響應(yīng)曲面法優(yōu)化早秈米品質(zhì)改良劑配方研究

陳建芳，付桂明，3，*，羅揚帆，陳勇輝，李紅歌，王建濤，柴建新，萬 茵

（1.南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江西南昌330047；2.南昌大學(xué)生命科學(xué)與食品工程學(xué)院食品工程系，江西南昌330047；3.南昌大學(xué)中德食品工程中心，江西南昌330047）

響應(yīng)曲面法優(yōu)化早秈米品質(zhì)改良劑配方研究

陳建芳1，2，付桂明1，2，3，*，羅揚帆1，2，陳勇輝1，2，李紅歌1，2，王建濤1，2，柴建新1，2，萬 茵1，2

（1.南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江西南昌330047；2.南昌大學(xué)生命科學(xué)與食品工程學(xué)院食品工程系，江西南昌330047；3.南昌大學(xué)中德食品工程中心，江西南昌330047）

將環(huán)糊精、有機酸和表面活性劑等早秈米品質(zhì)改良劑配合使用，對早秈米進行系統(tǒng)的品質(zhì)改良調(diào)理研究，以米飯的感官品質(zhì)、理化指標(biāo)為檢測指標(biāo)，采用響應(yīng)曲面法優(yōu)化早秈米品質(zhì)改良配方。單因素實驗結(jié)果表明，各種大米品質(zhì)改良劑單獨使用時可以提高早秈米的品質(zhì)，最佳用量分別為：β-環(huán)糊精0.15%，麥芽糊精0.05%，單甘酯、蔗糖酯各0.1%，檸檬酸、蘋果酸各0.05%。PB實驗結(jié)果顯示，各大米品質(zhì)改良劑對早秈米品質(zhì)影響的主次順序為：單甘酯、檸檬酸＞β-環(huán)糊精＞麥芽糊精＞蘋果酸＞蔗糖酯。響應(yīng)曲面法優(yōu)化得到早秈米品質(zhì)改良的最佳配方為0.15% β-環(huán)糊精、0.1%單甘酯、0.56%檸檬酸，此時早秈米的食用品質(zhì)得到明顯改善。

早秈米，品質(zhì)改良劑，響應(yīng)曲面

大米是世界范圍內(nèi)的主要食物之一。以大米為主食的人，占我國人口的60%、世界人口的一半以上。近年來隨著世界人口的不斷增長，對大米的需求量上升，國際市場大米價格不斷攀升，2008年來漲幅已超過100%。我國的稻谷產(chǎn)量居世界之首，2007年我國稻谷產(chǎn)量達18588萬t，其中早稻總產(chǎn)量為3196萬t。江西是我國早秈米的主產(chǎn)區(qū)之一，年早秈米產(chǎn)量占全國的1/4。隨著社會物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們在大米消費上由只求吃飽向要求吃好轉(zhuǎn)變，對大米的營養(yǎng)、蒸煮品質(zhì)、色香味形等各方面的要求日益講究。早秈米因直鏈淀粉含量高、米飯干硬、食用品質(zhì)差，為大多數(shù)消費者所不喜愛，主要作為米粉、釀造、醫(yī)藥等行業(yè)的原料，市場價格比晚秈米低20%以上，且年年大量積壓。近年來，我國以食用品種為目的的早秈稻良種選育取得突破性進展，多個優(yōu)質(zhì)早稻品種已在全國大面積推廣，有望與晚秈米一同成為人們的主糧。雖然優(yōu)質(zhì)早秈米在食用品質(zhì)方面比普通早秈米有較大改善，但與晚秈米尚有較大差距，需要進行品質(zhì)改良與營養(yǎng)強化調(diào)理，才能滿足廣大消費者對米飯品質(zhì)美味、可口和營養(yǎng)的要求。本文將酸味劑、表面活性劑和多糖類添加劑等大米品質(zhì)改良劑配合使用，對早秈米進行系統(tǒng)的品質(zhì)改良配方研究，并采用響應(yīng)曲面法優(yōu)化配方，以使早秈米飯接近晚秈米飯的香氣、滋味、硬度、粘度等食用品質(zhì)，大大提高了早秈米的食用品質(zhì)和價值。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

