生產(chǎn)工藝對擠出型米粉品質(zhì)的影響

張 克， 李培剛， 王世光， 宋燕燕， 王 冰， 呂黃珍

（1. 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100083； 2. 中國包裝和食品機(jī)械有限公司，北京 100083；3. 中糧國際（北京）有限公司，北京 100020）

0 引言

米粉又稱米面條、米粉絲，主要以大米為原料，經(jīng)浸泡、粉碎、調(diào)質(zhì)、熟化、成型等工序制成的條狀、絲狀米制品，爽滑勁道，在居民日常飲食中占據(jù)重要地位。國內(nèi)米粉加工業(yè)存在生產(chǎn)規(guī)模小、技術(shù)水平低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，急需先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、連續(xù)化生產(chǎn)，保障供給質(zhì)量安全，滿足日益增長的市場消費(fèi)需求。

螺桿擠出是一種高效、節(jié)能的質(zhì)構(gòu)重組核心技術(shù)，被廣泛用于擠出型米粉的工業(yè)化生產(chǎn)。擠出設(shè)備主要由預(yù)調(diào)質(zhì)、進(jìn)料、擠壓、成型、切割等裝置和控制系統(tǒng)組成，在擠壓過程中高分子聚合物被增塑、交聯(lián)，發(fā)生淀粉糊化、蛋白質(zhì)的變性與交聯(lián)、焦糖反應(yīng)和美拉德反應(yīng)等物理化學(xué)反應(yīng)，具有連續(xù)加工、短時(shí)低損、高效反應(yīng)等特性。

本文主要針對擠出型米粉生產(chǎn)過程中的原料制備、輔料添加、擠出工藝等加工過程，總結(jié)分析試驗(yàn)結(jié)果，闡明生產(chǎn)工藝對產(chǎn)品理化性質(zhì)的影響規(guī)律，分析關(guān)鍵控制因素，研究工藝優(yōu)化的原理和方法，為米粉工業(yè)化生產(chǎn)提供理論參考，穩(wěn)定推動(dòng)傳統(tǒng)米粉產(chǎn)業(yè)升級。

1 破碎方式對原料品質(zhì)的影響

大米進(jìn)入擠出機(jī)前需要進(jìn)行粉碎、調(diào)質(zhì)等預(yù)處理，根據(jù)粉碎前大米浸泡條件和研磨方式，可分為干法、半干法和濕法粉碎。

1.1 干法粉碎

干法粉碎主要采用錘片式、石磨式和輥式等粉碎機(jī)，直接通過機(jī)械力粉碎大米，工藝和設(shè)備簡單，工業(yè)化應(yīng)用較早。經(jīng)粉質(zhì)特性分析，該方法破損淀粉含量、吸水率、平均粒徑較大，糊化溫度較低，感官品質(zhì)較差，限制其應(yīng)用推廣[1-3]。劉也嘉等[4]研究大米品種、完整度、水分對干法破損效果的影響，結(jié)果表明，產(chǎn)品破損程度、溶膠和凝膠等特性受品種、水分和顆粒完整度等因素的影響。當(dāng)大米中水分含量控制在20%以下時(shí)，經(jīng)干法粉碎更容易獲得粒徑微小的大米粉。

1.2 半干法粉碎

半干法粉碎先經(jīng)過浸泡等方式潤米，增加內(nèi)部水分含量，然后通過錘磨、針磨、滾磨和圓盤磨等設(shè)備進(jìn)行粉碎。該方法破損淀粉含量和平均粒徑顯著降低，有效改善大米粉品質(zhì)[3,5]。衛(wèi)萍等[6]用干法和半干法（10 °C 低溫水浸潤法）破碎大米，研究其對品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，與干法相比，半干法破碎后水分含量約為26%（干法為13%），蛋白質(zhì)損失小，破損淀粉含量較低，降落值、回生值較低，凝膠硬度較大。說明半干法粉碎使物料受損程度降低，糊化后熱糊穩(wěn)定性高，冷卻后凝膠強(qiáng)度較小，易老化。

