品质调控技术——提高杂粮营养工程米质量

杂粮营养工程米是将各种杂粮之间进行营养组合，大大提高和改善精、细杂粮食品中的营养组成，使其具有更加均衡的营养，适合不同类型的人群需要。但也需要在加工过程中充分考虑人们的口味需求，保证产品有良好的适口性，使得大众乐于接受杂粮食品，使杂粮食品更利于人们消化和吸收。目前对杂粮营养工程米的品质调控方法主要有两个方面，加入品质改良剂以及优化加工工艺。

1.加入品质改良剂

（1）食品乳化剂

食品乳化剂是一类多功能的高效食品添加剂，具有保鲜、乳化、气泡等多种功能且使用方便、可靠安全等特性，从而与原料中的蛋白质、脂类、淀粉等相互作用，来影响食品的品质。乳化剂有3种晶形，分别为α-晶型、β-初级晶型和β-晶型，其中α-晶型活性最高，与食品中成分相互作用最为明显，而β-晶型将无此活性状态，根本与食品中的成分无作用，β-初级晶型是一种中间状态，活性不明显，这样在使用乳化剂时，一定要得到α-晶型的乳化剂，这样才能与食品中的成分作用，起到一个良好的乳化效果。

乳化剂具有较强的生成络合物的能力，其对淀粉的作用主要表现为防止淀粉老化，把乳化剂加入含淀粉的食品中，乳化剂即与直链淀粉发生络合作用，生成螺旋结构的络合物能更长时间地保持食品色、香、味、型。

以各种杂粮粉为主要原料，通过加入一些乳化剂如大豆卵磷脂、硬脂酰乳酸钠、单硬脂酸甘油酯、双乙酰酒石酸单甘油酯等表面活性物质作用于淀粉，占据淀粉结构的空间位点，形成淀粉—乳化剂—淀粉相互结合的表面复合物或立体网络结构的闭环复合物，阻碍淀粉晶形结构的形成，从而更有利于防止淀粉老化，并且乳化剂的加入还可以改善重组米的吸水性能，从而改善工程重组米的食用品质。

在工程重组米的生产过程中，挤压机所产生的高能量环境，有助于乳化剂与淀粉的相互作用，物料由腔体挤出的瞬间，能量骤释、水分闪蒸，使乳化剂与淀粉的作用状态定型化，切断了非结晶淀粉向有序结晶结构转变的途径，从而更有利于防止淀粉老化，并且乳化剂的加入还可以改善重组米的吸水性能。挤压混合物借助挤压机腔体内的高能量，形成一种熔融态体系环境，在此条件下乳化剂与米淀粉的融合有别于水相介质反应体系中的乳化，主要表现在如下3个方面：

①反应介质不同。理论上乳化剂只有在水相体系加热达到一定温度，保持或变为α-晶型状态，充分溶胀形成液体结晶中间相，分子获得很高的自由度，充分分散在水相体系中才能与淀粉充分发生作用，水分在乳化剂和淀粉的络合作用过程中起着重要的作用。

②融合时间不同。乳化剂与米淀粉的挤压融合，是一种瞬时行为，挤压共混物从物料入口到挤出，经输送段、熔融混炼段和均化段由腔体挤出形成新的结合体，整个历程时间仅为5～10 s。挤压机腔体内乳化剂与米淀粉的融合发生在熔融混炼段，是一种时间更短的瞬时行为。

③融合方式不同。挤压机内乳化剂与米淀粉借以融合的能量，主要是来自于物料颗粒之间、物料与套筒内壁和螺杆表面的摩擦热，以及引入的外热和螺杆对物料剪切的机械能，在这种复杂的能量体系中乳化剂与米淀粉的融合具有强制性。而在水相体系中乳化剂吸收热量后，与米淀粉则以相对柔和的状态发生乳化。并且，由于挤压的“强制性”，乳化剂与米淀粉的瞬时融合过程，始终伴随着淀粉分子间的α-1，6-苷键（支链）和分子内的α-1，4-苷键的断裂。

（2）食品增稠剂、凝胶剂

食品增稠剂是指能增加食品溶液的黏度，保持体系的相对稳定性的亲水性物质。食品增稠剂在食品加工中主要起稳定食品“型”态的作用，可提高食品的黏稠度，从而改善食品的物理性质，赋予食品黏润、适宜的口感，并兼有乳化、稳定或使食品颗粒呈悬浮状态的作用。所以在食品中往往可以作胶凝剂、增稠剂、乳化剂、成膜剂、持水剂、黏着剂、悬浮剂、晶体阻碍剂、泡沫稳定剂和凝固剂、润滑剂等。以杂粮粉为主要原料，添加适量的增稠剂或凝胶剂，经调配、混合、成型、蒸煮、干燥等工序，可制成营养丰富，即食性好，复水后其形状、风味和口感都酷似天然米饭的杂粮营养工程米，并且该营养工程米适口性较好。

