（机械设计及理论专业论文）方便营养米饭产业化生产中关键技术的研究.pdf

摘要 摘要 本课题研究了生产新型方便营养米饭产业化生产中的关键技术，研究了生产新型方便营养米饭用的特 种变性淀粉糊的调配技术，方便营养米饭的品质以及产业化生产和关键设备。 在市场的推动下，国内外积极研究开发方便米饭，根据食用方式将方便米饭分为两种；一种是脱水干 燥米饭，即经脱水干燥处理的米饭产品，这种产品在热水中复水数分钟后即可食用；另一种就是成品米饭， 即非脱水干燥米饭，这种产品食用前不需复水，打开包装即可食用，食用前也可先加热本课题研究的方 便营养米饭属于非脱水干燥米饭，但与以往的工艺有很大的不同，不仅能满足产业化生产，而且性价比高， 能满足消费者的需要。 淀粉糊调配技术包括特种淀粉糊与大米的配比，并提出把特种变性淀粉先预糊化处理，然后再与冷水 直接混合均质得淀粉糊溶液的工艺 通过实验，特种变性淀粉与水按1 ：1 4 的比例混合成淀粉溶液，然后放入1 0 0 c 的恒温水浴锅中加热 糊化，糊化温度控制在6 7 左右，达到糊化温度后停止加热，从水浴锅中取出装有淀粉糊的烧杯，在室温 条件下让淀粉糊自然冷却至4 0 4 5 c 左右之后，淀粉糊与大米按1 4 ：1 的比例混合并蒸煮，制得的米 饭稍有点硬，米粒完整饱满，无异味，色泽良好。 通过滚筒干燥法对特种变性淀粉进行预糊化处理，制得预糊化淀粉。经过大量实验，得出如下结论： 预糊化淀粉与冷水按l ：2 0 的比例混合并用高速微型搅拌机均质半分钟，把淀粉糊倒入空烧杯中静置2 0 分钟。之后淀粉糊与大米按5 ：3 的比例混合并蒸煮，得到的米饭软硬度适中，无异味，色泽正常。 通过对淀粉糊代替水蒸煮的米饭的硬度、粘度和色泽与传统米饭的比较，充分说明，变性淀粉糊完全 可以代替水制作米饭。 根据米糊独特的物料特性分析了自由滑片式、强制式叶片以及螺旋送料等三种比较常用的成型设备， 分析得出这三种设备在充填米糊的过程中存在一些缺陷经过实验发现，液压式成型设备不存在前面三种 设备所遇到的一系列问题，其机械结构简单，操纵方便，适合淀粉糊与大米的独特性质，能顺利完成米糊 的充填成型，为实现米饭的产业化生产提供一定的保证。 关键词：方便米饭变性淀粉预糊化淀粉糊流变性产业化 江南大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h em u s h yt e c h n o l o g yo fm e t a m o 删cs t a r c h e sw e r es t u d i e dw h e np r o d u c i n gt h ei n s t a n t n u t r i t i o n a lr i c ei nt h i sp a p e r m e a n w h i l e ，t h eq u a l i t i e sa n dt h ek e ye q u i p m e n to fi n d u s t r i a l i z e d m a n u f a c t u r ew e r et e s t e db ye x p e r i m e n t s t h ei n s t a n td e ew e r ed i v i d e di n t ot w ok i n d sb yt h em a n n e ro fe a t i n g ：o n ew a sc a l l e d d e h y d r a t e dr i c ea n dt h eo t h e rn a m e dn o n - d e h y d r a t e dr i c e b f a b s eo ft h ei m p e t u so fm a r k e t i n - c o u n t r ya n do v e r s e a sw e r eb o t l ir e s e a r c h i n gt h ei n s t a n tr i c ea c t i v e l y t h ei n s t a n tn u t r i t i o n a lr i c e w h i c hs t u d i e di nt h i sp a p e rw a sb e l o n gt ot h el a t e rk i n d , b u tt h ek e yt e c h n o l o g yw a sd i f f e r e n tf r o m b e f o r e t h et o p i cd i dr e s e a r c ho nd e a l i n gw i t hs t a r c hm u s h i l yb e f o r e h a n d , a n da n a l y s ei t sp r e p a r a t i o n , p