玉米重組米的加工工藝研究*

李 慧，謝 天，劉靜雪，李鳳林,2,3，高婷婷

（1.吉林農業科技學院食品工程學院，吉林 吉林 132101；2.攀西特色作物研究與利用四川省重點實驗室，四川 西昌615000；3.吉林省谷物精深加工校企聯合技術創新實驗室，吉林 吉林 132101）

重組米又名工程米，相較于天然大米，營養更全面，功能也更加豐富[1]。根據原材料類別，重組米分為大米重組米、 玉米重組米及其它淀粉類基質的雜糧型重組米[2]。重組米擠壓技術主要是單螺桿擠壓和雙螺桿擠壓，隨著研究的不斷深入，重組米技術不斷發展，擠壓技術由單螺桿改進為雙螺桿擠壓，工藝流程由一次擠壓成型發展為二次擠壓蒸煮造粒， 在單一原料組成的基礎上，增加營養物質，得到富含多種微量元素的重組營養米， 產品形式從單一品種過渡到品種多樣的重組米[3]。

關于重組米的探索從未間斷。 劉暢等[4]以糙米粉為原料，通過加入L-硒-甲基硒代半胱氨酸和L-乳酸鋅2 種營養強化劑制備全谷物擠壓重組米，進行了富硒鋅重組米擠壓工藝優化及糊化特性研究。宋燕燕等[5]進行了薯類淀粉擠壓制備重組米的加工特性研究，代嬌[6]探究了低GI 谷物重組米研制工藝并對其進行品質特性分析。目前，重組米的研究偏向均衡營養方面， 許多國家和地區根據所需營養物質進行科學配比，與粉混合制成面片再制成米。重組米因其食用方便，營養均衡，深受人們的喜愛。 總而言之，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[7]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米、大米、燕麥、小麥，市售；Ca(OH)2，深圳市鋮遠科技有限公司；蒸餾水，吉林農業科技學院食品工程學院谷物加工實驗室自制。

1.2 實驗設備

SLG-30 雙螺桿擠壓膨化機，山東中盛機械制造有限公司；BrookfieldCT3 質構分析儀，合測實業有限公司；JB-204 分析天平， 沈陽龍騰電子有限公司；HM-160 低溫超微粉碎機， 上海迎錄機械設備有限公司； BF-45A 拌粉機， 河北朵麥信息科技有限公司； 高速萬能粉碎機， 常州市涌錦干燥設備有限公司；HWCL-3 磁力攪拌反應浴， 鄭州長城儀器有限公司；TM 快速黏度分析儀(RVA)，瑞典波通瑞華科學儀器。

1.3 實驗方法

1.3.1 制備工藝流程

原料→粉碎過篩→玉米粉化學改性→混合調理→加水拌粉→擠壓膨化成型→切?！稍铮ㄗ匀涣栏桑b→蒸煮→進行物性測定

1.3.2 主要步驟說明

（1）粉碎過篩。 將玉米（85%）、大米（5%）、燕麥（5%）、小麥（5%）粉碎后過100 目篩，使原料混合均勻，保證組成的均一性。

（2）玉米粉化學改性。 參考湯培培[8]的堿熱處理玉米粉及其粉質特性研究的方法， 以峰值黏度(PV)和最終黏度(FV)為指標制備堿熱處理玉米粉，稱取0.4%的Ca(OH)2與玉米粉充分混合均勻，再加入一定量的蒸餾水， 使混合后的玉米粉中水分含量達到30%左右，密封放置3 h，將玉米粉裝入1000 mL 的三口燒瓶，放置磁力攪拌反應浴中，在100 ℃條件下加熱1 h，將熱處理之后的玉米粉過100 目篩，即可得到改性的玉米粉。

（3）加水攪拌。 加入蒸餾水進行攪拌。

（4）擠壓膨化成型。 用雙螺桿擠壓膨化機擠壓。

（5） 進行物性測定。 利用質構儀對生產出來的玉米重組米進行物性測定。

1.4 單因素實驗設計

SLG-30 雙螺桿擠壓膨化機擠壓腔內共有Ⅰ~Ⅳ區4個溫度，根據前期實驗，Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區溫度的變化對擠出物性質的影響小于Ⅳ區，因此，將Ⅰ~Ⅲ區溫度分別設置為70 ℃、110 ℃、120 ℃， 對改性玉米粉添加量、擠壓前水添加量、機筒Ⅳ區擠出溫度以及螺桿轉速進行單因素實驗， 研究這4 種因素分別對玉米重組米品質的影響。

