周葵,洪雁,梁尚云,張雅媛*,游向榮,李明娟,衛(wèi)萍,王穎

1(廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品加工研究所, 廣西 南寧，530007)2(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫，214122) 3(廣西果蔬貯藏與加工新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧，530007)

稻谷是全球一半以上人口最主要的糧食作物之一，提供熱量占每日攝入總熱量的55%～80%[1]。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織不完全統(tǒng)計(jì)，2018年我國(guó)稻谷種植面積3 046.09 hm2，產(chǎn)量21 407.879 6萬(wàn)t，分別約占全世界總面積、總產(chǎn)量的18%、27%[2]。在我國(guó)，約85%的稻米作為主食食品供人們消費(fèi)，飼料和工業(yè)用米、其他分別約占10%、5%[3]。大米是將稻谷碾去殼、果皮和部分的胚所得成品，約含60%～70%淀粉、8%～10% 優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、0.2%～0.92%脂肪、B族維生素等營(yíng)養(yǎng)成分[4]。近年來(lái)，“科學(xué)補(bǔ)硒”逐漸成為一種健康生活理念，富硒谷粒可作為居民膳食補(bǔ)硒的主要途徑[5]，具有提高人體抗氧化、增強(qiáng)人體免疫力等功效。YUAN等[6]研究顯示,富硒米粉(含硒量70.86 μg/kg)具有顯著的抗糖尿病功效。

大米易受外界溫度、氧氣、水分、蟲以及自身脂肪、酶等因素影響，發(fā)生蟲霉、品質(zhì)劣變等現(xiàn)象[7]。若將大米干燥、粉碎制備成大米粉，可有效降低水分，延長(zhǎng)貯藏期，同時(shí)也能作為一種預(yù)糊化原料加工制作米發(fā)糕[8]、高蛋白低敏營(yíng)養(yǎng)米粉[9]、米粉蛋糕[10]等。目前，米粉的加工主要是滾筒干燥法[9]、擠壓膨化法[11]、冷凍干燥法[12]、噴霧干燥[13-14]等。潘菁[9]從提高米粉沖調(diào)性角度出發(fā)，對(duì)輥筒干燥、擠壓膨化技術(shù)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化；史曉媛[11]研究了擠壓膨化、超微粉碎對(duì)發(fā)芽糙米理化性質(zhì)的影響，并開(kāi)發(fā)了富含γ-氨基丁酸營(yíng)養(yǎng)米粉產(chǎn)品；趙曉燕等[12]研究了擠壓膨化工藝、酶解冷凍干燥法、酶解噴霧干燥法對(duì)大米蛋白質(zhì)氨基酸的影響。但目前有關(guān)(富硒)大米的相關(guān)研究主要集中于富硒大米的種植[15]、品種及不同粒徑大米粉性質(zhì)比較[16-17]、大米原料中硒含量及其賦存形態(tài)[18]等，少部分涉及加工方面(發(fā)酵、酶解[19]、真空冷凍干燥[20])對(duì)米粉硒含量的影響，有關(guān)不同預(yù)糊化方式對(duì)大米粉中硒含量影響研究較少，并缺乏相關(guān)硒大米代餐粉的開(kāi)發(fā)。

結(jié)合當(dāng)前流行的健康代餐粉產(chǎn)品，本文以富硒大米為實(shí)驗(yàn)原料，對(duì)比分析3種預(yù)糊化工藝(噴霧干燥、冷凍干燥及滾筒干燥)對(duì)大米粉中水分、硒含量、糊化度、白度、溶解度及微觀結(jié)構(gòu)的影響，并選擇合適的預(yù)糊化工藝制備大米粉。從硒含量、營(yíng)養(yǎng)成分、溶解穩(wěn)定性角度，探索以富硒大米粉為主要原料制備代餐粉的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