r o p e r t ya n da p p l i c a t i o n s t h i st e c h n o l o g yc a nr e d u c et h ec o s tb yk e e p i n gt h eq u a l i t yo ft h er i c e a n o t h e ri m p o r t a n tw o r ki st oc o n f i r mt h ep r o p o r t i o no fs p e c i a lm e t a m o r p h i cs t a r c h e sa n d w a t e r i nt h i sw o r k i n gp r o c e s s ，w ef i n dn e wi d e am o s t l yf r o md a i l yl i v i n ge x p e r i e n c e s ：f i r s t l y , c o n f mt h ep r o p o r t i o no fm e t a m o r p h i cs t a r c h e s ，r i c ea n dw a t e rb yu s u a l l yc o o k i n gr i c e ；s e c o n d l y , u s et h eo o s s e dt e s t st od e c i d et h eo p t i m a lc o m p o u n d i n go fp r o p o r t i o n ；t h i r d l y , o p t i m i z et h e p r o p o r t i o nb ys e u s ea s s e s st h eq u a l i t yo ft h er i c e o nt h eb a s eo fo p t i m a lp r o p o r t i o nw i t h1 ：1 4t o a d v a n c et h eq u a l i t yo fr i c e ， a n a l y s et h er i g i d i t y , v i s c o s i t ya n dt e x t u r eo fr i c ea c c o r d i n gt od i f f e r e n tp r o p o r t i o no fr i c ea n d s t a r c hp a s t e a n ds t u d yt h ef a c i o 陪o fi n f l u e n c et h eq u a l i t yo fr i c er o u n d l y l a s t l y , d e p e n do nt h e s p e c i a lp r o d u c e dt e c h n i c so fr i c e ：u n c o o k e dr i c ef c e d i n g , f i l l i n ga n dp a c k a g i n g , s t e r i l i z a t i o na n d h e a t i n gw e r ec o m p l e t e do n e - o f f t h e nw ec o u l dg e tt h ei n s t a n tr i c ew h i c hw a sc o l o u r y , s w e e t s c e n t e da n df u l l p u tt h ei n s t a n tr i c ei n t oi n d u s t r i a l i z e dm a n u f a c t u r e , a n ds t u d yt h ek e y w o r k i n gp r o c e d u r ea n de q u i p m e n t ，a n ds e tu pt h ec o r r e s p o n d i n gp r o d u c t l i n e k e yw o r d s ：i n s t a n tr i c e ，m e t a m o r p h i cs t a r c h ，p r e - m u s h y , s t a r c hp a s t e ，r h e o l o g y , i n d u s t r i a l i z a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：主鉴堑：豳。 