周葵,洪雁,梁尚云,张雅媛*,游向荣,李明娟,卫萍,王颖

1(广西农业科学院 农产品加工研究所, 广西 南宁，530007)2(江南大学 食品学院，江苏 无锡，214122) 3(广西果蔬贮藏与加工新技术重点实验室，广西 南宁，530007)

稻谷是全球一半以上人口最主要的粮食作物之一，提供热量占每日摄入总热量的55%～80%[1]。据联合国粮食及农业组织不完全统计，2018年我国稻谷种植面积3 046.09 hm2，产量21 407.879 6万t，分别约占全世界总面积、总产量的18%、27%[2]。在我国，约85%的稻米作为主食食品供人们消费，饲料和工业用米、其他分别约占10%、5%[3]。大米是将稻谷碾去壳、果皮和部分的胚所得成品，约含60%～70%淀粉、8%～10% 优质蛋白质、0.2%～0.92%脂肪、B族维生素等营养成分[4]。近年来，“科学补硒”逐渐成为一种健康生活理念，富硒谷粒可作为居民膳食补硒的主要途径[5]，具有提高人体抗氧化、增强人体免疫力等功效。YUAN等[6]研究显示,富硒米粉(含硒量70.86 μg/kg)具有显著的抗糖尿病功效。

大米易受外界温度、氧气、水分、虫以及自身脂肪、酶等因素影响，发生虫霉、品质劣变等现象[7]。若将大米干燥、粉碎制备成大米粉，可有效降低水分，延长贮藏期，同时也能作为一种预糊化原料加工制作米发糕[8]、高蛋白低敏营养米粉[9]、米粉蛋糕[10]等。目前，米粉的加工主要是滚筒干燥法[9]、挤压膨化法[11]、冷冻干燥法[12]、喷雾干燥[13-14]等。潘菁[9]从提高米粉冲调性角度出发，对辊筒干燥、挤压膨化技术进行了参数优化；史晓媛[11]研究了挤压膨化、超微粉碎对发芽糙米理化性质的影响，并开发了富含γ-氨基丁酸营养米粉产品；赵晓燕等[12]研究了挤压膨化工艺、酶解冷冻干燥法、酶解喷雾干燥法对大米蛋白质氨基酸的影响。但目前有关(富硒)大米的相关研究主要集中于富硒大米的种植[15]、品种及不同粒径大米粉性质比较[16-17]、大米原料中硒含量及其赋存形态[18]等，少部分涉及加工方面(发酵、酶解[19]、真空冷冻干燥[20])对米粉硒含量的影响，有关不同预糊化方式对大米粉中硒含量影响研究较少，并缺乏相关硒大米代餐粉的开发。

结合当前流行的健康代餐粉产品，本文以富硒大米为实验原料，对比分析3种预糊化工艺(喷雾干燥、冷冻干燥及滚筒干燥)对大米粉中水分、硒含量、糊化度、白度、溶解度及微观结构的影响，并选择合适的预糊化工艺制备大米粉。从硒含量、营养成分、溶解稳定性角度，探索以富硒大米粉为主要原料制备代餐粉的可行性。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

富硒大米，广西桂玉香农业有限公司。盐酸、硝酸、NaBH4、NaOH、石油醚(沸程60～90 ℃)、硼酸、硫酸、均为分析纯，CuSO4、K2SO4、乙酸铅、Na2SO4、铁氰化钾均为化学纯，国药上海试剂公司；耐高温α-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、Taka淀粉酶，SIGMA公司；硒标准溶液(1 000 mg/L)，万佳首化生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

SD-1500 型喷雾干燥机,上海沃迪科技有限公司；滚筒干燥机、SCIENTZ-10 ND 型冷冻干燥机,宁波新芝生物科技股份有限公司；AFS-930 原子荧光分光光度计,北京吉天仪器有限公司；巨宏锋高速多功能粉碎机,昆明铁申商贸有限公司；UltraScan Pro1166 高精度分光测色仪,美国Hunterlab 公司；3K15 型冷冻离心机,SIGMA 公司；UN110 型烘箱,德国美墨尔特有限公司；AAF1100 马弗炉,英国卡博莱特公司；SW22恒温振荡水浴锅,德国 JULABO；RJ-LD-50G 型低速大容量离心机,无锡市瑞江分析仪器有限公司；可见分光光度计,菲勒仪器有限公司；Agilent 1260 系列高效液相色谱仪,美国Agilent公司；Quanta-200电子扫描显微镜,荷兰FEI公司。