（3）磷酸盐

磷酸盐自身具有一定的营养价值，并能防止蛋白质变性，维持食品的含水量。它还能改善食品的外观，调整食品加工、贮藏期间的性质。而且磷酸盐还具有一定的乳化作用，对乳化体系具有一定的稳定作用，并通过保水、吸湿等作用而提高成品的弹性。其对食品品质的改良起着重要的作用。同时也可以考虑使用一些磷酸盐的混合物即复合磷酸盐。复合磷酸盐是指多种磷酸盐的混合物，能在蛋白质与淀粉之间进行酯化反应及架桥结合，形成较为稳定的复合体，加强淀粉与面筋蛋白质的结合力，减少淀粉溶出物。

（4）大豆卵磷脂

大豆卵磷脂的基本成分为大豆L-α-磷脂酰胆碱（L-α-PC），它是一种能够强健人体各组织器官的天然物质，以其作为质构调节剂改善重组米品质特性具有绿色、营养、高效等优势，是当前国际研究领域的热点问题。挤压混合物借助挤压机腔体内的高能量，形成一种熔融态体系环境，在此条件下，L-α-PC与米淀粉的融合有别于水相介质反应体系中的乳化。

L-α-磷脂酰胆碱与淀粉颗粒能够形成某种复合物而引起糊化特性的变化，延缓了淀粉颗粒的崩解，淀粉颗粒溶胀程度减小，直链淀粉和支链淀粉溶出变少，提高了营养工程米的糊化温度，使糊化的过程被延迟了，使其在贮存过程中更难回生。而L-α-磷脂酰胆碱的添加量越大，营养工程米存放相同时间的硬度值越低。

添加L-α-磷脂酰胆碱可以有效防止杂粮营养工程米的老化，延长工程米的保鲜期。营养工程米加工过程中碎米与L-α-磷脂酰胆碱结合经过挤压过程，由于一定量的L-α-磷脂酰胆碱与淀粉充分结合，当达到淀粉糊化膨胀温度，L-α-磷脂酰胆碱由b结晶状态转变成a结晶状态，a结晶状态是L-α-磷脂酰胆碱最有效的活性状态。L-α-磷脂酰胆碱这时与溶出淀粉粒的直链淀粉和留在淀粉粒内的直链淀粉相互作用，互相紧紧地复合在一起。由于L-α-磷脂酰胆碱与直链淀粉互相作用，形成的复合物在水中是不可溶的，这就阻止了直链淀粉溶出淀粉粒，大大减少了游离直链淀粉的量。

L-α-磷脂酰胆碱的添加卵磷脂可以改善、提高工程米的食味品质。由于L-α-磷脂酰胆碱是一种天然优良表面活性剂，将其添加到碎米中，可以起乳化作用，有利于在挤压过程中原料的搅拌混合均匀性和稳定性。

2.优化加工工艺

在杂粮营养工程米加工过程中，应多采用新技术、新工艺，使生产出的产品不但营养丰富，而且适口性好。首先，在原料预处理上应采用更先进的技术，如对原料进行超微粉碎，超微粉碎后杂粮粉的粒度更加微小，充分提高物料的利用率，改善加工性能，使产品的品质更加优良。其次，优化挤压参数，调整物料的水分含量，挤压过程中的温度、压力、螺杆转速、原料的种类及其配比等，使生产出的杂粮营养工程米的口感更接近于天然米。最后，合理控制干燥条件，并采取如微波干燥、冷冻干燥、真空干燥等新型干燥手段，得到品质更加优良、营养更加丰富、口感更加适口的杂粮营养工程米。

（1）水分含量对杂粮营养工程米品质的影响

物料中水分含量是影响杂粮营养工程米品质的重要因素之一，物料中的水分对工程米挤出成型和外观品质有直接的影响。一般认为物料中的水分含量越高，挤压时物料在机筒内的摩擦系数越小，其流动性越好，这就越利于物料的挤出成型。随水分含量的增加，营养工程米的硬度显著增加，有研究表明，高水分含量进料生产出的工程米冷却后其硬度要高于低水分含量进料生产出的工程米。弹性和黏附性的变化趋势较相似，在适度的物料水分含量范围内，弹性和黏附性都随着水分含量的增加呈先升高趋势，达到最大值后，随着水分含量的升高而下降，但弹性和黏附性的变化趋势不如咀嚼性变化显著。水分含量较低时，物料在机筒内与螺杆和机筒内壁摩擦作用较大，物料流动性较差，易于堵塞模孔，导致挤压机负荷加大，挤出的营养工程米其组织状态较差，质构特性指标数值均较低。水分含量较高时，由于物料在机筒内受到的摩擦作用小，呈较稀的流体状，在螺杆的推动过程中易出现“打滑”现象，导致挤出后的营养工程米成型性效果不好，其质构特性也较差。随物料水分含量的增加，营养工程米感官评定的结果变化显著，感官评定呈先升高后降低的趋势，在物料水分含量为30%时，获得最高感官评价得分。