日期：嘲年弓月伸日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：盈鍪：亟 导师签名： 日期： p 第一章绪论 1 1 国内外方便米饭的研究现状 第一章绪论 在国外，方便米饭已生产几十年了，日本方便米饭研制开发历史最长，目前有8 类几百个品种东南 亚主要有泰国生产用马口铁罐包装的茉莉香型米饭，远销欧美，为欧美国家喜爱。从以上列举的国外方便 米饭产品来看，国外对方便米饭的开发是积极的，这是市场引导的结果，说明方便米饭产品是有市场的。 实际上，国内方便米饭也并非刚刚问世，早在2 0 世纪6 0 年代我国就开始了速煮米( 方便米饭) 生产的研 制。由原粮食部科研设计院、武汉粮科所、无锡轻工业学院协作在实验室试验成功的基础上，经国家科委 批准，在武汉建立了我国首家速煮米生产中试车间，生产的产品均供应给部队食用。后因生产成本高等原 因此项目没有推广直到1 9 8 9 年才又有单位对方便米饭进行过生产，但几经反复，最终还是未能很好发展， 究其原因主要有下述几方面：价格偏高，与当时消费水平不相适应；人们的思想观念还未达到现在 的水平，追求方便快捷食品的需求远非现在这么高；早期方便米饭存在米饭返生、风味不佳等问题； 无配菜或配菜过于简单，不适合食米饭者的习惯，同时也无法保证其营养。“2 随着国民经济的发展，人民生活水平日益提高，生活节奏也日益加快。前面提到的价格问题与思想观 念问题已基本不存在，方便食品因此而越来越受到人们的喜爱。方便米饭就是一种既能适应人民生活需求， 又符合我国人民传统饮食习惯的一种方便食品 食品工业的发展和食品深加工已成为各国政府和企业极其关注的话题，传统食品现代化、工业化是食 品工业发展的重中之重。米饭是中国及东南亚地区人民食用最广泛的主食，如何将米饭这一传统主食开发 成一种可在工业化大规模生产的新型的方便食品，这是许多国家十分关注的课题。 在我国食品工业“九五”到2 0 1 0 年发展规划中，将方便食品列为发展重点。其中，又把方便面、方 便米饭等列为方便食品发展之重点我国是世界稻谷主要产区之一，大米是我国居民喜爱的主食加之近 年来对大米营养价值的深入研究，人们认识到大米蛋白质中氨基酸组分能促使胆固醇分解，避免心血管疾 病发生。从而，在世界范围内兴起食用米制品的趋势，在我国亦出现米制品逐步挤占面制品市场的动向。 国内的高校及有关科研院所纷纷把方便米制品的开发列为研究课题，典型代表有江南大学( 原无锡轻 工大学) 、华中农业大学、天津轻工业学院、郑州粮食学院、陕西粮科所等。他们的研究涉及到方便米饭 的加工工艺、加工设备、产品配方、浸泡和干燥条件对产品品质的影响、风味即食米饭加工工艺、防老化 技术、包装条件等 我国方便米饭的生产历史可以追溯到6 0 年代。在6 0 年代前后，我国已有不少厂家开始将罐头米饭作 为特需品进行小批量生产时至今日，国内外的食品研究者和生产者们已开发了很多种方便米饭产品，这 些产品的加工工艺各有特点 总的来说，可以根据食用方式将方便米饭分为两种：一种是脱水干燥米饭，即经脱水干燥处理的米饭 产品，这种产品在热水中复水数分钟后即可食用；另一种就是成品米饭，即非脱水干燥米饭，这种产品食 用前不需复水，打开包装即可食用，食用前也可先加热 脱水干燥米饭分为a 化米饭、冷冻米饭、膨化米饭等。 a 化米饭的出现，是为了克服最早出现的罐头米饭食用前需加热蒸煮的缺点。产品首先由美国通用 食品公司加工生产，主要作为军用食品和旅游食品。口化米饭又称速煮米饭或脱水米饭，其工艺流程如下： 大米一淘洗一浸泡一蒸煮熟化( 口化) 一干燥一成品 顾名思义，冷冻干燥米饭就是将大米蒸煮为米饭以后，采用冷冻干燥的方式除去米饭中绝大部分的水 分，从而得到所需的米饭产品。这种产品便于储藏、携带和运输。 膨化米饭分为将大米直接膨化和将大米预糊化后再膨化两种一般而言，采用预糊化后再膨化的较为 多见膨化一般采用微波膨化或油炸膨化：膨化米饭的复水性r ；a 化米饭和冷冻干燥米饭好，但是复承后 江南大学硕士学位论文 的米饭缺少粘性。其工艺流程为： 大米一淘洗一浸泡一蒸煮熟化一干燥一膨化一成品 综上所述，可将脱水干燥米饭的加工工艺归纳为： 大米一淘洗一浸泡一蒸煮熟化一离散一千燥一筛选一包装一成品 非脱水干燥米饭即成品米饭，在加工工艺中不对蒸煮后的米饭进行干燥处理，进入包装时的水分含量 在6 0 左右其工艺流程如下： 大米一淘洗一浸泡一蒸煮熟化一离散一包装一杀菌一成品 虽然这些产品在浸泡、蒸煮、干燥等加工工艺上还存在着差异，但就蒸煮和熟化来说，这些工艺都是 先以加热介质( 如：热空气、蒸汽或沸水) 对大米进行热处理，使大米中的淀粉完全糊化，并充分地水合 其基本原理是相似的，即在不同的温度下，以热处理等多重步骤来完成对含有过量水分的大米的蒸煮。 然而，这些工艺都存在一个不足之处。那就是工序多而费时首先大米浸泡需要相当长的工时，接着 大米的离散相当困难费时较多。正因为生产工艺的复杂和生产工序的费时，所得成品的成本也相对提高， 致使产品的最终零售价比较高，不能满足绝大多数消费者的需要。 