全蛋白挤压复配米配方的研究

张 亮，戚家慧，李瑞红，李 想，李宏军，陈善峰

（山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东淄博255049）

大米，作为人类主食之一，在国民饮食中占有极其重要的地位。现代人对大米的精细程度要求越来越高，但由于现有的碾米技术有限，导致加工过程中产生一大部分碎米，而碎米中营养物质[1]与大米相近，却通常被用作饲料[2]，造成了大米资源的严重浪费。因此研究探讨碎米综合利用技术[3]，开发碎米产品就显得越来越重要。碎米是作为饲料以及酒、醋、怡糖等的原料使用，整体利用率也较低。而碎米中淀粉颗粒小且粒度均匀，且碎米中植物蛋白是公认的优质植物蛋白。因此，碎米主要被利用生产多孔淀粉，生产大米蛋白[4]。

挤压作为一种高温短时的加工方法,可将输送、混合、蒸煮、杀菌、膨化等多种操作单元同时完成,同时还能破坏抗营养因子,是提高营养品质的一种有效途径。刘丽[5]利用挤压酶解技术制备碎米淀粉糖，通过挤压预处理，其酶解消化力大大提高；王玉琦[6]以碎米为原料，添加乳酸锌作为锌强化剂，通过挤压生产出富含锌的强化重组大米；李检等[7]以碎米、蓝莓粉为主要原料，通过挤压技术制备成风味独特的蓝莓速溶米糊。通过挤压技术，可大大提高碎米利用率。碎米中虽富含蛋白，却极度缺失某些必需氨基酸，如蛋氨酸等，因此，以碎米为主要原料，利用挤压重组技术，开发一款必需氨基酸种类较为齐全、含量丰富，氨基酸模式[8]符合人体需求的重组米不失为一种提高碎米利用价值的好方法[9]。

本研究主要通过单形重心试验设计[10]，利用挤压重组技术，将莲子粉、香菇粉、碎米粉以不同的配比有机结合，以弥补普通大米中必需氨基酸的不足，使用Design Expert 8.0.6进行曲线回归分析并优化求值，实现氨基酸互补，开发一种氨基酸模式接近理想蛋白模式的营养米[11−12]。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

碎米 徐州新天粮油有限公司；莲子、干香菇均购自山东省淄博市农贸市场；单硬脂酸甘油酯 河南瑞百特商贸有限公司。

9FQ28-16型粉碎机 山东海能科学仪器有限公司；UVTE36-24型食品双螺杆挤压机 长沙创享食品科技有限公司；K9860型全自动凯氏定氮仪山东海能科学仪器有限公司；A300型全自动氨基酸分析仪 德国曼默博尔公司；ME204/02型分析天平 梅特勒-托利仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 挤压工艺流程及操作要点 工艺流程：莲子、干香菇、碎米→粉碎过筛→加单甘酯→混匀→挤压成型→干燥→成品。

操作要点：将蛋白含量分别为16.32%、15.26%、7.82%的莲子、干香菇、碎米三种原料粉碎后过80目筛，经处理的三种原料按不同配比混合均匀并加入0.5%的单硬脂酸甘油酯，在挤压过程中，固定喂料速度为15 kg/h，II、III、V、VI区温度分别为60、90、70、70 ℃[13]，模头孔数为3，螺杆长径比为25.6，模头孔径为长径3 mm，短径1 mm的椭球型孔，切刀速度调整为1500 r/min；挤压机相关参数固定设置为IV温度130 ℃，螺杆转速140 r/min，物料含水量26%。最后将挤压成型的样品放置于干燥通风的室内（温度25 ℃）干燥36 h，直至水分降至13%以下，装入密封袋中，备用。在此基础上，根据以下实验安排进行不同配比试验。

1.2.2 营养米配方的混料试验 据涂家涛[14]的混料试验设计，将莲子粉、干香菇粉、碎米粉在总成分中所占比例分别记为Z1、Z2、Z3，结合Design Expert 8.0.6软件进行单形重心混料设计方案[14]，分别以感官评分、氨基酸评分为指标。单形重心试验安排表见表1。

表1 混料试验设计Table 1 Experiment schedule

1.2.3 指标测定方法

1.2.3.1 感官评价 将按不同比例混合挤压制得的样品称取10 g于金属蛊中，按照水米质量比为1:1的比例添加蒸馏水，待电热锅中水煮沸后，将样品放于电热锅蒸屉中蒸15 min。参考 GB/T 15682-2008《粮油检验稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》及张志清[15]等的方法并结合莲子、香菇特有风味稍作修改，挑选10名有经验的评价员，组成评价组，采用双盲法进行检验，即对样品进行编号，检验样品也随机化，评定时每个成员单独进行，相互不接触交流，样品评定之间使用清水漱口，感官评分标准如表2所示。

