挤压重组米工艺及其品质特性研究进展

刘畅，孟倩楠，刘晓飞，王雨晴，杨春瑜，张娜

（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江 哈尔滨 150028）

水稻是世界三大粮食作物之一，世界水稻年产量约为6亿吨，我国水稻年产量约为2亿吨[1]。据国家粮油信息中心统计，2019年～2020年度我国水稻食用量为15 830万吨[2]。全球超半数人口以稻米为主食；在中国，近六成人口将稻米作为主食。稻米口味清淡，具有低致敏率和高消化率等优点，在我国产量稳定且极受欢迎。稻谷脱壳后得糙米，再经过碾磨、抛光等加工程序得到精米粒俗称大米。糙米的糠层中主要含有膳食纤维、矿物质、酚类等营养物质，并随碾磨等加工程序大量流失[3]，损失达40%以上，且加工精度越高，营养成分损失越多，这导致市售的精米营养不均衡。若长期只食用精米会使人体营养平衡失调，缺失多种营养物质，进而罹患多种疾病，所以继加碘食盐、强化面粉后，重组米将成为我国营养素补充又一新型食品。

目前对大米进行强化的技术主要有挤压膨化工艺、营养粒添加工艺、雾化包膜工艺、浸泡营养素工艺和负压营养素添加工艺[4]。考虑到加工、储存、洗涤和蒸煮过程中重组米中营养素的稳定性，以及成本等方面，挤压膨化法更适用于重组米的工业规模化生产。本文对挤压重组米概况、生产工艺和挤压工艺对重组米品质特性影响进行综述，为重组米在工业生产中的应用提供理论依据。

1 挤压重组米研究进展

挤压重组米，是营养强化米的一种，也叫工程米、营养重组米[5]，以碎米、米粉或其它淀粉基质类物质为原料，与其它营养素、改良剂等混合，经过高温、高压挤压过程，各物质的原有结构被破坏，物料变成熔融态，制成类似天然米颗粒的米制品[6]。这种重组米因烹饪时间较短，也被称为速食米。在美国、日本、西欧等国家已根据居民需要制成营养重组米，具有良好的食用和保健价值。

1.1 国内外研究进展

国外的挤压重组米最早始于菲律宾。1948年，菲律宾针对大量流行的维生素B族和铁缺乏症而研制的强化米效果显著[7]。Harrow A D等[8]率先以大米粉为原料，杂粮粉为营养强化剂，利用挤压成型机制备出挤压重组米。And A N K和Moretti D[9-10]等以大米粉为主要原料，FeSO4·7H2O、硫酸亚铁、焦磷酸盐为铁营养强化剂，利用螺杆挤压机生产出铁强化重组米。

国内重组米发展的较晚，20世纪90年代针对强化大米出台了相关法规，江、浙、沪等地区有少量销售，但未形成规模化生产。金增辉[11]简要介绍了重组米及加工工艺的研制。丹东粮食机械所以薯类、碎米、玉米等为原料，利用挤压成形机研制出重组米[12]。安红周等[13]研究了机筒温度对重组米理化性质影响，发现其对糊化度、吸水指数等均有显著性影响，外观变化较大。程北根[14]简要介绍挤压重组米的生产工艺流程，主要生产设备和市场前景预测，但未探讨重组米品质特性。肖志刚等[15]对挤压膨化技术进行了大量研究和探索。

1.2 挤压重组米营养强化剂类型

挤压重组米的营养强化剂种类繁多，主要包括维生素、蛋白质、矿物质及多者的混合物等，挤压重组米营养强化剂种类见表1。

表1 挤压重组米营养强化剂Table 1 Nutrient fortifier for extruded rice grains

2 挤压重组米生产工艺研究进展

2.1 挤压膨化机理

挤压膨化技术是集混合、搅拌、破碎、加热、蒸煮、杀菌、膨化及成型为一体，在实现一系列单元操作的同时可连续操作的加工技术[23]。食品挤压膨化共包括5个阶段[24]：物料从有序变无序；非均相形成气核；弹性应力释放模口膨胀；压力骤降气泡生长；气泡生长停止与收缩。

挤压机的膨化机理可从两方面分析[25]，第一，气体膨胀做功；第二，水汽化做功。物料进入挤压套筒被螺杆推动前进，由于物料颗粒大小、密度、形状、表面摩擦力等差异而产生前进速率差异，使物料混合；螺杆继续转动，物料产生压缩，通过压延效应和吸收机筒外部所加热量以及物料在螺杆与套筒间的强烈搅拌、混和、剪切等作用而产生的高温、高压[26]，物料呈现熔融状态，此时物料由于高热、高压可能发生以下变化：蛋白质的水合与变性、淀粉的水合与糊化、脂质与蛋白质及淀粉结合、氨基酸与还原糖的褐变、抗营养因子与酶的失活等。当熔融态物料进入模孔前的高温高压区时，呈完全的流态状，最后随模孔被挤出到达常温常压状态，物料因压力的骤降迅速膨胀，其中溶胶淀粉体积也瞬间膨化，致使食品内部爆裂出许多微孔。挤压过程温度较高、时间短，可杀死大多数食源性细菌，生产的产品卫生质量得到保障、其营养物质实现最小损失化[27]。