1 2 方便营养米饭研究的意义 1 2 1 与方便面的比较 方便食品，是指由工业化大规模加工制成的，可直接食用或稍事烹调即可食用的食品。方便食品已盛 行于欧美、日本、澳大利亚等地，成为现代食品生产中最有创造力，最丰富多彩的领域之一，其发展有一 日千里之势：近年来，随着我国经济的发展，人民生活水平的提高、工作节奏的加快以及思想观念的转变， 方便食品正迅速走进人们的生活，其发展空间也越来越大。将成为2 l 世纪消费量最大的食品。以最主要 的主食方便食品方便面为例，它是引自日本的一种方便食品，在中国经过近2 0 年的发展，其市场已 经拓展和深人到了全国各地。2 0 0 3 年，我国方便面产量4 2 2 亿包，销售额2 2 2 亿元人民币( 企业自报数据) ， 比2 0 0 2 年分别增长了3 3 o l 和3 6 0 3 ，中国俨然已成为“方便面王国”但方便面亦有其不足：无 法满足大多数( 约占总人口的6 0 7 0 ) 主食米饭者的需求，尤其是南方及沿海开放城市；一般只配 有极少量的脱水菜，从营养学的角度来看，长期食用必将导致营养缺乏而有损健康。专家的一项调查资料 证实：长期食用此类方便食品者，有6 0 营养不良，5 0 患缺铁性贫血，2 3 缺乏维生素a 2 0 缺乏维 生素b ，还有2 0 缺锌；需用滚开的水冲泡，否则口味不佳：食用过量易产生厌食感( 这点很多差旅 人员均有体会) 。因此，方便面不能完全满足市场对主食方便食品的需求目前，诸如方便米粉、方便河粉、 方便玉米、方便粥等各类主食方便食品相继出现有关业内人士指出，方便食品市场正处于一个非饱和 状态，尤其是营养型方便食品的市场空问还很大，消费潜力可深挖 1 2 2 市场需求分析 ( 1 ) 全国食品工业。十五”发展规划明确提出。“十五”期间，我国要加大开发方便食品的力度，不 断提高人们一日三餐中工业食品的比例，缩短家庭烹饪时间，减轻劳动强度。中国食品工业协会秘书长黄 圣明指出：目前，我国食品工业处在加快发展阶段，无论在粮食油脂、饮料等各个方面，方便食品均成 为食品工业发展的重点。政府也将在各个方面扶持大型食品加工企业和地方龙头食品企业的发展，以满足 我国居民对方便食品的需求因此，发展方便食品是我国食品业的发展方向。 ( 2 ) 就目前市场来看，方便米饭的需求是非常巨大的，数以亿计的主食米饭者是其销售对象，特别是沿海 开放城市的流动人员、差旅人员、野外工作人员、三资企业人员( 工作餐) 、学龄儿童( 营养餐) 等等目 前，车站，码头，学校附近等处常见的快餐盒饭，其卫生状况令人担忧，营养也无法保证；火车上、轮船 上的盒饭，虽卫生状况尚可。但无价格优势( 一般l o 元盒以上) ；而正规饮食店的快餐盒饭，价格一般需 8 元盒以上，甚至更高，但仍行销不衰，这从一个侧面反映了市场对方便米饭的强烈需求。方便米饭是 主食食品，而非副食，只要安全卫生、营养丰富、品种多样、价格适当，其市场将是久远的 2 第一章绪论 ( 3 ) 表1 1 为我国方便面1 9 9 7 2 0 0 3 年产销量发展趋势。 表i - i 我国方便面1 9 9 7 2 0 0 3 年产销量发展趋势 由表i - i 可见，方便面的迅速发展，充分反映了市场对方便食品的巨大需求。若以方便米饭的生产规 模达到目前方使面生产规模的i 1 0 计，则全国方便米饭年产量将为4 2 2 亿盒，至少需班产5 0 0 0 盒的生产线 1 5 0 0 条以上( 按年生产2 5 0 d ，2 班d 制计) 。而目前国内只有两家较大的方便米饭生产企业，其产品占有一 定的市场份额( 领先占方便面销售额的1 左右，香辰还不到l ) ，除此之外。仅有一些地方性方便米饭生 产企业，市场份额很少。另据初步统计，目前全国方便米饭生产线还不足3 0 条。可见，这一市场缺口是多 么巨大 ( 4 ) 我国作为稻米生产大国，以米为原料的方便食品无论是品种还是数量都很少，这与我国稻米生产大国 的地位极不相称。开发方便米饭，恰好能解决这一目题。有专家称，未来三五年，方便食品市场将是“米 面”二分天下的格局“杂交水稻之父”袁隆平认为。开发方便米饭符合当前粮食加工转化的方向，并看 好其市场前景。目前已和贵州某食品公司达成合作意向，选择超级杂交稻作为该公司方便米饭的生产原料， 并担任该公司技术顾问。方便米饭可用于营养早餐、方便中餐、t v 晚餐、旅游便餐、训练用餐、突发灾害 救助主餐等，市场潜力非常巨大 ( 5 ) 开发方便米饭，不仅可拉动农产品加工，机械制造等产业的发展，而且还可解决职工就业等问题，以 减轻国家负担，其经济效益和社会效益都不可低估。可以预见，随着科学技术的发展，生产规模的扩大、 价格的下降以及人们生活水平及生活质量的提高、工作节奏的加快和消费者对米饭类食品的偏好明显高于 面食类食品等诸多因素，营养、卫生、方便、美味的方便米饭必将以其独特的优势，后来居上，在方便食 品市场独领风骚，最终进人亿万寻常百姓之家，为改善人民生活质量起到巨大作用 1 2 3 农产品深加工 我国是粮食生产大国，其中稻谷年产量i 9 5 亿吨，居世界首位。