第二節　米粉加工常用輔料

水是米粉加工不可替代的輔料,占產品的14%~70%,工藝用水也涉及洗米、浸泡、磨漿、蒸料、鍋爐用水等多個方面。水質的好壞直接影響成品的質量。淀粉或蛋白質等原料為降低成本或改善品質也常常作為米粉輔料應用,但這部分輔料均可以替代。

一、水

天然水通常在雜質、微生物、硬度等方面不符合軟飲料用水的要求,因此,必須經處理后才能滿足食品加工要求。軟水的處理通常包括混凝、過濾、軟化(石灰軟化、電滲析、反滲透、離子交換等)、消毒等步驟。

1.天然水的分類及其特點

(1)地表水

地表水來自江、河、湖泊和水庫等,這類水溶解礦物質較少,硬度一般在1.0~8.0mmol/L,但常含有黏土、砂、水草、腐殖質、鈣、鎂鹽類和其他鹽類及細菌等。

(2)地下水

地下水通常指井水、泉水、地下河水,其中含有較多的礦物質,如鐵、鎂、鈣等,硬度、堿度都比較高。

(3)自來水

自來水一般已在水廠進行過一定的處理,水中的雜質及細菌指標已符合飲用水標準。

2.天然水中的雜質

天然水中的雜質按其微粒的大小可分為三類:懸浮物、膠體、溶解物。

(1)懸浮物

天然水中凡是粒度大于0.2μm的雜質統稱為懸浮物,這類物質使水質呈渾濁狀態,在靜置時會自行沉降。懸浮物質主要包括泥沙、蟲類、藻類及微生物等。

(2)膠體

膠體物質的大小為0.001~0.2μm,它具有兩個重要特性:光照時散射而發生丁達爾現象;另外,因吸附水中大量離子而帶有電荷,使顆粒之間產生斥力而不能相互黏結,顆粒始終穩定在微粒狀態而不能自行下沉,即具有膠體穩定性。

(3)溶解物

這類雜質的大小在0.001μm以下,以分子或離子狀態存在于水中。溶解物主要為:

① 溶解鹽類　包括NaCl、Na₂S以及Ca²⁺和Mg²⁺等的碳酸鹽、硝酸鹽、氯化物等,它們構成水的硬度和堿度,能中和飲料中的酸味劑,使飲料的酸堿比失調,影響質量。

② 溶解氣體　如CO₂、O₂、N₂、Cl₂、H₂S等的存在會影響產品的風味和色澤。

3.混凝和過濾

(1)混凝

混凝包括凝聚和絮凝兩種過程。凝聚是指膠體被壓縮雙電層而脫穩的過程,絮凝則指膠體脫穩后(或由于高分子物質的吸附交聯作用)聚結成大顆粒絮狀物的過程。凝聚是瞬時的,只需將化學藥劑擴散到全部水中即可。絮凝則與凝聚作用不同,它需要一定的時間去完成。但一般情況下兩者也不易截然分開,因而把能起凝聚和絮凝作用的藥劑統稱為混凝劑。

水處理中大量使用的混凝劑可分為兩類,一種是可離解為帶正電荷的水溶性有機物,最好是聚合物,因為這些聚合物每個分子上帶有很多電離空穴,這些陽離子被吸附于帶負電荷的顆粒表面,以中和相互排斥的表面電荷;另一種是無機陽離子,當這種離子被吸附于粒子表面后,就會發生水解,生成不溶性的沉淀物,它在沉淀中將會捕集其他粒子。一般地表水的懸浮顆粒表面起主導作用的電荷是負電荷,所以,常加入能夠吸附在帶電荷顆粒表面上的陽離子,如Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺,以促使在簡單離子間發生電荷中和。鋁鹽混凝劑有明礬、硫酸鋁、堿式氯化鋁等。鐵鹽混凝劑包括硫酸亞鐵、硫酸鐵及三氯化鐵三種。