富硒大米，廣西桂玉香農(nóng)業(yè)有限公司。鹽酸、硝酸、NaBH4、NaOH、石油醚(沸程60～90 ℃)、硼酸、硫酸、均為分析純，CuSO4、K2SO4、乙酸鉛、Na2SO4、鐵氰化鉀均為化學(xué)純，國(guó)藥上海試劑公司；耐高溫α-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、Taka淀粉酶，SIGMA公司；硒標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 mg/L)，萬(wàn)佳首化生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SD-1500 型噴霧干燥機(jī),上海沃迪科技有限公司；滾筒干燥機(jī)、SCIENTZ-10 ND 型冷凍干燥機(jī),寧波新芝生物科技股份有限公司；AFS-930 原子熒光分光光度計(jì),北京吉天儀器有限公司；巨宏鋒高速多功能粉碎機(jī),昆明鐵申商貿(mào)有限公司；UltraScan Pro1166 高精度分光測(cè)色儀,美國(guó)Hunterlab 公司；3K15 型冷凍離心機(jī),SIGMA 公司；UN110 型烘箱,德國(guó)美墨爾特有限公司；AAF1100 馬弗爐,英國(guó)卡博萊特公司；SW22恒溫振蕩水浴鍋,德國(guó) JULABO；RJ-LD-50G 型低速大容量離心機(jī),無(wú)錫市瑞江分析儀器有限公司；可見(jiàn)分光光度計(jì),菲勒儀器有限公司；Agilent 1260 系列高效液相色譜儀,美國(guó)Agilent公司；Quanta-200電子掃描顯微鏡,荷蘭FEI公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 大米預(yù)糊化處理

將富硒大米粉碎、過(guò)150 μm篩，制備成大米粉，密封避光備用。各預(yù)糊化工藝條件如下：(1)噴霧干燥：將大米粉配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的懸浮液，加熱攪拌糊化30 min后進(jìn)行噴霧干燥。考察進(jìn)風(fēng)溫度120、140、160 ℃對(duì)樣品水分及硒保存率的影響。(2)冷凍干燥：將大米粉配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的懸浮液，攪拌、沸水浴加熱糊化30 min，然后于-80 ℃預(yù)凍，進(jìn)行冷凍干燥，參數(shù)設(shè)置為冷阱溫度-60 ℃，真空度1 Pa，干燥時(shí)間48 h。(3)滾筒干燥：將大米粉加水調(diào)漿，攪拌均勻向進(jìn)料輥中加料，待滾筒上的米粉分布均勻且呈一定厚度的薄膜狀時(shí)開(kāi)始收集樣品?？疾旒訜嵴羝麥囟?50、160、170 ℃對(duì)樣品水分及硒保存率的影響。以上預(yù)糊化干燥后的樣品均粉碎過(guò)150 μm篩，密封避光保存。

1.3.2 大米代餐粉制備工藝流程

將紅棗、黑芝麻、葛根、山藥、紅豆、薏米和糙米進(jìn)行低溫烘焙后粉碎過(guò)篩。為保證代餐粉的硒含量與口感，預(yù)糊化大米粉的比例控制在50%～60%，占比遞增，但其余輔料之間配比恒定。將所有原輔料按表1配比混合均勻，即得代餐粉。

表1 富硒大米代餐粉配方設(shè)計(jì) 單位：g/100 g

1.3.3 水分含量測(cè)定

采用GB 5009.3—2016中的第一法——直接干燥法進(jìn)行。

1.3.4 糊化度測(cè)定

采用酶水解法進(jìn)行測(cè)定。分別稱取1 g樣品于2個(gè)三角瓶中，另取1個(gè)不加試樣的三角瓶做空白，向盛有樣品的三角瓶中各加50 mL蒸餾水，其中全糊化對(duì)照樣品在沸水浴中煮沸30 min并快速冷卻至室溫。然后向各三角瓶中加入5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%Taka淀粉酶，并于37 ℃水浴中保溫酶解2 h。再向各三角瓶中分別加2 mL 1 mol/L的HCl溶液、2 mL 1 mol/L的NaOH溶液，定容至250 mL后過(guò)濾，取濾液采用DNS法測(cè)定還原糖含量，并以全糊化樣品的還原糖含量(以葡萄糖計(jì))為參照計(jì)算各樣品的糊化度如公式(1)所示:

(1)

式中：ρ,樣品還原糖含量，mg/mL；ρ1,全糊化組還原糖含量，mg/mL；ρ0,空白對(duì)照組還原糖含量，mg/mL。

1.3.5 色度測(cè)定

采用高精度分光測(cè)色儀的反射模式進(jìn)行校正和測(cè)量。將10 g左右樣品裝入透明自封袋中并使其分散均勻，待測(cè)。另取一只不加任何樣品的自封袋作參比進(jìn)行校準(zhǔn)，至少測(cè)定3組平行，取平均值，按照亨特白度計(jì)算樣品白度,如公式(2)所示:

(2)

