熱風處理對大米半干法磨粉效率的影響

佟立濤，耿棟輝，周閑容，王麗麗，劉麗婭，周素梅*

（中國農業科學院農產品加工研究所，北京 100193）

鮮濕米粉作為我國傳統米制食品，有著悠久的食用歷史[1]。傳統的米粉加工主要采用隔夜浸泡的濕法磨漿工藝，該工藝產生大量廢水的同時還造成營養物質的流失[2]，且長時間浸泡會導致有害微生物大量生長繁殖，進而帶來產品的安全風險，亦不利于工廠標準化、大規模化生產[3]。隨著我國環境保護力度的不斷加大，米粉行業對于綠色減排的加工技術需求旺盛。

一些其他食用米粉的國家，也在探討如何解決米粉加工中廢水的問題。韓國的Heo等[4]將干磨粉與濕磨粉以質量比1∶1混合制作米粉，在一定程度上降低了廢水排放，但是并未從根本上解決干磨粉品質不佳的問題。本實驗室前期采用旋風磨對潤米后含水率為28%和30%的大米進行磨粉，發現該大米粉制成的鮮濕米粉品質特性可媲美濕法磨粉的產品[5]。但前期研究中的潤米時間（24 h）過長，會存在有害微生物風險高等問題。有報道顯示熱處理小麥籽粒后磨粉，可減小有害微生物對小麥粉質量安全的影響[6]。此外，有報道發現稻谷烘干過程中，熱風及過熱蒸汽處理可增加大米的爆腰率，這是因為水分快速擴散形成由內而外的水分通道[7-9]。本實驗室進一步采用40 ℃及60 ℃熱風處理糯米和秈米，發現熱風處理可導致米粒表面裂縫增加，這種水分向外遷移自然形成的裂縫不破壞淀粉顆粒的完整性，干法磨粉過程降低了破損淀粉的含量[10]。但是熱處理溫度對大米粉及其鮮濕米粉品質特性的影響如何有待于進一步深入研究。

因此，本研究采用熱風45～105 ℃、15～240 min處理早秈米籽粒，通過對吸水速率的測定、表觀裂縫的觀察，篩選出最優熱風處理工藝，通過磨粉后測定大米粉白度和凝膠硬度，進而對鮮濕米粉的品質進行評價，以闡明熱風處理對大米半干法磨粉效率以及制品品質的影響，為米粉加工的清潔化、標準化、連續化生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料早秈米由湖南金健米業股份有限公司提供，其水分質量分數為13.41%。

1.2 儀器與設備

GZX-9030MBE電熱鼓風干燥箱 上海博迅實業有限公司醫療設備廠；SMZ800N體視顯微鏡 日本尼康株式會社；JMS-30A型膠體磨 廊通機械有限公司；CT410型旋風磨 福斯賽諾分析儀器（蘇州）有限公司；LGJ-25C冷凍干燥機 北京四環科學儀器廠有限公司；D25LT型色彩色差儀 德國HunterLab公司；TA-XT 2i/5型質構儀 英國Stable Micro Systems公司；HJ-4型多頭磁力加熱攪拌器 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；HY602-06液壓饸烙面機 恒宇橡膠制品集團有限公司；GY-MF型新型多功能米粉粉絲機 廣州市國研機械設備制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料處理

準確稱取大米200 g，于托盤中鋪成0.5 cm厚的薄層，然后置于電熱鼓風干燥箱中進行不同溫度和不同時間的處理。將實驗分為對照組（未經任何處理）和處理組（45 ℃、240 min，75 ℃、45 min，105 ℃、15 min）。多批次處理后混合用于后續裂縫觀察、吸水率分析實驗。

1.3.2 裂縫觀察

參照Wu Jianyong等[9]的方法用體視顯微鏡觀察經45～105 ℃、15～240 min處理及未處理米粒的表觀裂縫，如果米粒表面出現小于或等于2 個裂縫被視作輕度裂縫，大于2 個裂縫被視作重度裂縫[11]。