為了提高混凝效果,加速沉淀,有時需加入一些輔助藥劑,稱為助凝劑。助凝劑本身不起凝聚作用,僅用來幫助絮凝。常用的助凝劑有活性硅酸、海藻酸鈉、羧甲基纖維素(CMC)、黏土以及化學合成的高分子助凝劑,包括聚丙烯胺、聚丙烯酰胺(PMA)、聚丙烯等。使用助凝劑還可保證在較大的pH范圍內獲得良好的混凝效果。另外,助凝劑的使用還有助于消除沉淀池出水時攜帶的針絮狀體或有助于提高現有澄清設備的處理能力。

(2)過濾

天然水經過混凝沉淀處理后,仍然需要進行過濾,才可達到要求。原水通過粒狀過濾材料(簡稱濾料)層時,其中一些懸浮物和膠體物被截留在孔隙中或介質表面,這種通過粒狀介質層分離不溶性雜質的方法稱為過濾。當今的過濾不再僅僅是除去水中的懸浮雜質和膠體物質,采用最新的過濾技術,還能除去水中異味、顏色、鐵、錳及微生物等物質,從而獲得品質優良的水。

過濾材料不同,過濾效果也不同。細砂、無煙煤常在結合混凝、石灰軟化和水消毒的綜合水處理中做初級過濾材料;原水水質基本滿足軟飲料用水要求時,可采用砂濾棒過濾器;為了除去水中的色和味,可用活性炭過濾器;要達到精濾效果,可以采用微孔濾膜過濾器。在過濾的概念中,甚至可以將近年來發展起來的超濾和反滲透列入,這兩種方法將在后面介紹。

4.石灰軟化

硬度大的水(一般是地下水),未經處理不能作為洗滌和冷卻等生產用水,不然會產生大量水垢,使清潔的玻璃瓶發暗,堵塞洗瓶機的噴嘴和降低換熱器的傳熱效果等,因此使用前必須進行軟化處理,使原水中的硬度降低。

硬度是指水中存在的金屬離子沉淀肥皂的能力,一般是指水中鈣、鎂離子鹽類的含量。硬度可分為碳酸鹽硬度(暫時硬度)、非碳酸鹽硬度(永久硬度)和總硬度。碳酸鹽硬度主要是指鈣、鎂的碳酸鹽和碳酸氫鹽,這類硬度經加熱煮沸可除去大部分沉淀。水的硬度表示方法較多,通用單位為mol/L。我國的表示方法與德國相同,即水中含相當于10mg CaO,其硬度為1°dH,1mmo/L=2.804°dH。

水的堿度取決于天然水中能與H⁺結合的OH^-、C和HC的含量,以mmol/L表示。水中的OH^-、C不可能同時并存,OH^-、C、HC分別稱為氫氧化物堿度、碳酸鹽堿度和重碳酸鹽堿度,三種堿度的總量為水的總堿度。堿度過大,容易與金屬離子反應形成水垢,產生不良氣味,并與酸反應影響糖酸比、CO₂的溶入量等,因此必須降低水的堿度。

天然水中的總堿度通常與該水中的暫時硬度大小相當?？倝A度大于總硬度說明水中存在OH^-、C,總堿度小于總硬度說明水中不存在OH^-、C,總堿度等于總硬度說明水中只含有Ca²⁺、Mg²⁺的碳酸氫鹽。

水的石灰軟化包括石灰軟化法、石灰?蘇打軟化法、石灰?純堿?磷酸三鈉軟化法等三種方法。

5.電滲析和反滲透

石灰軟化法在對含鹽量較高的水進行處理時,不易達到使用要求。在這種情況下可以使用電滲析或反滲透法,這兩種方法屬于膜分離技術,前者是在電場的作用下,使水中的離子分別透過陰離子和陽離子交換膜,降低水中溶解的固形物;后者利用施加一個大于原水滲透壓的壓力,使原水中的純水透過反滲透膜而將水中的溶解物質阻留,以達到水純化的目的,是生產純凈水的常用方法。在使用這兩種方法時,原水必須先經過混凝、過濾等預處理才能保證設備的正常運行。

