全蛋白擠壓復配米配方的研究

張 亮，戚家慧，李瑞紅，李 想，李宏軍，陳善峰

（山東理工大學農業工程與食品科學學院，山東淄博255049）

大米，作為人類主食之一，在國民飲食中占有極其重要的地位。現代人對大米的精細程度要求越來越高，但由于現有的碾米技術有限，導致加工過程中產生一大部分碎米，而碎米中營養物質[1]與大米相近，卻通常被用作飼料[2]，造成了大米資源的嚴重浪費。因此研究探討碎米綜合利用技術[3]，開發碎米產品就顯得越來越重要。碎米是作為飼料以及酒、醋、怡糖等的原料使用，整體利用率也較低。而碎米中淀粉顆粒小且粒度均勻，且碎米中植物蛋白是公認的優質植物蛋白。因此，碎米主要被利用生產多孔淀粉，生產大米蛋白[4]。

擠壓作為一種高溫短時的加工方法,可將輸送、混合、蒸煮、殺菌、膨化等多種操作單元同時完成,同時還能破壞抗營養因子,是提高營養品質的一種有效途徑。劉麗[5]利用擠壓酶解技術制備碎米淀粉糖，通過擠壓預處理，其酶解消化力大大提高；王玉琦[6]以碎米為原料，添加乳酸鋅作為鋅強化劑，通過擠壓生產出富含鋅的強化重組大米；李檢等[7]以碎米、藍莓粉為主要原料，通過擠壓技術制備成風味獨特的藍莓速溶米糊。通過擠壓技術，可大大提高碎米利用率。碎米中雖富含蛋白，卻極度缺失某些必需氨基酸，如蛋氨酸等，因此，以碎米為主要原料，利用擠壓重組技術，開發一款必需氨基酸種類較為齊全、含量豐富，氨基酸模式[8]符合人體需求的重組米不失為一種提高碎米利用價值的好方法[9]。

本研究主要通過單形重心試驗設計[10]，利用擠壓重組技術，將蓮子粉、香菇粉、碎米粉以不同的配比有機結合，以彌補普通大米中必需氨基酸的不足，使用Design Expert 8.0.6進行曲線回歸分析并優化求值，實現氨基酸互補，開發一種氨基酸模式接近理想蛋白模式的營養米[11?12]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

碎米 徐州新天糧油有限公司；蓮子、干香菇均購自山東省淄博市農貿市場；單硬脂酸甘油酯 河南瑞百特商貿有限公司。

9FQ28-16型粉碎機 山東海能科學儀器有限公司；UVTE36-24型食品雙螺桿擠壓機 長沙創享食品科技有限公司；K9860型全自動凱氏定氮儀山東海能科學儀器有限公司；A300型全自動氨基酸分析儀 德國曼默博爾公司；ME204/02型分析天平 梅特勒-托利儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 擠壓工藝流程及操作要點 工藝流程：蓮子、干香菇、碎米→粉碎過篩→加單甘酯→混勻→擠壓成型→干燥→成品。

操作要點：將蛋白含量分別為16.32%、15.26%、7.82%的蓮子、干香菇、碎米三種原料粉碎后過80目篩，經處理的三種原料按不同配比混合均勻并加入0.5%的單硬脂酸甘油酯，在擠壓過程中，固定喂料速度為15 kg/h，II、III、V、VI區溫度分別為60、90、70、70 ℃[13]，模頭孔數為3，螺桿長徑比為25.6，模頭孔徑為長徑3 mm，短徑1 mm的橢球型孔，切刀速度調整為1500 r/min；擠壓機相關參數固定設置為IV溫度130 ℃，螺桿轉速140 r/min，物料含水量26%。最后將擠壓成型的樣品放置于干燥通風的室內（溫度25 ℃）干燥36 h，直至水分降至13%以下，裝入密封袋中，備用。在此基礎上，根據以下實驗安排進行不同配比試驗。

1.2.2 營養米配方的混料試驗 據涂家濤[14]的混料試驗設計，將蓮子粉、干香菇粉、碎米粉在總成分中所占比例分別記為Z1、Z2、Z3，結合Design Expert 8.0.6軟件進行單形重心混料設計方案[14]，分別以感官評分、氨基酸評分為指標。單形重心試驗安排表見表1。

表1 混料試驗設計Table 1 Experiment schedule

1.2.3 指標測定方法

1.2.3.1 感官評價 將按不同比例混合擠壓制得的樣品稱取10 g于金屬蠱中，按照水米質量比為1:1的比例添加蒸餾水，待電熱鍋中水煮沸后，將樣品放于電熱鍋蒸屜中蒸15 min。參考 GB/T 15682-2008《糧油檢驗稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》及張志清[15]等的方法并結合蓮子、香菇特有風味稍作修改，挑選10名有經驗的評價員，組成評價組，采用雙盲法進行檢驗，即對樣品進行編號，檢驗樣品也隨機化，評定時每個成員單獨進行，相互不接觸交流，樣品評定之間使用清水漱口，感官評分標準如表2所示。