1.2.3.2 氨基酸分析及其营养评价 挤压成型后的样品米中的蛋白质参照GB 5009.5-2016中方法使用K9860型全自动凯氏定氮仪测定；氨基酸（除色氨酸外）参照GB5009.124-2016中方法，使用A300型氨基酸自动分析仪进行测定。蛋白质营养评价方法根据贾青慧[16]等人的方法计算，即氨基酸评分（AAS），如式1所示。

1.3 数据处理

使用Design-Expert 8.0.6数据分析软件和Excel 2010软件进行曲线回归分析并优化求值，得出最佳配比方案。

2 结果与分析

2.1 感官评定结果

由感官评定小组对不同配比组成的挤压重组米做出评价，总分取平均值，结果见表3。

如表3所示，配方2中样品米的感官评分最低，与其他9组不同配方样品米差异显著（P<0.05），其口感具有明显的香菇气味，味道苦涩，粘牙，表面无光泽，且颜色很黑，原因可能是挤压过程中压力增大且温度较高[17]，而重组米在挤压期间发生的糊化及美拉德反应也会使其颜色加深[18]。4号样品米感官评分最高，7号米次之，且均具有良好的口感，由此可见，普通碎米粉的添加量对感官评定的影响最大[19]。4号样品米颜色淡黄，有明显光泽，爽口不粘牙，且具有香菇、莲子特有香味。苏北大米呈白色，具较高硬度[20]，但其口感爽口不粘牙[21]，感官品质良好。综上所述，4号样品米即莲子粉、香菇粉、碎米粉的比例为0.667:0.167:0.167时，感官评分接近普通大米，且具有莲子、香菇的特殊香气（图1，图2）。

表2 感官评分标准Table 2 Sensory scoring criteria

表3 不同试验组样品米的感官评定结果Table 3 Sensory evaluation results of rice samples in different test groups

2.2 蛋白质营养评价

2.2.1 蛋白质含量 1～10号样品米中蛋白质含量（干基质量百分比）分别为13.15%、15.07%、13.37%、14.66%、12.59%、16.11%、11.5%、16.10%、7.58%、13.99%，其中全部由碎米粉组合而成的9号样品米蛋白质含量最低，说明在普通谷类大米中蛋白质含量相对匮乏，而在其他各组中蛋白质含量均明显高于9号，由此说明通过与莲子粉和香菇粉的搭配可以在一定程度上弥补普通大米中蛋白质含量不足的缺点[22]。

2.2.2 氨基酸组成 各试验组样品米的氨基酸组成含量见表4，各试验组样品米中总氨基酸含量在7.575～16.113 g/100 g之间，其中由全碎米粉组成的样品米氨基酸含量最低为7.575 g/100 g。6号样品米即各原料粉间的比例为0.5:0.5:0时，总氨基酸含量最高为16.113 g/100 g。蛋白质的营养价值取决于其氨基酸的种类和含量，但在其中起到主要决定作用的是必需氨基酸的种类与含量[23]。除3号、5号、7号外，各试验组样品米中必需氨基酸含量占比总氨基酸含量（EAA/TAA）基本都在33%以上，这也符合FAO/WHO提出的理想蛋白质条件。6号样品米虽在总氨基酸含量上占有优势，但其必需氨基酸含量占比较低，与此相比，4号米总氨基酸含量仅次于6号，但必需氨基酸含量占比总氨基酸含量即EAA/TAA却高达42.9%，可见4号米蛋白质营养价值颇高。

图1 蒸煮后的各样品米Fig.1 After cooking each sample rice

图2 苏北大米Fig.2 Subei rice

2.2.3 氨基酸评分（AAS） 为方便不同试验组样品米中蛋白质中氨基酸组成进行比较，将氨基酸含量换算成单位质量蛋白质中所含氨基酸的质量，即每克蛋白质中含有的氨基酸质量，以mg计。在必需氨基酸（EAA）中，氨基酸评分越接近100就表明越接近理想蛋白模式[24]，高于100则表示能够高出人体蛋白需求，氨基酸评分最低的就是其第一限制氨基酸[23]。以第一限制氨基酸评分作为蛋白质的氨基酸评分。各试验组中的氨基酸评分结果及FAO/WHO推荐值[25]见表5。如表所示，1～10号样品中限制性氨基酸主要是色氨酸和缬氨酸，但这可能是由于样品在测定酸解过程中色氨酸被破坏导致测定结果不准确，因此样品第一限制性氨基酸为缬氨酸。由表5可知，除3、5、7号样品米氨基酸评分结果低于100分外，其余各组评分均远远高出100分，表明样品米能够满足人体对必需氨基酸的需求甚至远远超出。

