

称量一定质量的小米，清洗除去灰尘和杂质，小米和水按一定比例浸泡，分别在50 ℃水中浸泡40 min。按照料水质量比为1:25称水（料水质量共1820 g），把浸泡后的小米倒入沸水中，分别蒸煮30、35、40、45和50 min。其他步骤同1.3.2.1。通过感官评分、可溶性固形物和碘蓝值，研究不同蒸煮时间对米粥油品质的影响。

1.3.2.4 响应面法优化米粥油的制作工艺

在单因素试验的基础上，以浸泡时间、浸泡温度、蒸煮时间为自变量，以感官评分、可溶性固形物和碘蓝值为响应值，根据Box-Behnken试验设计原理，进行三因素三水平的响应面试验。用所得拟合多元方程，对数据进行回归分析及显著性检验，以确定最优的生产工艺。试验因素与水平设计如表1所示。

表1 Box-Behnken因素与水平Table 1 Factors and levels used in Box-Behnken design

1.3.3 指标测定

1.3.3.1 感官评定

参考胡海娥[22]和刘建垒等[23]的方法，并作修改：根据米粥油的特点，制定米粥油的评价标准。由10名专业人员组成的评定小组，对米粥油的色泽、风味、形态、口感进行感官评价，总分和各分指标得分为各评定人员评定结果的平均值，评分标准如表2所示。

表2 感官评分表Table 2 Sensory score table

1.3.3.2 可溶性固形物的测定

参考陈培栋等[24]的方法，并作修改：准确称取米粥油10.00 g，放入已知恒重质量的铝盒中，于105 ℃条件下干燥至恒重，得到的固体物质量乘以10，即为100 g米粥油的可溶性固形物的含量。

1.3.3.3 碘蓝值的测定

参考李少寅等[25]的方法，并作修改：准确称取米粥油20.00 mL置于50 mL离心管中，以3000 r/min的转速离心10 min，取上清液0.50 mL，加0.50 mL HCl（0.10 moL/L）和0.50 mL碘液（0.20 g/100 mL），定容至50.00 mL，静置15 min以后，以0.50 mL HCl和0.50 mL的碘液，加蒸馏水，定容至50.00 mL做空白，用分光光度计于660 nm波长下测吸光值。

1.3.3.4 表观黏度的测定

设置参数：剪切速率0.01~100 s-1，温度25 ℃，移取1 mL产品于流变仪平台上，测定并绘制产品的表观黏度随剪切速率变化的关系曲线。

1.4 数据处理

采用SPSS 16.0软件进行单因素分析，Design Expert 8.0.6进行响应面模拟并分析，采用Origin 8.5软件作图，每组试验做3组平行。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 不同浸泡时间对米粥油品质的影响

碘蓝值表示淀粉结合碘的能力，反映样品中直链淀粉含量及蒸煮过程中直链淀粉溶出的程度。碘蓝值越大，表明米汤中可溶性直链淀粉浓度越高，从而表现出良好的适口性和黏弹性。米汤中的干物质含量（即蒸煮过程中溶解在水中的物质含量）反映米汤的黏稠度，米汤中的干物质越多，口感越好[26-28]。

图1 浸泡时间对米粥油品质的影响Fig.1 Effect of soaking time on the quality of millet porridge oil

由图1可知，随着浸泡时间的延长，米粥油的可溶性固形物和碘蓝值均不断升高。当浸泡时间达到40 min，可溶性固形物为4.42 g/100 g，碘蓝值为0.44，此时米粥油的感官评分最高，为82.40分。浸泡初期，水分较易进入米粒，进入淀粉颗粒的非结晶区破坏氢键, 结构变得更加疏松，因而在蒸煮时米粒更易糊化，可溶性物质更易溶出[29]，可溶性固形物和碘蓝值升高，感官评分升高。40 min之后可溶性固形物和碘蓝值趋于平缓，米粥油的感官评分降低，60 min时感官评分降低至78.00分。浸泡时间过长，米粒吸水达到饱和[30]，对可溶性固形物和碘蓝值影响较小。唐伟强等[31]研究认为，浸泡时间过长，会造成水溶性的营养成分溶解到浸泡水中，营养成分损失。综合考虑，选择小米的最佳浸泡时间为40 min。

2.1.2 不同浸泡温度对米粥油品质的影响

图2 浸泡温度对米粥油品质的影响Fig.2 Effect of soaking temperature on the quality of millet porridge oil