1.2.3.2 氨基酸分析及其營養評價 擠壓成型后的樣品米中的蛋白質參照GB 5009.5-2016中方法使用K9860型全自動凱氏定氮儀測定；氨基酸（除色氨酸外）參照GB5009.124-2016中方法，使用A300型氨基酸自動分析儀進行測定。蛋白質營養評價方法根據賈青慧[16]等人的方法計算，即氨基酸評分（AAS），如式1所示。

1.3 數據處理

使用Design-Expert 8.0.6數據分析軟件和Excel 2010軟件進行曲線回歸分析并優化求值，得出最佳配比方案。

2 結果與分析

2.1 感官評定結果

由感官評定小組對不同配比組成的擠壓重組米做出評價，總分取平均值，結果見表3。

如表3所示，配方2中樣品米的感官評分最低，與其他9組不同配方樣品米差異顯著（P<0.05），其口感具有明顯的香菇氣味，味道苦澀，粘牙，表面無光澤，且顏色很黑，原因可能是擠壓過程中壓力增大且溫度較高[17]，而重組米在擠壓期間發生的糊化及美拉德反應也會使其顏色加深[18]。4號樣品米感官評分最高，7號米次之，且均具有良好的口感，由此可見，普通碎米粉的添加量對感官評定的影響最大[19]。4號樣品米顏色淡黃，有明顯光澤，爽口不粘牙，且具有香菇、蓮子特有香味。蘇北大米呈白色，具較高硬度[20]，但其口感爽口不粘牙[21]，感官品質良好。綜上所述，4號樣品米即蓮子粉、香菇粉、碎米粉的比例為0.667:0.167:0.167時，感官評分接近普通大米，且具有蓮子、香菇的特殊香氣（圖1，圖2）。

表2 感官評分標準Table 2 Sensory scoring criteria

表3 不同試驗組樣品米的感官評定結果Table 3 Sensory evaluation results of rice samples in different test groups

2.2 蛋白質營養評價

2.2.1 蛋白質含量 1～10號樣品米中蛋白質含量（干基質量百分比）分別為13.15%、15.07%、13.37%、14.66%、12.59%、16.11%、11.5%、16.10%、7.58%、13.99%，其中全部由碎米粉組合而成的9號樣品米蛋白質含量最低，說明在普通谷類大米中蛋白質含量相對匱乏，而在其他各組中蛋白質含量均明顯高于9號，由此說明通過與蓮子粉和香菇粉的搭配可以在一定程度上彌補普通大米中蛋白質含量不足的缺點[22]。

2.2.2 氨基酸組成 各試驗組樣品米的氨基酸組成含量見表4，各試驗組樣品米中總氨基酸含量在7.575～16.113 g/100 g之間，其中由全碎米粉組成的樣品米氨基酸含量最低為7.575 g/100 g。6號樣品米即各原料粉間的比例為0.5:0.5:0時，總氨基酸含量最高為16.113 g/100 g。蛋白質的營養價值取決于其氨基酸的種類和含量，但在其中起到主要決定作用的是必需氨基酸的種類與含量[23]。除3號、5號、7號外，各試驗組樣品米中必需氨基酸含量占比總氨基酸含量（EAA/TAA）基本都在33%以上，這也符合FAO/WHO提出的理想蛋白質條件。6號樣品米雖在總氨基酸含量上占有優勢，但其必需氨基酸含量占比較低，與此相比，4號米總氨基酸含量僅次于6號，但必需氨基酸含量占比總氨基酸含量即EAA/TAA卻高達42.9%，可見4號米蛋白質營養價值頗高。

圖1 蒸煮后的各樣品米Fig.1 After cooking each sample rice

圖2 蘇北大米Fig.2 Subei rice

2.2.3 氨基酸評分（AAS） 為方便不同試驗組樣品米中蛋白質中氨基酸組成進行比較，將氨基酸含量換算成單位質量蛋白質中所含氨基酸的質量，即每克蛋白質中含有的氨基酸質量，以mg計。在必需氨基酸（EAA）中，氨基酸評分越接近100就表明越接近理想蛋白模式[24]，高于100則表示能夠高出人體蛋白需求，氨基酸評分最低的就是其第一限制氨基酸[23]。以第一限制氨基酸評分作為蛋白質的氨基酸評分。各試驗組中的氨基酸評分結果及FAO/WHO推薦值[25]見表5。如表所示，1～10號樣品中限制性氨基酸主要是色氨酸和纈氨酸，但這可能是由于樣品在測定酸解過程中色氨酸被破壞導致測定結果不準確，因此樣品第一限制性氨基酸為纈氨酸。由表5可知，除3、5、7號樣品米氨基酸評分結果低于100分外，其余各組評分均遠遠高出100分，表明樣品米能夠滿足人體對必需氨基酸的需求甚至遠遠超出。

