響應曲面法優化早秈米品質改良劑配方研究

陳建芳，付桂明，3，*，羅揚帆，陳勇輝，李紅歌，王建濤，柴建新，萬 茵

（1.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，江西南昌330047；2.南昌大學生命科學與食品工程學院食品工程系，江西南昌330047；3.南昌大學中德食品工程中心，江西南昌330047）

響應曲面法優化早秈米品質改良劑配方研究

陳建芳1，2，付桂明1，2，3，*，羅揚帆1，2，陳勇輝1，2，李紅歌1，2，王建濤1，2，柴建新1，2，萬 茵1，2

（1.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，江西南昌330047；2.南昌大學生命科學與食品工程學院食品工程系，江西南昌330047；3.南昌大學中德食品工程中心，江西南昌330047）

將環糊精、有機酸和表面活性劑等早秈米品質改良劑配合使用，對早秈米進行系統的品質改良調理研究，以米飯的感官品質、理化指標為檢測指標，采用響應曲面法優化早秈米品質改良配方。單因素實驗結果表明，各種大米品質改良劑單獨使用時可以提高早秈米的品質，最佳用量分別為：β-環糊精0.15%，麥芽糊精0.05%，單甘酯、蔗糖酯各0.1%，檸檬酸、蘋果酸各0.05%。PB實驗結果顯示，各大米品質改良劑對早秈米品質影響的主次順序為：單甘酯、檸檬酸＞β-環糊精＞麥芽糊精＞蘋果酸＞蔗糖酯。響應曲面法優化得到早秈米品質改良的最佳配方為0.15% β-環糊精、0.1%單甘酯、0.56%檸檬酸，此時早秈米的食用品質得到明顯改善。

早秈米，品質改良劑，響應曲面

大米是世界范圍內的主要食物之一。以大米為主食的人，占我國人口的60%、世界人口的一半以上。近年來隨著世界人口的不斷增長，對大米的需求量上升，國際市場大米價格不斷攀升，2008年來漲幅已超過100%。我國的稻谷產量居世界之首，2007年我國稻谷產量達18588萬t，其中早稻總產量為3196萬t。江西是我國早秈米的主產區之一，年早秈米產量占全國的1/4。隨著社會物質生活水平的不斷提高，人們在大米消費上由只求吃飽向要求吃好轉變，對大米的營養、蒸煮品質、色香味形等各方面的要求日益講究。早秈米因直鏈淀粉含量高、米飯干硬、食用品質差，為大多數消費者所不喜愛，主要作為米粉、釀造、醫藥等行業的原料，市場價格比晚秈米低20%以上，且年年大量積壓。近年來，我國以食用品種為目的的早秈稻良種選育取得突破性進展，多個優質早稻品種已在全國大面積推廣，有望與晚秈米一同成為人們的主糧。雖然優質早秈米在食用品質方面比普通早秈米有較大改善，但與晚秈米尚有較大差距，需要進行品質改良與營養強化調理，才能滿足廣大消費者對米飯品質美味、可口和營養的要求。本文將酸味劑、表面活性劑和多糖類添加劑等大米品質改良劑配合使用，對早秈米進行系統的品質改良配方研究，并采用響應曲面法優化配方，以使早秈米飯接近晚秈米飯的香氣、滋味、硬度、粘度等食用品質，大大提高了早秈米的食用品質和價值。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

早秈米、優質晚秈米 江西省樟樹市糧油公司；β-環糊精、麥芽糊精、分子蒸餾單甘酯、蔗糖酯、檸檬酸、蘋果酸、氫氧化鉀（KOH）、碘、鹽酸、氫氧化鈉、硫代硫酸鈉、硫酸、無水乙醇、95%乙醇、冰乙酸等 均為國產分析純；麝香草酚藍 國產生化試劑；糖化酶國產食品級。