6.離子交換法

離子交換法是利用離子交換劑,把原水中不需要的離子暫時占有,然后再將它釋放到再生液中,使水得到軟化。離子交換樹脂在水中是解離的,原水中含有的陽離子和陰離子通過陽離子樹脂層時,陽離子被樹脂所吸附,樹脂上的陽離子H⁺被置換到水中;水中陰離子被陰離子樹脂所吸附,樹脂上的陰離子OH^-被置換到水中。也就是水中溶解的陰陽離子被樹脂吸附,離子交換樹脂中的H⁺和OH^-進入水中,從而達到水質軟化的目的。

RSH⁺+Na⁺RSO₃Na+H⁺

R≡N⁺OH^-+Cl^-R≡NCl+OH^-

離子交換劑的種類很多,按來源不同可分為礦物質離子交換劑,如泡沸石;碳質離子交換劑,如磺化煤;有機合成離子交換樹脂等三大類。前兩類一般用于水質的軟化處理,如鍋爐用水、冷卻水及洗瓶水的水質軟化。飲料生產用水的水處理都采用有機合成離子交換樹脂。它是一種球形網狀固體的高分子共聚物,不溶于酸、堿和水,但吸水膨脹。樹脂分子含有極性基團和非極性基團兩部分,膨脹后,極性基團上可擴散的離子與溶液中的離子起交換作用,而非極性基團則為離子交換樹脂的骨架。

7.水的消毒

在水的前期處理過程中,大部分微生物隨同懸浮物、膠體等被除去,但仍然有部分微生物存在于水中。為了達到軟飲料用水的微生物指標要求,確保消費者的健康,應對經化學處理的水進行消毒。其是指殺滅水中的致病菌及有害微生物,防止水傳染病的危害,但水的消毒不能做到殺死全部微生物。目前國內外常用的水的消毒方法有氯消毒、臭氧消毒及紫外線消毒。

(1)氯消毒

當在不含氯的水中加入氯后,即發生下列反應:

Cl₂+H₂OHOCl+H⁺+Cl^-

HOClH⁺+OCl^-

HOCl為次氯酸,OCl^-為次氯酸根,HOCl和OCl^-都有氧化能力,但HOCl是中性分子,可以擴散到帶負電荷的細菌表面,并滲入細菌體內,借氯的氧化作用破壞菌體內的酶而使細菌死亡;OCl^-帶負電荷,難以靠近同樣帶負電荷的細菌,所以雖有氧化能力,但消毒作用僅為HOCl的1/8。由于氯氣與水反應生成的次氯酸在解離時受環境pH影響較大,一般情況下在pH<7時,殺菌作用較強。

目前常用的氯消毒劑主要有漂白粉、次氯酸鈉及氯胺,通常根據水質的好壞選擇加氯方法,原水水質好,有機物含量少,可在過濾后加氯;反之,在過濾前加氯,一般總投氯量為0.5~2.0mg/L。

(2)臭氧消毒

臭氧是一種不穩定的氣態物質,在常溫下是略帶藍色的氣體,通?？瓷先ナ菬o色的。而液態臭氧是暗藍色的,在水中易分解為氧氣和一個原子的氧,它比氧易溶于水,但由于只能得到分壓低的臭氧,所以水中的臭氧濃度都比較低。原子氧是一種強氧化劑,能與水中的細菌以及其他微生物或有機物作用,使其失去活性。因此,臭氧是很強的殺菌劑,其瞬間的滅菌性質優于氯。同時能夠除去水臭、水色以及鐵和錳,不產生二次污染。臭氧已被廣泛用于水的消毒。

(3)紫外線消毒

當微生物受紫外光照射后,微生物的蛋白質和核酸吸收紫外光譜能量,導致蛋白質變性,引起微生物死亡。紫外光對清潔透明的水具有一定的穿透能力,所以能用于水消毒。紫外線殺菌不改變水的物理化學性質,殺菌速度快、效率高、無異味,因此得到廣泛的應用。