但目前绝大部分稻谷仅以加工成大 米的形式进入消费市场，经济效益低下。尤其是在连续十几年丰收之后，库存增加，粮价下跌，粮食经营 处于亏损状态通过深加工使粮食增值是扭转这种状态的有效办法。目前，发达国家农产品产值与农产品 加工产值之比为l ：3 4 ，我国仅为1 ：0 4 3 。本项目在大米深加工机械装备方面填补了国内空白，它的产 业化有助于粮食产业的良性经营，由此带来的社会效益是不言而喻的。 该新型食品若能规模化生产，则可带来一条从各种农产品原料到可出售系列食品的新产业链，为我国 开展农产品深加工、提高粮食生产效益和解决“三农”问题等开辟一条新道路。将传统的米饭做成了方便、 新颖的食品，在提高农产品加工的附加值的基础上，保证了营养的搭配与均衡，满足了各类人群对方便营 养食品的需求，是实现传统食品工业化发展的重大突破，符合2 l 世纪我国食品工业的发展方向。 随着中国经济的高速发展，特剐是工业和第三产业蓬勃发展，使人民的生活水平日益提高。但是，我 国是个农业大国，农业发展的相对落后使得广大农民群众的收益提高速度相对缓慢。因此，党中央、国务 院把。三农”工作作为全部工作的重中之重，而农民增收是。三农”工作的核心问题。今年中央农村工作 会议，把加快发展农产品精深加工作为解决三农问题的一项重要任务加快发展农产品精深加工，提高 农产品附加值和农业整体效益，是增强农业发展能力、提高农产品的科技含量和增加农民收入的有效途径 农产品深加工技术装备是加快发展农产品深加工的关键，是决定农产品深加工产品向工业化、多元化、 安全化、优质化、市场化发展，全面提高市场竞争能力的重要保证。目前阶段。我国农产品深加工技术装 3 江南大学硕士学位论文 备相对滞后。回良玉副总理作了重要批示：。农产品加工业特别是精深加工，并以此推动农业产业化是我 们大力倡导和支持的但加工业的技术和装备支撑滞后，望会同有关方面认真研究和推进。” 同样，没有食品工业的参与，要发展农产品深加工只能是一句空话。有了食品工业的保障。农产品深 加工便有了市场，农业科研便有了方向。农产品深加工与食品工业都是食品行业的组成部分有关资料显 示：我国居民食物中工业化生产的食品仅占2 0 左右，而发达国家已达7 0 以上；我国农产品产后加工 能力为2 5 左右，一些发达国家在7 0 以上我国农产品深加工规模和工业化程度都远远不够，所以， 食品工业与农产品深加工的牵手更显得重要 我国农产品结构中，稻谷属于优势农产品产业，而提高稻米加工工艺水平，研究开发稻米深加工技术， 开发以大米为主体的方便食品、休闲食品和营养食品等深加工产品，加强对稻米副产品的综合开发与利用 显得尤为重要。方便营养米饭就是将各种稻谷、肉类、果蔬等大宗类农产品进行优化组合的方便新型食品， 为研究开发稻米深加工技术，做出贡献 1 3 新型方便营养米饭研究的主要内容 1 3 1 新型方便营养米饭简介 1 3 1 1 结构图与实物图 本项目所研制开发的全新方便食品一一“方便营养米饭”的结构形状如图卜1 、1 - 2 所示 一 图1 - 1。方便营养米饭”结构图 1 、主料2 、夹心料3 、人造肠衣4 ，卡环 图1 - 2 方便营养米饭实物图 此“方便营养米饭”主要由主料、夹心料、外包装层和封口卡环( 如图i - i 所示结构图) 四大部分组成 “。主料主要由大米、玉米、面粉等谷物，加上其它营养素等搭配而成，夹心料由肉粒( 糜) 、果蔬粒( 糜) 或豆沙、奶油、果仁、枣仁等搭配而成；外包装层为耐高温蒸煮人造肠衣或天然肠衣，封口卡环为可起封 口作用的金属卡环或直接装入包装袋热封( 如图i - 2 所示为产品实物图) 1 3 1 2 应用特种变性淀粉时的工艺路线 工艺路线一如图卜3 所示。 4 第一章绪论 梗米 其它米 淀粉 净水 添加剂 辅料 肉类 果蔬 图1 - 3 工艺路线一 熟化杀氲 ，清洗，检肇 入库一装箱贴标 i l 1 3 2 课题研究主要内容 受研究时间的限制，本课题主要对方便营养米饭生产中涉及的关键技术进行研究。研究主要内容如下： ( 1 ) 对方便营养米饭加工工艺中变性淀粉糊调配技术主要从变性淀粉的选择以及与水配比的优化两方面 进行研究，并提出对特种变性淀粉先预糊化处理再与冷水直接混合均质的工艺淀粉糊与大米的配 比不仅关系到米饭的品质还影响到充填成型技术。由工艺路线一可知，本工艺不对大米进行浸泡处 理，只需淘洗干净，为了更准确的得出糊与米的配比，有必要对大米在淘洗过程中吸水量的变化进 行研究。 ( 2 ) 利用物性测试仪分析变性淀粉糊替代水制作的米饭的品质，包括米饭的硬度、粘度；以及用w s c - s 色差计对米饭色泽有无变化进行研究。 ( 3 ) 方便营养米饭生产中的充填成型工艺涉及到糊与米特殊的物理特性，米颗粒是没有流动性的，所以 只能借助淀粉糊的粘性使大米与淀粉糊形成一种均匀的半流质流体，然后进行充填为此可见，淀 粉糊粘度的变化对充填效果影响最直接，显示出有必要对淀粉糊的流变性进行研究。