王應強 溫建華 劉愛青趙紅霞 楊文仙 楊 豐

(1. 隴東學院，甘肅 慶陽 745000；2. 南京澳潤微波科技有限公司，江蘇 南京 210041；3. 北京盛美諾生物技術有限公司，北京 212013)

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浸泡與米水比例對預烹調小米微波對流恒溫干燥特性與品質的影響

王應強1溫建華2劉愛青3趙紅霞1楊文仙1楊 豐1

(1. 隴東學院，甘肅 慶陽 745000；2. 南京澳潤微波科技有限公司，江蘇 南京 210041；3. 北京盛美諾生物技術有限公司，北京 212013)

以微波對流恒溫組合干燥技術干燥預烹調小米，考察高壓汽蒸前米水比例與浸泡對方便小米微波對流恒溫干燥動力學及產(chǎn)品品質的影響。結果表明，整個干燥過程受擴散控制，以兩階段降速干燥為特征，基于經(jīng)驗的Henderson and Pabis模型可以預測小米干燥過程的水分含量(R2>0.971 4)，菲克擴散定律計算得到的有效水分擴散系數(shù)在3.30×10-7～5.03×10-7m2/s；以米水比1.5∶1 (g/mL)常溫浸泡3 h后，獲得的方便小米產(chǎn)品具有最高的感官評分，其特征色值L*、a*、b*、C*、h° 分別為45.75，7.56，38.93，38.19，78.84°，總色差為31.64，復水比最大(2.48)，復水時間4.2 min。

小米方便食品；微波對流恒溫干燥；特性；品質

中國是小米的主產(chǎn)區(qū)，年產(chǎn)3.0×105t占全世界產(chǎn)量的80%；小米因其豐富的營養(yǎng)價值受到廣大消費者的青睞，已經(jīng)成為調劑精米精面食品的主要糧食品種之一[1-2]。目前中國商品化的小米主食性制品主要以擠壓膨化型小米營養(yǎng)粉為主，存在深加工程度低、加工產(chǎn)品種類單一、不符合大眾對小米食品的消費習慣等諸多問題，因此開發(fā)符合中國傳統(tǒng)飲食習慣的高品質小米等雜糧類方便食品前景廣闊[2-3]。

方便小米屬于非多孔型脫水糊化米，有較好的復水性，復水后外觀和口感幾乎與新煮米無區(qū)別，浸泡條件、熟制和干燥是脫水方便小米生產(chǎn)的關鍵工藝[4-5]。目前對方便小米的研究多集中在生產(chǎn)速食小米粥上，但煮粥過程中有大量的營養(yǎng)會損失，干燥產(chǎn)品的色澤寡淡，復水產(chǎn)品的口感較差及黏稠度不足等問題[1,6]。就小米干燥方法而言，主要有熱風干燥、分段式微波(真空)干燥、真空冷凍干燥等，單一的干燥方法存在干燥時間長、易燒焦、能耗大等缺點[7-8]。

微波恒溫對流干燥是一種基于溫度反饋調節(jié)微波功率模式的新型食品干燥技術，結合微波快速加熱與熱風對流干燥除濕量大的優(yōu)點，能克服食品常規(guī)干燥方法存在的一些不足[9-10]。莫愁等[11]開發(fā)了一套微波干燥恒溫控制系統(tǒng)用于干燥新鮮未脫殼花生，該系統(tǒng)可對干燥室內部溫度和被干燥物質量進行實時動態(tài)監(jiān)控，并自動控制微波干燥過程的溫度，使用該系統(tǒng)干燥的花生子葉外觀正常，無花生油溢出，品質明顯優(yōu)于無恒溫控制的樣品；徐晚秀等[12]采用光纖插入物料中心在線控制微波干燥的物料溫度，可以更快速地干燥鐵棍山藥片，同時干燥后的樣品多糖得率比較高。

本研究采用高壓汽蒸熟制并通過自主設計制造的微波對流恒溫干燥機來干燥方便小米，考察了浸泡及米水比例對方便小米微波對流恒溫組合干燥特性、產(chǎn)品色差、復水特性與感官品質的影響，以期為高品質方便小米(小雜糧)產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

