安红周 王莉芬 周豫飞 罗丽芳 黄 芮 史莉君

(河南工业大学粮油食品学院，郑州 450001)

糙米皮层含丰富纤维，糙米直接食用时，被蒸煮时水分不易进入糙米内部，胚乳中淀粉不易糊化，这将造成蒸煮时间较长、口感粗糙，不易被人体所消化[1]。所以将其制造成易消化吸收的糙米乳，既可以充分利用糙米，又可以使其中的营养成分得到充分吸收。糙米乳保留了大量膳食纤维、γ-氨基丁酸、维生素B等营养成分，可以促进肠道蠕动，改善血液循环，调节新陈代谢等[2]。

国内外学者对米乳饮料的研究已有较多的报道。以糯米为原料制得的菲律宾米酒Tapuy是经浸泡、蒸煮、发酵制成发酵型饮料[3]。Cheryl等[4]以糙米为主料，利用α-淀粉酶酶解，再经过β-淀粉酶或糖化酶酶解制得营养丰富、口感良好的低过敏性米乳饮料，在制作过程中将酶解代替发酵工艺，避免了因发酵而产生的不良酸味，且酶解后口感较温和，甜度适中。刘涛等[5]以大米及糙米为主料，通过烘烤、蒸煮糊化、淀粉酶液化等工序处理制备营养米乳。

糙米乳悬浮液中颗粒的粒径越大，流体的黏度越小，该分散体系的稳定性越差，就越容易发生分层和沉淀；并且在糙米乳的分散体系中大分子淀粉回生、蛋白质沉淀、脂肪上浮，都会导致饮品分层和沉淀现象的产生。在米乳饮料的制备工艺中，通常采用酶解的方式将大分子分解成小分子糖类，从而增加产品的稳定性[6]。糙米乳的稳定性是制约产品质量的重要因素，也是评价其货架期的重要指标，因此如何保障产品稳定性是目前的关键问题。

胶体磨作为一种湿磨精细加工设备，物料可通过剪切、碾磨、高频振动而被粉碎[7]；高压均质则是将液体物料在高压条件下，通过强烈的剪切、空穴、撞击和涡旋作用而达到细化及均匀混合的目的[8]。本研究采用酶解与离心处理工艺对糙米乳进行处理，同时为进一步提高产品稳定性，对胶体磨和均质工艺参数进行了探索，旨在为糙米乳的工业化生产提供参考。

1 材料与设备

1.1 实验材料与试剂

粳糙米；α-淀粉酶4 000SG；糖化酶3 300BG；纤维素酶BG；蛋白酶5.0BG。

1.2 实验仪器与设备

CLEXTRAL Ev025双螺杆挤压机；DJRMJG电加热酶解罐；LWSX230×1000卧式螺旋卸料沉降离心机；PB-10 pH计；WN-200万能粉碎机；SYQ-280B高压蒸汽灭菌锅；VFMB-20立式食品搅拌机；JMS-50DX胶体磨；AH08-100高压均质机；LXJ-IIB低速大容量多管离心机；721G可见分光光度计；BT-9300H激光粒度分布仪。

2 方法

2.1 中试工艺

2.1.1 工艺流程

糙米→选料→粉碎→挤压膨化→粉碎→α-淀粉酶酶解→糖化酶酶解→纤维素酶酶解→蛋白酶酶解→灭酶→离心→胶体磨或高压均质处理→灭菌→成品

2.1.2 操作要点

选料：选用无霉变、无发芽的糙米，用自来水淘洗后晾干待用。

粉碎：使用万能粉碎机进行粉碎，并过60目筛。

挤压膨化：设置膨化参数为物料水分17%、机筒温度135 ℃、主机转速130 r/min，对粉碎后的物料进行挤压膨化。

粉碎：使用万能粉碎机进行粉碎，并过120目筛。

酶解与灭酶：膨化糙米依次经过α-淀粉酶(液料比12∶1，酶解温度50 ℃，pH 6.0，加酶量0.1%，酶解时间60 min)、糖化酶(酶解温度55 ℃，pH 6.0，加酶量0.15%，酶解时间120 min)、纤维素酶(酶解温度50 ℃，pH 5.0，加酶量0.1%，酶解时间100 min)、蛋白酶酶解(酶解温度50 ℃，pH 6.5，加酶量0.18%，酶解时间90 min)，再于95 ℃水浴灭酶20 min。