式中:L*，樣品亮度;a*，樣品紅度;b*，樣品黃度。

1.3.6 預(yù)糊化大米粉的溶解度測(cè)定

精確稱取一定量的樣品于50 mL離心管中，加入25 ℃去離子水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的懸浮液，分別在40、50和60 ℃恒溫水浴振蕩鍋中保溫30 min，于3 000 r/min離心20 min，所得上清液傾入預(yù)先恒重的鋁盒中，105 ℃烘干至恒重，稱重并記錄，按照公式(3)計(jì)算溶解度:

(3)

式中：m溶解,上清液中所溶解樣品的質(zhì)量，g；m干基,樣品的干基質(zhì)量，g。

1.3.7 微觀形態(tài)觀察

采用掃描電子顯微鏡觀察富硒大米粉顆粒的表面微觀形貌，在5.0 kV電壓下分別放大2 400倍對(duì)各樣品進(jìn)行觀察。

1.3.8 硒含量及保存率測(cè)定

按照GB 5009.93—2017中的第一法——?dú)浠镌訜晒夤庾V法測(cè)定，在樣品預(yù)處理過(guò)程中盡量避免硒的揮發(fā)損失，總硒保存率按照公式(4)計(jì)算:

(4)

1.3.9 代餐粉組分測(cè)定

灰分測(cè)定采用GB 5009.4—2016中第一法;脂肪含量測(cè)定采用GB 5009.6—2016中索氏抽提法;蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用GB 5009.5—2016中的凱氏定氮法;膳食纖維測(cè)定采用國(guó)際AOAC 985.29中的酶法;淀粉含量測(cè)定采用GB 5009.9—2016中的酸水解法進(jìn)行水解，并采用DNS法測(cè)定水解后的還原糖含量;氨基酸測(cè)定采用GB 5009.124—2016中HPLC法進(jìn)行測(cè)定，其中色氨酸測(cè)定按照堿水解預(yù)處理操作進(jìn)行。

1.3.10 代餐粉離心沉淀率測(cè)定

稱取5.0 g樣品于燒杯中，加80 ℃的熱水20 g攪拌均勻成樣品糊。稱取10 g樣品糊置入離心管中，于8 000 r/min離心，棄去上清液后倒置5 min，稱取離心管及沉淀的質(zhì)量。按照公式(5)計(jì)算離心沉淀率：

(5)

式中：m2，離心后膠體和離心管的質(zhì)量，g；m1，離心管質(zhì)量，g；m樣品，樣品質(zhì)量，g

1.3.11 代餐粉的感官評(píng)定

預(yù)先稱取一定量的代餐粉，向其中加入80 ℃飲用水調(diào)配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%代餐粉糊，邀請(qǐng)感官評(píng)定員對(duì)各配方的代餐粉進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 感官評(píng)定表Table 2 Sensory evaluation criteria

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003、Origin 8.0、SPSS 17.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、制圖。

2 大米粉預(yù)糊化工藝的研究

2.1 不同預(yù)糊化方式的工藝參數(shù)選擇

2.1.1 噴霧干燥工藝參數(shù)對(duì)大米粉水分含量及硒保存率的影響

設(shè)定米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%，料液流速400 mL/h，出風(fēng)溫度80 ℃，進(jìn)風(fēng)溫度分別為120、140、160 ℃時(shí)，進(jìn)行噴霧干燥試驗(yàn)，具體結(jié)果見(jiàn)圖1。隨著進(jìn)風(fēng)溫度的升高，大米粉水分含量、硒保留率均呈下降趨勢(shì)。若進(jìn)風(fēng)溫度低，可能由于蒸發(fā)量不足而導(dǎo)致產(chǎn)品水分含量高，不耐貯藏。進(jìn)風(fēng)溫度過(guò)高，硒保留率降低又嚴(yán)重。潘菁[9]研究得出從復(fù)水時(shí)間、復(fù)水率考慮，米粉產(chǎn)品最佳水分含量在3.0%～4.0%，但水分過(guò)高或過(guò)低均會(huì)抑制淀粉分子的交聯(lián)纏繞及結(jié)晶重排[21]。綜合考慮水分含量和硒含量，噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度140 ℃為宜，此時(shí)產(chǎn)品干燥完全，水分含量為3.81 g/100 g、硒保留率24.11%。

圖1 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)大米粉水分含量及硒保存率的影響Fig.1 Effects of inlet temperature on water content and selenium retention of rice flour