早秈米、優(yōu)質(zhì)晚秈米 江西省樟樹市糧油公司；β-環(huán)糊精、麥芽糊精、分子蒸餾單甘酯、蔗糖酯、檸檬酸、蘋果酸、氫氧化鉀（KOH）、碘、鹽酸、氫氧化鈉、硫代硫酸鈉、硫酸、無水乙醇、95%乙醇、冰乙酸等 均為國產(chǎn)分析純；麝香草酚藍 國產(chǎn)生化試劑；糖化酶國產(chǎn)食品級。

FW80型粉碎機 天津市泰特斯儀器有限公司；WH-866旋渦混合器 太倉市科教器材廠；ALC-310.3電子分析天平 北京賽多斯儀器系統(tǒng)有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 大米吸水率的測定［1］稱取50.0g早秈米3份，分別裝入3個刺過孔稱好重量的一次性塑料杯中，將杯放入裝有300mL蒸餾水的燒杯中，使早秈米完全浸入水中，室溫浸泡20min，濾瀝3min，將早秈米散布在濾紙上5min，以除去米粒表面的水，稱取早秈米重量。

吸水率（%）=（吸水早秈米增加的重量/早秈米吸水前的重量）×100%

1.2.2 膠稠度的測定［2］按GB/T22294-2008執(zhí)行。

1.2.3 早秈米糊化度的測定 糊化度的測定參照參考文獻［3］進行。

1.2.4 蒸煮實驗［4］按GB/T15686-1995執(zhí)行。感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.2.5 理化評分標(biāo)準(zhǔn) 見表2。

1.2.6 單因素實驗 對 β-環(huán)糊精、麥芽糊精等多糖，單甘酯、蔗糖酯等表面活性劑，檸檬酸、蘋果酸等有機酸等大米品質(zhì)改良劑進行單因素實驗，分析它們對早秈米吸水率、膠稠度、糊化度和米飯感官品質(zhì)的影響。

1.2.7 PB實驗 利用SAS8.2軟件，根據(jù)單因素實驗結(jié)果，設(shè)計PB實驗表，進行蒸煮實驗。

1.2.8 響應(yīng)曲面分析 根據(jù)PB實驗結(jié)果，選取三個對早秈米品質(zhì)影響相對顯著的因素。利用SAS8.2軟件，設(shè)計Central Composite響應(yīng)曲面分析實驗表，進行蒸煮實驗。根據(jù)響應(yīng)曲面分析實驗結(jié)果，得到改善早秈米品質(zhì)的最優(yōu)配方，并進行驗證實驗。

表1 感官評分標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

表2 理化評分標(biāo)準(zhǔn)

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 β-環(huán)糊精、麥芽糊精對早秈米品質(zhì)的影響從表3可知，早秈米吸水率、感官品質(zhì)評分都隨著β-環(huán)糊精濃度的增加而增加。β-環(huán)糊精（CHA）分子為7個葡萄糖單元形成的環(huán)狀中空圓筒，其外側(cè)的親水基能提高早秈米表面親水性，從而提高早秈米吸水率。CHA在水溶液中能與有機化合物形成結(jié)晶性的有色絡(luò)合物，有色絡(luò)合物可以交連多種官能基團，生成各種衍生物，從而保持米飯香和味的穩(wěn)定性，并改善米飯的表面光澤。CHA分子能夠提高淀粉的溶解度，使早秈米蒸煮后的米飯變軟；CHA分子還可以防止米飯的呈香物質(zhì)在蒸煮時的氧化、揮發(fā)，從而使米飯的食味得到改善［5］。因此隨著CHA濃度的增加，早秈米的吸水率、綜合評分均出現(xiàn)增加的趨勢。

表3 β-環(huán)糊精對早秈米吸水率、感官品質(zhì)的影響

添加麥芽糊精對早秈米品質(zhì)影響情況見表4。隨著麥芽糊精濃度的增加，早秈米的吸水率、綜合評分先增加后減小，當(dāng)麥芽糊精濃度為0.05%時，早秈米的吸水率、綜合評分最大。由于麥芽糊精具有強吸水性，當(dāng)麥芽糊精濃度低時，粘附在早秈米表面的麥芽糊精可提高早秈米吸水率［6］；當(dāng)麥芽糊精濃度高時，分支程度低的大分子物質(zhì)會重新締合，使麥芽糊精溶液的穩(wěn)定性下降，從而早秈米吸水率下降［7］。