离心：将酶解液从酶解罐泵至卧式螺旋卸料沉降离心机中，选定主机频率/副机频率分别为35/32、38/35、43/40 Hz进行糙米乳离心实验，收集离心液相。

胶体磨或高压均质处理：胶体磨处理1、3、6 min或在均质压力为10、20、30、40、50 MPa条件下处理糙米乳。

灭菌：采用高压蒸汽灭菌锅，于110 ℃下灭菌10 min。

2.2 静置稳定性的测定

参照郭洁丽等[9]的方法，略有修改。在25 mL的比色管中加入25 mL含0.1%脱氢乙酸钠的糙米乳，4 ℃下静置12 h后观测其分层情况，下层沉淀的刻度与溶液总刻度的比值即表示静置稳定性。其比值越大则沉淀沉降速率越小，糙米乳体系越稳定。

2.3 离心沉淀率的测定

参照郭洁丽等[9]和樊振江等[10]的方法，并稍作修改。在离心管中加入糙米乳5 mL，于4 500 r/min速度下离心20 min，弃去上清液，测定其沉淀率。其值越小，说明糙米乳的稳定性越好。按公式计算：

(1)

式中：SR为离心沉淀率/%；m1为离心管的质量/g；m2为离心管和糙米乳的总质量/g；m3为离心管和沉淀的总质量/g。

2.4 悬浮稳定性的测定

参照潘伯良等[11]和周鹏[12]的实验方法，并稍作修改。将糙米乳稀释20倍后于波长540 nm下测定吸光度，记为A前。取稀释后的糙米乳于3 500 r/min离心10 min，测定上清液在波长540 nm下的吸光值，记为A后。悬浮稳定性(R)为A后与A前的比值。R越大，说明饮品越稳定。

2.5 总固形物的测定

按照QB/T 4221—2011 谷物类饮料进行[13]。

2.6 粒径以及粒度分布分析

使用BT-9300H型激光粒度分布仪测定糙米乳的粒径(D50和D75)与粒径分布[14]。

2.7 总膳食纤维的测定

按照GB 5009.88—2014进行[15]。

2.8 糙米乳感官评价

挑选10名经验丰富的感官评价人员，组成评价小组，参照张瑞莉[16]的感官评价方法制定糙米乳感官评分细则(见表1)；对糙米乳的色泽、滋味、气味和状态进行感官评价，得出最终糙米乳的感官评分。

2.9 糙米乳营养成分的测定

蛋白质含量测定：按照GB 5009.5—2016方法进行[17]；脂肪含量测定：按照GB 5009.6—2016中索氏抽提法进行[18]；能量、碳水化合物及各成分的营养素参考值百分比(NRV%)：按照GB 28050—2011《食品安全国家标准 预包装食品营养标签通则》所示方法进行计算[19]；钠：按照GB 5009.91—2017《食品安全国家标准 食品中钾、钠的测定》进行[20]。

2.10 数据处理方法

使用Excel软件和SPSS20.0软件对实验数据进行处理和统计分析。

3 结果与分析

3.1 酶解对稳定性的影响

不同酶解阶段糙米乳的静置稳定性与粒径(D50)如图1所示。

图1不同酶解阶段糙米乳的静置稳定性与粒径变化

由图1可知，膨化糙米依次经过α-淀粉酶、糖化酶、纤维素酶、蛋白酶酶解后，其静置稳定性不断提高，说明随着酶解的不断进行，糙米乳的稳定性得到改善，这可能是部分淀粉经酶解后形成小分子糖类，避免了淀粉因老化而发生聚集，形成沉淀，且部分蛋白质和纤维素等大分子物质也降解为小分子，从而防止其沉淀产生[21]。糙米乳的粒径也是随着酶解的进行，中位径(D50)逐渐减小。据报道，莲子淀粉经酶解后，其饮料的离心沉淀率降低，稳定性有所提高[22]；且经淀粉酶酶解后制得的甘薯饮料稳定性也显著增强[23]，酶解有利于糙米乳稳定性的提高。