表4 氨基酸组成及含量Table 4 Composition and content of amino acid

表5 不用试验组样品米的氨基酸评分及FAO/WHO模式推荐值Table 5 Amino acid score and FAO/WHO model recommended value of sample rice

2.2.4 回归模型的建立

2.2.4.1 感官评分模型 以莲子粉、香菇粉和碎米粉的添加比例X1、X2、X3为自变量，以感官评分为响应值，使用Design Expert8.0.6软件对混料试验结果进行多项式拟合，建立感官评分的回归模型，如下式：

式中：X1代表莲子粉添加比例，X2代表香菇粉添加比例，X3代表碎米粉添加比例，Y1代表感官评分。

2.2.4.2 氨基酸评分模型 以莲子粉、香菇粉和碎米粉的添加比例X1、X2、X3为自变量，以氨基酸评分（ASS）得分为响应值，使用Design Expert8.0.6软件对混料试验结果进行多项式拟合，建立氨基酸评分（ASS）的回归模型，如下式：

式中：X1代表莲子粉添加比例，X2代表香菇粉添加比例，X3代表碎米粉添加比例，Y2代表氨基酸评分。

对感官评分回归模型进行方差分析可知（表6），其R2=0.9055，调整R2adj=0.7874，二次模型都在0.05水平上显著，即P<0.05，说明模型可以很好地拟合三种原料粉添加比例与感官评分之间的关系。

表6 感官评分回归模型的方差分析Table 6 Variance analysis of the sensory score regression model

对氨基酸评分回归模型进行方差分析可知（表7），其R2=0.7690，调整R2adj=0.6535，一般认为，针对自然科学的拟合优度达到0.1为小效应，0.3为中等效应，0.5为大效应[26]，本次拟合优度为0.7690，且二次模型都在0.05水平上显著，即P<0.05，说明模型可以很好地拟合三种原料粉添加比例与氨基酸评分（AAS）之间的关系。

表7 氨基酸评分回归模型的方差分析Table 7 Analysis of variance for amino acid score regression model

2.2.5 营养米配方的优化求值 利用Design Expert 8.0.6分析软件优化功能，综合考虑感官评分和氨基酸评分两项指标，对建立的回归模型进行优化求值，结果如下：当X1=0.5，X2=0.3，X3=0.2时，即莲子粉、香菇粉、碎米粉添加比例为5:3:2时，Y1值为76.19，感官品质极佳；同时Y2值最接近100，接近理想蛋白模式，为112.92。

综上，三种原料粉的添加比例为5:3:2时，营养米感官品质极佳，接近普通大米，同时氨基酸评分最接近理想蛋白模式。

2.2.6 验证试验 按上述优化的配方进行营养米的制备，并以单一莲子粉、香菇粉和碎米粉制作，进行感官鉴定和氨基酸评分，结果见表8。

如表8所示，优化配方即莲子粉、香菇粉、碎米粉的比例为5:3:2时制作的营养米的感官评分实际值为80.26，预测值为76.19，二者在合理误差范围内，其感官品质接近普通大米，显著高于其他单一粉制作的营养米（P<0.05），但在氨基酸评分结果上更接近100分，更接近理想蛋白模式，显著优于任何一组单一粉制作而成的营养米（P<0.05）。可以看出，通过单形重心试验设计方法，并利用挤压重组技术将不同原料粉有机结合制备成重组米，虽感官评分略低于普通类大米，但却可以弥补稻米中限制性氨基酸的不足，满足人体正常需求，大大提升了谷类米的营养价值。

表8 优化配方与单一粉制作品质对比Table 8 Optimized formula and single powder production quality comparison powder

3 结论

本研究以莲子粉，香菇粉，碎米粉作为原料制备全蛋白复配米，拓展了碎米的利用渠道，减少了资源浪费，同时赋予重组米特有的风味，不同比例搭配实现了氨基酸互补，使其氨基酸比例接近理想蛋白模式。本试验得到的重组米的最佳配比为莲子粉:香菇粉:碎米粉=5:3:2，得到的全蛋白复配米口感醇香，感官评分高达80.26分，其品质接近普通谷类米，且氨基酸评分最为接近100分，更接近人体所需模式，营养价值远远高于传统大米。为营养学配餐、蛋白质互补、必需氨基酸强化提供了一定的理论依据。