不同脫皮設備對青稞米加工碎米率的影響

趙 波 周素梅 王麗麗 張玉紅 王姍姍 周閑容 佟立濤

(中國農業科學院農產品加工研究所1，北京 100089)(西藏自治區農牧科學院農產品開發與食品科學研究所2，拉薩 850000)

青棵，又稱裸大麥、元麥、米大麥，在植物分類學上屬于禾本科大麥屬的變種之一。主要分布于青藏高原裸大麥區，包括西藏、青海、甘肅省甘南藏族自治區、四川阿壩、甘孜藏族自治州和云南迪慶藏族自治州[1]。和其他谷物相比，青稞含有較高的葡聚糖含量，范圍為2～11 g/100 g，主要存在于青稞糊粉層、亞糊粉層和胚乳細胞壁中[2]，葡聚糖具有降低膽固醇和血糖水平的功能[3]，青稞產品也逐漸被市場廣泛接受。

青稞米是青稞經脫皮處理后的產品，可直接蒸煮后食用，青稞米沒有糌粑等一些青稞制品粗糙的口感，有特殊的米香味，青稞胚乳還含有較高的葡聚糖，青稞米成為了近些年來越來越受歡迎的一種青稞食品[4]。青稞米不僅具有直接的食用價值，也可用于制作青稞精粉。青稞米加工過程中產生的麩皮含有較高的葡聚糖和膳食纖維，具有很高的營養和經濟價值[5]。

青稞脫皮設備是由碾米機改進而來，通過調節碾白室的壓力及磨輥和物料的相對速度，對傳統碾米機改造使用，普遍存在動力消耗高、溫升高等不足，且對青稞籽粒的大小飽滿度有較高要求。脫皮過程中容易出現過碾現象，使青稞籽粒兩端的部分胚乳混入皮層粉中。青稞在碾白室受到壓力和撞擊力，在高速運轉條件下產生較高的碎米率。青稞脫皮過碾現象導致青稞麩皮中淀粉含量升高，不利于青稞麩皮中功能成分β-葡聚糖的提取和富集[6]。

柔性脫皮是一種新型的脫皮技術，摒棄了以往利用砂輥或鐵輥間隙，依靠谷物擠壓和出料口調壓實現剛性脫皮的加工方式，利用專用彈性合金刀片，在脫皮時會自動調整脫皮間隙和壓力，實現了谷物的柔性脫皮，降低了動力消耗和溫升。柔性脫皮及集打、剝、揉、篩等多種功能于一體，可同步實現洗麥機、打麥機、刷麥機的功能，使青稞皮層被像刮胡刀一樣分層刮下來，不僅降低了籽粒受到的作用力，且提高了剝刮的均勻性。

脫皮過程的碎米發生眾多影響因素有關，盡量降低碎米率，是青稞米加工需長期面對的挑戰和難題[7]。脫皮過程的碎米發生與原料的種類、爆腰率、脫皮工藝、設備有關，也與原料的含水率有很大的關系[8，9]。

本實驗以青稞為原料，對穩定化后的青稞采用逐層剝刮的方式制作青稞米，探索在青稞米加工過程中，柔性剝皮機和碾米機對副產物青稞麩皮中淀粉含量的影響，以及入機水分、脫皮率、滅酶、篩分工序等對青稞米加工過程中碎米率的影響。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

青稞：芶芒紫青稞，西藏拉薩。

1.2 主要儀器與設備

RCETK柔性脫皮機；TM05C實驗用碾米機；DHG-9243BS-Ⅲ型電熱恒溫鼓風干燥箱；WZZ-2B自動旋光儀；ZQB400-S272蒸箱。

1.3 方法

1.3.1 青稞調質

首先確定調制后的青稞水分含量，根據原料青稞的含水量和公式(1)計算加水量。將原料和水混合均勻后密封，置于室溫使水分擴散均勻。

(1)

式中：X為加水量；b為調質后含水量；a為原料含水量；n為調質青稞的質量。

1.3.2 青稞滅酶

將調質后的青稞平鋪成0.5 cm的薄層，放入蒸箱，在100 ℃保持1 h。滅酶后青稞放入35 ℃烘箱中，水分降至12%，分裝放置4 ℃冰箱保存。

1.3.3 青稞脫皮

取5份質量為m的青稞，調質到不同含水量(12%、14%、16%、18%、20%)，由進料口倒入柔性脫皮機進行脫皮，出料口收集青稞米m1和青稞麩皮m2，稱量青稞麩皮的質量，計算脫皮率。通過不斷重復循環脫皮，直至達到設定的脫皮率。脫皮率按公式(2)計算：

(2)

取5份質量為m的青稞，調質到不同含水量(12%、14%、16%、18%、20%)，由佐竹碾米機進行碾米，控制碾米時間，直至達到設定的脫皮率，收集青稞米m5和青稞麩皮m6，根據公式(2)計算脫皮率。

1.3.4 碎米率

將達到脫皮率的青稞通過1.5 mm篩網，收集篩上物m3和篩下物m4，按照公式(2)計算碎米率：

(3)