商品化小米：購于甘肅省慶陽市西峰區(qū)百佳超市。

1.1.2 主要儀器設備

智能微波熱風聯(lián)合干燥器：ORW1.0S-3000R型，南京澳潤微波科技有限公司；

電子天平：HX501T型，慈溪市天東衡器廠；

鼓風干燥箱：101型，北京科偉永興儀器有限公司；

色差儀：WF-30型，深圳市威福光電科技有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 小米干燥前處理 將原料進行清洗，去除小米表面黏附的粉末雜質和灰塵。選用5組米水比例[1∶2，1∶1.5，1∶1，1.5∶1，2∶1 (g/mL)]進行試驗。每組米水比例又分為浸泡組和未浸泡組，浸泡時添加的水量與未浸泡組的小米蒸制時添加所用水量相同，小米在常溫浸泡3 h，處理好的小米放入高壓鍋(121 ℃，0.12 MPa)蒸制45 min，使淀粉逐漸完成糊化過程，冷卻離散后干燥。

1.2.2 微波熱風聯(lián)合干燥 圖1為微波熱風聯(lián)合干燥器的示意圖，主要由干燥室(50 cm×50 cm×50 cm)、電加熱箱風機(220 W，600 m3/h)、PVC載物盤和控制與測量單元等部分組成。風機安裝在箱體外部的左側，其將室溫的空氣送入加熱箱后加熱到預定溫度經(jīng)過通風網(wǎng)孔均勻地分布，并且自左而右通過載物盤，與被干燥物料進行熱質交換后，從箱體右側排出；在箱體內的正上方按有微波發(fā)生器和紅外與光纖測溫裝置，可通過測溫裝置來控制微波功率的大小，為方便光纖測溫，載物盤可正反360°旋轉；箱體內的風速可以通過風速控制閥門在0～2.5 m/s調節(jié)。

干燥前，先打開風機與電加熱箱，使干燥室在空載的情況下預熱到設定的溫度，本試驗所用的熱風進口溫度與物料的設定溫度均為80 ℃，微波功率125 W，物料裝載量200 g，物料厚度5 mm，小米脫水至10%以下，干燥停止。

1. 鼓風機 2. 風速閥門 3. 電加熱箱 4. 熱電偶 5. 干燥箱體 6. 數(shù)據(jù)采集與控制儀 7. 系統(tǒng)開關 8. 微波發(fā)射器 9. 紅外探頭 10. 觀察窗口 11. 分流板 12. 物料盤 13. 電子稱 14. 光纖探頭 15. 出風口 16. 轉軸

圖 1 微波對流聯(lián)合干燥器示意圖

Figure 1 Schematic diagram of microwave-convective dryer

1.2.3 測定指標

(1) 水分含量：物料的初始水分含量按照AOAC的方法執(zhí)行，在105 ℃干燥樣品至恒重，重復測定3次，以干基含水量表示。

(2) 色值的測定：采用威福WF-30型色差計測定小米樣品的表面色澤，讀數(shù)以CIE1976色度空間值L*(亮→暗：100→0)，a*(綠→紅) ，b*(蘭→黃)表示，重復測量5次。色差(ΔE)、色彩角(h°)和彩度(C*)根據(jù)測定值按式(1)～(3)計算：

(1)

h°=arctg(b*/a*)(a*>0,b*>0)，

(2)

(3)

式中：

ΔL*、Δa*、Δb*——浸泡前小米和干燥小米之間明度L*和色度指數(shù)a*和b*的差值；

h°——色調，0°，90°，180°，270°分別代表醬紅色調、黃色調、藍綠色調和藍色調。

(3) 復水比的測定：準確稱量方便小米成品米粒A(g)置于燒杯中，加5倍沸水立即加蓋，復水5 min后立即瀝干，并用吸水紙吸干表面水分，稱重B(g)，復水比用B/A表示[6]。

(4) 復水時間的測定：將一定量的小米成品米粒置于100 ℃開水中加蓋，復水時間為米粒完全復水(米粒中心完全軟化)所用的時間[8]。

(5) 小米蒸制后感官質量評價：主要根據(jù)小米的色澤、氣味、外觀結構、滋味及適口性進行綜合評分，感官評定標準見表1。樣品隨機由10位感官評定員進行綜合評審，結果取平均值。

(6) 小米干燥后感官質量評價：主要根據(jù)小米的色澤、氣味、外觀結構、觸感進行綜合評分[4]，感官評定標準見表2。樣品隨機由10位感官評定員進行綜合評審，結果取平均分。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

(1) 干燥速率與水分比的計算：干燥過程中的水分含量通過測量物料干燥過程中的質量變化來計算，自動記錄一定時間間隔物料質量，某一時刻的水分含量根據(jù)式(4)計算：

表1 高壓蒸制后小米感官評定標準

表2 干燥后小米感官評定標準

(4)

式中：

W0、W——分別為干燥物料的初始裝載量和t時刻的質量，kg；

M0、M——分別為干燥物料初始水分含量和在t時刻的水分含量，kg/kg DB。

干燥速率為單位時間內水分含量的變化量，按式(5)計算：

(5)