对方便营养米 饭产业化生产研究中，提出了关键生产工序与建立生产线有效的方案。对中试实验中的关键的充填 成型设备进行分析，为方便营养米饭产业化生产中关键设备的解决提供技术依据 5 江南大学硕士学位论文 2 1 前言 第二章特种变性淀粉在米饭生产中的应用研究 2 1 1 特种变性淀粉的性质 如今，随着社会发展和科研技术的进步，淀粉的应用得到延伸，能够对原淀粉如马铃薯淀粉、玉米淀 粉、小麦淀粉、甘薯淀粉和木薯淀粉等进行酸降解、交联取代、氧化、加热和湿处理系列变化，改变其原 有性质，获得某些特殊性能和用途以适应现代加工业的需要。 本课题就是利用变性淀粉的特性，在米饭的生产中添加一类保水性好、糊化温度低、粘度稳定性高， 抗强酸及强剪切力的变性淀粉，可使煮出来的米饭饱满成粒、粘性高、口感好。 一般的淀粉中含有二种不同的淀粉，即直链淀粉和支链淀粉。壹链淀粉在冷水中不溶解，只有在加压 或是加热的情况下才能逐步溶解于水，形成较为黏滞的胶体溶液，这种溶液的性质非常不稳定，静置时容 易析出粒状沉淀。而支链淀粉与直链淀粉不同，它极易溶解于热水之中，形成高黏度的胶状体，并且这种 胶状体溶液即使在冷却后也很稳定。因此，淀粉作为肉制品中常用的增稠剂，它的黏度大小实际上是与所 选用的淀粉中支链淀粉含量的高低密切相关。一般来讲，淀粉中支链淀粉含量高的，其增稠效果好，黏度 大；而淀粉中支链淀粉含量低的，则增稠效果差，黏度小。 淀粉溶液在加热时会逐渐吸水膨胀，虽后致使淀粉完全发生糊化。淀粉的糊化是一个复杂的物理化学 变化过程，糊化开始时的温度约在5 5 6 3 左右，糊化后淀粉变成具有一定黏稠的半透明胶体溶液淀粉 溶液中淀粉含量高的冷却后形成的凝胶其凝固力较大。淀粉糊化后，根据它的来源不同，所含直链淀粉和 支链淀粉的比例不同，使得糊化后淀粉胶体的黏度，拉出的糊丝，以及透明度、凝胶力均会有所不同。因 此，熟悉常见几种淀粉糊化后的性质。才能在生产制作中灵活应用，力求使产品色香味形达到标准。 因为不同的淀粉有不同的物理特性和化学特性“”，从而调成的糊的流变特性也不同。我们对多种不 同的淀粉进行了实验。最后选定生产此种方便营养米饭的专用变性淀粉。特种变性淀粉是一种经化学方法 处理的复合变性淀粉，可抵抗强烈的加工过程( 如：长时间加热、低p i i 及机械搅拌等) ，同时形成透明而 稳定的糊，凝沉趋势及脱水收缩现象均较低，并且当加入油，糖、盐放置一段时间后仍能获得较好的粘稠 度效果。确定了特种变性淀粉与冷水以一定的比例相混合后再加热形成透明的淀粉糊，在这个比例下形成 的淀粉糊具有令人满意的粘稠度。淀粉糊与米的混合比例关系到充填时的输送阻力以及煮出来的米饭的软 硬度、糊化程度，这个比例的确定也是本课题工作中的重点内容之一，当采用这个比例定值时蒸煮出的米 饭含水量适中、口感最佳。 2 1 2 非牛顿流体的特点及分类嗍 描述流体流变性有两种基本方法：一是通过实验做出剪切应力与剪切速率的关系曲线，称为流动曲 线；二是建立流体的剪切应力、剪切应变、剪切速率、时间等量之间的关系方程，称为本构方程 非牛顿流体流变性具有以下基本特点： ( 1 ) 粘度随剪切速率改变 温度一定，任一种牛顿流体的粘度都是常量，而非牛顿流体的粘度不是常量，其大小随流体中剪切速 率或剪切应力改变。 ( 2 ) 存在屈服应力 某些非牛顿流体，如浓度很大的胶休液，某些生物细胞悬浮液处于静置状态时，粒子间存在较强的 相互作用而形成疏松的空间结构。当施加的剪切应力较小时，这种结构可以有所改变。流体变形，但不 至于流动。当剪切应力增大到某一定值时，流体才开始流动此时的剪切应力称为该流体的屈服应 力( y i e l ds t r e s s ) 亦称为致流值或屈服值。 ( 3 ) 具有触变性 形成上述疏松结构的流体，受到较大剪切应力作用。如较大摇动时，会“溶解”成分散状态，再静置 下来。又能再“凝固”成疏松结构这称为触变现象。其牯度不仅依赖于剪切速率大小，而且也依赖于剪 6 第二章特种变性淀粉在米饭生产中的应用研究 切速率作用的时间这种流变性称为触变性。 ( 4 ) 具有塑性 材料发生形变超过弹性极限并不断裂，形变程度可继续增大直到断裂。这个范围的形变称为塑性形 变。表明材料具有塑性 按有无屈服应力存在，可分为无屈服应力和有屈服应力两大类，具体分析如下： ( 1 ) 无屈服应力非牛顿流体 此类非牛顿流体不存在屈服应力，剪切速率再小也能流动、因此，这类非牛顿流体的流动曲线都过坐 标原点。如图2 - i 所示。按照粘度随剪切速率的变化规律，无屈服应力非牛顿流体又可分为两类： 膨胀性流体；其流动曲线过原点，随着剪切速率增大而逐渐向f 轴弯曲如图2 - 1 a 的曲线所示，粘度随 流体中剪切速率增大而增大。 拟塑性流体：其流动曲线过原点，随着剪切速率增大而逐渐向y 轴弯曲，如图2 1 c 曲线所示。