FW80型粉碎機 天津市泰特斯儀器有限公司；WH-866旋渦混合器 太倉市科教器材廠；ALC-310.3電子分析天平 北京賽多斯儀器系統有限公司；HH-4數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 大米吸水率的測定［1］稱取50.0g早秈米3份，分別裝入3個刺過孔稱好重量的一次性塑料杯中，將杯放入裝有300mL蒸餾水的燒杯中，使早秈米完全浸入水中，室溫浸泡20min，濾瀝3min，將早秈米散布在濾紙上5min，以除去米粒表面的水，稱取早秈米重量。

吸水率（%）=（吸水早秈米增加的重量/早秈米吸水前的重量）×100%

1.2.2 膠稠度的測定［2］按GB/T22294-2008執行。

1.2.3 早秈米糊化度的測定 糊化度的測定參照參考文獻［3］進行。

1.2.4 蒸煮實驗［4］按GB/T15686-1995執行。感官評分標準見表1。

1.2.5 理化評分標準 見表2。

1.2.6 單因素實驗 對 β-環糊精、麥芽糊精等多糖，單甘酯、蔗糖酯等表面活性劑，檸檬酸、蘋果酸等有機酸等大米品質改良劑進行單因素實驗，分析它們對早秈米吸水率、膠稠度、糊化度和米飯感官品質的影響。

1.2.7 PB實驗 利用SAS8.2軟件，根據單因素實驗結果，設計PB實驗表，進行蒸煮實驗。

1.2.8 響應曲面分析 根據PB實驗結果，選取三個對早秈米品質影響相對顯著的因素。利用SAS8.2軟件，設計Central Composite響應曲面分析實驗表，進行蒸煮實驗。根據響應曲面分析實驗結果，得到改善早秈米品質的最優配方，并進行驗證實驗。

表1 感官評分標準

2 結果與討論

表2 理化評分標準

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 β-環糊精、麥芽糊精對早秈米品質的影響從表3可知，早秈米吸水率、感官品質評分都隨著β-環糊精濃度的增加而增加。β-環糊精（CHA）分子為7個葡萄糖單元形成的環狀中空圓筒，其外側的親水基能提高早秈米表面親水性，從而提高早秈米吸水率。CHA在水溶液中能與有機化合物形成結晶性的有色絡合物，有色絡合物可以交連多種官能基團，生成各種衍生物，從而保持米飯香和味的穩定性，并改善米飯的表面光澤。CHA分子能夠提高淀粉的溶解度，使早秈米蒸煮后的米飯變軟；CHA分子還可以防止米飯的呈香物質在蒸煮時的氧化、揮發，從而使米飯的食味得到改善［5］。因此隨著CHA濃度的增加，早秈米的吸水率、綜合評分均出現增加的趨勢。

表3 β-環糊精對早秈米吸水率、感官品質的影響

添加麥芽糊精對早秈米品質影響情況見表4。隨著麥芽糊精濃度的增加，早秈米的吸水率、綜合評分先增加后減小，當麥芽糊精濃度為0.05%時，早秈米的吸水率、綜合評分最大。由于麥芽糊精具有強吸水性，當麥芽糊精濃度低時，粘附在早秈米表面的麥芽糊精可提高早秈米吸水率［6］；當麥芽糊精濃度高時，分支程度低的大分子物質會重新締合，使麥芽糊精溶液的穩定性下降，從而早秈米吸水率下降［7］。

表4 麥芽糊精對早秈米吸水率、感官品質的影響

2.1.2 單甘酯、蔗糖酯對早秈米品質的影響 單甘酯對早秈米品質影響情況見表5。隨著單甘酯濃度的增加，早秈米膠稠度急劇下降，綜合評分先增加后下降。膠稠度越小，米飯越硬。單甘酯屬于表面活性劑，一方面具有乳化作用，使米粉流動性下降，降低其膠稠度和理化評分；另一方面，能吸附在米粒表面，由于它們的親水基，可提高早秈米粒表面的親水性，使水分容易均勻地滲透到米粒內部，從而可適當提高米飯的柔軟性和粘彈性，改善米飯的口感［8］。因此單甘酯的添加量在低濃度（0.1%）時，感官和理化綜合評分最高。