1.4.1 改性玉米粉添加量對重組米質量的影響

固定擠壓溫度100 ℃， 螺桿轉速為180 r/min，水添加量為23%（改性玉米粉自身水分含量為18%）， 選擇改性玉米粉添加量分別為20%、25%、30%、35%、40%做單因素實驗，以最后的感官評分為標準，確定最適的改性玉米粉添加量。

1.4.2 擠壓溫度對重組米質量的影響

固定改性玉米粉添加量30%，螺桿轉速為180r/min，水分添加量為23%（改性玉米粉自身水分含量為18%），選擇擠壓溫度分別為90 ℃、95 ℃、100 ℃、105 ℃、110 ℃做單因素實驗， 以最后的感官評分為標準，確定最適擠壓溫度。

1.4.3 螺桿的轉速對重組米質量的影響

固定擠壓溫度100 ℃， 改性玉米粉添加量為30%，水添加量為23%（改性玉米粉自身水分含量為18%）， 選擇螺桿轉速140 r/min、160 r/min、180 r/min、200 r/min、220 r/min 做單因素實驗。 以最后的感官評分為標準，確定最適的螺桿轉速。

1.4.4 水添加量對重組米質量的影響

固定擠壓溫度100 ℃， 螺桿轉速為180 r/min，改性玉米粉添加量為30%， 選擇水添加量為19%、21%、23%、25%、27%做單因素實驗。 以最后的感官評分為標準，確定最適的水添加量。

1.5 正交優化實驗設計

在上述單因素實驗的基礎上采用L9（34）正交優化實驗的水平范圍，選取改性玉米粉添加量（A）、擠壓溫度（B）、螺桿轉速（C）、水添加量（D）作為自變量，每個因素取3個水平進行正交實驗。正交因素及水平見表1。

表1 工藝優化正交實驗設計因素及水平

1.6 感官評價標準

以GB/T 15682—2008《糧油檢驗 稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》為根據，參考玉米重組米本身特性及米的通性， 分別制定玉米重組米米飯的評價標準和米粒評價標準。由15 位專業人員組成評議組，對玉米重組米進行評價。 隨機選取生產10 g玉米重組米放于白色的陶瓷盤中進行米粒的感官評分，再將500 g 玉米重組米米粒倒入蒸飯鍋內，倒入350 mL 蒸餾水， 蒸20 min 后隨機選取10 g 進行感官評價。

最后的感官評分=米粒的感官評分×30%＋米飯的感官評分×70%[9]。

具體評價標準見表2、表3。

表2 玉米重組米米粒感官評分標準

表3 玉米重組米米飯感官評分標準

1.7 質構特性測定

使用質構儀對實驗所得的玉米重組米進行物理性質方面的測定，選取市售大米（萬昌大米）進行對比。 主要測量指標為膠黏性、彈性、咀嚼性、回復性、內聚性及硬度6 項。

具體測定方法：將玉米重組米和市售大米分別蒸煮20 min 后各取200 mL 燒杯2/3 的米量， 將米平放于燒杯中，對兩種米飯分別進行7 次物性測定，去除誤差較大的數據后對可用數據取平均值。

2 結果與分析

2.1 改性玉米粉添加量對玉米重組米感官評分影響

由圖1 可知， 當改性玉米粉添加量為25%時，玉米重組米綜合評分最高，當超過25%后一直呈下降的趨勢，最優改性玉米粉添加量為25%。 隨著重組米中改性玉米粉的添加量的增多， 蒸煮后的米飯黏性和咀嚼性都有所下降， 影響了食用者的食用口感，不容易被人們接受。玉米重組米中添加適當的改性玉米粉可以提高米飯的口感和顏色外觀， 同時也提高了玉米重組米的綜合評分。

圖1 改性玉米粉添加量對玉米重組米綜合評分的影響

2.2 擠壓溫度對玉米重組米感官評分的影響

根據前期實驗，Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區溫度的變化對擠出物的性質影響小于Ⅳ區，因此，將Ⅰ~Ⅲ區溫度分別設置為70 ℃、110 ℃、120 ℃， 主要探究機筒Ⅳ區擠出溫度對玉米重組米的影響。 圖2 向我們直觀地展示了機筒Ⅳ區擠壓溫度對玉米重組米綜合評分的影響，從圖中我們可以看出隨著擠壓溫度的升高，玉米重組米的綜合評分呈現先升高、后下降的趨勢，綜合評分在擠壓溫度為100 ℃時最高， 其原因可能是隨著擠壓溫度的升高， 物料中的水分蒸發量也隨之增加，水分的多少對物料的硬度有著明顯的影響。由于一開始擠壓溫度較低，產品成型慢，當機筒Ⅳ區擠壓溫度超過100 ℃以后高溫配合剪切力很容易將淀粉進行糊化， 產品被膨化， 截面形成多孔晶狀結構，蒸煮后多孔晶狀結構消失，導致硬度降低，咀嚼度也降低，因此，產品的綜合評分下降。