式中：

Dr——干燥速率，kg/(kgDB·min)；

M、MΔt——分別為干燥物料在t和t+Δ t時刻的水分含量，kg/kgDB；

Δ t——取樣間隔時間，min。

水分比按式(6)計算：

(6)

式中：

MR——無量綱水分比；

Me——平衡水分含量，kg/kg DB。

(2) 干燥曲線的擬合：水分比(MR) 隨干燥時間的變化用Henderson and Pabis干燥模型MR=aexp(-kt)進行擬合[13]，以預測干燥過程的水分含量。

(3) 有效水分擴散系數(shù)的計算：菲克擴散第二定律可定量描述生物材料干燥過程中的水分遷移規(guī)律[12-13]，其表達式見式(7)。

(7)

式中：

Deff——有效水分擴散系數(shù)，m2/s；

x——擴散距離，m。

對于薄層狀生物材料的干燥，分析級數(shù)解見式(8)。

(8)

式中：

L——物料厚度，m。

對于長時間的干燥過程，菲克擴散定律分析級數(shù)解的一階級數(shù)解可以用來計算食品物料的干燥水分擴散系數(shù)，見式(9)。

(9)

對式(6)兩邊取自然對數(shù)得lnMR與Deff呈直線關系方程，見式(10)，回歸分析依據(jù)該方程的斜率可計算Deff。

(10)

2 結果與分析

2.1 浸泡條件對小米干燥特性的影響

浸泡條件對高壓烹調小米水分含量有顯著影響，隨著米水比例由1∶2 (g/mL)變化到2∶1 (g/mL)，高壓烹調小米的水分含量從2.92 kg/kg降低到0.95 kg/kg，而且烹調前浸泡的小米水分含量要略高于未浸泡的，原因是浸泡的小米中蛋白質與淀粉分子能夠充分溶脹吸收更多的水分。由圖2可知，米水比例越大，干燥時間越短，主要由于干燥初始水分含量不同。在浸泡組中，米水比例為1∶2，1∶1.5，1∶1，1.5∶1，2∶1 (g/mL)的烹調小米干燥到水分含量為10%所用的時間大約由90 min減少到40 min。而同樣米水比例的浸泡與未浸泡樣品，未浸泡組的在干燥過程的中后期任意時刻的水分含量都高于浸泡組的，即未浸泡的小米樣品干燥所需時間要略長于浸泡組的。原因主要是浸泡組的小米中蛋白質與淀粉分子充分吸水在高壓烹調過程中更易形成有利于水分擴散的通道。

干燥速率取決于物料水分含量與干燥進程，是與干燥機理有關的一個重要參數(shù)。由圖3可知，米水比例越小，小米的水分含量越高，其干燥速率越大，而且浸泡組的干燥速率要略大于未浸泡組的，在所有的處理中未發(fā)現(xiàn)恒速干燥段，所有的小米樣品都呈現(xiàn)出類似的兩階段的降速干燥過程，推測生物材料的干燥主要由擴散所控制[14]。

圖2 受浸泡與米水比例影響的預烹調小米微波對流恒溫干燥曲線

Figure 2 Microwave-convective drying curves of precooking millet as affected by soaking and millet/water ratio under constant temperature

圖3 受浸泡與米水比例影響的預烹調小米微波對流恒溫干燥速率曲線

Figure 3 Microwave-convective drying rate curves of precooking millet as affected by soaking and millet/water ratio under constant temperature

2.2 模型擬合與有效水分擴散系

小米干燥過程中的水分比(MR)隨干燥時間(t)的變化用Henderson and Pabis模型進行非線性擬合，模型常數(shù)(a和k)與誤差分析參數(shù)(決定系數(shù)R2和卡方χ2)見表3，所有處理的決定系數(shù)都接近于1(R2>0.971 4)，且卡方值都較小(χ2<0.003 0)，表明該模型能有效預測小米干燥過程中水分含量的變化。其中模型中的k值為干燥常數(shù)，表明干燥水分脫除的難易程度，在一定米水比的情況下，浸泡組的k值要大于未浸泡組的，而且隨著米水比的增大而顯著增大。

由表3可知，浸泡條件對水分擴散系數(shù)有顯著影響，隨著米水比例由1∶2 (g/mL)變化到2∶1 (g/mL)水分擴散系數(shù)由3.30×10-7m2/s增加至5.03×10-7m2/s，當米水比一定時，浸泡組的水分擴散系數(shù)要大于未浸泡組的。張黎驊等[14]報道高山野山藥微波間歇干燥的水分有效擴散系數(shù)受微波功率、切片厚度、間歇時間的影響，且在2.54×10-8～4.83×10-7m2/s。

