热风处理对大米半干法磨粉效率的影响

佟立涛，耿栋辉，周闲容，王丽丽，刘丽娅，周素梅*

（中国农业科学院农产品加工研究所，北京 100193）

鲜湿米粉作为我国传统米制食品，有着悠久的食用历史[1]。传统的米粉加工主要采用隔夜浸泡的湿法磨浆工艺，该工艺产生大量废水的同时还造成营养物质的流失[2]，且长时间浸泡会导致有害微生物大量生长繁殖，进而带来产品的安全风险，亦不利于工厂标准化、大规模化生产[3]。随着我国环境保护力度的不断加大，米粉行业对于绿色减排的加工技术需求旺盛。

一些其他食用米粉的国家，也在探讨如何解决米粉加工中废水的问题。韩国的Heo等[4]将干磨粉与湿磨粉以质量比1∶1混合制作米粉，在一定程度上降低了废水排放，但是并未从根本上解决干磨粉品质不佳的问题。本实验室前期采用旋风磨对润米后含水率为28%和30%的大米进行磨粉，发现该大米粉制成的鲜湿米粉品质特性可媲美湿法磨粉的产品[5]。但前期研究中的润米时间（24 h）过长，会存在有害微生物风险高等问题。有报道显示热处理小麦籽粒后磨粉，可减小有害微生物对小麦粉质量安全的影响[6]。此外，有报道发现稻谷烘干过程中，热风及过热蒸汽处理可增加大米的爆腰率，这是因为水分快速扩散形成由内而外的水分通道[7-9]。本实验室进一步采用40 ℃及60 ℃热风处理糯米和籼米，发现热风处理可导致米粒表面裂缝增加，这种水分向外迁移自然形成的裂缝不破坏淀粉颗粒的完整性，干法磨粉过程降低了破损淀粉的含量[10]。但是热处理温度对大米粉及其鲜湿米粉品质特性的影响如何有待于进一步深入研究。

因此，本研究采用热风45～105 ℃、15～240 min处理早籼米籽粒，通过对吸水速率的测定、表观裂缝的观察，筛选出最优热风处理工艺，通过磨粉后测定大米粉白度和凝胶硬度，进而对鲜湿米粉的品质进行评价，以阐明热风处理对大米半干法磨粉效率以及制品品质的影响，为米粉加工的清洁化、标准化、连续化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原料早籼米由湖南金健米业股份有限公司提供，其水分质量分数为13.41%。

1.2 仪器与设备

GZX-9030MBE电热鼓风干燥箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂；SMZ800N体视显微镜 日本尼康株式会社；JMS-30A型胶体磨 廊通机械有限公司；CT410型旋风磨 福斯赛诺分析仪器（苏州）有限公司；LGJ-25C冷冻干燥机 北京四环科学仪器厂有限公司；D25LT型色彩色差仪 德国HunterLab公司；TA-XT 2i/5型质构仪 英国Stable Micro Systems公司；HJ-4型多头磁力加热搅拌器 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；HY602-06液压饸烙面机 恒宇橡胶制品集团有限公司；GY-MF型新型多功能米粉粉丝机 广州市国研机械设备制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料处理

准确称取大米200 g，于托盘中铺成0.5 cm厚的薄层，然后置于电热鼓风干燥箱中进行不同温度和不同时间的处理。将实验分为对照组（未经任何处理）和处理组（45 ℃、240 min，75 ℃、45 min，105 ℃、15 min）。多批次处理后混合用于后续裂缝观察、吸水率分析实验。

1.3.2 裂缝观察

参照Wu Jianyong等[9]的方法用体视显微镜观察经45～105 ℃、15～240 min处理及未处理米粒的表观裂缝，如果米粒表面出现小于或等于2 个裂缝被视作轻度裂缝，大于2 个裂缝被视作重度裂缝[11]。

1.3.3 润米工艺及吸水率的测定

目标调制水分质量分数28%（将原料浸泡24 h后，称其浸泡前后的质量，计算其达到最大吸水饱和时所含有的水分质量分数），热风处理后的原料分5 组，每组准确称取3 g，根据所测样品的水分质量分数计算加水质量，润米时间分为5、10、20、40、60 min。同时以未处理的原料作对照组，加水质量、吸水率的计算分别见公式（1）、（2）。

式中：m表示样品质量/g；ω表示大米润米前水分质量分数/%。

式中：m1表示润米前大米的质量/g；m2表示润米后大米的质量/g。

1.3.4 大米粉的制备

1.3.4.1 湿磨

参照李里特等[12]的方法制备大米粉样品，称取200 g未经热风处理的大米，在400 mL蒸馏水中于室温下浸泡24 h，于变速胶体磨中进行磨浆。所得米粉浆进行冷冻干燥后，进行粉碎过筛（80 目）4 ℃保存待用。