圖2 擠壓溫度對玉米重組米綜合評分的影響

2.3 螺旋桿轉速對玉米重組米感官評分的影響

圖3 為螺桿轉速對玉米重組米綜合評分的影響結果， 根據結果顯示， 玉米重組米在螺桿轉速為180r/min 時綜合評分最高。 物料在機筒內的滯留時間和受到的剪切力大小與螺桿轉速有關[10]，當螺桿轉速低時，物料在擠壓機中的停留時間長，作用在物料上的剪切力變小，高溫效果作用不明顯，物料來不及膨化就被完成加工。由圖3 可知，物料的綜合評分隨著螺桿轉速的增加呈現先升高、后下降的趨勢，其原因可能是由于螺桿轉速升高，物料混合更均勻，但是轉速過高高溫效果作用不明顯， 導致膨化效果不明顯，影響最后玉米重組米成品的咀嚼性。低螺桿轉速條件下其剪切力低，混合不均勻，產品內部的組織化程度不高， 同樣導致最后玉米重組米成品的咀嚼性差，因此使得綜合評分低。

圖3 螺桿轉速對玉米重組米綜合評分的影響

2.4 水添加量對玉米重組米感官評分的影響

圖4 為水添加量對玉米重組米綜合評分的影響結果。隨著水添加量發生變化，玉米重組米的綜合評分也發生變化， 當水添加量在23%時綜合評分最高。 重組米的膨化是由物料中水分瞬間汽化而形成的，水分不足則膨化受到限制。 當水分過低時，淀粉和蛋白質吸水增加，同時蛋白質發生變性，導致物料的黏稠度增大，物料與機筒的摩擦力增大，在機筒內停留時間長， 因此玉米重組米的表面粗糙， 形態不好。 水分含量過高時，物料的流動性增強，在擠壓筒內停留時間短， 擠壓出來的成品不宜成型， 外觀不佳。因此，適宜的含水量對生產出來的玉米重組米品質十分重要。

圖4 水添加量對玉米重組米綜合評分的影響

2.5 正交實驗優化結果

通過表4 的極差可以看出， 影響玉米重組米品質的影響因素主次順序為：A＞C＞D＞B， 即改性玉米粉添加量＞螺桿轉速＞水分添加量＞擠壓溫度。 由此可見， 改性玉米粉的添加量對玉米重組米的品質影響最大， 得出玉米重組米的最優工藝配方為A2B2C3D3，這與上表中最優結果不一致。 因此，需要對這兩種數據重新進行驗證實驗， 從而通過感官評分以確定最佳配比。 結果分析見表4。

表4 玉米重組米正交實驗優化結果

根據表5 可以看出，優化配方組合為A2B2C3D3，感官評分為90 分，實驗配方組合為A2B2C3D1，感官評分為89 分。因此可以確定玉米重組米的最佳配方組合為A2B2C3D3，即改性玉米粉添加量25%，擠壓溫度100 ℃，螺桿轉速200 r/min，水添加量25%時生產的玉米重組米品質較好。

表5 驗證實驗結果分析

2.6 質構特性測定對比結果

由表6 質構特性對比可知， 生產出來的玉米重組米彈性為0.78 mm、內聚性為0.75 Ratio，分別優于萬昌大米。 在硬度、膠黏性、咀嚼性及回復性方面與萬昌大米也比較接近。

表6 質構特性對比

3 結論

研究了改性玉米粉添加量、水含量、螺桿轉速、擠壓溫度對玉米重組米的感官評價的影響， 得到重組玉米重組米生產的最優參數為： 改性玉米粉添加量為25%， 擠壓溫度為100 ℃， 螺桿轉速為200 r/min，水添加量為25%。 在此工藝下生產出的玉米重組米外觀和口感較好， 且通過質構儀與萬昌大米對比后發現質構特性基本一致。