1.3.5 淀粉含量

參照AOAC 996.11方法。

1.3.6 含水量

水分按照GB/T 5009.3 直接干燥法。

1.3.7 數據處理

采用Excel分析軟件對測定的數據進行顯著性分析和圖標制作，各數據重復測定3次取平均值。

2 結果與討論

2.1 入機水分對兩種設備脫皮碎米率的影響

稻谷或糙米加工前加濕調質是碾米的必要工序，碾米時，主要是通過碾磨的方式去除糙米皮層，因此經調質后的皮層硬度降低，能減少碾米能耗和降低碎米率[11，12]。青稞籽粒硬度較大，在水分較低時，皮層與胚乳結合緊密，脫皮難度大。由于皮層和胚乳的膨脹率不同，經過調質處理，一方面降低了皮層與胚乳的結合力，另一方面增加了皮層的摩擦系數，因此調質可以降低青稞在脫皮設備中停留的時間，增加脫皮效率[13]。

由圖1可見，入機水分對碎米率的影響較大，隨著水分的升高，兩種脫皮設備的碎米率均呈現先降低后升高的趨勢，在入機水分為16%時，2種脫皮設備碎米率均達到最低值；在相同的入機水分條件下，碾米機和柔性脫皮機的碎米率具有顯著性差異，柔性脫皮的碎米率低于碾米機；籽粒的剪切力學指標會隨含水率的變化而變化[14]，脫皮是對籽粒表面的磨削加工過程。當入機水分較低時，硬度大，脆性強，脫皮需要更強的作用力，使碎米率和能耗較高；當入機水分增加時，原料的硬度隨之下降、韌性增強，碾米加工后碎米率有所下降；當入機水分過高時，水分滲透到胚乳中，降低了胚乳顆粒的結合力，使顆粒變得松散，受到外部擠壓力時更易碎[9]。

圖1 不同入機水分與碎米率的關系

2.2 目標脫皮率對兩種設備脫皮碎米率的影響

在脫皮加工中，碎米率會隨著碾白率(碾米后整粒米粒的千粒重與整粒糙米千粒重比值的百分數)的降低而升高[7]。由圖2可以看出，隨著青稞脫皮率的提高，碎米率在不斷增加。當脫皮率為小于5%時，2種設備的碎米率無顯著性差異；當脫皮率高于5%時，2種設備產生的碎米率具有顯著性差異。

當脫皮率小于5%時，在加工過程中幾乎不產生碎米，此時脫去的青稞皮層中主要為部分籽粒外部殘留的殼、部分粉塵雜質和部分最外層的表皮，而青稞籽粒保持完整。青稞在收獲時，會混入部分未完全成熟的顆粒，這些青稞在受到外部作用力后更易破碎，脫皮率達到5%時，碎米主要是原料本身的不均勻性所導致；脫皮率高于8%時，由于青稞籽粒對設備施加的作用力的抗力逐漸達到臨界值，碎米率開始出現差異，碾米機產生的碎米率高于柔性脫皮機；脫皮率高于10%時，碎米率增長率變高，且2種設備產生的碎米率差距逐漸變大。當脫皮率達到20%時，碾米機的碎米率比柔性脫皮機高20%。

圖2 青稞脫皮率與成品中碎米率的關系

青稞籽粒外部包裹的青稞果皮、種皮使青稞具有較強的抗壓力，使其在脫皮過程中受到一定程度撞擊力的情況下保持顆粒的完整。當皮層逐漸被脫除，青稞籽粒的抗壓力降低，碾米機更快達到破碎的閾值，導致碾米機產生的碎米率高于柔性脫皮機。當脫皮率達到20%時，2種設備產生的碎米率高于20%，在青稞米加工過程中，2種設備都不適合加工脫皮率高于20%的青稞米。

2.3 滅酶對兩種設備脫皮碎米率的影響

為了延長青稞制品的貨架期，青稞原料會經過穩定化處理，通過鈍化青稞中的酶系來減緩青稞哈敗[15]。穩定化處理過程中，濕熱處理比干熱處理更易使酶系失活。青稞進行滅酶前，先經調質使水分滲透進入青稞，提高其水分活度，使青稞酶系在高溫處理下失活。滅酶過程中包含水分在青稞籽粒內外2次遷移和高溫處理，影響了青稞籽粒的機械特性，進而導致青稞在脫皮過程中碎米率發生變化[16]。

由表1可以看出，在脫皮率<10%時，滅酶處理對柔性脫皮機加工青稞米過程產生的碎米率無顯著性差異，脫皮率≥10%時，滅酶處理對其碎米率的產生具有顯著性差異；在脫皮率≤10%時，滅酶處理對碾米機加工青稞米過程產生的碎米率無顯著性差異，脫皮率>10%時，滅酶處理對其碎米率的產生具有顯著性差異；柔性脫皮機和碾米機在相同脫皮率時，其碎米率具有顯著性差異。