1.3 实验方法

1.3.1 大米预糊化处理

将富硒大米粉碎、过150 μm筛，制备成大米粉，密封避光备用。各预糊化工艺条件如下：(1)喷雾干燥：将大米粉配成质量分数5%的悬浮液，加热搅拌糊化30 min后进行喷雾干燥。考察进风温度120、140、160 ℃对样品水分及硒保存率的影响。(2)冷冻干燥：将大米粉配成质量分数10%的悬浮液，搅拌、沸水浴加热糊化30 min，然后于-80 ℃预冻，进行冷冻干燥，参数设置为冷阱温度-60 ℃，真空度1 Pa，干燥时间48 h。(3)滚筒干燥：将大米粉加水调浆，搅拌均匀向进料辊中加料，待滚筒上的米粉分布均匀且呈一定厚度的薄膜状时开始收集样品。考察加热蒸汽温度150、160、170 ℃对样品水分及硒保存率的影响。以上预糊化干燥后的样品均粉碎过150 μm筛，密封避光保存。

1.3.2 大米代餐粉制备工艺流程

将红枣、黑芝麻、葛根、山药、红豆、薏米和糙米进行低温烘焙后粉碎过筛。为保证代餐粉的硒含量与口感，预糊化大米粉的比例控制在50%～60%，占比递增，但其余辅料之间配比恒定。将所有原辅料按表1配比混合均匀，即得代餐粉。

表1 富硒大米代餐粉配方设计 单位：g/100 g

1.3.3 水分含量测定

采用GB 5009.3—2016中的第一法——直接干燥法进行。

1.3.4 糊化度测定

采用酶水解法进行测定。分别称取1 g样品于2个三角瓶中，另取1个不加试样的三角瓶做空白，向盛有样品的三角瓶中各加50 mL蒸馏水，其中全糊化对照样品在沸水浴中煮沸30 min并快速冷却至室温。然后向各三角瓶中加入5 mL质量分数3%Taka淀粉酶，并于37 ℃水浴中保温酶解2 h。再向各三角瓶中分别加2 mL 1 mol/L的HCl溶液、2 mL 1 mol/L的NaOH溶液，定容至250 mL后过滤，取滤液采用DNS法测定还原糖含量，并以全糊化样品的还原糖含量(以葡萄糖计)为参照计算各样品的糊化度如公式(1)所示:

(1)

式中：ρ,样品还原糖含量，mg/mL；ρ1,全糊化组还原糖含量，mg/mL；ρ0,空白对照组还原糖含量，mg/mL。

1.3.5 色度测定

采用高精度分光测色仪的反射模式进行校正和测量。将10 g左右样品装入透明自封袋中并使其分散均匀，待测。另取一只不加任何样品的自封袋作参比进行校准，至少测定3组平行，取平均值，按照亨特白度计算样品白度,如公式(2)所示:

(2)

式中:L*，样品亮度;a*，样品红度;b*，样品黄度。

1.3.6 预糊化大米粉的溶解度测定

精确称取一定量的样品于50 mL离心管中，加入25 ℃去离子水配制成质量分数为1%的悬浮液，分别在40、50和60 ℃恒温水浴振荡锅中保温30 min，于3 000 r/min离心20 min，所得上清液倾入预先恒重的铝盒中，105 ℃烘干至恒重，称重并记录，按照公式(3)计算溶解度:

(3)

式中：m溶解,上清液中所溶解样品的质量，g；m干基,样品的干基质量，g。

1.3.7 微观形态观察

采用扫描电子显微镜观察富硒大米粉颗粒的表面微观形貌，在5.0 kV电压下分别放大2 400倍对各样品进行观察。

1.3.8 硒含量及保存率测定

按照GB 5009.93—2017中的第一法——氢化物原子荧光光谱法测定，在样品预处理过程中尽量避免硒的挥发损失，总硒保存率按照公式(4)计算:

(4)

1.3.9 代餐粉组分测定

灰分测定采用GB 5009.4—2016中第一法;脂肪含量测定采用GB 5009.6—2016中索氏抽提法;蛋白质含量测定采用GB 5009.5—2016中的凯氏定氮法;膳食纤维测定采用国际AOAC 985.29中的酶法;淀粉含量测定采用GB 5009.9—2016中的酸水解法进行水解，并采用DNS法测定水解后的还原糖含量;氨基酸测定采用GB 5009.124—2016中HPLC法进行测定，其中色氨酸测定按照碱水解预处理操作进行。

1.3.10 代餐粉离心沉淀率测定

称取5.0 g样品于烧杯中，加80 ℃的热水20 g搅拌均匀成样品糊。称取10 g样品糊置入离心管中，于8 000 r/min离心，弃去上清液后倒置5 min，称取离心管及沉淀的质量。按照公式(5)计算离心沉淀率：