2.2 挤压重组米干燥方式

挤压后的物料要进行干燥处理，从而达到工艺完整性，不同的干燥方式对重组米的品质有较大影响。马文等[28]研究生产重组米的5种干燥方式中最佳方式对重组米的影响。结果表明，电热真空干燥在真空度0.025 MPa、干燥温度35℃、干燥时间2.5 h时，重组米的适口性、质构特性、感官评价及蒸煮特性最优。韩基明等[29]生产富γ-氨基丁酸杂粮重组米，采用远红外干燥箱，在温度50℃，风速4.5m/s时生产的重组米外观和感官均较好。Palamanit A等[30]研究干燥条件对姜黄重组米品质特性的影响，结果表明，比功率为0.588 W/g的微波与热风干燥相结合，有助于提高水分扩散速率且对重组米的颜色、质构、微观结构影响较小。

重组米在干燥过程中，前期速率大于后期，这是因为重组米在干燥初期表面水分较高，后期大部分表面水分已除去，内层水分缓慢渗透到表面，导致干燥速度较低。综上所述，重组米的干燥方式以电热真空干燥、远红外干燥、微波与热风干燥相结合较好，对重组米品质特性影响较小，可结合实验室条件自行选择。

2.3 改良剂

挤压重组米与天然米的品质仍有差距，主要区别为重组米蒸煮后会产生粘连结块等现象，极大地影响其食用品质。一般可添加少量品质改良剂，使其品质更稳定。章丽琳[31]将单甘酯、海藻酸钠、瓜尔豆胶作为改良剂生产马铃薯重组米，其最佳添加量为0.3%、0.4%、0.4%，且重组米综合评分大大提高。刘菊芬等[32]制备速煮重组米，研究发现添加剂单甘酯、硬脂酰乳酸钙钠、SE-15、卵磷脂、复合磷酸盐、焦磷酸钠的添加量分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.6%、0.15%、0.15%时，重组米的品质特性较好。李迪等[33]制备马铃薯重组米，研究发现卵磷脂和瓜尔豆胶可减缓重组米蒸煮损失。

2.4 挤压重组米贮藏期及蒸煮方式

重组米生产出以后，它的贮藏期问题值得研究。阚建全等[34]以实验室自制重组米为原料，研究其贮藏条件及营养物保留率。结果表明，在4℃、罐装贮藏180 d，重组米中维生素C、维生素D3的保留率达80%以上，维生素B达95%以上。黄艳斌等[35]将重组米在4℃、常温、37℃下贮藏180 d，试验发现，真空包装和马口铁罐装对重组米的维生素、酸价、水分含量保留相对较好。Kuong K等[36]研究发现随着重组米贮藏时间的延长，铁和锌损失量小于10%，而维生素A保留度显著受贮藏和制作预混料的影响。综上所述，重组米采用真空、低温、罐藏，基础营养物质保留较好，且营养强化剂稳定，保留率可达90%左右。

蒸煮方式对重组米营养强化剂和保留率有较大影响。Silveira C M M等[37]研究发现富维生素B1和叶酸重组米，利用微波炉烹饪后的硫胺素含量最高为0.97 mg/kg，保持率为65.4%；在餐饮服务中煮制和炒制叶酸保持率最高为96.11%。在不同蒸煮方法中，叶酸稳定性较维生素B1高。

3 挤压工艺对重组米品质特性影响研究进展

挤压加工中可操控的技术因素有：挤压温度、螺杆转速、喂料速度、设备类型等，生产挤压重组米一般采用双螺杆挤压机，因为双螺杆使物料混合更均匀，得到的热量及时、均匀，熟化程度加快，使产品品质得以提升[38]。原料可控因素有：原料目数、原料含水率、营养强化剂种类等，原料含水率的影响主要取决于挤出机温度、料筒内压力和挤出机螺杆转速引起的剪切效应[39]。

利用双螺旋挤压膨化机加工稻米原料时，一般要求挤压筒内原料温度达到120℃～180℃。喂料速度应均衡，使原料稳定、连续的被加入到挤压膨化机内。螺杆转速对挤出产量影响很大，转速提高，产量增加，生产重组米的螺杆转速一般在200 r/min。原料含水率一般在20%～30%之间。挤压机的操作条件和原料特性极大地影响产品质量，优化工艺参数，为生产出品质特性良好的挤压重组米提供理论依据。