由图2可知，米粥油的可溶性固形物和碘蓝值随着浸泡温度的升高而升高，而米粥油的感官评分随着浸泡温度的升高呈现先升高后降低的趋势。可能是因为浸泡温度升高，米粒不断吸水膨胀，淀粉不断糊化，蒸煮时米粒内容物更易进入米粥油中，可溶性固形物含量升高。吴凤凤等[29]研究浸泡处理对发芽糙米蒸煮食用品质的影响时，也有类似的结果。同时，温度升高，使米粒的淀粉结构更加松散[32]，蒸煮时更加有利于直链淀粉溶出，碘蓝值增加，感官评分升高。浸泡温度为50 ℃的时候，感官评分最高，为83.00分，此时，可溶性固形物为4.43 g/100 g，碘蓝值为0.44。当温度到达50 ℃后，温度继续升高，米粥油的可溶性固形物和碘蓝值趋于平缓。浸泡温度过高，导致米粒中色素和少量可溶性营养物质损失，蒸煮后米粥油色泽较差，口感较差，感官评分较低，这与程科等[33]的研究结果一致。综合考虑，选择小米的最佳浸泡温度为50 ℃。

2.1.3 不同蒸煮时间对米粥油品质的影响

图3 蒸煮时间对米粥油品质的影响Fig.3 Effect of cooking time on the quality of millet porridge oil

由图3可知，随着蒸煮时间的延长，米粥油的可溶性固形物和碘蓝值均不断升高。随蒸煮时间的延长，米粒大量吸水膨胀，淀粉分子间的氢键破坏加剧，淀粉糊化程度加深。到达最高时，由于水化作用形成凝胶体系，大量水分子处于淀粉分子间，使米粒组织结构疏松化[34,35]，利于可溶性物质的溶出，可溶性固形物和碘蓝值升高，感官评分升高。35 min后碘蓝值升高速率减慢；40 min后可溶性固形物升高速率也减慢；米粥油的感官评分在30~35 min之间，升高速率较快，35~45 min升高速率减慢。杨柳[36]研究认为随着蒸煮时间的继续延长，从组织中将不会发生新的淀粉的游离，游离出的直链及支链淀粉将逐渐包裹在米粒表面形成粘附层，可溶性固形物和碘蓝值升高减缓。蒸煮时间过长，米粥油可溶性物质较多，导致其粘度不均匀。蒸煮时间达到45 min后感官评分下降，50 min时，感官评分降低至83.40分。综合考虑，选择小米的最佳蒸煮时间为45 min。

表3 响应面试验设计方案及结果Table 3 Experimental design and results for response surface analysis

表4 感官评分响应面方差分析结果Table 4 Analysis of variance for response surface regression model

2.2 响应面试验结果与分析

2.2.1 以感官评分为响应值的响应面试验结果与分析

2.2.1.1 响应面优化试验结果及方差分析

采用Design-Expert 8.0.6软件中的Box-Behnken原理设计3因素3水平响应面试验，试验组合和结果如表3所示。以浸泡时间A、浸泡温度B、蒸煮时间C为自变量，以感官评分Y1为因变量，得到的二次多项方程为：Y1=85.76000+0.050000A-0.65000B+0.80000C-0.75000AB+1.55000AC+0.050000BC-4.25500A2-3.15 500B2-3.55500C2，R2=0.9823，校正系数R2Adj= 0.9595，表明回归方程的拟合度较好，此模型能够反映响应值的变化，可用该模型对感官评分进行分析和预测。

由表4可知，该回归方程模型的p值小于0.0001，表明模型非常显著；失拟项p值为0.1336（p>0.05），表明模型失拟不显著，与实际拟合程度较好、误差小。一次项B（浸泡温度，p=0.0415）和C（蒸煮时间，p=0.0182）影响显著；交互项AC（p=0.0040）影响显著，表明浸泡时间和蒸煮时间两因素间存在交互作用；二次项A2（p<0.0001）、B2（p<0.0001）和C2（p<0.0001）影响极显著，其他一次项（A浸泡时间）和交互项（AB和BC）影响不显著。此外，根据F值大小可知，各因素对感官评分的影响程度依次是：C>B>A，即蒸煮时间>浸泡温度>浸泡时间。

2.2.1.2 各因素间交互作用分析

根据多元线性回归方程，运用Design-Expert 8.0.6对试验结果进行分析，所得的响应面和等高线如图4所示。响应曲面的曲率反应各因素对响应值的影响程度，曲率越大，对响应值的影响程度越大；等高线的形状反映不同因素交互作用强弱程度，若趋于圆形，则交互作用不显著；若趋于椭圆形，则交互作用显著[37]。

