响应曲面法优化早籼米品质改良剂配方研究

陈建芳，付桂明，3，*，罗扬帆，陈勇辉，李红歌，王建涛，柴建新，万 茵

（1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047；2.南昌大学生命科学与食品工程学院食品工程系，江西南昌330047；3.南昌大学中德食品工程中心，江西南昌330047）

响应曲面法优化早籼米品质改良剂配方研究

陈建芳1，2，付桂明1，2，3，*，罗扬帆1，2，陈勇辉1，2，李红歌1，2，王建涛1，2，柴建新1，2，万 茵1，2

（1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047；2.南昌大学生命科学与食品工程学院食品工程系，江西南昌330047；3.南昌大学中德食品工程中心，江西南昌330047）

将环糊精、有机酸和表面活性剂等早籼米品质改良剂配合使用，对早籼米进行系统的品质改良调理研究，以米饭的感官品质、理化指标为检测指标，采用响应曲面法优化早籼米品质改良配方。单因素实验结果表明，各种大米品质改良剂单独使用时可以提高早籼米的品质，最佳用量分别为：β-环糊精0.15%，麦芽糊精0.05%，单甘酯、蔗糖酯各0.1%，柠檬酸、苹果酸各0.05%。PB实验结果显示，各大米品质改良剂对早籼米品质影响的主次顺序为：单甘酯、柠檬酸＞β-环糊精＞麦芽糊精＞苹果酸＞蔗糖酯。响应曲面法优化得到早籼米品质改良的最佳配方为0.15% β-环糊精、0.1%单甘酯、0.56%柠檬酸，此时早籼米的食用品质得到明显改善。

早籼米，品质改良剂，响应曲面

大米是世界范围内的主要食物之一。以大米为主食的人，占我国人口的60%、世界人口的一半以上。近年来随着世界人口的不断增长，对大米的需求量上升，国际市场大米价格不断攀升，2008年来涨幅已超过100%。我国的稻谷产量居世界之首，2007年我国稻谷产量达18588万t，其中早稻总产量为3196万t。江西是我国早籼米的主产区之一，年早籼米产量占全国的1/4。随着社会物质生活水平的不断提高，人们在大米消费上由只求吃饱向要求吃好转变，对大米的营养、蒸煮品质、色香味形等各方面的要求日益讲究。早籼米因直链淀粉含量高、米饭干硬、食用品质差，为大多数消费者所不喜爱，主要作为米粉、酿造、医药等行业的原料，市场价格比晚籼米低20%以上，且年年大量积压。近年来，我国以食用品种为目的的早籼稻良种选育取得突破性进展，多个优质早稻品种已在全国大面积推广，有望与晚籼米一同成为人们的主粮。虽然优质早籼米在食用品质方面比普通早籼米有较大改善，但与晚籼米尚有较大差距，需要进行品质改良与营养强化调理，才能满足广大消费者对米饭品质美味、可口和营养的要求。本文将酸味剂、表面活性剂和多糖类添加剂等大米品质改良剂配合使用，对早籼米进行系统的品质改良配方研究，并采用响应曲面法优化配方，以使早籼米饭接近晚籼米饭的香气、滋味、硬度、粘度等食用品质，大大提高了早籼米的食用品质和价值。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

早籼米、优质晚籼米 江西省樟树市粮油公司；β-环糊精、麦芽糊精、分子蒸馏单甘酯、蔗糖酯、柠檬酸、苹果酸、氢氧化钾（KOH）、碘、盐酸、氢氧化钠、硫代硫酸钠、硫酸、无水乙醇、95%乙醇、冰乙酸等 均为国产分析纯；麝香草酚蓝 国产生化试剂；糖化酶国产食品级。

FW80型粉碎机 天津市泰特斯仪器有限公司；WH-866旋涡混合器 太仓市科教器材厂；ALC-310.3电子分析天平 北京赛多斯仪器系统有限公司；HH-4数显恒温水浴锅 国华电器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 大米吸水率的测定［1］称取50.0g早籼米3份，分别装入3个刺过孔称好重量的一次性塑料杯中，将杯放入装有300mL蒸馏水的烧杯中，使早籼米完全浸入水中，室温浸泡20min，滤沥3min，将早籼米散布在滤纸上5min，以除去米粒表面的水，称取早籼米重量。

吸水率（%）=（吸水早籼米增加的重量/早籼米吸水前的重量）×100%

1.2.2 胶稠度的测定［2］按GB/T22294-2008执行。

1.2.3 早籼米糊化度的测定 糊化度的测定参照参考文献［3］进行。

1.2.4 蒸煮实验［4］按GB/T15686-1995执行。感官评分标准见表1。

1.2.5 理化评分标准 见表2。

1.2.6 单因素实验 对 β-环糊精、麦芽糊精等多糖，单甘酯、蔗糖酯等表面活性剂，柠檬酸、苹果酸等有机酸等大米品质改良剂进行单因素实验，分析它们对早籼米吸水率、胶稠度、糊化度和米饭感官品质的影响。