表4 麥芽糊精對早秈米吸水率、感官品質(zhì)的影響

2.1.2 單甘酯、蔗糖酯對早秈米品質(zhì)的影響 單甘酯對早秈米品質(zhì)影響情況見表5。隨著單甘酯濃度的增加，早秈米膠稠度急劇下降，綜合評分先增加后下降。膠稠度越小，米飯越硬。單甘酯屬于表面活性劑，一方面具有乳化作用，使米粉流動性下降，降低其膠稠度和理化評分；另一方面，能吸附在米粒表面，由于它們的親水基，可提高早秈米粒表面的親水性，使水分容易均勻地滲透到米粒內(nèi)部，從而可適當(dāng)提高米飯的柔軟性和粘彈性，改善米飯的口感［8］。因此單甘酯的添加量在低濃度（0.1%）時，感官和理化綜合評分最高。

表5 單甘酯對早秈米膠稠度、感官品質(zhì)的影響

添加蔗糖酯對早秈米品質(zhì)影響情況見表6。從表6可看出，蔗糖酯與單甘酯都屬于表面活性劑，蔗糖酯對早秈米膠稠度、感官品質(zhì)的影響與單甘酯相似，一方面增加口感，另一方面降低其膠稠度和理化評分，但添加低濃度蔗糖酯（0.1%）時，膠稠度下降速度快于單甘酯，而添加蔗糖酯濃度大于0.2%時，膠稠度下降比較平緩。

2.1.3 檸檬酸、蘋果酸對早秈米品質(zhì)的影響 酸可浸透到米粒后能軟化米細(xì)胞壁，能切斷淀粉分子，破壞一部分牢固的微膠粒，使水分充分進到淀粉細(xì)胞內(nèi)微晶束結(jié)構(gòu)中，從而使大米淀粉的吸水能力、膨脹能力增加，結(jié)構(gòu)變得更松散［9］，也使米飯中葡萄糖、水溶性含氮物及水溶性有味物質(zhì)含量增加，食味改善［10］。但添加有機酸的量過高時，會使米飯有酸味，影響早秈米品質(zhì)。從表7可知，早秈米糊化度隨著檸檬酸濃度的增加而增加。添加少量的檸檬酸也能使早秈米的品質(zhì)得到明顯改善。檸檬酸添加量為0.05%時，早秈米品質(zhì)最好。

表6 蔗糖酯對早秈米膠稠度、感官品質(zhì)的影響

表7 檸檬酸對早秈米糊化度、感官品質(zhì)的影響

表8的實驗結(jié)果表明，蘋果酸對早秈米糊化度、感官品質(zhì)的影響與檸檬酸相似，且綜合評分略高于檸檬酸。蘋果酸添加量為0.05%時，早秈米品質(zhì)最好。

表8 蘋果酸對早秈米糊化度、感官品質(zhì)的影響

2.2 PB實驗結(jié)果

PB實驗結(jié)果見表9。

表9 PB實驗結(jié)果

利用SAS8.2對表9數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果列于表10。從表10可知，對早秈米品質(zhì)影響的各因素的主次順序為：單甘酯和檸檬酸＞β-環(huán)糊精＞麥芽糊精＞蘋果酸＞蔗糖酯。其中單甘酯、檸檬酸對早秈米品質(zhì)影響較顯著。因此，本文中選擇β-環(huán)糊精、單甘酯、檸檬酸進行響應(yīng)曲面分析。

表10 PB實驗結(jié)果分析報告

表11 響應(yīng)曲面分析實驗結(jié)果

表12 響應(yīng)曲面分析實驗結(jié)果分析報告

表13 品嘗評分記錄表

2.3 響應(yīng)曲面分析

表11為響應(yīng)曲面分析實驗結(jié)果。

利用SAS8.2對表11數(shù)據(jù)進行分析的結(jié)果見表12，得到響應(yīng)回歸方程為

對上述方程進行一階求導(dǎo)，得X5=0.64。由于式（1）中X3的冪數(shù)為1，不能一階求導(dǎo)；X1對早秈米食用品質(zhì)的影響非顯著，因此，它們都取單因素中的最佳水平。所以，最佳配方為：X1=0.15%、X3= 0.1%、X5=0.564%，即為0.15% β-環(huán)糊精、0.1%單甘酯、0.56%檸檬酸。