1.3.4.2 干磨

参照赵福利等[13]的方法进行干法磨粉。称取200 g未经热风处理的大米，使用旋风磨进行粉碎过筛（80 目），装于密封袋中4 ℃保存待用。

1.3.4.3 半干法调制磨粉

参照Tong Litao等[5]的方法，采用半干法调制磨（即半干磨）法制备米粉，称取200 g经热风处理后的大米，根据润米目标调制水分质量分数（28%）计算加水量，进行润米，使用旋风磨粉机进行粉碎过筛（80 目），过筛后的米粉于烘箱40 ℃烘至水分质量分数10%，装于密封袋中4 ℃保存待用。以未处理原料为空白对照。

1.3.5 大米粉指标的测定

1.3.5.1 白度的测定

运用白度仪测定大米粉的明度（L*）、红绿度（a*）和黄蓝度（b*），根据公式（3）计算大米粉白度（H）[14]。

1.3.5.2 凝胶硬度的测定

大米粉凝胶硬度的测定参考吴伟都[15]、刘顺湖[16]等的方法，并略作修改。将25 mL水与大米粉混合，配制成质量分数20%的悬浮液（以干基计），95 ℃水浴锅中水浴加热，悬浮液温度达到95 ℃时开始计时，均匀搅拌加热1 min，7 mL样品分装于10 mL烧杯中，封膜后在95 ℃水浴锅中继续加热30 min。取出于4 ℃冰箱过夜。使用质构仪采用质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）模式测定凝胶硬度，选择测试探头P/0.5R，测前速率0.5 mm/s、测试速率0.5 mm/s、测后速率5.0 mm/s、压缩距离10 mm、触发力0.049 05 N、2 次压缩间隔时间3 s，选择硬度作为指标，平行实验次数3 次，取平均值。

1.3.6 鲜湿米粉的制备

鲜湿米粉制作工艺：大米粉→调浆（水分质量分数55%，以干基计）→滚揉蒸煮（100 ℃、20 min）→挤压成型（气动挤压机）→水煮（100 ℃、5 min）→水洗冷却→成品[17]。

1.3.7 鲜湿米粉指标的测定

1.3.7.1 质构分析

质构分析参考Charutigon[18]、刘鑫[19]等的方法，并略作修改。取3 根米粉等间距放在P/35R探头的测试台上测试，具体参数：测前速率2.0 mm/s，测试速率1.0 mm/s，测后速率2.0 mm/s，压缩比50%，触发力0.049 05 N，2 次压缩间隔时间3 s。每个样品重复测量10 次，结果取平均值。

1.3.7.2 拉伸力的测定

拉伸力的测定参照Inglett[20]、梁兰兰[21]等的方法。将鲜湿米粉沸水煮1 min，冷水冲洗2 min，取1 根固定在质构仪的A/SPR探头上进行测试，程序参数设置为：测前速率0.5 mm/s、测试速率0.5 mm/s、回程速率5 mm/s。每个样品重复测试10 次，结果取平均值。

1.3.7.3 断条率的测定

断条率的测定参照罗文波[22]的方法。选取长度大于20 cm的粉条投入沸水（1∶15，m/V）中，加盖浸泡2 min，滤去汤汁，水洗一遍，倒入托盘中，将长度小于和大于10 cm的粉条分开，称质量，按式（4）计算断条率。每个样品重复测试3 次，结果取平均值。

式中：m1表示长度小于10 cm的粉条质量/g；m2表示长度超过10 cm的粉条质量/g。

1.4 数据处理与分析

实验数据采用软件SPSS 19.0进行方差分析，采用Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 热风处理对大米籽粒吸水率的影响

达到最大水分质量分数的时间即为有效的润米时间，为考察润米所需要的最短时间，本研究测定了不同热风处理条件下米粒的吸水率，结果如图1所示。相较于未处理的大米，3 种热风处理组大米吸水率均随着润米时间的延长而增加。其中75 ℃、45 min和105 ℃、15 min处理组润米在11 min即可达到最大吸水率，表明热风处理可以有效加快润米的速率。

图 1 不同热风处理方式对大米籽粒吸水率的影响Fig. 1 Effects of different hot air treatment conditions on moisture absorption rate of rice

2.2 热风处理对大米籽粒表观裂缝的影响

为探讨热风处理提高大米润米效率的作用机理，本研究运用体视显微镜观察不同热风处理条件下大米表面的状态，结果如图2所示。未处理的米粒表面光滑透明无裂缝，而随着热风处理温度增高和加热时间的延长，大米籽粒表观裂缝逐渐增加，其中45 ℃ 240 min、75 ℃ 45 min、105 ℃ 15 min热风处理组米粒表观裂缝明显，可判断为重度裂缝。这是因为高强度的热处理在短时间内可使米粒内部水分快速迁移，从而形成众多的、裂纹较大的水分通道[23]，但是低温长时间热处理水分缓慢挥发效果弱于短时高温。此外，本实验室前期研究证实了这种水分向外迁移自然形成的裂缝不破坏淀粉颗粒的完整性，因而破损淀粉含量不会增加，可以获得理想的大米粉粉质特性[10]。以上结果表明，通过热风处理大米籽粒可以加快其内部水分向外迁移，从而形成众多的水分通道。而在润米过程中外部水分沿着这些通道迅速进入米粒内部，从而可在保持淀粉颗粒完整性的前提下有效地缩短润米时间、提高润米效率。