3.1 重组米的物理性质

挤压重组米的物理性质是衡量产品质量必不可少的指标，一般将挤压重组米与天然米进行比较。李学琴[40]采用双螺杆挤压机生产茯苓杂粮重组米，测定其物理性质结果表明，杂粮重组米糊化度增加，复水时间均缩短，说明重组米的消化性和复水性得到改善。消化性、复水性和质构得到改善，淀粉回生度增大，V型晶体的衍射峰强度增强。质构结果表明，硬度增大，咀嚼性、弹性、黏附性及内聚性有所下降。郭世龙等[41]利用双螺杆挤压机生产富硒芋艿头重组米，最优工艺参数为机筒温度140℃、喂料速度20 kg/h、螺杆转速200 r/min。对重组米品质、结构和消化特性进行测定表明，富硒营养重组米颗粒不完整，产生V-型结晶结构，黏聚性和弹性增强。感官品质和消化特性得以改善。Beck S M等[42]生产挤压豌豆蛋白、纤维重组米。测定其膨化特性和微观结构表明，蛋白质和纤维素含量居中时，重组米膨胀率显著增加；蛋白质含量为42%时，蛋白质和淀粉呈薄层状分布，断面膨胀指数下降，这可能是导致淀粉变性的主要原因。

挤压重组米原料还可选择糙米。白晓蓉[43]以糙米为原料，运用挤压膨化技术研究挤压产品膨化度，测定结果为产品膨化度5.33，分析发现膨化温度对产品膨化度影响最大。高扬等[44]采用自行研制的双螺杆挤压机，以糙米为原料，研究挤压前后工程米质构和复水率变化。试验结果为，复水率82.8%，质构综合评分75.6。综上所述，挤压膨化工艺对挤压重组米的各项物理性质均有所改变，与精米和糙米相比，感官评价更好，质构特性、复水性均得到改善，微观结构测定颗粒不完整，产生V-型结构。

3.2 重组米的营养和蒸煮特性

Ayoub A等[45]采用双螺杆挤压机生产富维生素、矿物质重组米，在螺杆转速180 r/min，喂料速度70 kg/h，水分含量33%条件下生产出重组米品质特性最好。重组米饭的感官评价优于天然米饭，且蒸煮更快；重组米淀粉在不过多分解的条件下米粒达到最大程度糊化度。陈怡岑等[46]研究工艺参数对杂粮重组米糊化度和可溶性固形物的影响，结果表明，最佳参数为挤压温度149℃、原料含水率25%、螺杆转速183 r/min、进料速度175 g/min，此时的糊化度80.53%，可溶性固形物23.92 mg/mL。李锴[47]采用挤压膨化技术，以糙米为原料，研究挤压后糙米营养物质、结构和基础特性的变化。结果表明，挤压膨化后的糙米发生不可逆的α化作用，蛋白质变性，游离脂肪酸和植酸含量降低，膳食纤维含量增加，膨胀度8.83，糊化度90.6%。

糙米较精米虽营养丰富，但其加工时间长、吸水性差、不易消化，不宜大量食用。以上文献结果表明，挤压膨化技术对精米和糙米的营养和蒸煮特性均有所改善，挤压重组米中淀粉、蛋白质结构发生变化，膳食纤维含量增加；淀粉糊化度增加，消化性得以改善，米饭蒸煮时间更短。以糙米为原料既能丰富重组米营养成分，又能改变糙米不良品质特性。

3.3 重组米的功能性质

挤压重组米生产目的就是减少地方性营养缺乏症和疾病的发生，满足不同人群的需求。Ward E等[48]生产富铁重组米，通过检测小鼠的肝脏、血液，小鼠骨密度和身体成分评估铁的生物利用度。Khov K等[49]以柬埔寨的1 950名青少年为研究对象，进行6个月的富锌和叶酸重组米试吃，结果表明，食用重组米儿童的血清中叶酸和锌的浓度均高于食用天然米的儿童。该重组米明显改善柬埔寨锌和叶酸缺乏症的高患病率，可考虑列入学校膳食中。Della L C M等[50]评估强化铁、锌、叶酸和硫胺素的重组米对学前儿童营养状况的影响。以99名儿童为研究对象，食用营养重组米4个月后，儿童体内锌、硫胺素、叶酸、平均红细胞血红蛋白和平均红细胞血红蛋白浓度均提高，且重组米可接受性良好。Losso J N等[51]初步研究使用铁强化重组米治疗女性缺铁，以15名妇女为研究对象，结果表明，铁强化重组米增加了缺铁性贫血妇女的血红蛋白和红细胞比容。由以上文献可知，长期食用功能性营养重组米，对于营养缺乏症或疾病有显著的改善作用。

4 结语

挤压重组米可弥补天然米缺乏维生素、蛋白质、矿物质等营养缺陷，补充其在加工、食用过程的营养素损失。生产重组米的核心技术是挤压膨化，能提高营养重组米的生物利用率、破坏抗营养因子、缩短烹饪时间，可作为速煮米，食用方便的同时适口性良好；针对营养缺乏症具有良好的功能特性。综上所述，挤压营养重组米具有多种优点，本文从多方面对其进行总结，为未来生产研究提供了一定理论基础。

营养重组米还存在一些问题：1）人们普遍认为重组米是人工再造米，不如天然米绿色健康，企业与政府应给予相应正确的宣传。2）加工技术不成熟，最普遍的挤压膨化法没有形成专业的工厂生产线。3）营养重组米价格比天然米高，普通群众消费有困难。政府和企业应该加大对其推广力度，让更多的普通民众了解接受重组米。