1.3 濕法粉碎

濕法粉碎先經(jīng)過多次浸泡、加水磨漿等工藝進(jìn)一步增加粉碎過程中水分含量，降低米粒硬度，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，采用膠體磨、高剪切均質(zhì)機(jī)、球磨機(jī)、砂磨等設(shè)備進(jìn)行破碎，粉碎難度小，產(chǎn)品細(xì)膩、柔軟、嫩滑，粉質(zhì)特性較好[7-8]。該方法減少了機(jī)械力和熱量等對大米粉的不良影響，出粉溫度和破損淀粉含量較低，但工藝煩瑣、能耗高、利潤低，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。

吳娜娜等[9]對比了濕法、干法和半干法3 種方式破碎大米，經(jīng)調(diào)質(zhì)后制備糙米米線，研究表明，干法粉碎后制備的米線品質(zhì)最差，其他兩種方法制備的米線在蒸煮、質(zhì)構(gòu)和感官等品質(zhì)接近。丁嵐[10]在傳統(tǒng)破碎方式的基礎(chǔ)上，增加了對氣流、超微等方法的研究，結(jié)果表明，濕法、半干法破碎后物料的理化性質(zhì)接近，米線黏、彈等質(zhì)構(gòu)特性和拉伸特性差異不顯著，超微粉碎對米線品質(zhì)提升作用有限。

2 原料對擠出型米制品的影響

2.1 直鏈淀粉含量

淀粉是大米主要組分之一，含量在70%以上，主要包括直鏈淀粉和支鏈淀粉，兩者比例對擠出米制品品質(zhì)有重要影響。大米中直鏈淀粉含量與品種有關(guān)，直接或間接影響物料糊化、粉質(zhì)等理化特性，使加工適應(yīng)性呈現(xiàn)差異化[11]。史韜琦等[12]以不同品種秈米為原料制備米線時(shí)發(fā)現(xiàn)，擠出成型導(dǎo)致淀粉結(jié)晶度的增加；秈米中直鏈淀粉含量在10%～25%時(shí)，大米結(jié)晶度、米線蒸煮損失率和斷條率與直鏈淀粉含量呈負(fù)相關(guān)，大米熱力學(xué)特性、米線復(fù)水時(shí)間、咀嚼性和硬度則呈現(xiàn)出相反趨勢。

童一江等[13]研究了不同直鏈淀粉含量對干制米線品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，高直鏈淀粉有助于增強(qiáng)凝膠強(qiáng)度，使米線硬度增加。張喻等[14]研究發(fā)現(xiàn)，淀粉性質(zhì)與干制米線品質(zhì)顯著相關(guān)，隨著直鏈淀粉含量的增加，干制米線蒸熟損失顯著減小、復(fù)水時(shí)間和斷條率顯著增加。李紅斌等[15]研究指出，大米中直鏈淀粉含量在24%～26%時(shí)，干制方便米線的蒸煮品質(zhì)較好，加工適應(yīng)性較好。孫慶杰等[16]進(jìn)一步研究原料糊化性質(zhì)、直鏈淀粉含量等對干制方便米線的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原料大米糊化黏度處于較高水平、直鏈淀粉含量高于27%時(shí)，加工適宜性好。

2.2 外源添加物

學(xué)者和企業(yè)多通過添加外源物質(zhì)改善米粉品質(zhì)，強(qiáng)化營養(yǎng)，挖掘更多食用價(jià)值，豐富產(chǎn)品種類，優(yōu)化完善工藝設(shè)備，為產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。

