工程重組米的研究進展

沈宇光，肖志剛，柴 媛，王麗爽，楊 柳，楊國強

（沈陽師范大學糧食學院，遼寧沈陽 110034）

大米是我國的主要糧食作物，作為日常主食之一，人均熱能攝入量的40%由大米提供，但是大米蛋白質含量低、氨基酸構成比例不合理，加之經過碾白、拋光后，大量有營養價值的物質流失。大米加工精度越高，損失的營養物質也就越嚴重，據流行病學資料顯示，攝入太精、太細的大米會增加糖尿病、心血管病的發病率。如今，隨著生活品質的不斷提高，人們攝入主食的意識由“精”已經轉變為“全”，更加注重營養均衡。

為了提高國民的健康狀況，許多國家推出營養強化食品來補充日常膳食中所缺乏的營養元素。最為常見的營養強化米即是在普通大米中添加某些人體需要而大米中缺乏的營養素而制成的成品米[1]。1948年，菲律賓為了防治當地維生素B1、尼克酸及鐵質缺乏癥推出了營養強化米，獲得顯著成效。隨后，在斯里蘭卡、古巴、哥倫比亞、委內瑞拉等國家陸續采用[2]。

目前，對大米進行營養強化的方式有浸吸法、噴涂法、粉末強化法[3-5]，但它們的缺點是難以推廣。于是，擠壓營養強化的方法應運而生。該方法主要是以碎米作為原料，經粉碎成米粉后與營養強化劑預混合，然后利用蒸汽與水的共同作用進行調質，然后經輸送進入螺桿擠壓機中重新造粒[6]，在模頭處經切刀切割后獲得擠壓營養重組米，該方法加工的重組米具有營養素分布均勻性好、穩定性好、營養價值高等特點[7-8]，并且在進行淘洗過程中，營養素的損失量也較小，所以成為了很多學者的研究對象。

1 概況

1.1 重組米定義

擠壓重組米，也叫營養強化米、工程米、人造米等，是以淀粉類物料為主要原材料，適當添加輔料，與黏結劑、營養強化劑等混合，通過擠壓熟化、切割、干燥等工序制成類似于天然大米的顆粒狀米制品。這種重組米因為在食用時加熱時間較短，所以也被稱為速食米[9]。在國外，不少國家和地區根據身體所需要的營養物質進行科學配比，與粉混合制成面片然后做成米。重組米有較高的食用價值和經濟價值，是一種開發前景廣泛的營養型食品。

1.2 國外研究進展

國外工程米的研制興起于20世紀70年代，主要集中在美、日等國家和地區。1982年，Harrow A D等人[10]率先以大米粉為原料，將土豆粉、玉米粉等雜糧粉為營養強化劑，經混合調質后，利用擠壓成型機制備出了顆粒完整性和復水性比較好的擠壓重組米。1984年，Galle E L等人[11]選用以淀粉為基質的原料，配以大米粉、碎米粉及其他淀粉類的谷物，通過添加乳化劑、增稠劑和微量礦物質元素作為黏結劑和營養強化物質，經過混合調質后，最終制備出內部結構致密的擠壓重組米。1985年，Lou W C等人[12]以90.0%～99.5%的米粉為主料，添加少量凝膠劑、乳化劑等，利用熱擠壓方式制備出重組米。1987年，Scelia R P等人[13]以大米粉和玉米粉為原料，并添加乳化劑和可食用膠，最終獲得類似于米粒的擠壓重組米。1996年And A N K等人[14]以大米粉為主要原料，以具有較高生物活性的7H2O·FeSO4（FSH）作為鐵營養強化劑，利用螺桿擠壓機生產出鐵強化營養重組米。1999年，Koide K等人[15]以含淀粉的谷物為原料，以白蛋白、海藻酸鈉和鈣鹽為營養強化物質，利用螺桿擠壓機生產得到外形完整、復水性良好的擠壓重組米。2004年，Lee Y T等人[16]以豆粉和谷物為主要原料，利用雙螺桿擠壓機生產營養重組米。2005年，Moretti D等人[17]將大米粉為主要原料，通過添加高生物利用率的硫酸亞鐵和焦磷酸鹽作為鐵元素強化劑，采用螺桿擠壓機生產出感官品質與天然大米相接近的鐵強化營養重組米。2011年，Liu C等人[18]以碎米為原料，以新鮮米糠為營養強化劑，采用改良熱壓凝膠法、利用單螺桿擠壓機生產出重組米。2014年，Hussain SZ等人[19]以大米粉為原料，通過添加維生素A和焦磷酸鐵作為營養強化物質，采用雙螺桿擠壓機制備維生素A和鐵元素強化米，結果發現，維生素A和鐵元素強化米具有和天然大米相接近的微觀結構和糊化性質。