表5 單甘酯對早秈米膠稠度、感官品質的影響

添加蔗糖酯對早秈米品質影響情況見表6。從表6可看出，蔗糖酯與單甘酯都屬于表面活性劑，蔗糖酯對早秈米膠稠度、感官品質的影響與單甘酯相似，一方面增加口感，另一方面降低其膠稠度和理化評分，但添加低濃度蔗糖酯（0.1%）時，膠稠度下降速度快于單甘酯，而添加蔗糖酯濃度大于0.2%時，膠稠度下降比較平緩。

2.1.3 檸檬酸、蘋果酸對早秈米品質的影響 酸可浸透到米粒后能軟化米細胞壁，能切斷淀粉分子，破壞一部分牢固的微膠粒，使水分充分進到淀粉細胞內微晶束結構中，從而使大米淀粉的吸水能力、膨脹能力增加，結構變得更松散［9］，也使米飯中葡萄糖、水溶性含氮物及水溶性有味物質含量增加，食味改善［10］。但添加有機酸的量過高時，會使米飯有酸味，影響早秈米品質。從表7可知，早秈米糊化度隨著檸檬酸濃度的增加而增加。添加少量的檸檬酸也能使早秈米的品質得到明顯改善。檸檬酸添加量為0.05%時，早秈米品質最好。

表6 蔗糖酯對早秈米膠稠度、感官品質的影響

表7 檸檬酸對早秈米糊化度、感官品質的影響

表8的實驗結果表明，蘋果酸對早秈米糊化度、感官品質的影響與檸檬酸相似，且綜合評分略高于檸檬酸。蘋果酸添加量為0.05%時，早秈米品質最好。

表8 蘋果酸對早秈米糊化度、感官品質的影響

2.2 PB實驗結果

PB實驗結果見表9。

表9 PB實驗結果

利用SAS8.2對表9數據進行分析，結果列于表10。從表10可知，對早秈米品質影響的各因素的主次順序為：單甘酯和檸檬酸＞β-環糊精＞麥芽糊精＞蘋果酸＞蔗糖酯。其中單甘酯、檸檬酸對早秈米品質影響較顯著。因此，本文中選擇β-環糊精、單甘酯、檸檬酸進行響應曲面分析。

表10 PB實驗結果分析報告

表11 響應曲面分析實驗結果

表12 響應曲面分析實驗結果分析報告

表13 品嘗評分記錄表

2.3 響應曲面分析

表11為響應曲面分析實驗結果。

利用SAS8.2對表11數據進行分析的結果見表12，得到響應回歸方程為

對上述方程進行一階求導，得X5=0.64。由于式（1）中X3的冪數為1，不能一階求導；X1對早秈米食用品質的影響非顯著，因此，它們都取單因素中的最佳水平。所以，最佳配方為：X1=0.15%、X3= 0.1%、X5=0.564%，即為0.15% β-環糊精、0.1%單甘酯、0.56%檸檬酸。

圖1 單甘酯、檸檬酸與綜合評分的響應曲面

按上述配方進行蒸煮實驗，各項指標得分情況見表13，結果表明，單甘酯、檸檬酸對早秈米品質影響極顯著，β-環糊精對早秈米品質的影響不顯著。利用響應曲面分析得到最佳配方：β-環糊精0.15%、單甘酯0.1%、檸檬酸0.56%。按最佳配方蒸煮，與沒有添加添加劑的相比，早秈米的感官品質得到明顯改善，特別是適口性和滋味。米飯感官評分為84分，與響應回歸方程預測的83.5分十分吻合。