（2）螺杆转速对杂粮营养工程米品质的影响

螺杆转速也是影响杂粮营养工程米品质的重要因素之一，螺杆转速对原料的剪切作用及原料在机筒内停留时间具有双重影响。螺杆转速越高，作用于物料的机械能就越多，螺杆对物料挤压、剪切作用也越强，但物料在机筒内停留的时间则越短。螺杆转速对营养工程米硬度变化有显著的影响，随螺杆转速的升高，硬度先呈增加的趋势。螺杆转速对工程米的弹性和咀嚼性变化同样存在显著的影响，随螺杆转速的不断升高，弹性和咀嚼性呈现先升高后降低趋势。而螺杆转速对黏附性的影响不如弹性和咀嚼性明显。质构特性的这种变化趋势可能与螺杆转速对物料的双重影响有关，影响作用较为复杂。当螺杆转速过低时（螺杆转速＜120 r／min），物料在挤压机腔体内停留时间较长，挤出物的糊化程度过高，影响了产品的成型性；而当螺杆转速过高时（螺杆转速＞280 r／min），由于物料停留时间过短，物料的糊化程度则较低，这导致产品的质构特性较差，其内部结构不紧密，测定的质构特性结果较差。随螺杆转速的增加，营养工程米感官评定的结果变化显著，感官评定得分呈先升高后降低的趋势，在螺杆转速为200 r／min时，获得最高感官评价得分。

（3）机筒温度对杂粮营养工程米品质的影响(www.xing528.com)

机筒温度也是影响杂粮营养工程米品质的重要因素之一，挤出物的糊化度主要取决于机筒温度的影响。机筒温度对营养工程米硬度变化有显著的影响，随着机筒温度升高，硬度呈显著下降的趋势。机筒温度对营养工程米的弹性、黏附性和咀嚼性变化也有显著的影响，且影响趋势较相似，都呈先升高后降低的趋势，在机筒温度为90℃时，弹性、黏附性和咀嚼性分别达到最大值。当机筒温度过低（机筒温度低于60℃）时，挤出物的糊化程度较低，切割后的营养工程米表面不光滑，且由于温度过低，易促使糊化状态的熔融流体冷却变硬，导致营养工程米的质构特性较差；而当温度过高时（机筒温度高于120℃），由于挤出物的糊化程度偏高，导致黏性较大，咀嚼性变差且部分产品有膨化的现象出现，这影响了产品的成型性和质构特性。随机筒温度的升高，重组营养糙米感官评定的结果变化显著，感官评定得分呈先升高后降低的趋势，在机筒温度为90℃时，获得最高感官评价得分。

3.乳化剂对营养工程米食味品质的影响

通过添加乳化剂可以改善营养工程米的食味品质，以下分别列举出四种乳化剂对营养工程米特性的影响。

（1）硬脂酰乳酸钠对营养工程米特性的影响

在适合的添加区间内（0.3%～0.5%），硬脂酰乳酸钠的添加可以很好地改善工程米品质。硬脂酰乳酸钠结合一部分直链淀粉，这些淀粉使工程米网络结构更加致密并防止了淀粉粒之间的再结晶，达到一种延弹平衡状态，控制组织结构的均一性，抑制了水溶性成分在挤压时从淀粉逸出，使工程米的硬度、黏度和崩解值得到改善提高。

（2）蔗糖酯对营养工程米特性的影响

蔗糖酯结构和浓度对营养工程米的品质有一定的影响，在蔗糖酯与碎米混合挤压过程中，蔗糖酯在米淀粉表面形成一层薄膜，避开了水相，从而大大降低了淀粉的水解。另一方面，蔗糖酯与米淀粉的融合，增加了淀粉的热稳定性及机械强度。当蔗糖酯浓度较低时，蔗糖酯的数量不足，淀粉不能与蔗糖酯充分形成复合物，而较高时过剩的蔗糖酯因具有乳化和分散作用，降低了复合物的表面张力，导致淀粉糊的糊化温度下降，挤压所得的工程米崩解值较低。

（3）双乙酰酒石酸单甘油酯对营养工程米特性的影响

双乙酰酒石酸单甘油酯添加到碎米中，挤压成产工程米的过程中，能与工程米内的直链淀粉结合形成不溶于水的复合物，阻止了淀粉糊化后由无序的非结晶状态转变成有序的重结晶状态而引起的老化，从而防止了工程米老化变硬。此外，双乙酰酒石酸单甘油酯使淀粉的吸水溶胀能力降低，从而使更多的水分向蛋白质转移，因而增加了食品的柔软度，客观上降低了工程米的口感硬度。但是当添加量超过一定的限度时，它的作用效果并不好。双乙酰酒石酸单甘油酯的最适添加区间为0.2%～0.4%，在这个范围内，营养工程米具有较好的食味品质。