粘度随流 体中剪切速变增大而降低 图2 - i b 曲线是牛顿流体的流动曲线 t 岫 图2 - 1 无屈服应力流体的流动曲线 图2 - 2 有屈服应力流体的流动曲线 ( 2 ) 有屈服应力非牛顿流体 此类流体亦称为塑性流体，存在屈服应力，只有当流体中剪切应力达到或超过屈服应力时。流体才流 动。因此，这类非牛顿流体的流动曲线都不过坐标原点。而是与f 轴相交，如图2 - 2 所示、在f 轴上的截 距就是屈服比力。按照粘度随剪切速率的变化规律。有屈服应力非牛顿流体又可分为三类： 胀塑性流体：此类流体存在屈服应力屈服应力大小因流体性质而定。其流动曲线与f 轴相交，随剪切速 率增大逐渐向f 轴弯曲，如图2 - 2 a 曲线所示粘度随剪切速率增大而增大。当剪切速率大 于屈服应力以后其流变性与膨胀性流体类似。 假塑性流体：此类流体存在屈服应力流动曲线与f 轴相交，随剪切速率增大逐渐向y 轴弯曲，如图2 - 2 c 曲线所示。当流体中剪切应力超过屈服应力后其流变性与拟塑性流体相似。粘度随剪切速 率增大而降低。 宾汉( b i n g h a m ) 流体：此类流体中剪切应力超过屈服应力后其流变性与牛顿流体相似流动曲线是与f 轴 相交的直线，如图2 2 b 曲线所示在一定温度下，对任一种宾汉流体， 假塑性液体在食品工业中经常遇到，特别是一些高分子溶液和悬浮液都具有假塑性，大多数非牛顿液 体都是假塑性液体假塑性液体的特征主要是液体的表观粘度不随时问而变化，但是在不同的剪切速率5 情况下，液体会表现出不同的表观粘度。在流动开始时，因为剪切速率较低，假塑性液体呈现出比较高的 表观粘度，随着剪切速率的不断增高，液体的粘度呈现出不断下降的趋势。这种液体表观粘度随剪切速率 的不断增加而降低的现象称为剪切稀化现象。这个结果可以在流体的流变曲线图中明确的表示出来，如图 2 - 3 所示 7 t - ，b ， 图2 - 3 各种流体的流变曲线 1 塑性流体2 牛顿流体3 胀塑性流体4 假塑性流体 从图2 - 3 中可以看出，对于牛顿液体，剪切应力f 与剪切速率雪呈直线关系，斜率不发生变化按照 牛顿粘性定律： f 一叩_ d - u 一吁叠 ( 2 一1 ) 口v 式中 f 剪切应力，n 寸 竹粘度，n s m 2 s 剪切速率或称剪切梯度，1 s 图2 3 中的牛顿流体曲线正好符合牛顿粘性定律，流体的粘度就等于剪切应力f 与剪切速率j 之比， 即曲线的斜率就是牛顿流体的粘度。而对于假塑性流体，随着剪切速率的增加，曲线的斜率是逐渐减少的， 也就是说表观粘度是不断下降的。一般仿照牛顿粘性定律的形式来定义表观粘度值： f 玩。i 2 2 式中 仇表观粘度，n s m 2 剪切稀化现象对于食品的加工过程也具有重要的影响。一般来说，剪切稀化现象有利于食品的加工。 它可以改进食品物料的泵送和灌注工艺，使能量消耗减少。在某些食品的加工过程中。可以加入一些高分 子聚合物，从而改变食品物料的流变特性。如果在高剪切速率条件下进行加工，可以使物料的表观粘度下 降，从而使物料容易加工但是，有时剪切稀化也会带来加工上的困难。例如，在搅拌槽中，由于在搅拌 浆叶附近的剪切速率较高，表观粘度就会大大降低，而壁面附近的剪切速率较低，粘度仍然很高，这使得 物料不容易混合均匀。所以，对塑性流体，在加工时必须考虑剪切稀化的问题。 从假塑性流体的流变曲线来看，剪切应力与剪切速率之间的关系，大致可以分为三个部分：( 1 ) 在较 低的剪切速率下，f 与s 为线性关系；( 2 ) 在极高的剪切速率下，f 与s 也是线性关系；( 3 ) 在两个极端部 分之间，彳与s 是非线性的，表观粘度随着剪切速率的增加而减少。 2 2 实验材料和方法 2 2 1 实验材料 马铃薯变性淀粉，天津顶峰淀粉开发有限公司生产： 色拉油，蔗糖及食盐，市售。 2 2 2 实验设备 电子天平，型号m p2 0 0 0 d ，精度o o l g ，上海第二天平厂# a r l 0 0 0 动态流变仪，t at u s t r u m e n t2 0 0 0 e n g l a n d 制造； 8 第二章特种变性淀粉在米饭生产中的应用研究 删一4 数显恒温水浴锅，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司； n i ) j - 7 9 粘度计，同济大学机电厂 2 2 3 实验方法 ( 1 ) 淀粉与水配比测定方法： 称取l o o g 淀粉，按正交实验的条件配好淀粉与水的混合物，把九个样品置于恒温水浴锅中加热糊化， 糊化温度控制在6 8 1 2 左右，将糊化后的透明淀粉糊溶液冷却至4 0 时，按梗米与淀粉糊( 1 ：1 5 ) 的配 比蒸煮米饭。感官评定的方法及标准：由8 人组成品评小组，并安排在一问宽敞、明亮、清净的房间中， 每人1 座，互不干扰。品评时间定在饭前l 小时。品尝前品评人员不得吸烟或吃糖，并用温开水漱口，去 除口中残留物。