2.1.2 滾筒干燥工藝參數(shù)對(duì)大米粉水分含量及硒保存率的影響

固定米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34%，上漿溫度為25 ℃，滾筒轉(zhuǎn)速為1.5 r/min，加熱蒸汽溫度分別為150、160、170 ℃時(shí)，進(jìn)行滾筒干燥試驗(yàn)，具體結(jié)果見(jiàn)圖2。隨著加熱蒸汽溫度的升高，富硒大米粉水分含量、硒保留率均呈下降趨勢(shì)。當(dāng)加熱蒸汽溫度為150 ℃時(shí)，產(chǎn)品中水分含量高于6 g/100 g，不耐貯藏；但加熱蒸汽溫度高于160 ℃時(shí)，通過(guò)斜率可看出產(chǎn)品中硒保存率降低速率明顯加快?？赡茉蚴请S著溫度的升高，富硒米粉中甲基硒代蛋氨酸、硒甲基半胱氨酸等有機(jī)硒化合物易揮發(fā)，導(dǎo)致硒含量降低[19]。為了兼顧產(chǎn)品硒含量和水分含量，選擇滾筒干燥的加熱蒸汽溫度為160 ℃。

圖2 加熱蒸汽溫度對(duì)大米粉水分含量及硒保存率的影響Fig.2 Effects of heating steam temperature on water content and selenium retention of rice flour

2.2 不同預(yù)糊化方式對(duì)大米粉理化指標(biāo)的影響

不同干燥方式對(duì)大米粉水分含量、白度、糊化度、溶解性的影響見(jiàn)表3、圖3。3種干燥方式所制備的大米粉水分含量均低于5%，滾筒干燥的白度最低(90.39)，冷凍干燥的大米粉白度(96.44)比較接近原料大米粉(94.89)。白度越高，表明產(chǎn)品顏色越白，可能原因是滾筒干燥溫度最高(160 ℃),物料與高溫接觸時(shí)間也較長(zhǎng)，大米粉發(fā)生一定程度的褐變反應(yīng)，色澤較暗。溶解度、糊化度從低到高的順序均為：原料米粉<滾筒干燥<冷凍干燥<噴霧干燥，噴霧干燥制備的大米粉糊化度最高，大量破壞了淀粉顆粒的完整性，更多的淀粉分子溶出，增加了大米粉與水的結(jié)合位點(diǎn)，從而溶解度增高[22]。一方面可反映出糊化程度越高，大米粉的溶解度越高，表明溶解度可以很好地反映出樣品的糊化程度[23]。另一方面，噴霧干燥和冷凍干燥糊化度分別高達(dá)98.46%、92.23%，可能不利于后續(xù)的二次加工。

表3 不同干燥方式對(duì)大米粉理化指標(biāo)的影響Table 3 Effects of different drying methods on physical-chemical properties of rice flour

圖3 不同干燥方式對(duì)大米粉溶解性的影響Fig.3 Effects of different drying methods on the solubility of rice flour

2.3 不同預(yù)糊化方式對(duì)大米粉硒含量的影響

不同干燥方式對(duì)大米粉硒的影響見(jiàn)表4。滾筒干燥制備大米粉的硒保留率最高，為48.82%，其次為冷凍干燥；噴霧干燥硒的保留率最低，為24.11%。可能原因是在酶和光、熱等因素的作用下，硒化物之間通過(guò)甲基化途徑、硫代謝途徑相互轉(zhuǎn)化[24-25]，易造成化合物的揮發(fā)損失，而噴霧干燥工藝經(jīng)過(guò)加熱攪拌、140 ℃進(jìn)風(fēng)溫度等多重因素影響導(dǎo)致硒損失最多。依據(jù)糧食加工品種硒含量≥0.15 mg/kg為富硒，0.075～0.14 mg/kg為含硒[26]，冷凍干燥和滾筒干燥所制備的大米粉可以標(biāo)識(shí)為富硒，但噴霧干燥大米粉只能標(biāo)識(shí)為含硒。

表4 不同干燥方式對(duì)大米粉中硒含量的影響Table 4 Effects of different drying methods on selenium content of rice flour

2.4 不同干燥方式對(duì)富硒大米粉微觀結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)3種干燥方式制備的大米粉及原料樣品進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀察，結(jié)果見(jiàn)圖4。未經(jīng)處理的大米粉顆粒由于淀粉和蛋白結(jié)合緊密，斷面呈現(xiàn)不規(guī)則裂痕，且較為粗糙；經(jīng)噴霧干燥后的糊化大米粉呈現(xiàn)中心凹陷的球狀，表面較為光滑，且顆粒內(nèi)部有較多空隙，直徑在6～8 μm。相比于其他干燥方式，噴霧干燥所得顆粒的直徑最小、空隙較多，與水分接觸的通道多，更有利于水分的傳導(dǎo)，溶解性較好[27]。但同時(shí)由于顆粒細(xì)度過(guò)高，導(dǎo)致溶解過(guò)程中易出現(xiàn)結(jié)塊等不利于產(chǎn)品分散均勻的現(xiàn)象。

a-原料；b-糊化后噴霧干燥； c-糊化后冷凍干燥；d-滾筒干燥圖4 不同干燥方式富硒大米粉的掃描電子 顯微鏡圖(×2 400)Fig.4 Scanning electron microscope graph of the rice flour by different drying methods (×2 400)