（4）硬脂酸甘油酯对营养工程米特性的影响

硬脂酸甘油酯的添加量对产品的食味品质和蒸煮性有较大程度的影响。硬脂酸甘油酯作为一种表面活性剂，在重组米的表面具有亲水性，充分地吸水，从而改善了重组米的品质，硬度降低，崩解值增加。故添加硬脂酸甘油酯后的工程米饭，其黏弹性可以得到明显的改善。

硬脂酸甘油酯可以与工程米中的脂类、蛋白质相互作用，其被直链淀粉的双螺旋结构所包裹，从而被固定下来，可以有效地抑制工程米的回生，提高食味品质和蒸煮性。但当硬脂酸甘油酯添加过量时，因硬脂酸甘油酯的HLB较大，吸水量较大，产品蒸煮后的结块率不但不降低，反而会增加，所以硬脂酸甘油酯的最适量为0.3%～0.5%，其感官评分达到最好。

4.杂粮营养米的配方设计

在生产杂粮营养米的工艺中，对于原料的选择是首先要解决的非常重要的问题，原料的好坏和丰富与否直接关系到了杂粮营养米的品质。在选择原料时要全面考虑，因为所要生产的杂粮营养米不仅要满足不同人群对能量的供应（1400 kJ／100 g）、营养素（蛋白质、维生素、矿物质等）等需求，还要提供一些有保健作用的功能性物质（膳食纤维、不饱和脂肪酸等）。

（1）配料的选择

为了杂粮营养米的口感上更接近大众的饮食习惯，通常选用粳碎米为基料，以使营养米整体口感能够更接近普通自然米饭，从而得到更广泛的销售市场，为杂粮米更适应于生产实践奠定了有利条件。在辅料上可广泛地选取玉米、小米、高粱、黑米、燕麦、荞麦、绿豆、大豆、红小豆等多种杂粮，并可适量地加入板栗仁等，使杂粮营养米在营养性和功能性上得到了充分的丰富，以满足人们对食品营养保健方面的需求，符合我国膳食指南中也提出的“要注意粗细搭配，经常吃一些粗粮、杂粮”的建议。

（2）营养指标的设定

在原料选定的同时，还要进行营养米营养配方指标的设定。因为这是配制科学合理而又平衡的全营养食品的关键所在，所以要根据不同人群对全营养素均衡需求不同，有针对性地进行营养米配方指标的设定。具体营养米配方设计应遵循以下基本原则：

①能量、蛋白质、膳食纤维、脂肪的含量达到或超过普通粳米的水平，碳水化合物含量与普通粳米接近。

②维生素、矿物质等达到以米饭为主食人群的营养均衡要求，即一份米饭配以蔬菜等副食食用，维生素、矿物质等营养素有效摄取量满足中国营养学会提出的《中国居民膳食营养素参考摄入量》的要求。同时，严格按照《中国食品营养强化剂使用卫生标准》以及《食品添加剂使用卫生标准》的要求进行强化营养素的添加。

③产品要考虑到目标人群，有针对性地进行设定。主要有以下三大类人群：适用于7～18周岁青少年型的高蛋白杂粮营养米；适用于18～45周岁的普通型杂粮营养米；适用于45周岁以上中老年人群的高钙、高膳食纤维型杂粮营养米。以上3个配方只是针对最普通、最广泛人群进行的设定，同时根据特殊人群的需要还可以通过加入特殊组分开发出具有特殊功能的更有营养针对性的杂粮营养米，如减脂瘦身型、健脑益智型、排毒养颜型等。

④杂粮营养米的配方原料以五谷杂粮为主，其中主要是粳碎米，大概占到配方比例的60%以上，以使杂粮营养米的口感更接近自然米，从而符合大众对米饭的饮食习惯。同时，对于一些对营养米口感影响明显的杂粮，经过预试验确定了一个严格的添加限量，如大豆添加量小于5%、麸皮添加量低于15%等。

⑤在满足营养合理均衡的基础上，生产出来的杂粮营养米产品特性（组织结构、外观形态、风味口感、色泽颜色等）符合中国人的饮食习惯。

⑥在原料选择时除考虑其营养成分和特殊的保健功能性外，同时还要考虑各杂粮资源的产地和供给情况。因此，拟选择玉米、小米、高粱、黑米、燕麦、荞麦、绿豆、大豆、红小豆等10余种杂粮为辅料原料。综合以上原则，3种营养米限制指标拟定如表3-2所述。

表3-2　3种营养米拟定营养成分