1.2.7 PB实验 利用SAS8.2软件，根据单因素实验结果，设计PB实验表，进行蒸煮实验。

1.2.8 响应曲面分析 根据PB实验结果，选取三个对早籼米品质影响相对显著的因素。利用SAS8.2软件，设计Central Composite响应曲面分析实验表，进行蒸煮实验。根据响应曲面分析实验结果，得到改善早籼米品质的最优配方，并进行验证实验。

表1 感官评分标准

2 结果与讨论

表2 理化评分标准

2.1 单因素实验结果

2.1.1 β-环糊精、麦芽糊精对早籼米品质的影响从表3可知，早籼米吸水率、感官品质评分都随着β-环糊精浓度的增加而增加。β-环糊精（CHA）分子为7个葡萄糖单元形成的环状中空圆筒，其外侧的亲水基能提高早籼米表面亲水性，从而提高早籼米吸水率。CHA在水溶液中能与有机化合物形成结晶性的有色络合物，有色络合物可以交连多种官能基团，生成各种衍生物，从而保持米饭香和味的稳定性，并改善米饭的表面光泽。CHA分子能够提高淀粉的溶解度，使早籼米蒸煮后的米饭变软；CHA分子还可以防止米饭的呈香物质在蒸煮时的氧化、挥发，从而使米饭的食味得到改善［5］。因此随着CHA浓度的增加，早籼米的吸水率、综合评分均出现增加的趋势。

表3 β-环糊精对早籼米吸水率、感官品质的影响

添加麦芽糊精对早籼米品质影响情况见表4。随着麦芽糊精浓度的增加，早籼米的吸水率、综合评分先增加后减小，当麦芽糊精浓度为0.05%时，早籼米的吸水率、综合评分最大。由于麦芽糊精具有强吸水性，当麦芽糊精浓度低时，粘附在早籼米表面的麦芽糊精可提高早籼米吸水率［6］；当麦芽糊精浓度高时，分支程度低的大分子物质会重新缔合，使麦芽糊精溶液的稳定性下降，从而早籼米吸水率下降［7］。

表4 麦芽糊精对早籼米吸水率、感官品质的影响

2.1.2 单甘酯、蔗糖酯对早籼米品质的影响 单甘酯对早籼米品质影响情况见表5。随着单甘酯浓度的增加，早籼米胶稠度急剧下降，综合评分先增加后下降。胶稠度越小，米饭越硬。单甘酯属于表面活性剂，一方面具有乳化作用，使米粉流动性下降，降低其胶稠度和理化评分；另一方面，能吸附在米粒表面，由于它们的亲水基，可提高早籼米粒表面的亲水性，使水分容易均匀地渗透到米粒内部，从而可适当提高米饭的柔软性和粘弹性，改善米饭的口感［8］。因此单甘酯的添加量在低浓度（0.1%）时，感官和理化综合评分最高。

表5 单甘酯对早籼米胶稠度、感官品质的影响

添加蔗糖酯对早籼米品质影响情况见表6。从表6可看出，蔗糖酯与单甘酯都属于表面活性剂，蔗糖酯对早籼米胶稠度、感官品质的影响与单甘酯相似，一方面增加口感，另一方面降低其胶稠度和理化评分，但添加低浓度蔗糖酯（0.1%）时，胶稠度下降速度快于单甘酯，而添加蔗糖酯浓度大于0.2%时，胶稠度下降比较平缓。

2.1.3 柠檬酸、苹果酸对早籼米品质的影响 酸可浸透到米粒后能软化米细胞壁，能切断淀粉分子，破坏一部分牢固的微胶粒，使水分充分进到淀粉细胞内微晶束结构中，从而使大米淀粉的吸水能力、膨胀能力增加，结构变得更松散［9］，也使米饭中葡萄糖、水溶性含氮物及水溶性有味物质含量增加，食味改善［10］。但添加有机酸的量过高时，会使米饭有酸味，影响早籼米品质。从表7可知，早籼米糊化度随着柠檬酸浓度的增加而增加。添加少量的柠檬酸也能使早籼米的品质得到明显改善。柠檬酸添加量为0.05%时，早籼米品质最好。