(5)

式中：m2，离心后胶体和离心管的质量，g；m1，离心管质量，g；m样品，样品质量，g

1.3.11 代餐粉的感官评定

预先称取一定量的代餐粉，向其中加入80 ℃饮用水调配成质量分数为15%代餐粉糊，邀请感官评定员对各配方的代餐粉进行评价，具体评定标准见表2。

表2 感官评定表Table 2 Sensory evaluation criteria

1.4 数据分析

采用Excel 2003、Origin 8.0、SPSS 17.0对数据进行统计分析、制图。

2 大米粉预糊化工艺的研究

2.1 不同预糊化方式的工艺参数选择

2.1.1 喷雾干燥工艺参数对大米粉水分含量及硒保存率的影响

设定米浆质量分数5%，料液流速400 mL/h，出风温度80 ℃，进风温度分别为120、140、160 ℃时，进行喷雾干燥试验，具体结果见图1。随着进风温度的升高，大米粉水分含量、硒保留率均呈下降趋势。若进风温度低，可能由于蒸发量不足而导致产品水分含量高，不耐贮藏。进风温度过高，硒保留率降低又严重。潘菁[9]研究得出从复水时间、复水率考虑，米粉产品最佳水分含量在3.0%～4.0%，但水分过高或过低均会抑制淀粉分子的交联缠绕及结晶重排[21]。综合考虑水分含量和硒含量，喷雾干燥进风温度140 ℃为宜，此时产品干燥完全，水分含量为3.81 g/100 g、硒保留率24.11%。

图1 进风温度对大米粉水分含量及硒保存率的影响Fig.1 Effects of inlet temperature on water content and selenium retention of rice flour

2.1.2 滚筒干燥工艺参数对大米粉水分含量及硒保存率的影响

固定米浆质量分数为34%，上浆温度为25 ℃，滚筒转速为1.5 r/min，加热蒸汽温度分别为150、160、170 ℃时，进行滚筒干燥试验，具体结果见图2。随着加热蒸汽温度的升高，富硒大米粉水分含量、硒保留率均呈下降趋势。当加热蒸汽温度为150 ℃时，产品中水分含量高于6 g/100 g，不耐贮藏；但加热蒸汽温度高于160 ℃时，通过斜率可看出产品中硒保存率降低速率明显加快。可能原因是随着温度的升高，富硒米粉中甲基硒代蛋氨酸、硒甲基半胱氨酸等有机硒化合物易挥发，导致硒含量降低[19]。为了兼顾产品硒含量和水分含量，选择滚筒干燥的加热蒸汽温度为160 ℃。

图2 加热蒸汽温度对大米粉水分含量及硒保存率的影响Fig.2 Effects of heating steam temperature on water content and selenium retention of rice flour

2.2 不同预糊化方式对大米粉理化指标的影响

不同干燥方式对大米粉水分含量、白度、糊化度、溶解性的影响见表3、图3。3种干燥方式所制备的大米粉水分含量均低于5%，滚筒干燥的白度最低(90.39)，冷冻干燥的大米粉白度(96.44)比较接近原料大米粉(94.89)。白度越高，表明产品颜色越白，可能原因是滚筒干燥温度最高(160 ℃),物料与高温接触时间也较长，大米粉发生一定程度的褐变反应，色泽较暗。溶解度、糊化度从低到高的顺序均为：原料米粉<滚筒干燥<冷冻干燥<喷雾干燥，喷雾干燥制备的大米粉糊化度最高，大量破坏了淀粉颗粒的完整性，更多的淀粉分子溶出，增加了大米粉与水的结合位点，从而溶解度增高[22]。一方面可反映出糊化程度越高，大米粉的溶解度越高，表明溶解度可以很好地反映出样品的糊化程度[23]。另一方面，喷雾干燥和冷冻干燥糊化度分别高达98.46%、92.23%，可能不利于后续的二次加工。

表3 不同干燥方式对大米粉理化指标的影响Table 3 Effects of different drying methods on physical-chemical properties of rice flour

图3 不同干燥方式对大米粉溶解性的影响Fig.3 Effects of different drying methods on the solubility of rice flour

2.3 不同预糊化方式对大米粉硒含量的影响

不同干燥方式对大米粉硒的影响见表4。滚筒干燥制备大米粉的硒保留率最高，为48.82%，其次为冷冻干燥；喷雾干燥硒的保留率最低，为24.11%。可能原因是在酶和光、热等因素的作用下，硒化物之间通过甲基化途径、硫代谢途径相互转化[24-25]，易造成化合物的挥发损失，而喷雾干燥工艺经过加热搅拌、140 ℃进风温度等多重因素影响导致硒损失最多。依据粮食加工品种硒含量≥0.15 mg/kg为富硒，0.075～0.14 mg/kg为含硒[26]，冷冻干燥和滚筒干燥所制备的大米粉可以标识为富硒，但喷雾干燥大米粉只能标识为含硒。