3.2 离心工艺参数的确定

采用卧式螺旋卸料沉降离心机对糙米乳进行离心处理。物料经进料管进入离心机内，其转鼓持续进行高速旋转，并使物料受到极大的离心力作用，使不同密度的物料得以分离，密度大的固相颗粒沉积在转鼓内壁，且不断被旋转叶片刮下并最终推出排渣口，液相则因不同密度分别从重液相出口和轻液相出口流出。由于糙米乳中脂肪含量较少，因此液相均从重液相出口流出。此工艺环节不仅能够去除糙米乳中的部分大颗粒物质，改善其稳定性，还可充分利用该离心机大功率、大处理量的优点。

表2 不同离心参数对糙米乳品质的影响

由表2可知，在3种离心工艺参数中，当主机频率/副机频率为35/32 Hz时，所得液相其固形物含量最高，之后依次为38/35 Hz和43/40 Hz。当主机频率/副机频率为38/35 Hz时，糙米乳的静置稳定性与悬浮稳定性均达到最高，这可能是在此参数下，离心机有效地去除了糙米乳中的大颗粒物质，进而提高糙米乳的稳定性，其粒径的变化(D50与D75均最小)也同样证实了这一观点。综合考虑，在提高稳定性的同时又要避免固形物含量过低，确定最佳的离心参数为主机频率38 Hz，副机频率35 Hz。

3.3 胶体磨处理对糙米乳稳定性的影响

3.3.1 胶体磨处理对糙米乳粒径的影响

通过控制胶体磨的处理时间，研究胶体磨处理对糙米乳粒径的影响，结果如表3和图2所示。随着胶体磨处理时间的延长，糙米乳的粒径逐渐减小，这与受到高速剪切和高频振动等机械力有关；当处理时间为3～6 min时，D50不再减小，D75略有降低。由图2可知，随着胶体磨处理时间的延长，粒径为0.510～2.500 μm的颗粒所占比例有所增加。

表3 胶体磨处理时间对糙米乳粒径的影响

图2 胶体磨处理时间对糙米乳粒径分布的影响

3.3.2 胶体磨处理对糙米乳稳定性的影响

图3胶体磨处理时间对糙米乳稳定性的影响

通过控制胶体磨的处理时间，研究胶体磨处理对糙米乳悬浮稳定性与离心沉淀率的影响，结果如图3所示。随着处理时间的延长，糙米乳悬浮稳定性逐渐增加，离心沉淀率逐渐降低；当处理时间超过3 min后，糙米乳的悬浮稳定性与离心沉淀率变化放缓。这说明糙米乳的稳定性有所增加，其原因可能是胶体磨处理减小了糙米乳的粒径，且处理时间超过3 min后，糙米乳的粒径变化不大。根据斯托克斯定律，沉降速度与颗粒直径的平方成正比，反映了蛋白质乳浊体系的稳定性，与蛋白质构象及疏水性等密切相关[24]。另有文献报道，胶体磨处理后的燕麦饮料稳定性有所提高[25]。可见，胶体磨处理可在一定程度上降低糙米乳粒度，并改善其稳定性。

3.4 均质工艺的确定

均质压力与均质次数是影响均质机均质效果的重要指标。在室温下，将糙米乳经过均质机处理，研究不同均质次数与均质压力对糙米乳粒径和稳定性的影响，从而确定均质工艺参数。

3.4.1 均质压力对糙米乳粒径的影响

不同均质压力下糙米乳的粒径变化与分布如图4和图5所示。由图4可知，随着均质压力的增加，糙米乳的粒径(D50和D75)呈现先减小后增大的趋势。当均质压力达到20 MPa时，糙米乳的粒径D50和D75均达到最小。其原因可能是糙米乳进入均质机后，在高压作用下受到强烈的剪切、撞击，使其达到超微细化的效果[26]；而当均质压力过大时，糙米乳中颗粒过于细化，导致分子之间布朗运动加剧，造成颗粒间发生团聚，从而测定的粒径反而有所增加[27]。李贵萧[28]在研究均质压力对玉米淀粉粒径分布影响时也发现了同样的现象。