劉璐[17]通過添加不同種類雜豆、蛋白質(zhì)等開發(fā)新型糙米鮮濕米粉時(shí)發(fā)現(xiàn)，添加紅小扁豆、花蕓豆、紅小豆制備的米粉感官、質(zhì)構(gòu)品質(zhì)較好，蒸煮損失低，加工適應(yīng)性好。王曉彬[18]通過添加海藻糖和食鹽改善鮮濕米線品質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，海藻糖和食鹽使產(chǎn)品內(nèi)部分子間孔洞減小，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均勻性和致密性增加，可有效改善米線的蒸煮品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性。李燕等[19]研究豌豆淀粉添加量對米線品質(zhì)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，添加25%豌豆淀粉可以顯著改善產(chǎn)品的蒸煮品質(zhì)，米線質(zhì)地堅(jiān)硬，蒸煮損失小。郭靜璇等[20]采用復(fù)配改良劑改善馬鈴薯全粉米線的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)，得到黃原膠、蔗糖酯和玉米淀粉的最優(yōu)配比，可提升彈性，增加硬度和咀嚼性。

朱艷等[21]通過添加玉米淀粉、紅薯淀粉、黃原膠和天冬粉等制備天冬米線，增加了米線營養(yǎng)價(jià)值，使蒸煮損失率和斷條率有效減小。黃維安等[22]通過添加食材提取濃縮物等制備龜苓強(qiáng)化米線，優(yōu)化配方和制備工藝，豐富和強(qiáng)化了營養(yǎng)，對傳統(tǒng)米線食品品質(zhì)進(jìn)行了有效提升。

2.3 原料預(yù)處理

濕熱處理從根本上改變原料性質(zhì)，提升加工米線適應(yīng)性，操作簡單、控制難度低、安全環(huán)保，具有廣闊研究前景。王曉培等[23]研究高壓滅菌鍋中處理1.5 h 對淀粉及米線性質(zhì)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，濕熱處理可顯著改變淀粉熱學(xué)特性、膨脹特性和質(zhì)構(gòu)特性，改善米線感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性，降低斷條率和蒸煮損失率。陳正行等[24]將濕熱處理與二次老化相結(jié)合，以改善米線品質(zhì)。冷鐵壘[25]將米粉與蛋白質(zhì)進(jìn)行濕熱處理制備共接枝物，經(jīng)工藝優(yōu)化顯著延長鮮米線保質(zhì)期，改善產(chǎn)品品質(zhì)。

3 擠出工藝對擠出型米制品的影響規(guī)律

3.1 水分

水分含量與淀粉糊化度和擠出效果顯著相關(guān)。水分含量較低時(shí)，塑化作用降低，反應(yīng)程度弱，分子間作用力弱，淀粉糊化度低，擠出成型困難，導(dǎo)致產(chǎn)品均一性、表面皸裂、斷條率高等問題[26]。當(dāng)喂料水分含量小于20%時(shí)，淀粉降解明顯，擠出物顆粒結(jié)構(gòu)疏松且具有較強(qiáng)的水溶性和低溫吸水性[27]。丁嵐[10]在低水分下制備米線，結(jié)果顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散、口感差，水分含量對消化特性影響較小。水分含量過高時(shí)，反應(yīng)活躍，擠出壓力減小，淀粉糊化時(shí)間短，分子間作用力增強(qiáng)，導(dǎo)致產(chǎn)品粘連并條、韌性差，不利于品質(zhì)提升。丁嵐[10]在米線制備中發(fā)現(xiàn)，高水分含量會(huì)導(dǎo)致米粉團(tuán)粘連嚴(yán)重，影響擠出成型。戰(zhàn)鑫[28]研究指出，水分含量在38% ～ 42%時(shí)加工的粳米米線品質(zhì)較好。水分含量過高，擠壓出絲米線較軟，易斷條，蒸煮損失較大。郭靜璇等[29]對影響米線品質(zhì)的關(guān)鍵因素進(jìn)行了總結(jié)分析，結(jié)果顯示，水分含量對馬鈴薯米線品質(zhì)的影響最大。隨著原料水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，馬鈴薯米線的蒸煮損失率持續(xù)下降，斷條率、硬度在38%時(shí)分別達(dá)到最小值、最大值。BOUASLA A 等[30]研究指出，加工效率與水分含量呈正相關(guān)，加工能耗與之呈負(fù)相關(guān)。