表4 不同干燥方式对大米粉中硒含量的影响Table 4 Effects of different drying methods on selenium content of rice flour

2.4 不同干燥方式对富硒大米粉微观结构的影响

对3种干燥方式制备的大米粉及原料样品进行扫描电子显微镜观察，结果见图4。未经处理的大米粉颗粒由于淀粉和蛋白结合紧密，断面呈现不规则裂痕，且较为粗糙；经喷雾干燥后的糊化大米粉呈现中心凹陷的球状，表面较为光滑，且颗粒内部有较多空隙，直径在6～8 μm。相比于其他干燥方式，喷雾干燥所得颗粒的直径最小、空隙较多，与水分接触的通道多，更有利于水分的传导，溶解性较好[27]。但同时由于颗粒细度过高，导致溶解过程中易出现结块等不利于产品分散均匀的现象。

a-原料；b-糊化后喷雾干燥； c-糊化后冷冻干燥；d-滚筒干燥图4 不同干燥方式富硒大米粉的扫描电子 显微镜图(×2 400)Fig.4 Scanning electron microscope graph of the rice flour by different drying methods (×2 400)

经滚筒干燥后的糊化大米粉呈细碎的片状，与滚筒干燥芒果粉结构相似[28]，与滚筒接触的一面比较光滑，但另一面相对较不规则[29]。虽在溶解度上相对较低，但片状结构有利于其在冲调过程中分散均匀。冷冻干燥则由于内部具有较多孔隙而溶解度比滚筒干燥高，但颗粒直径比喷雾干燥所得米粉大，因此溶解度一般。综合考虑硒含量及微观结构，选择滚筒干燥工艺制备预糊化富硒大米粉，进行后续代餐粉产品开发。

2.5 富硒大米代餐粉营养评价

富硒大米粉及复配代餐粉的营养成分、综合评分、必需氨基酸占总氨基酸的质量分数如表5、表6所示。大米代餐粉硒含量在98.46～112.14 μg/kg，我国市面上米的硒含量平均值为0.088 μg/kg[30]，表明大米代餐粉硒含量均达到平均数值，属于含硒代餐粉。由表5、表6可知，多种谷物粉之间的复配可有效提高蛋白质、膳食纤维含量，亮氨酸、赖氨酸占总氨基酸比值，且配方1提高率相对最优。

表5 大米代餐粉营养成分表(干基)及综合评定分Table 5 Nutrition labeling and sensory score of rice meal replacement powder

表6 大米代餐粉中必需氨基酸占总氨基酸的质量分数 单位：%

2.6 不同配方设计对富硒大米代餐粉溶解稳定性的影响

如图5所示，随着富硒大米粉占比的增加，代餐粉离心沉淀率有所提升，产品稳定性有所降低。可能原因是滚筒干燥处理的富硒大米粉的糊化程度与其他辅料相比较高，且预糊化过程中粗纤维、蛋白质和淀粉大分子物质有一定程度的裂解。从溶解稳定性角度考虑，配方1较为合适。

图5 不同配方代餐粉的离心沉淀率对比Fig.5 Centrifugal sedimentation rate of with different formula meal replacement powder

3 结论

采用滚筒干燥、喷雾干燥和冷冻干燥对富硒大米粉进行预糊化干燥处理，其中，喷雾干燥工艺条件为：进风温度140 ℃，出风温度80 ℃，米浆流速400 mL/h，米浆质量分数5%；冷冻干燥工艺条件为：冷阱温度-60 ℃，真空度1 Pa，干燥时间48 h；滚筒干燥工艺条件为：滚筒转速1.5 r/min，加热蒸汽温度160 ℃，米浆质量分数34%。通过考察各干燥方式对富硒大米粉的硒保存率、理化指标(水分含量、糊化度、白度和溶解性)及微观形态的影响，最终选择滚筒干燥制备预糊化富硒大米粉，硒保存率为48.82%，糊化度为61.30%，水分质量分数为2.75 g/100 g。以滚筒干燥制备的预糊化富硒大米粉为主要原料，与其他辅料进行复配，考察不同配方代餐粉的营养成分、感官评定分值、溶解稳定性，最终确定配方为(g/100 g)∶富硒大米粉50，红枣粉5，黑芝麻粉0.5，葛根粉5，山药粉24.5，红豆粉5，薏米粉5，糙米粉5。