經(jīng)滾筒干燥后的糊化大米粉呈細(xì)碎的片狀，與滾筒干燥芒果粉結(jié)構(gòu)相似[28]，與滾筒接觸的一面比較光滑，但另一面相對(duì)較不規(guī)則[29]。雖在溶解度上相對(duì)較低，但片狀結(jié)構(gòu)有利于其在沖調(diào)過(guò)程中分散均勻。冷凍干燥則由于內(nèi)部具有較多孔隙而溶解度比滾筒干燥高，但顆粒直徑比噴霧干燥所得米粉大，因此溶解度一般。綜合考慮硒含量及微觀結(jié)構(gòu)，選擇滾筒干燥工藝制備預(yù)糊化富硒大米粉，進(jìn)行后續(xù)代餐粉產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

2.5 富硒大米代餐粉營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)

富硒大米粉及復(fù)配代餐粉的營(yíng)養(yǎng)成分、綜合評(píng)分、必需氨基酸占總氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表5、表6所示。大米代餐粉硒含量在98.46～112.14 μg/kg，我國(guó)市面上米的硒含量平均值為0.088 μg/kg[30]，表明大米代餐粉硒含量均達(dá)到平均數(shù)值，屬于含硒代餐粉。由表5、表6可知，多種谷物粉之間的復(fù)配可有效提高蛋白質(zhì)、膳食纖維含量，亮氨酸、賴氨酸占總氨基酸比值，且配方1提高率相對(duì)最優(yōu)。

表5 大米代餐粉營(yíng)養(yǎng)成分表(干基)及綜合評(píng)定分Table 5 Nutrition labeling and sensory score of rice meal replacement powder

表6 大米代餐粉中必需氨基酸占總氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 單位：%

2.6 不同配方設(shè)計(jì)對(duì)富硒大米代餐粉溶解穩(wěn)定性的影響

如圖5所示，隨著富硒大米粉占比的增加，代餐粉離心沉淀率有所提升，產(chǎn)品穩(wěn)定性有所降低。可能原因是滾筒干燥處理的富硒大米粉的糊化程度與其他輔料相比較高，且預(yù)糊化過(guò)程中粗纖維、蛋白質(zhì)和淀粉大分子物質(zhì)有一定程度的裂解。從溶解穩(wěn)定性角度考慮，配方1較為合適。

圖5 不同配方代餐粉的離心沉淀率對(duì)比Fig.5 Centrifugal sedimentation rate of with different formula meal replacement powder

3 結(jié)論

采用滾筒干燥、噴霧干燥和冷凍干燥對(duì)富硒大米粉進(jìn)行預(yù)糊化干燥處理，其中，噴霧干燥工藝條件為：進(jìn)風(fēng)溫度140 ℃，出風(fēng)溫度80 ℃，米漿流速400 mL/h，米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%；冷凍干燥工藝條件為：冷阱溫度-60 ℃，真空度1 Pa，干燥時(shí)間48 h；滾筒干燥工藝條件為：滾筒轉(zhuǎn)速1.5 r/min，加熱蒸汽溫度160 ℃，米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)34%。通過(guò)考察各干燥方式對(duì)富硒大米粉的硒保存率、理化指標(biāo)(水分含量、糊化度、白度和溶解性)及微觀形態(tài)的影響，最終選擇滾筒干燥制備預(yù)糊化富硒大米粉，硒保存率為48.82%，糊化度為61.30%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.75 g/100 g。以滾筒干燥制備的預(yù)糊化富硒大米粉為主要原料，與其他輔料進(jìn)行復(fù)配，考察不同配方代餐粉的營(yíng)養(yǎng)成分、感官評(píng)定分值、溶解穩(wěn)定性，最終確定配方為(g/100 g)∶富硒大米粉50，紅棗粉5，黑芝麻粉0.5，葛根粉5，山藥粉24.5，紅豆粉5，薏米粉5，糙米粉5。