表1 滅酶對柔性脫皮機和碾米機碎米率的影響

注：同行不同字母表示相同脫皮率水平下，脫皮碎米率的差異性顯著(P<0.05)，余同。

青稞在脫皮率較低時，皮層包裹青稞籽粒，使其在發生撞擊和摩擦時保持顆粒完整，而滅酶過程對皮層的保護作用影響較小，使其產生的碎米率無顯著性差異；隨著脫皮率的升高，皮層逐步被脫除，青稞主要通過胚乳顆粒之間的結合力保持顆粒的完整，而脫皮率大于10%時，2種設備的碎米率具有顯著性差異，且經過滅酶處理的青稞碎米率高于為滅酶的青稞，說明滅酶處理降低了胚乳顆粒之間的作用力，使其在外部作用力下更易破碎。

2.4 篩理工序對兩種設備脫皮碎米率的影響

碎米率隨著脫皮率的增加而升高，碎米降低了青稞的有效脫皮面積，使碎米斷面的淀粉層被剝離，進入青稞麩皮相，使麩皮相的質量增加，導致脫皮率與實際脫皮效果之間的匹配度降低，不能如實反映脫皮效果。皮層是影響青稞粉亮度的主要原因之一，因此采用青稞米粉碎后(青稞米粉)的亮度值結合碎米率來評價青稞的脫皮效果，表2為篩分組和未篩分組的脫皮效果對比。

由表2可以看出，在青稞脫皮過程中，增加碎米篩理工序，可以降低碎米率并增加青稞米粉的亮度值；脫皮率≤15%時，2種設備篩分組和未篩分組的碎米率、亮度值均無顯著性差異；脫皮率為20%時，2種設備篩分組和未篩分組的碎米率、亮度值存在顯著性差異。在低脫皮率條件下，篩分對碎米率和亮度值無顯著性影響，在高脫皮率時，篩分可以增加有效脫皮面積，使青稞米在相同的脫皮率下，青稞米粉的亮度值更高。

表2 篩分和未篩分青稞脫皮效果對比

2.5 不同設備的脫皮率對青稞胚乳的影響

青稞進入碾米機內，在壓鉈的內壓力和機械力的推動下，使青稞擠壓在碾白室，經過自相磨擦，以及青稞與砂輪之間的互相摩擦之后，脫去青稞皮層[17，18]。在柔性脫皮機內，青稞和彈片之間產生剝刮，可根據青稞對彈片的壓力調節剝刮力。

由圖3可以看出，青稞脫皮率為20%時，2種脫皮設備生產的青稞米形態差異明顯，碾米機生產的青稞米呈圓形或橢圓形，兩端的部分胚乳被磨去，混入了麩皮相；柔性脫皮機生產的青稞米剝刮相對均勻，能夠保持青稞籽粒原本的形態。

圖3 碾米機和柔性脫皮機脫皮效果對比(脫皮率20%)

由圖4可以看出隨著脫皮率的增加，2種脫皮方式都會混入淀粉，且淀粉含量都呈上升趨勢，碾米機麩皮中淀粉含量增長速率遠遠高于柔性脫皮機。碾米機產生的麩皮中淀粉含量逐漸升高，主要原因在于在用碾米機加工青稞米的工藝中，青稞在一定的壓力下與砂輥或鐵輥摩擦，每次摩擦的接觸面是不斷變化的，碾米的時間越長，青稞越趨近于圓形，青稞兩端的胚乳部分混入麩皮的量就越大；柔性脫皮機產生的麩皮中淀粉含量逐漸升高，主要原因在于進入柔性脫皮機的青稞籽粒大小不均勻，粒徑較大的青稞剝刮度要大于粒徑小的青稞，導致大籽粒的青稞部分淀粉進入麩皮相。

圖4 不同脫皮率青稞麩皮中的淀粉質量分數

脫皮過程中部分青稞會發生碎裂，導致青稞籽粒胚乳斷面裸漏，在后續脫皮中，部分胚乳會從斷面被剝離，導致青稞麩皮中淀粉含量升高，這是2種設備中淀粉含量升高的共同原因。

3 結論

在青稞米加工工藝中，入機水分、目標脫皮率、滅酶工序、篩理工序都會對加工中的碎米率產生影響。入機水分在16%時，碾米機和柔性脫皮機產生的碎米率最低；目標脫皮率相同，柔性脫皮機的碎米率低于碾米機。碾米機和柔性脫皮機加工青稞米時，滅酶會導致青稞碎米率增加。篩理工序可以降低脫皮設備產生的碎米率且提升青稞米粉的亮度。

柔性脫皮機降低了碾米機加工過程中的碎米率，且可以降低青稞米加工過程中碾米機過度剝刮，進而緩解麩皮相中淀粉含量過高的問題，結合篩分工序可以有效保證高脫皮率時青稞麩皮的潔凈，用來生產高附加值的麩皮產品，例如高含量葡聚糖的產品。綜上，在青稞米的生產過程中，采用柔性脫皮機能夠降低碎米率，且能夠提高青稞米粉的亮度，有效降低麩皮中主要雜質淀粉的含量。