1.3.3 潤米工藝及吸水率的測定

目標調制水分質量分數28%（將原料浸泡24 h后，稱其浸泡前后的質量，計算其達到最大吸水飽和時所含有的水分質量分數），熱風處理后的原料分5 組，每組準確稱取3 g，根據所測樣品的水分質量分數計算加水質量，潤米時間分為5、10、20、40、60 min。同時以未處理的原料作對照組，加水質量、吸水率的計算分別見公式（1）、（2）。

式中：m表示樣品質量/g；ω表示大米潤米前水分質量分數/%。

式中：m1表示潤米前大米的質量/g；m2表示潤米后大米的質量/g。

1.3.4 大米粉的制備

1.3.4.1 濕磨

參照李里特等[12]的方法制備大米粉樣品，稱取200 g未經熱風處理的大米，在400 mL蒸餾水中于室溫下浸泡24 h，于變速膠體磨中進行磨漿。所得米粉漿進行冷凍干燥后，進行粉碎過篩（80 目）4 ℃保存待用。

1.3.4.2 干磨

參照趙福利等[13]的方法進行干法磨粉。稱取200 g未經熱風處理的大米，使用旋風磨進行粉碎過篩（80 目），裝于密封袋中4 ℃保存待用。

1.3.4.3 半干法調制磨粉

參照Tong Litao等[5]的方法，采用半干法調制磨（即半干磨）法制備米粉，稱取200 g經熱風處理后的大米，根據潤米目標調制水分質量分數（28%）計算加水量，進行潤米，使用旋風磨粉機進行粉碎過篩（80 目），過篩后的米粉于烘箱40 ℃烘至水分質量分數10%，裝于密封袋中4 ℃保存待用。以未處理原料為空白對照。

1.3.5 大米粉指標的測定

1.3.5.1 白度的測定

運用白度儀測定大米粉的明度（L*）、紅綠度（a*）和黃藍度（b*），根據公式（3）計算大米粉白度（H）[14]。

1.3.5.2 凝膠硬度的測定

大米粉凝膠硬度的測定參考吳偉都[15]、劉順湖[16]等的方法，并略作修改。將25 mL水與大米粉混合，配制成質量分數20%的懸浮液（以干基計），95 ℃水浴鍋中水浴加熱，懸浮液溫度達到95 ℃時開始計時，均勻攪拌加熱1 min，7 mL樣品分裝于10 mL燒杯中，封膜后在95 ℃水浴鍋中繼續加熱30 min。取出于4 ℃冰箱過夜。使用質構儀采用質地剖面分析（texture profile analysis，TPA）模式測定凝膠硬度，選擇測試探頭P/0.5R，測前速率0.5 mm/s、測試速率0.5 mm/s、測后速率5.0 mm/s、壓縮距離10 mm、觸發力0.049 05 N、2 次壓縮間隔時間3 s，選擇硬度作為指標，平行實驗次數3 次，取平均值。

1.3.6 鮮濕米粉的制備

鮮濕米粉制作工藝：大米粉→調漿（水分質量分數55%，以干基計）→滾揉蒸煮（100 ℃、20 min）→擠壓成型（氣動擠壓機）→水煮（100 ℃、5 min）→水洗冷卻→成品[17]。

1.3.7 鮮濕米粉指標的測定

1.3.7.1 質構分析

質構分析參考Charutigon[18]、劉鑫[19]等的方法，并略作修改。取3 根米粉等間距放在P/35R探頭的測試臺上測試，具體參數：測前速率2.0 mm/s，測試速率1.0 mm/s，測后速率2.0 mm/s，壓縮比50%，觸發力0.049 05 N，2 次壓縮間隔時間3 s。每個樣品重復測量10 次，結果取平均值。

1.3.7.2 拉伸力的測定

拉伸力的測定參照Inglett[20]、梁蘭蘭[21]等的方法。將鮮濕米粉沸水煮1 min，冷水沖洗2 min，取1 根固定在質構儀的A/SPR探頭上進行測試，程序參數設置為：測前速率0.5 mm/s、測試速率0.5 mm/s、回程速率5 mm/s。每個樣品重復測試10 次，結果取平均值。