2.3 浸泡條件對預烹調微波對流恒溫干燥小米色值的影響

由表4可知，與未處理小米相比，干燥操作引起了小米的L*、a*、b*值的顯著降低，ΔE在46.84～25.11，表明干燥后小米亮度降低，并由紅黃色向藍綠色轉變，變小的C*值代表干燥產(chǎn)品的飽和度(彩度)減弱，干燥并未引起色彩角數(shù)值的顯著變化，偏向90°的色彩角表明所有樣品都呈現(xiàn)出黃色調。浸泡條件對L*、a*、b*、C*和ΔE有顯著影響，隨著米水比例由1∶2 (g/mL)變化到2∶1 (g/mL)時，L*、a*、b*、C*值均增大，ΔE減小，表明隨著浸泡水量的減少，樣品色澤的變化程度也變小，更接近于新鮮小米的色澤。當米水比一定時，浸泡組的L*、a*、b*、C*要小于未浸泡組，而ΔE值要大于浸泡組的，表明浸泡組的樣品色澤的變化程度更大。食品物料色澤的變化通常與蛋白質、淀粉分子結構的變化、特定的反應(脂肪氧化、Maillard反應、焦糖化反應)、色素濃度和水分含量等密切相關[15]。

2.4 浸泡條件對預烹調干燥小米復水性的影響

多數(shù)脫水產(chǎn)品在食用前需要復水，快速而完全的復水是其期望的質量屬性；復水也是由干燥引起對物料結構破壞的一種測量。由圖4可知，隨著米水比例由1∶2 (g/mL)變化到2∶1 (g/mL)干燥小米的復水時間由4.2 min增加到7.6 min；當米水比一定時，浸泡組的復水時間要小于未浸泡組的，尤其在米水比為2∶1 (g/mL)時，浸泡處理對復水時間的影響十分顯著，主要是浸泡組處理中烹調加水量較少，導致小米未完全熟化從而導致復水時間的延長。

浸泡條件對微波對流恒溫干燥小米的復水比有顯著影響，總體而言，復水比隨著米水比例增大呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。在米水比例為2∶1 (g/mL)時，浸泡處理對復水比的影響十分顯著。王立東等[8]優(yōu)化得到的微波熱風復合干燥制備速食小米方便粥的復水比為2.88，復水時間為7 min;張敏等[7]報道小米方便粥的復水時間為15 min，復水比為3.79。原因是過度蒸煮致使米粒表面裂開，導致米粒的物質損失，從而復水比減小，復水時間較短。一般小米在具有最佳含水率時淀粉糊化程度越大，復水后品質越好，而當水的比例較小時，淀粉還未糊化完全，小米有夾生現(xiàn)象，因而復水時間也會變長。

表3 受浸泡與米水比例影響的預烹調小米微波對流恒溫干燥(Henderson and Pabis)模型參數(shù)與有效水分擴散系數(shù)

Table 3 Henderson and Pabis model parameters and effective moisture diffusion coefficient of microwave-convective drying for precooking millet as affected by soaking and millet/water ratio under constant temperature

處理方式米水比(g/mL)浸泡HendersonandPabis模型參數(shù)akR2χ2有效水分擴散系數(shù)Deff/(×10-7m2·s-1)R2 1.0︰2.0未浸泡0.96280.04210.98850.00103.300.9948浸泡 0.96750.04540.98740.00123.780.99391.0︰1.5未浸泡0.96250.04580.98530.00133.540.9949浸泡 0.96320.05130.98340.00153.780.98891.0︰1.0未浸泡0.96850.04980.98710.00123.720.9923浸泡 0.99120.05050.99150.08693.830.98891.5︰1.0未浸泡0.96530.05170.97870.00183.530.9816浸泡 0.98400.05910.98780.00113.890.97742.0︰1.0未浸泡0.97660.06320.98670.00144.650.9914浸泡 0.97310.07770.97140.00305.030.9889

表4 受浸泡與米水比例影響的預烹調小米微波對流恒溫干燥產(chǎn)品的色值?