图 2 不同热风处理条件对大米籽粒表观裂缝的影响Fig. 2 Effects of different hot air treatment conditions on surface cracks of rice

2.3 不同磨粉方式对大米粉白度的影响

大米粉的白度直接影响鲜湿米粉产品的外观品质，白度越高越受到消费者的欢迎。尽管前期研究显示热风处理不会使破损淀粉含量增加，但是热风处理对于白度可能会有不良的影响；因此，本研究测定了45 ℃ 240 min、75 ℃ 45 min、105 ℃ 15 min 3 种热风处理的大米粉的白度。如图3所示，与湿磨法相比，干磨法显著降低了大米粉的白度；这可能是干法磨粉过程中磨粉仪器产生较多的热量使得大米粉中酚类等物质被氧化而导致的[24-26]。而3 种热风处理组调制粉白度显著高于干磨粉（P＜0.05），且45 ℃、240 min和75 ℃、45 min热风处理下的大米调制粉与湿磨粉无显著性差异（P＞0.05）。这可能是因为润米后的大米硬度显著下降，降低了磨粉机对米粒的热能输入和机械损伤，从而相比于干磨粉白度指标具有显著优势。而105 ℃ 15 min调制粉白度较湿磨粉显著降低（P＜0.05），这可能是大米经高温长时处理导致美拉德非酶促褐变的产生[27-28]。结合前面热风处理可有效加快润米速率的结论可得出，合适的热风处理条件可在不破坏大米粉白度的前提下提高润米效率。

图 3 热风处理对大米粉白度的影响Fig. 3 Effect of hot air treatment on Hunter whiteness of rice fl our

2.4 不同磨粉方式对大米粉凝胶硬度的影响

大米粉凝胶硬度与鲜湿米粉的品质特性密切相关，大米颗粒的结构性质、破损淀粉含量以及淀粉的成分与结构等许多因素影响大米粉的凝胶硬度，进而影响产品的品质[23]。本研究筛选白度与湿磨粉无显著差异的热风处理组大米调制粉（45 ℃、240 min，75 ℃、45 min），考察了热风处理对于大米粉凝胶硬度的影响。如图4所示，两种热风处理组调制粉的凝胶硬度显著高于干磨粉，与湿磨粉相差不明显。这同样是因为热风处理下的半干法磨粉可以保护淀粉颗粒的完整性，使得大米粉的粒径分布均匀，高温糊化得更加充分后具有较高的凝胶硬度[17]，表明此处理工艺可使大米粉具有良好的粉质特性。

图 4 不同磨粉方式对大米粉凝胶硬度的影响Fig. 4 Effect of hot air treatment on gel hardness of rice fl our

2.5 不同磨粉方式对鲜湿米粉质构特性的影响

传统湿法工艺的鲜湿米粉因具有滑爽筋道、口感细腻等良好的品质而被广大消费者接受。如表1所示，75 ℃、45 min处理组鲜湿米粉硬度、弹性、咀嚼性及回复性较干磨粉显著增大（P＜0.05），且与湿磨粉非常接近。有报道显示在质构特性中黏性、内聚性、咀嚼性和回复性较高，而硬度适中时感官评价得分较高[29]，而热风处理下鲜湿米粉的质构特性与湿磨粉接近，符合感官得分高的要求，表明此处理方法不会破坏鲜湿米粉的质构特性。

表 1 不同磨粉方式对鲜湿米粉质构特性的影响Table 1 Effect of different milling methods on texture properties of rice noodles

2.6 不同磨粉方式对鲜湿米粉拉伸特性及断条率的影响

鲜湿米粉拉伸特性及断条率直接决定着米粉的口感和烹饪特性，拉伸力反映了米粉的最大破断强度，其值越大则鲜湿米粉口感越爽滑、筋道、有弹性；而断条率越低，米粉蒸煮后的品质越好[4]。鲜湿米粉的拉伸力与断条率测定结果见图5。由于干法磨粉对大米淀粉破坏较严重，在糊化过程中形成的凝胶网状结构不如湿磨粉及热风处理大米后的调制粉；因此干磨粉制作的米粉较传统湿法拉伸力小，断条率大（P＜0.05），而热风处理后的半干法磨粉与湿磨粉制作的米粉拉伸力、断条率较为接进。这一结果表明热风处理除了可提高半干法磨粉过程中的润米效率外，还可保证鲜湿米粉口感和蒸煮特性。

图 5 不同磨粉方式对鲜湿米粉拉伸特性（A）及断条率（B）的影响Fig. 5 Effect of different milling methods on tensile strength (A) and breaking rate (B) of rice noodles

3 结 论

热风处理通过增加米粒表观裂缝、加快吸水率从而显著缩短润米时间，45 ℃、240 min和75 ℃、45 min热风处理后的大米润米时间可缩短至11 min。将热风处理后的大米进行半干法磨粉，大米粉白度与湿磨粉无显著差异。75 ℃、45 min热风处理组大米进行半干法磨粉制作的鲜湿米粉在质构特性、拉伸特性及断条率方面接近湿法。