图4 各交互作用对米粥油感官评分影响的响应面图与等高线图Fig.4 Response surface and contour maps of the effects of interaction on sensory scores of millet porridge oil

由图4中a、b可知，当蒸煮时间为45 min时，浸泡温度的变化使得坡面曲率变化较大，浸泡时间的变化使得坡面曲率变化不大，说明浸泡温度对感官评分的影响较大，而浸泡时间对感官评分的影响较小。浸泡温度与浸泡时间两者之间等高线图近似圆形，说明两者交互作用不显著性（p>0.05）。

由图4中c、d可知，当浸泡温度为50 ℃时，浸泡时间的变化使得坡面曲率变化较小，其对感官评分的影响较小；蒸煮时间使得响应面坡面曲率变化较大，响应值受到蒸煮时间的影响较大，浸泡时间与蒸煮时间两者之间的等高线为椭圆形，说明两者交互作用显著（p<0.05）。

由图4中e、f可知，当浸泡时间为40 min时，浸泡温度的变化使得坡面曲率变化较大，说明浸泡温度的变化对感官评分的影响较大；蒸煮时间的变化，使得响应曲面的坡面曲率变化较大，说明蒸煮时间对感官评分的影响也较大，浸泡温度与蒸煮时间两者之间的等高线近似圆形，说明两者交互作用不显著性（p>0.05）。

2.2.2 以可溶性固形物为响应值的响应面试验结果与分析

采用Design-Expert 8.0.6软件中的Box-Behnken原理设计3因素3水平响应面试验，试验组合和结果如表3所示。以浸泡时间A、浸泡温度B、蒸煮时间C为自变量，以可溶性固形物Y2为因变量，得到的二次多项方程为：Y2=-7.15637+0.059393A+0.071263B+0.35831C+0.0000575AB+0.0002300AC+0.0002400B C-0.0008848A2-0.0008048B2-0.0038290C2，R2=0.9953，校正系数R2Adj=0.9893，表明回归方程的拟合度好，此模型能够反映响应值的变化，可用该模型对可溶性固形物进行分析和预测。

由表5可知，该回归方程模型的p值小于0.0001，表明模型非常显著；失拟项p值为0.2811（p>0.05），表明模型失拟不显著，与实际拟合程度较好、误差小。一次项A（浸泡时间，p=0.0132）、B（浸泡温度，p=0.0002）和C（蒸煮时间，p<0.0001）影响显著；交互项p值均大于0.05，表明交互作用不显著；二次项A2（p<0.0001）、B2（p<0.0001）和C2（p<0.0001）影响极显著，其他一次项（A浸泡时间）和交互项（AB和BC）影响不显著。此外，根据F值大小可知，各因素对可溶性固形物的影响程度依次是：C>B>A，即蒸煮时间>浸泡温度>浸泡时间。

2.2.3 以碘蓝值为响应值的响应面试验结果与分析

采用Design-Expert 8.0.6软件中的Box-Behnken原理设计3因素3水平响应面试验，试验组合和结果如表3所示。以浸泡时间A、浸泡温度B、蒸煮时间C为自变量，以碘蓝值Y3为因变量，得到的二次多项方程为：Y3=-0.52079+0.0021158A+0.0013292B+0.032973C+0.0000333AB-0.0000283AC-0.0000683BC-0.0000240A2-0.0000177B2-0.0002527C2，R2=0.9577，校正系数R2Adj=0.9033，表明回归方程的拟合度好，此模型能够反映响应值的变化，可用该模型对碘蓝值进行分析和预测。

由表6可知，该回归方程模型的p值为0.0005（p<0.01），表明模型非常显著；失拟项p值为0.4783（p>0.05），表明模型失拟不显著，与实际拟合程度较好、误差小。一次项B（浸泡温度，p=0.0012）和C（蒸煮时间，p<0.0001）影响显著；交互项p值均大于0.05，表明交互作用不显著；二次项A2（<0.0001）、B2（p<0.0001）和C2（p<0.0001）影响极显著，其他一次项（A浸泡时间）影响不显著。此外，根据F值大小可知，各因素对碘蓝值的影响程度依次是：C>B>A，即蒸煮时间>浸泡温度>浸泡时间。

表5 可溶性固形物响应面方差分析结果Table 5 Results of response surface analysis of variance of soluble solids

表6 碘蓝值响应面方差分析结果Table 6 Results of response surface analysis of variance for iodine blue value