8.水處理的工藝流程

水處理的目的是利用化學或物理方法,將水中的各種懸浮物質、膠體物質、可溶性雜質以及微生物除去,以降低水的硬度、濁度、堿度和色度等理化指標,同時達到飲用水的衛生指標?？傊?經處理的水必須符合飲用水的水質標準。

大型飲料廠對水質要求極為嚴格,工藝方面必須根據當地水質情況設計合理而又有適當容量的水處理設備,以保證飲料用水質量。圖2?5為產水60m³/h的水處理系統及30m³/h軟化水處理系統的流程圖。該系統包括兩個處理部分,第一部分包括加藥絮凝系統、多介質過濾器、活性炭過濾器、除堿器、脫氣塔、加藥殺菌系統、活性炭二次過濾器、終端微過濾器等設備。第二部分為軟化水系統,包括活性炭過濾器、軟化器和投氯殺菌水箱。

原水為自來水,在投入次氯酸鈣后,貯存在原水箱內,然后由三臺水泵分別送至兩個系統的過濾器。多介質過濾器的主要作用是濾去原水中的懸浮物和膠體?；钚蕴窟^濾器的作用是吸附水中有機物和余氯。除堿塔內部裝有弱酸樹脂的離子交換柱,其作用是將原水中的鈣、鎂離子除掉,以達到水質要求。脫氣塔與弱酸柱組成一個除堿系統,除了可除盡水的碳酸鹽堿度,同時可除去水中堿度,使出水總含鹽量降低。由第二次活性炭過濾后的水進入微過濾器,進一步濾除水中余氯,保證水質合格。

9.米粉加工中的工藝用水

米粉加工中的原料清洗、浸泡、磨漿、熟化工藝以及添加劑的溶解都會用到水。其中,清洗是為了除去米粒中的糠皮、砂石等雜質和部分細菌;浸泡是使大米淀粉充分吸水濕潤,米粒結構變得疏松,易于粉碎,且磨出的粉細膩均勻,為淀粉的糊化提供條件;磨漿是使大米淀粉顆粒破碎變小,吸水更加均勻,糊化更加完全;熟化是作為傳熱的介質,使大米淀粉受熱糊化。并且,水還能使添加劑均勻地分散到原料大米粉之中。

10.米粉加工對水質的要求

米粉加工對水質有一定的要求。目前,我國還沒有制定相應的米粉加工用水質量標準,各地米粉廠用水,都是采用符合我國《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—2006)的自來水。表2?19是我國生活飲用水的水質標準。

水的色度和濁度高低,表明水中存在各種溶解和懸浮的雜質的多少,影響米粉的色澤、口感等。當鐵鹽和錳鹽的含量超過一定限度時(試驗證明分別為0.3mg/L和0.1mg/L),會產生一種令人討厭的沼澤水味,并且,鐵、錳等金屬離子會造成淀粉糊化后變黃變褐色。

　　① MPN表示最可能數;CFU表示菌落形成單位。當水樣檢出總大腸菌群時,應進一步檢驗大腸埃希氏菌或耐熱大腸菌群;水樣未檢出總大腸菌群,不必檢驗大腸埃希氏菌或耐熱大腸菌群。

② 放射性指標超過指導值,應進行核素分析和評價,判定能否飲用。

水的硬度,對米粉加工也有諸多不利影響,主要表現:加速淀粉粒的氧化;使淀粉的親水性能變劣;影響淀粉的糊化,加速淀粉回生。因此,米粉加工用水應盡可能使用軟水。

二、淀粉類輔料

淀粉類輔料在米粉中常用于改善品質、降低成本。目前,粉頭子和玉米淀粉作為輔料已在米粉中普遍使用,豆類淀粉、薯類淀粉也時有使用,葛根淀粉、芭蕉芋淀粉等小品種淀粉僅見研究報道。

1.粉頭子

前一天生產的米粉及其副產物統稱粉頭子,是一種俗稱,實際上是已經熟化的大米粉。在米粉生產中,添加部分粉頭子,可以增加產品的吸水性和強度,提高米粉質量;此外,還利用了副產物,提高了產品得率。因此,基本每個米粉廠都添加粉頭子。添加時,先將粉頭子用水泡透變軟后加入原料罐,攪拌均勻,磨漿后再開始蒸粉,添加量在5%~30%之間。