1.3 國內研究進展

我國發展較慢，1993年金增輝[20]簡要介紹了工程米及加工工藝的研制。熊善柏等人[21]對冷擠壓型米加工工藝進行了研究，以淀粉質為主要原料。此后，熊善柏、趙思明等人[22-25]對冷擠壓型工程米產品的干燥條件進行了一些研究，包括工程米熱風干燥數學模型，工程米干燥過程內部水分傳遞特性的研究，工程米干燥動力學及其仿真研究，工程米復水過程水分傳遞特性和工程米高溫高濕干燥等方面。研究主要集中在產品的干燥條件上。沈宇等人[26]對擠壓型工程米的生產工藝及其參數進行了研究。安紅周、金增輝等人[27-28]研究了進料水分對人造米理化特性和物性的影響，發現在擠壓過程中進料水分與人造米的吸水指數、α化度、水溶性碳水化合物、酶敏感性及人造米米飯硬度、黏度呈顯著性相關；程北根[29]對擠壓營養強化工程米生產工藝進行了簡介，介紹了最新的擠壓法生產營養強化米的生產工藝流程、主要生產設備和市場前景，但仍未涉及品質分析及產品產業化方面的探討。此后，以肖志剛團隊為代表的科研工作者對此展開了大量研究，主要體現在原料的復配、工藝參數及干燥參數的優化、食用品質的研究等方面。

1.3.1 不同原料的重組米

研究不同原料的復配制備重組米。董忠蓉等人[30]以魔芋粉為主要原料，添加碎米粉、土豆粉、紅薯粉及米糠粉等，經過熟化、擠壓成型、干燥、殺菌制得了一種具有多種保健功能的人造米，而且人造米結構緊密，不斷裂、不粗糙、不懸浮。殷明等人[31]以大米、玉米、小麥、燕麥為原料，采用單螺桿擠壓技術，從配方、上光效果及復水性能3個角度研究開發雜糧保健人造米的制作工藝，確定最佳工藝條件。韓冬梅[32]以大米碎米為主要原料，配以雜糧，經擠壓再造粒得到雜糧米，根據成分分析確定可選取雜糧種類。通過試驗確定最佳技術參數為切刀轉速850 r/min，物料加水量控制在20%～30%，三段機筒溫度控制在110～150℃。

1.3.2 擠壓參數對重組米理化特性的影響

研究制作重組米的最佳擠壓加工參數。王利民等人[33]以響應面法優化板栗基營養米擠壓加工參數。鄭廣釗等人[34]考查了4個參數對擠壓重組米崩解值的影響，優選出崩解值較佳的機筒溫度為71.1～75.5℃，物料含水率29.2%～30.5%，螺桿轉速185～208 r/min，L-α-磷脂酰膽堿質量分數0.44%～0.55%。安紅周等人[35]研究顯示，機筒溫度與“工程重組米”的水溶性碳水化合物、吸水指數、糊化度、酶敏感性呈顯著性相關。李娜等人[36]利用微波-熱風聯合干燥方式干燥玉米重組米，結果表明，物料厚度6 mm，微波時間6 min，微波功率1 800 W，熱風風速1 m/s，熱風溫度40℃，熱風時間15 min為最佳工藝條件。鄧力等人[37]借助雙螺桿擠壓機對營養復合雜糧米研究表明，最優工藝參數為機筒溫度157℃，水分含量17%，螺桿轉速183 r/min，喂料速度232 g/min，在此工藝條件下復合雜糧米的糊化度為82.10%。林雅麗等人[38]研究了擠壓參數及干燥條件對糙米重組米品質的影響，最佳工藝參數為擠壓溫度100℃，加水量28%，螺桿轉速100 r/min，最佳干燥條件為在45℃下干燥105 min。

1.3.3 添加物對重組米的性質研究

研究添加物對重組米結構及性質的影響。王鵬等人[39]研究表明，穩定化米糠對營養重組米回生有明顯抑制作用，添加了穩定化米糠的擠壓重組米其結晶速率常數k明顯小于沒有添加米糠的營養重組米和天然大米。鄭廣釗等人[40]研究了L-α-磷脂酰膽堿含量對擠壓重組米淀粉回生營養的Avrami方程。周哲[41]以糙米粉為營養重組米原料，研究表明添加了鈍化米糠的糙米重組米糊化溫度升高，糊化焓值降低，熱穩定增強。

2 加工方法

2.1 壓片式制粒工藝流程

首先在混合機里將配料和強化劑充分混勻，接著利用面帶機將混合好的物料壓成較寬的面帶，接著進行造粒步驟，用振動篩除去未成型的米粒，而對成型的米粒進行蒸汽處理，最后烘干、冷卻即可。

2.2 擠壓式制粒工藝

強化劑

配料（計量） →攪拌機（原料混合調濕） →擠壓膨化機（α化造粒成型）→烘干機（干燥）→振動篩（分離篩選）→包裝機（成品包裝）。

將配料和強化劑在攪拌機里混合均勻后，進入擠壓機后，在出模頭的瞬間，物料之前受到的高溫高壓瞬間消失，而讓物料形成米粒狀顆粒，再進行烘干冷卻篩選包裝即可[36]。

制粒機有輥筒式和擠壓式2種。輥筒式制粒機在輥筒上有數以千計的米粒形凹模，當面帶通過輥筒時，面帶便被壓成米粒。擠壓式制粒機則是將物料通過混合調質后送進螺桿擠壓機內，經過擠壓之后從模孔擠出成型。在?？淄饷嬗幸话研D的切刀，通過調節轉速可將面帶切成適當厚度的米粒，相比之下，擠壓造粒技術應用更廣泛。

3 結語

重組米的研制經過科研學者十幾年來的不懈努力，已經取得了長足進步。在加工工藝的參數、干燥模型的建立、質構及蒸煮等方面都有很成熟的技術，但是這些都處在實驗室的小規模生產中，把重組米的優勢帶到消費者的餐桌上仍是廣大科研工作者的研究目標。