1.3.7.3 斷條率的測定

斷條率的測定參照羅文波[22]的方法。選取長度大于20 cm的粉條投入沸水（1∶15，m/V）中，加蓋浸泡2 min，濾去湯汁，水洗一遍，倒入托盤中，將長度小于和大于10 cm的粉條分開，稱質量，按式（4）計算斷條率。每個樣品重復測試3 次，結果取平均值。

式中：m1表示長度小于10 cm的粉條質量/g；m2表示長度超過10 cm的粉條質量/g。

1.4 數據處理與分析

實驗數據采用軟件SPSS 19.0進行方差分析，采用Duncan新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 熱風處理對大米籽粒吸水率的影響

達到最大水分質量分數的時間即為有效的潤米時間，為考察潤米所需要的最短時間，本研究測定了不同熱風處理條件下米粒的吸水率，結果如圖1所示。相較于未處理的大米，3 種熱風處理組大米吸水率均隨著潤米時間的延長而增加。其中75 ℃、45 min和105 ℃、15 min處理組潤米在11 min即可達到最大吸水率，表明熱風處理可以有效加快潤米的速率。

圖 1 不同熱風處理方式對大米籽粒吸水率的影響Fig. 1 Effects of different hot air treatment conditions on moisture absorption rate of rice

2.2 熱風處理對大米籽粒表觀裂縫的影響

為探討熱風處理提高大米潤米效率的作用機理，本研究運用體視顯微鏡觀察不同熱風處理條件下大米表面的狀態，結果如圖2所示。未處理的米粒表面光滑透明無裂縫，而隨著熱風處理溫度增高和加熱時間的延長，大米籽粒表觀裂縫逐漸增加，其中45 ℃ 240 min、75 ℃ 45 min、105 ℃ 15 min熱風處理組米粒表觀裂縫明顯，可判斷為重度裂縫。這是因為高強度的熱處理在短時間內可使米粒內部水分快速遷移，從而形成眾多的、裂紋較大的水分通道[23]，但是低溫長時間熱處理水分緩慢揮發效果弱于短時高溫。此外，本實驗室前期研究證實了這種水分向外遷移自然形成的裂縫不破壞淀粉顆粒的完整性，因而破損淀粉含量不會增加，可以獲得理想的大米粉粉質特性[10]。以上結果表明，通過熱風處理大米籽粒可以加快其內部水分向外遷移，從而形成眾多的水分通道。而在潤米過程中外部水分沿著這些通道迅速進入米粒內部，從而可在保持淀粉顆粒完整性的前提下有效地縮短潤米時間、提高潤米效率。

圖 2 不同熱風處理條件對大米籽粒表觀裂縫的影響Fig. 2 Effects of different hot air treatment conditions on surface cracks of rice

2.3 不同磨粉方式對大米粉白度的影響

大米粉的白度直接影響鮮濕米粉產品的外觀品質，白度越高越受到消費者的歡迎。盡管前期研究顯示熱風處理不會使破損淀粉含量增加，但是熱風處理對于白度可能會有不良的影響；因此，本研究測定了45 ℃ 240 min、75 ℃ 45 min、105 ℃ 15 min 3 種熱風處理的大米粉的白度。如圖3所示，與濕磨法相比，干磨法顯著降低了大米粉的白度；這可能是干法磨粉過程中磨粉儀器產生較多的熱量使得大米粉中酚類等物質被氧化而導致的[24-26]。而3 種熱風處理組調制粉白度顯著高于干磨粉（P＜0.05），且45 ℃、240 min和75 ℃、45 min熱風處理下的大米調制粉與濕磨粉無顯著性差異（P＞0.05）。這可能是因為潤米后的大米硬度顯著下降，降低了磨粉機對米粒的熱能輸入和機械損傷，從而相比于干磨粉白度指標具有顯著優勢。而105 ℃ 15 min調制粉白度較濕磨粉顯著降低（P＜0.05），這可能是大米經高溫長時處理導致美拉德非酶促褐變的產生[27-28]。結合前面熱風處理可有效加快潤米速率的結論可得出，合適的熱風處理條件可在不破壞大米粉白度的前提下提高潤米效率。