2.玉米淀粉

玉米淀粉是工業化和市場化程度較高的淀粉產品,化學組成見表2?20,因價格實惠、淀粉和直鏈淀粉含量與秈米接近而被廣泛應用于米粉加工。適量添加玉米淀粉可以提升產品品質:添加量<5%能使鮮濕米粉白度和吸水性增加,斷條率下降,熟化時間縮短,回生速度加快;添加量在15%~60%,鮮濕米粉的硬度和彈性下降,蒸煮損失和斷條率迅速上升;添加量>60%,鮮濕米粉基本不能成型;但是在直條米粉或干米粉中,作為輔料添加并沒有限量。

　　注:直鏈淀粉與支鏈淀粉為占淀粉的質量分數。

玉米淀粉改善米粉品質的主要原因:玉米淀粉純度高,絕大部分是淀粉和水分,這樣能改善淀粉凝膠特性,如潔白度好、韌性好;玉米淀粉顆粒比大米淀粉大,糊化溫度低(表2?21),相同條件下,添加玉米淀粉的大米粉熟化更快;玉米淀粉含直鏈淀粉比例高,淀粉凝膠回生更快。

3.小麥淀粉

小麥淀粉是從小麥粉中提取的淀粉,含有A淀粉和B淀粉兩種顆粒。根據國家標準《食用小麥淀粉》(GB/T 8883—2017),小麥淀粉分為優級品、一級品和二級品,感官指標和理化指標應符合表2?22、表2?23;安全指標應符合GB 31637的規定。

小麥淀粉添加到米粉中有降低成本、改善產品品質的作用。研究報道,添加10%的小麥淀粉,可以改善加工適應性差的早秈米制備的鮮濕米粉品質,降低其蒸煮損失,提高感官評分,使其接近優質原料生產的米粉。

4.馬鈴薯淀粉

馬鈴薯淀粉顆粒較大,粒徑35~105μm。直鏈淀粉含量高,其黏性取決于直鏈淀粉的聚合度,峰值黏度比大米淀粉黏性高,淀粉的膨脹效果很好,吸水能力強,糊漿透明度高。在方便面的生產中得到了較好的應用,對方便面的復水性、口感、蒸煮損失、斷條率均有顯著改善。在米粉加工中按照1∶1的比例添加可以縮短蒸煮時間,提高蒸煮品質、透明度和滑爽性,延緩老化速率,并降低斷條率。

5.變性淀粉

為改善淀粉性能、擴大應用范圍,利用物理、化學或酶法處理,在淀粉分子上引入新的官能團或改變淀粉分子大小和淀粉顆粒性質,從而改變原淀粉的天然特性(如糊化溫度、熱黏度及其穩定性、凍融穩定性、凝膠力、成膜性、透明性等),使其更適合于特定應用的要求。這種經過二次加工,改變性質的淀粉統稱為變性淀粉,如交聯木薯淀粉、酸變性淀粉、交聯玉米淀粉等。變性淀粉添加到米粉中具有以下作用:

① 抗老化作用　變性淀粉延長了淀粉的老化時間,使產品較長時間儲藏仍保持良好的口感與質構,延緩米粉老化變硬現象。

② 賦予方便米粉良好的口感　淀粉引入親水基,具有吸水性增強、糊化后黏度高的特點。如果再引入交聯鍵,會增強淀粉顆粒間的強度,適當控制淀粉顆粒受熱后的膨脹程度,雙重變性共同作用,使淀粉顆粒受熱既充分吸水,又保持顆粒完整。處于這種狀態的淀粉可以賦予方便米粉彈韌、有咬勁的口感。

③ 提高米粉表面光潔度,改善色澤　變性淀粉經過酸、堿處理,水洗后,去除呈色物質,有效改善色澤。變性淀粉結合了大量的親水基團,在加工過程中可使米粉吸收更多的水分,從而使米粉表面更細膩,在自然光的照射下更白、更亮。