2.3 米粥油响应面最优工艺结果及验证试验

图5 最优工艺条件下制作的米粥油Fig.5 Millet porridge oil produced under the optimum technological conditions

感官评价在食品行业中有着重要作用，逐渐成为产品开发、品质改进等方面的重要参考；同时，感官评价和营养品质也是消费者对食品认可的重要依据，碘蓝值反映蒸煮过程中直链淀粉溶出的程度。考虑到中老年和婴幼儿等吞食困难人群的糖代谢能力较低，消化能力较弱，所以对3个响应值指标进行综合分析，分别赋予感官评分重要度为5，可溶性固形物为3，碘蓝值为2。通过Design-Expert 8.0.6进行统计分析，确定最优工艺条件为：浸泡时间41.23 min，浸泡温度50.70 ℃，蒸煮时间47.37 min，此条件下制作米粥油的感官评分为85.31分，可溶性固形物为4.86 g/100 g，碘蓝值为0.48。考虑到实际生产的可操作性及对单因素试验结果的分析，将工艺调整为：浸泡时间41 min，浸泡温度51 ℃，蒸煮时间47 min。为了验证模型分析的准确性，选取调整后的工艺进行验证，验证结果见表7，试验重复3次取平均值。

表7 最优工艺下米粥油感官评分、可溶性固形物及碘蓝值的实际值和预测值Table 7 Actual and predicted values of sensory score, soluble solids and iodine blue value of millet porridge oil under the optimal process

由表7可知，经过优化之后所得米粥油（图5）的感官评分，可溶性固形物含量和碘蓝值均与理论预测值接近，相对误差较小；同时，又以预测值为标准，对实际值进行单一样本T检验，结果表示感官评分、可溶性固形物和碘蓝值三者的实际值与预测值之间不存在显著性差异（p>0.05）。以上分析表明经过优化的工艺参数可靠，可以为米粥油的工业化生产提供理论指导。

2.4 米粥油表观黏度的测定

在淀粉基食品加工设备设计、质量控制、贮藏稳定性、结构研究、产品的开发和感官评价等方面，其流变学性质尤为重要，现在淀粉及其淀粉糊的流变学特性研究已经成为食品研究者们的热点之一[38]。

在最优工艺条件下，对米粥油的表观黏度进行测定。米粥油表观黏度与剪切速率关系如图6，由图可知随着剪切速率的增大，米粥油的表观黏度降低，并且剪切速率在0.01~11.03 s-1之间表观黏度降低最快，由2.35 Pa·s降低到0.75 Pa·s。之后随着剪切速率逐渐增大，黏度降低变缓慢。当剪切速率达到68.36 s-1之后，表观黏度趋于稳定。

图6 米粥油表观黏度随剪切速率变化的曲线Fig.6 Curve of apparent viscosity of millet porridge oil with shear rate

淀粉类产品与水混合后，无规则的直链淀粉和支链淀粉相互缠绕形成一种较为稳定的三维结构[39]，分子链的排列呈无规则状态，对流动产生较大的黏性阻力。在低剪切速率时，米粥油有较大的表观黏度。随着剪切速率的增大，米粥油淀粉内部受到的剪切力增大，原来缠结在一起的分子被打开，分子定向排列，分子间缠结点减少，所以米粥油表观黏度降低。当剪切速率达到某一数值时，分子的定向排列基本完成，表观黏度基本趋于稳定[40-42]。

米粥油的这种现象属于剪切稀化现象，在外力的作用下，黏度会下降，其流变性质也将发生变化[43]。针对消化吸收及代谢功能较弱的中老年和婴幼儿等吞食困难人群，产品剪切稀化的特性有利于吞食困难人群的食用，防止食用时出现吞食危险的现象。同时，在工业生产中，产品的剪切稀化特性也有利于改善产品的物料泵送和灌注工艺。

3 结论

研究了米粥油的制作工艺，在单因素试验的基础上通过响应面法优化米粥油制作工艺，结合实际值确定最优工艺条件为：浸泡时间41 min，浸泡温度51 ℃，蒸煮时间47 min，该条件下米粥油的感官评分为84.80分，可溶性固形物为4.79 g/100 g，碘蓝值为0.48。在此工艺参数条件下得到的米粥油感官评分、可溶性固形物和碘蓝值实际值与理论值的相对误差较小，说明该工艺参数具有实用价值，可以为米粥油的工业化生产提供参考。同时，产品具有剪切稀化特性，利于吞食困难人群的食用，有便于食品在加工中的物料泵送和灌注。