3 結論

本文在不改變人們食用大米習慣的前提下，將β-環糊精、麥芽糊精、單甘酯、蔗糖酯、檸檬酸、蘋果酸等大米品質改良劑配合使用，對早秈米進行系統的品質改良配方研究。實驗結果顯示，各種大米品質改良劑單獨使用時可以提高早秈米的品質，最佳用量分別為：β-環糊精0.15%，麥芽糊精0.05%，單甘酯、蔗糖酯各0.1%，檸檬酸、蘋果酸各0.05%。PB實驗結果顯示，各種米品質改良劑對早秈米品質影響的主次順序為：單甘酯、檸檬酸＞β-環糊精＞麥芽糊精＞蘋果酸＞蔗糖酯。響應曲面分析表明，0.15% β-環糊精、0.1%單甘酯、0.56%檸檬酸配合使用時，效果最佳，可以提高早秈米淀粉的吸水性、糊化度和米飯的粘彈性，使早秈米的食用品質得到明顯改善，接近晚秈米飯的口感，大大提高了早秈米的食用品質和價值，不僅有效利用了我國大量的早秈米資源，也可緩解當前世界性糧食緊張、糧食價格暴漲的問題。

［1］林家蓮，楊榮華，張衛斌.添加劑對大米吸水性及米飯品質影響的研究［J］.中國糧油學報，2000（2）：16-20.

［2］GB/T22294-2008糧油檢驗-大米膠稠度的測定［S］.

［3］王春娜，龔院生.方便面糊化度測定方法的研究［J］.鄭州糧食學院學報，1999（2）：31-34.

［4］GB/T15682-1995稻米蒸煮實驗品質評定［S］.

［5］陶年順，袁素華.對β-環糊精改善米飯品質的研究［J］.中國糧油學報，1997（1）：24-28.

［6］劉文慧，王頡，王靜，等.麥芽糊精在食品工業中的應用現狀［J］.食品科學，2001（5）：183-186.

［7］趙婭，顧正彪.麥芽糊精溶液穩定性的研究［J］.中國糧油學報，2008（4）：96-101.

［8］王顯倫，陳明，許紅.不同添加劑對α-方便米飯粘度的影響［J］.鄭州工程學院學報，2001（3）：14-18.

［9］Kyoko Ohishi，idori Kasai，Atsuko Shimada，et al.Effects of acetic acid on the rice gelatinization and pasting properties of rice starch during cooking［J］.Food Research International，2007，40（2）.

［10］Debabandya Mohapatra，Satish Bal.Cooking quality and instrumental textural attributes of cooked rice for different milling fractions［J］.Journal of Food Engineering，2006，73：253-259.

Study on the formula of quality improvement additive of early long-shaped rice by response surface analysis

CHEN Jian-fang1，2，FU Gui-ming1，2，3，*，LUO Yang-fan1，2，CHEN Yong-hui1，2，LI Hong-ge1，2，WANG Jian-tao1，2，CHAI Jian-xin1，2，WAN Yin1，2
（1.State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China；2.Food Engineering Department of Life Science and Food Engineering College，Nanchang University，Nanchang 330047，China；3.Sino-German Food Engineering Center，Nanchang University，Nanchang 330047，China）

A variety of rice additives（cyclodextrin，organicacids，surfactants）were combined to get the best formula of improving the quality of the early long-shaped rice using response surface analysis.The sensual quality and physicochemical properties of rice were considered as detection index.The results of single-factor experiment showed that the quality of early long-shaped rice was improved after adding rice additive.The optimum dosages of β-cyclodextrin，maltodextrin，monoglycerides，sucrose esters，citric acid and malic acid were 0.15%，0.05%，0.1%，0.1%，0.05%，0.05%，respectively.The results of PB experiment showed that the order of ability of improving the quality of the early long-shaped rice were monoglyceride，citric acid＞β-cyclodextrin＞maltodextrin＞malic acid＞sucrose esters.The quality can be improved greatly by adding 0.15% β-cyclodextrin，0.1%monoglyceride and 0.56%citric acid.

early long-shaped rice；quality improvement additive；response surface analysis

TS210.1

A

1002-0306（2010）12-0127-05

2009-11-30 *通訊聯系人

陳建芳（1987-），女，碩士研究生，研究方向：農產品加工工程。

江西省教育廳2009年科技項目（GJJ09061）。