由图5可知，糙米乳经20 MPa的压力均质后，粒径为0.510～2.500 μm的颗粒所占比例明显高于经胶体磨处理6 min后的糙米乳。

图4均质压力对糙米乳粒径的影响

图520 MPa 1次均质后糙米乳的粒径分布

3.4.2 均质压力对糙米乳稳定性的影响

不同均质压力下糙米乳的稳定性如表4所示。随着均质压力的增加，糙米乳的悬浮稳定性呈现先增加后降低的趋势，离心沉淀率则呈现先减小后增大的趋势。当均质压力达到20 MPa时，糙米乳的悬浮稳定性与离心沉淀率均达到最佳。原因可能是在该压力下糙米乳的粒径最小，从而减小了颗粒的沉降速度，稳定性最佳。糙米乳的最佳均质压力为20 MPa。

表4 均质压力对糙米乳稳定性的影响

3.4.3 均质条件的确定

均质压力与均质次数不同，则均质效果也不同。一般来讲，均质次数的增多有利于体系稳定性的提高；研究表明当均质次数大于2次时，饮料粒径不再发生显著改变，且考虑到成本因素，一般多采用2次均质处理[22,25,26 ]。因此，选择将糙米乳进行2次均质，其稳定性与粒径如表5所示，其粒径分布如图6所示。

由表5可知，当糙米乳于均质压力20 MPa下均质2次时，其悬浮稳定性最高，离心沉淀率、D50及D75均最小，稳定性最佳。且糙米乳经2次均质后，其离心沉淀率均优于同压力下1次均质，悬浮稳定性也有不同程度的提高。由图6可知，与均质压力20 MPa下均质1次的糙米乳相比，在该均质条件下，糙米乳中粒径为0.510～2.500 μm的颗粒比例有所增加，且糙米乳的稳定性处于最佳水平。因此，将胶体磨工艺与高压均质工艺进行对比，最终确定最佳工艺条件为20 MPa下均质2次，在此工艺条件下，糙米乳稳定性最佳。

表5 不同均质条件对糙米乳稳定性和粒径的影响

图620 MPa 2次均质后糙米乳粒径分布

3.5 糙米乳品质研究

3.5.1 理化指标的测定

糙米乳成品的理化品质如表6所示。糙米乳成品的总膳食纤维与总固形物指标均符合QB/T 4221—2011 谷物类饮料的要求。

表6 糙米乳理化品质

3.5.2 主要营养成分分析

糙米乳成品的主要营养成分及NRV%见表7。

表7 糙米乳主要营养成分及NRV%

3.5.3 感官品质

对糙米乳成品进行感官评价，其结果如表8所示。经酶解、离心、均质处理等工艺后，糙米乳的组织状态明显改善，其成品感官总评分达到93分。

表8 糙米乳感官评分

4 结论

膨化糙米经α-淀粉酶、糖化酶、纤维素酶及蛋白酶酶解后，将大分子分解成小分子糖类，糙米乳中粒径(D50)逐渐减小，静置稳定性不断提高。对糙米乳进行离心处理，能够去除糙米乳中大颗粒物质，实现固、液相的自动与连续分离，提高糙米乳稳定性。粒径分析结果表明，胶体磨和均质工艺处理可以改善糙米乳的稳定性，且在20 MPa压力下均质2次，糙米乳的悬浮稳定性与离心沉淀率均达到最佳。此外，糙米乳理化指标符合QB/T 4221—2011《谷物类饮料》的要求，通过对其营养成分及感官评价分析，表明糙米乳滋味良好、营养全面。