表6 蔗糖酯对早籼米胶稠度、感官品质的影响

表7 柠檬酸对早籼米糊化度、感官品质的影响

表8的实验结果表明，苹果酸对早籼米糊化度、感官品质的影响与柠檬酸相似，且综合评分略高于柠檬酸。苹果酸添加量为0.05%时，早籼米品质最好。

表8 苹果酸对早籼米糊化度、感官品质的影响

2.2 PB实验结果

PB实验结果见表9。

表9 PB实验结果

利用SAS8.2对表9数据进行分析，结果列于表10。从表10可知，对早籼米品质影响的各因素的主次顺序为：单甘酯和柠檬酸＞β-环糊精＞麦芽糊精＞苹果酸＞蔗糖酯。其中单甘酯、柠檬酸对早籼米品质影响较显著。因此，本文中选择β-环糊精、单甘酯、柠檬酸进行响应曲面分析。

表10 PB实验结果分析报告

表11 响应曲面分析实验结果

表12 响应曲面分析实验结果分析报告

表13 品尝评分记录表

2.3 响应曲面分析

表11为响应曲面分析实验结果。

利用SAS8.2对表11数据进行分析的结果见表12，得到响应回归方程为

对上述方程进行一阶求导，得X5=0.64。由于式（1）中X3的幂数为1，不能一阶求导；X1对早籼米食用品质的影响非显著，因此，它们都取单因素中的最佳水平。所以，最佳配方为：X1=0.15%、X3= 0.1%、X5=0.564%，即为0.15% β-环糊精、0.1%单甘酯、0.56%柠檬酸。

图1 单甘酯、柠檬酸与综合评分的响应曲面

按上述配方进行蒸煮实验，各项指标得分情况见表13，结果表明，单甘酯、柠檬酸对早籼米品质影响极显著，β-环糊精对早籼米品质的影响不显著。利用响应曲面分析得到最佳配方：β-环糊精0.15%、单甘酯0.1%、柠檬酸0.56%。按最佳配方蒸煮，与没有添加添加剂的相比，早籼米的感官品质得到明显改善，特别是适口性和滋味。米饭感官评分为84分，与响应回归方程预测的83.5分十分吻合。

3 结论

本文在不改变人们食用大米习惯的前提下，将β-环糊精、麦芽糊精、单甘酯、蔗糖酯、柠檬酸、苹果酸等大米品质改良剂配合使用，对早籼米进行系统的品质改良配方研究。实验结果显示，各种大米品质改良剂单独使用时可以提高早籼米的品质，最佳用量分别为：β-环糊精0.15%，麦芽糊精0.05%，单甘酯、蔗糖酯各0.1%，柠檬酸、苹果酸各0.05%。PB实验结果显示，各种米品质改良剂对早籼米品质影响的主次顺序为：单甘酯、柠檬酸＞β-环糊精＞麦芽糊精＞苹果酸＞蔗糖酯。响应曲面分析表明，0.15% β-环糊精、0.1%单甘酯、0.56%柠檬酸配合使用时，效果最佳，可以提高早籼米淀粉的吸水性、糊化度和米饭的粘弹性，使早籼米的食用品质得到明显改善，接近晚籼米饭的口感，大大提高了早籼米的食用品质和价值，不仅有效利用了我国大量的早籼米资源，也可缓解当前世界性粮食紧张、粮食价格暴涨的问题。

［1］林家莲，杨荣华，张卫斌.添加剂对大米吸水性及米饭品质影响的研究［J］.中国粮油学报，2000（2）：16-20.

［2］GB/T22294-2008粮油检验-大米胶稠度的测定［S］.

［3］王春娜，龚院生.方便面糊化度测定方法的研究［J］.郑州粮食学院学报，1999（2）：31-34.

［4］GB/T15682-1995稻米蒸煮实验品质评定［S］.

［5］陶年顺，袁素华.对β-环糊精改善米饭品质的研究［J］.中国粮油学报，1997（1）：24-28.

［6］刘文慧，王颉，王静，等.麦芽糊精在食品工业中的应用现状［J］.食品科学，2001（5）：183-186.

［7］赵娅，顾正彪.麦芽糊精溶液稳定性的研究［J］.中国粮油学报，2008（4）：96-101.

［8］王显伦，陈明，许红.不同添加剂对α-方便米饭粘度的影响［J］.郑州工程学院学报，2001（3）：14-18.

［9］Kyoko Ohishi，idori Kasai，Atsuko Shimada，et al.Effects of acetic acid on the rice gelatinization and pasting properties of rice starch during cooking［J］.Food Research International，2007，40（2）.

［10］Debabandya Mohapatra，Satish Bal.Cooking quality and instrumental textural attributes of cooked rice for different milling fractions［J］.Journal of Food Engineering，2006，73：253-259.

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

CHEN Jian-fang1，2，FU 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 *通讯联系人

陈建芳（1987-），女，硕士研究生，研究方向：农产品加工工程。

江西省教育厅2009年科技项目（GJJ09061）。