④ 賦予方便米粉良好的加工性　變性淀粉具有優良的親水性,在幫助米粉均勻吸水的同時亦可增強米粉的機械加工性能。淀粉經交聯后,交聯鍵使得淀粉顆粒對熱、酸和剪切有更好的耐受性。同時交聯淀粉糊絲相對較短,改善淀粉經穩定化變性處理黏度過高的特點,更有利于機械加工。

6.綠豆淀粉

綠豆淀粉因直鏈淀粉含量高、顆粒膨脹性受限、吸水性小、凝膠穩定性高、色澤白而有光澤等特點,被認為是一種比較適合做米粉的淀粉原料。在米粉中加入5%的綠豆淀粉可以增加總的直鏈淀粉含量,增強米粉的凝膠性,降低蒸煮損失,提高蒸煮品質和質構品質,獲得良好的感官評價。

7.豌豆淀粉

豌豆淀粉主要是從豌豆蛋白提取的副產品。因此,與玉米、小麥和馬鈴薯淀粉相比,被認為是一種相對便宜的淀粉來源。豌豆淀粉主要應用于工業,由于其功能特性較差,在食品中的應用較少;但在大米粉中添加豌豆淀粉可制作品質合格的米粉。

8.木薯淀粉

木薯淀粉具有成本低、淀粉糊澄清度高等優點,是制作米粉的理想原料。以木薯淀粉和秈米為原料,添加復合菌(乳酸菌和酵母菌),并對其限制性發酵,可以增強米粉的營養因子,獲得斷條率低、復水性好、食味品質佳的直條米粉。

9.芭蕉芋淀粉

芭蕉芋淀粉顆粒粒徑大,糊化溫度低,糊透明度好,支鏈淀粉含量高,成膜性好,分子量也很大,與馬鈴薯淀粉接近。這些特點決定了芭蕉芋淀粉非常適合加工粉絲。芭蕉芋淀粉的添加使米粉的理化性質發生顯著變化,并顯著改善米粉的食用品質。

三、蛋白質類輔料

大米蛋白能與淀粉發生相互作用,形成網狀結構,在糊化過程中作為天然屏障對淀粉顆粒具有保護作用。當溫度改變時,高蛋白質含量的大米有利于增加大米的耐熱能力,保持米粉凝膠的硬度和黏性。但大米自身蛋白質含量有限,因此可通過添加其他蛋白質以改善米粉的品質。

1.大豆分離蛋白

大豆分離蛋白是以大豆為原料,采用堿提酸沉、膜分離或離子交換等技術獲得的一種蛋白質含量為90%以上的功能性食品添加劑,主要由清蛋白和球蛋白組成,其中清蛋白約占5%,球蛋白約占90%,營養豐富、不含膽固醇,是植物蛋白中為數不多的可替代動物蛋白的品種之一。大豆分離蛋白具有優良的吸水性、持水性和凝膠性質,用于米粉可增強鮮濕米粉內部的網絡交聯、降低斷條率,增加營養價值,提高產品品質。

2.玉米醇溶蛋白

玉米醇溶蛋白是玉米的主要儲藏蛋白,室溫下不能被拉伸成長纖維和薄片,但能夠在玻璃化轉變溫度以上形成黏彈性網絡。因此可以利用玉米醇溶蛋白的黏彈性特性,作為無麩質面團中的面筋替代品,改善米粉凝膠性差的缺點。在大米淀粉中添加玉米醇溶蛋白,可制備出凝膠網絡良好的米粉。

3.其他蛋白

其他蛋白類輔料,如乳清蛋白、蛋清蛋白、大豆濃縮蛋白、米糠濃縮蛋白等亦有報道可以強化米粉的營養價值,縮短蒸煮時間,5%左右的添加量可以降低蒸煮損失。其中蛋清蛋白有潛力提高無麩質米粉的蒸煮特性;米糠濃縮蛋白同谷氨酰胺轉氨酶一同使用,可以增加米粉的糊化稠度和彈性,改善米粉質地。