圖1 單甘酯、檸檬酸與綜合評分的響應(yīng)曲面

按上述配方進行蒸煮實驗，各項指標(biāo)得分情況見表13，結(jié)果表明，單甘酯、檸檬酸對早秈米品質(zhì)影響極顯著，β-環(huán)糊精對早秈米品質(zhì)的影響不顯著。利用響應(yīng)曲面分析得到最佳配方：β-環(huán)糊精0.15%、單甘酯0.1%、檸檬酸0.56%。按最佳配方蒸煮，與沒有添加添加劑的相比，早秈米的感官品質(zhì)得到明顯改善，特別是適口性和滋味。米飯感官評分為84分，與響應(yīng)回歸方程預(yù)測的83.5分十分吻合。

3 結(jié)論

本文在不改變?nèi)藗兪秤么竺琢?xí)慣的前提下，將β-環(huán)糊精、麥芽糊精、單甘酯、蔗糖酯、檸檬酸、蘋果酸等大米品質(zhì)改良劑配合使用，對早秈米進行系統(tǒng)的品質(zhì)改良配方研究。實驗結(jié)果顯示，各種大米品質(zhì)改良劑單獨使用時可以提高早秈米的品質(zhì)，最佳用量分別為：β-環(huán)糊精0.15%，麥芽糊精0.05%，單甘酯、蔗糖酯各0.1%，檸檬酸、蘋果酸各0.05%。PB實驗結(jié)果顯示，各種米品質(zhì)改良劑對早秈米品質(zhì)影響的主次順序為：單甘酯、檸檬酸＞β-環(huán)糊精＞麥芽糊精＞蘋果酸＞蔗糖酯。響應(yīng)曲面分析表明，0.15% β-環(huán)糊精、0.1%單甘酯、0.56%檸檬酸配合使用時，效果最佳，可以提高早秈米淀粉的吸水性、糊化度和米飯的粘彈性，使早秈米的食用品質(zhì)得到明顯改善，接近晚秈米飯的口感，大大提高了早秈米的食用品質(zhì)和價值，不僅有效利用了我國大量的早秈米資源，也可緩解當(dāng)前世界性糧食緊張、糧食價格暴漲的問題。

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Study on the formula of quality improvement additive of early long-shaped rice by response surface analysis

CHEN Jian-fang1，2，F(xiàn)U Gui-ming1，2，3，*，LUO Yang-fan1，2，CHEN Yong-hui1，2，LI Hong-ge1，2，WANG Jian-tao1，2，CHAI Jian-xin1，2，WAN Yin1，2
（1.State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China；2.Food Engineering Department of Life Science and Food Engineering College，Nanchang University，Nanchang 330047，China；3.Sino-German Food Engineering Center，Nanchang University，Nanchang 330047，China）

A variety of rice additives（cyclodextrin，organicacids，surfactants）were combined to get the best formula of improving the quality of the early long-shaped rice using response surface analysis.The sensual quality and physicochemical properties of rice were considered as detection index.The results of single-factor experiment showed that the quality of early long-shaped rice was improved after adding rice additive.The optimum dosages of β-cyclodextrin，maltodextrin，monoglycerides，sucrose esters，citric acid and malic acid were 0.15%，0.05%，0.1%，0.1%，0.05%，0.05%，respectively.The results of PB experiment showed that the order of ability of improving the quality of the early long-shaped rice were monoglyceride，citric acid＞β-cyclodextrin＞maltodextrin＞malic acid＞sucrose esters.The quality can be improved greatly by adding 0.15% β-cyclodextrin，0.1%monoglyceride and 0.56%citric acid.

early long-shaped rice；quality improvement additive；response surface analysis

TS210.1

A

1002-0306（2010）12-0127-05

2009-11-30 *通訊聯(lián)系人

陳建芳（1987-），女，碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工工程。

江西省教育廳2009年科技項目（GJJ09061）。