表4 氨基酸組成及含量Table 4 Composition and content of amino acid

表5 不用試驗組樣品米的氨基酸評分及FAO/WHO模式推薦值Table 5 Amino acid score and FAO/WHO model recommended value of sample rice

2.2.4 回歸模型的建立

2.2.4.1 感官評分模型 以蓮子粉、香菇粉和碎米粉的添加比例X1、X2、X3為自變量，以感官評分為響應值，使用Design Expert8.0.6軟件對混料試驗結果進行多項式擬合，建立感官評分的回歸模型，如下式：

式中：X1代表蓮子粉添加比例，X2代表香菇粉添加比例，X3代表碎米粉添加比例，Y1代表感官評分。

2.2.4.2 氨基酸評分模型 以蓮子粉、香菇粉和碎米粉的添加比例X1、X2、X3為自變量，以氨基酸評分（ASS）得分為響應值，使用Design Expert8.0.6軟件對混料試驗結果進行多項式擬合，建立氨基酸評分（ASS）的回歸模型，如下式：

式中：X1代表蓮子粉添加比例，X2代表香菇粉添加比例，X3代表碎米粉添加比例，Y2代表氨基酸評分。

對感官評分回歸模型進行方差分析可知（表6），其R2=0.9055，調整R2adj=0.7874，二次模型都在0.05水平上顯著，即P<0.05，說明模型可以很好地擬合三種原料粉添加比例與感官評分之間的關系。

表6 感官評分回歸模型的方差分析Table 6 Variance analysis of the sensory score regression model

對氨基酸評分回歸模型進行方差分析可知（表7），其R2=0.7690，調整R2adj=0.6535，一般認為，針對自然科學的擬合優度達到0.1為小效應，0.3為中等效應，0.5為大效應[26]，本次擬合優度為0.7690，且二次模型都在0.05水平上顯著，即P<0.05，說明模型可以很好地擬合三種原料粉添加比例與氨基酸評分（AAS）之間的關系。

表7 氨基酸評分回歸模型的方差分析Table 7 Analysis of variance for amino acid score regression model

2.2.5 營養米配方的優化求值 利用Design Expert 8.0.6分析軟件優化功能，綜合考慮感官評分和氨基酸評分兩項指標，對建立的回歸模型進行優化求值，結果如下：當X1=0.5，X2=0.3，X3=0.2時，即蓮子粉、香菇粉、碎米粉添加比例為5:3:2時，Y1值為76.19，感官品質極佳；同時Y2值最接近100，接近理想蛋白模式，為112.92。

綜上，三種原料粉的添加比例為5:3:2時，營養米感官品質極佳，接近普通大米，同時氨基酸評分最接近理想蛋白模式。

2.2.6 驗證試驗 按上述優化的配方進行營養米的制備，并以單一蓮子粉、香菇粉和碎米粉制作，進行感官鑒定和氨基酸評分，結果見表8。

如表8所示，優化配方即蓮子粉、香菇粉、碎米粉的比例為5:3:2時制作的營養米的感官評分實際值為80.26，預測值為76.19，二者在合理誤差范圍內，其感官品質接近普通大米，顯著高于其他單一粉制作的營養米（P<0.05），但在氨基酸評分結果上更接近100分，更接近理想蛋白模式，顯著優于任何一組單一粉制作而成的營養米（P<0.05）。可以看出，通過單形重心試驗設計方法，并利用擠壓重組技術將不同原料粉有機結合制備成重組米，雖感官評分略低于普通類大米，但卻可以彌補稻米中限制性氨基酸的不足，滿足人體正常需求，大大提升了谷類米的營養價值。

表8 優化配方與單一粉制作品質對比Table 8 Optimized formula and single powder production quality comparison powder

3 結論

本研究以蓮子粉，香菇粉，碎米粉作為原料制備全蛋白復配米，拓展了碎米的利用渠道，減少了資源浪費，同時賦予重組米特有的風味，不同比例搭配實現了氨基酸互補，使其氨基酸比例接近理想蛋白模式。本試驗得到的重組米的最佳配比為蓮子粉:香菇粉:碎米粉=5:3:2，得到的全蛋白復配米口感醇香，感官評分高達80.26分，其品質接近普通谷類米，且氨基酸評分最為接近100分，更接近人體所需模式，營養價值遠遠高于傳統大米。為營養學配餐、蛋白質互補、必需氨基酸強化提供了一定的理論依據。