3.2 溫度

糊化溫度主要影響淀粉糊化及蛋白質(zhì)的變性。溫度過低，糊化不均勻，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)松散、蒸煮損失增大；溫度過高導(dǎo)致原料過度糊化，膨脹性增強(qiáng)、產(chǎn)品色澤變暗、均勻性差。DALBHAGAT C G 等[31]指出，米粉擠出過程中的熱機(jī)械作用促進(jìn)淀粉發(fā)生凝膠化、降解和美拉德反應(yīng)等生化反應(yīng)，影響產(chǎn)品顏色。丁嵐[10]研究指出，溫度升高使物料黏度、摩擦力、剪切力降低，扭矩和單位機(jī)械能耗（SME）顯著下降，米線的a*、b*值增加。HU Z 等[32]研究指出，在90～100 °C 時(shí)，壓力隨溫度增加有所下降，120 °C 以后下降幅度增大。郭靜璇等[29]研究指出，擠壓溫度在105 °C 時(shí)，馬鈴薯米線的蒸煮損失、斷條率達(dá)到最小值，硬度、咀嚼性和彈性最大。張一鳴等[33]研究指出，當(dāng)擠出溫度低于95 °C 時(shí)，蒸煮損失率逐漸降低至最小，感官評分、硬度和咀嚼性逐漸增加至最大。溫度過高后，物料在擠出機(jī)中發(fā)生膨化，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致凝膠特性變差[34]。

3.3 螺桿轉(zhuǎn)速

螺桿轉(zhuǎn)速的高低，直接影響剪切程度、停留時(shí)間和成型壓力。轉(zhuǎn)速較低時(shí)，剪切、摩擦等作用力較小，分子鍵斷裂重組作用減弱，反應(yīng)不充分、糊化均勻性差，難以形成穩(wěn)定致密結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)速過高，物料加熱時(shí)間短，分子結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重、分子間作用力減弱，產(chǎn)品品質(zhì)變差。AKDOGAN H[35]研究指出，螺桿轉(zhuǎn)速增加使物 料 黏 度、 扭 矩和 SME 減 小。 KANTRONG H等[36]研究指出，剪切力、摩擦力、SME 與螺桿轉(zhuǎn)速呈正相關(guān)。郭靜璇等[29]研究指出，隨螺桿轉(zhuǎn)速增加，米線硬度和咀嚼性先增加后下降，在90 r/min 后下降趨勢明顯；彈性先增加后降低，在90 r/min 達(dá)到最大值。張一鳴等[33]研究指出，隨著螺桿轉(zhuǎn)速增加，紫甘薯米粉的蒸煮損失率先減小后增加，與感官品質(zhì)、咀嚼性變化趨勢相反，轉(zhuǎn)折點(diǎn)為170 r/min。螺桿轉(zhuǎn)速增加會(huì)加劇物料之間、物料與設(shè)備之間的摩擦，螺桿元件的剪切力增加，淀粉充分糊化形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；螺桿轉(zhuǎn)速過高時(shí)，停留時(shí)間短，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞，凝膠品質(zhì)變差[37-38]。

4 結(jié)束語

我國米粉產(chǎn)品種類繁多，具有口感豐富、價(jià)格低廉、營養(yǎng)豐富、不易致敏等優(yōu)勢，在國內(nèi)外具有廣闊的消費(fèi)市場。目前國內(nèi)米粉工業(yè)化生產(chǎn)工藝仍處于探索階段，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不利于配套研制標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，創(chuàng)新能力弱，市場仍然在低層次競爭，導(dǎo)致企業(yè)擴(kuò)張程度困難，難以形成真正意義上的領(lǐng)軍品牌。因此，加快擠出型米粉中關(guān)鍵工藝技術(shù)研究，完善生產(chǎn)、檢驗(yàn)、檢測標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)業(yè)層次，挖掘市場機(jī)會(huì)，培育壯大品牌效應(yīng)，促進(jìn)行業(yè)集約化發(fā)展，仍是整個(gè)行業(yè)的巨大挑戰(zhàn)。