圖 3 熱風處理對大米粉白度的影響Fig. 3 Effect of hot air treatment on Hunter whiteness of rice fl our

2.4 不同磨粉方式對大米粉凝膠硬度的影響

大米粉凝膠硬度與鮮濕米粉的品質特性密切相關，大米顆粒的結構性質、破損淀粉含量以及淀粉的成分與結構等許多因素影響大米粉的凝膠硬度，進而影響產品的品質[23]。本研究篩選白度與濕磨粉無顯著差異的熱風處理組大米調制粉（45 ℃、240 min，75 ℃、45 min），考察了熱風處理對于大米粉凝膠硬度的影響。如圖4所示，兩種熱風處理組調制粉的凝膠硬度顯著高于干磨粉，與濕磨粉相差不明顯。這同樣是因為熱風處理下的半干法磨粉可以保護淀粉顆粒的完整性，使得大米粉的粒徑分布均勻，高溫糊化得更加充分后具有較高的凝膠硬度[17]，表明此處理工藝可使大米粉具有良好的粉質特性。

圖 4 不同磨粉方式對大米粉凝膠硬度的影響Fig. 4 Effect of hot air treatment on gel hardness of rice fl our

2.5 不同磨粉方式對鮮濕米粉質構特性的影響

傳統濕法工藝的鮮濕米粉因具有滑爽筋道、口感細膩等良好的品質而被廣大消費者接受。如表1所示，75 ℃、45 min處理組鮮濕米粉硬度、彈性、咀嚼性及回復性較干磨粉顯著增大（P＜0.05），且與濕磨粉非常接近。有報道顯示在質構特性中黏性、內聚性、咀嚼性和回復性較高，而硬度適中時感官評價得分較高[29]，而熱風處理下鮮濕米粉的質構特性與濕磨粉接近，符合感官得分高的要求，表明此處理方法不會破壞鮮濕米粉的質構特性。

表 1 不同磨粉方式對鮮濕米粉質構特性的影響Table 1 Effect of different milling methods on texture properties of rice noodles

2.6 不同磨粉方式對鮮濕米粉拉伸特性及斷條率的影響

鮮濕米粉拉伸特性及斷條率直接決定著米粉的口感和烹飪特性，拉伸力反映了米粉的最大破斷強度，其值越大則鮮濕米粉口感越爽滑、筋道、有彈性；而斷條率越低，米粉蒸煮后的品質越好[4]。鮮濕米粉的拉伸力與斷條率測定結果見圖5。由于干法磨粉對大米淀粉破壞較嚴重，在糊化過程中形成的凝膠網狀結構不如濕磨粉及熱風處理大米后的調制粉；因此干磨粉制作的米粉較傳統濕法拉伸力小，斷條率大（P＜0.05），而熱風處理后的半干法磨粉與濕磨粉制作的米粉拉伸力、斷條率較為接進。這一結果表明熱風處理除了可提高半干法磨粉過程中的潤米效率外，還可保證鮮濕米粉口感和蒸煮特性。

圖 5 不同磨粉方式對鮮濕米粉拉伸特性（A）及斷條率（B）的影響Fig. 5 Effect of different milling methods on tensile strength (A) and breaking rate (B) of rice noodles

3 結 論

熱風處理通過增加米粒表觀裂縫、加快吸水率從而顯著縮短潤米時間，45 ℃、240 min和75 ℃、45 min熱風處理后的大米潤米時間可縮短至11 min。將熱風處理后的大米進行半干法磨粉，大米粉白度與濕磨粉無顯著差異。75 ℃、45 min熱風處理組大米進行半干法磨粉制作的鮮濕米粉在質構特性、拉伸特性及斷條率方面接近濕法。