? 同列不同字母表示有顯著差異(P<0.05)。

同一系列不同字母表示有顯著差異(P<0.05)

Figure 4 Rehydration characteristics of microwave-convective dried millet as affected by soaking and millet/water ratio under constant temperature

2.5 浸泡條件對小米干燥前后感官品質的影響

2.5.1 浸泡條件對蒸制后小米感官品質的影響 由表5可知，浸泡條件對熟制小米的色澤、氣味、外觀、滋味、口感與總評分有顯著影響。不管浸泡與否，當米水比例在1∶1，1.5∶1 (g/mL)時，熟制后的小米感官評分較高。其中得分最高的是米水比例為1.5∶1 (g/mL)浸泡后蒸制的小米，其具有鮮艷的淺黃色、米香味強烈、開裂適度外觀完整、滋味醇厚濃郁與口感軟硬適宜的特征。水的比例過高會使米粒過度熟化導致小米過度開花，色澤變淡，且產(chǎn)生大量的黏塊。當水的比例較小時小米香味不足，會有夾生現(xiàn)象發(fā)生。2種情況都會導致蒸制后的小米感官品質較差。

2.5.2 浸泡條件對干燥后小米感官品質的影響 由表6可知，浸泡條件對熟制小米的色澤、氣味、外觀、觸感以及總評分有顯著影響，與蒸制后小米感官品質評定結果相一致，熟制后感官評分高的小米干燥后同樣獲得了相對較高的評分。米水比例為1.5∶1 (g/mL)浸泡后蒸制干燥的小米獲得最高分，表現(xiàn)為色澤明亮、米粒完整、飽滿、松散度好、柔滑、不黏手。而較大或較小的米水比例都會影響其光澤、黏度和硬度，導致其色澤、外觀和觸感變差，而使干燥產(chǎn)品的感官品質較差。

表5 受浸泡與米水比例影響的高壓烹調小米的感官評定結果?

? 同列不同的字母表示有顯著差異(P<0.05)。

表6 受浸泡與米水比例影響的預烹調小米微波對流恒溫干燥產(chǎn)品的感官評定結果?

? 同列不同的字母表示有顯著差異(P<0.05)。

3 結論

本研究顯示高壓汽蒸前米水比例與浸泡與否對方便小米微波對流恒溫干燥動力學及產(chǎn)品色澤、復水時間、復水比、感官品質有顯著影響；基于Henderson and Pabis模型可以預測小米干燥過程的水分含量，應用菲克擴散定律計算得到的有效水分擴散系數(shù)為3.30×10-7～5.03×10-7m2/s，并隨水的比例增大而增大。水比例過高導致小米過度熟化，而過低導致小米熟化不充分，均使干燥產(chǎn)品品質降低。熟化前浸泡可進一步改進干燥產(chǎn)品品質，米水比例為1.5∶1 (g/mL)常溫浸泡3 h后獲得的方便小米產(chǎn)品具有最高的感官評分。本工藝制得的方便小米營養(yǎng)成分損失小，用途廣泛，既可與主食方便米飯搭配在一起，用作其營養(yǎng)強化，亦可用于方便小米粥的原料，也可粉碎后制作即沖型谷物飲料。

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Influence of soaking and millet/water ratio on microwave-convective drying characteristics and quality of cooked millet under the constant temperature

WANG Ying-qiang1WEN Jian-hua2LIU Ai-qing3ZHAOHong-xia1YANGWen-Xian1YANGFeng1

(1.LongdongUniversity,Qingyang,Gansu745000,China; 2.NanjingOrientMicrowaveTechnologyCo.,Ltd,Nanjing,Jiangsu210041,China; 3.BeijingSemnlBiotechnologyCo.,Ltd,Beijing212013,China)

In this study, the cooked millet was dried using microwave-convective drying under the constant temperature and the effect of soaking and millet/water ratio before pressure cooking millet on the drying kinetics and quality of dried millet were investigated. The results showed that the whole drying process was controlled by diffusion and characterized by two stage falling rate drying. The moisture content during millet drying was predicted by the experienced Henderson and Pabis modle (R2>0.971 4) and the effective moisture diffusivity calculated by Fick's law of diffusion was in the range of 3.30×10-7m2/s to 5.03×10-7m2/s. The best sensory quality was obtained when the ratio of millet to water was 1.5∶1 (g/mL) and the millet was dipped for 3 h, in which the value ofL*,a*,b*,C*,h° and ΔEwas 45.75, 7.56, 38.93, 38.19， 78.84° and 31.64 respectively. Under this condition, the rehydration ratio of millet was the highest(2.48), and it could be rehydrated in 4.2 min.

millet instant food; microwave-convective drying under the constant temperature; characteristic; quality

隴原青年創(chuàng)新人才扶持計劃項目(編號：2014-39)；隴東學院博士科研啟動基金(編號：2014XYBY11)；隴東學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(編號：2015-1-29)

王應強(1979—)，男，隴東學院副教授，博士。 E-mail: sxxds2008@163.com

2017—04—19

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.06.038