将准备好的9 种米饭试样平均分入8 个白瓷盘上，每人1 盘进行品评，并不向品评人员说 明试样的情况品评内容为米饭的色、香、味、形等指标品评时，先趁热鉴定米饭气味，然后观察米饭 色泽、外观结构，再通过咀嚼，品尝评定适口性及滋味。对照口感品评标准进行评分，再将各项得分相加 即为综合评分。根据每个品评人员的综合评分结果计算平均值，个别人员品评误差大者( 超过平均值1 0 分以上) 可舍弃，舍弃后重新计算平均值。最后以综合评分的平均值作为评定结果。 ( 2 ) 淀粉糊流变特性测定【1 6 1 ： 称取淀粉5 0 0g ，加入7 0 o ml 去离子水，搅拌均匀后于沸水浴中使淀粉糊化动态流变仪采用英 国t a 公司的a r l 0 0 0 型动态流变仪。模具选用直径为4 0 m 的平板，狭缝间隙设置为1 0 1 ，形变为2 ， 角频率为5 r a d s 。将淀粉糊放置在载物台上，启动仪器使平板进入设置间隙，刮去平板外多余淀粉糊。加 上盖板，并加上硅油防止水分蒸发启动动态振荡程序，设置2 个温度扫描步骤：从2 5 升温到9 5 1 2 使 淀粉体系糊化，然后从9 5 降温至2 5 使凝胶形成。升降温速率均为5 i n 并测定分析不同调味料对 其流变性的影响。由流变特性曲线分析淀粉糊的流变模型。 ( 3 ) 糊化温度对淀粉糊粘度的影响 采用英国t a 公司的a r l 0 0 0 型动态流变仪，模具选用直径为4 0 m 的平板，狭缝间隙设置为1 0 1 ，形 变为2 ，角频率为5 r a d s 称取淀粉5 0 0g ，加入7 0 o ml 去离子水，搅拌均匀后，取少量淀粉溶液放 置在载物台上，启动仪器使平板进入设置间隙，刮去平板外多余淀粉糊，加上盖板，并加上硅油防止水分 蒸发。启动动态振荡程序，设置扫描步骤：先在5 0 1 2 时扫描1 分钟；然后升温到9 5 时持续扫描3 分钟， 使淀粉体系糊化；接着从9 5 开始降温；到5 0 1 2 时扫描1 分钟，使凝胶形成一1 ( 如图2 7 ) 升降温速 率均为5 1 2 m i n 。 2 3 结果与讨论 2 3 1 特种变性淀粉与水的优化配比 利用正交实验“”，正交实验的因素水平表见表2 - 1 ，采用表2 - 2 的口感品评标准方法进行评价，确定最 佳的配比工艺参数。 表2 - 1 正交实验因素水平 表2 - 2 正交实验口感品评标准“”( 满分1 0 0 分) 9 江南大学硕士学位论文 舌f ，n 替、 米饭天然香味浓郁，良好 9 2 0 5 ”“7 米饭天然香气不浓，但无刺激味及异味5 1 0 表面爽滑，有嚼劲、弹性，软硬适宜，e l 感良好 3 0 4 0 味( 4 0 分) 表面略沙，嚼劲、弹性略不足，或较硬表面不爽 1 0 2 5 滑，嚼劲、弹性严重不足。或有夹生现象o 9 均匀完整，光滑，无异物，有弹性 1 5 2 0 形( 2 0 分) 不太均匀，较软或局部发硬回生 5 l o 不均匀，不完整，软烂或发硬回生0 5 表2 3 最佳工艺参数的确定 竺兰：茎二 ：签：翌二：茎二量茎茎 l l ( 1 3 倍) i ( o 5 ) 3 ( o 5 ) 2 ( 0 5 ) 8 1 0 2 2 ( 1 5 倍)1 1 ( 1 5 )1 ( 0 2 )7 8 9 3 3 ( 1 4 倍) 1 2 ( 1 0 )3 ( o 8 ) 8 5 0 4l 2 ( 1 0 )2 18 8 5 5 223 37 8 0 632 l2 9 6 5 71 3 ( 1 5 )1 38 3 0 823 228 1 0 9 3331 9 4 0 k i2 5 2 52 4 4 9 2 5 8 42 6 1 4 k 2 2 3 7 92 6 3 02 5 4 52 5 8 5 k 3 2 7 5 52 5 8 0 2 5 3 02 4 6 0 丘 8 4 28 1 6 8 6 18 7 1 一 & _ 玛 7 9 3 8 7 78 4 88 6 2 9 1 8 8 6 08 4 38 z o r1 2 56 11 85 1 优水平 3 b 2c 。d i 因素主次顺序1243 对b ( 3 ) 正交实验结果进行直观分析，根据米饭的口感得分情况，通过对表2 - 3 的极差分析可以筛 选出最佳工艺组合a 3b 2c ld 1 也即淀粉与水的最优配比为l ：1 4 ，并且米饭蒸煮前，在大米与淀粉糊 混合物中添加占淀粉糊总量1 o 的色拉油、1 5 的蔗糖和0 2 的食盐，能使米饭在色泽、滋味、香味、 口感上达到最佳水平。 2 3 2 淀粉糊流交性的测定 1 0 第二章特种变性淀粉在米饭生产中的应用研究 3 5 0 3 0 0 2 5 0 芷2 0 0 1 5 0 。1 0 0 5 0 o o l o 3 0柏5 06 07 08 09 01 0 0 温度( ) 图2 _ 4 淀粉糊化后升温和冷却时储藏模量g 的变化 从图2 q 可看出，已糊化的淀粉在升温阶段g 值降低，这是因为随着温度的升高，直链链问的迁移 能力增强，凝胶网络中的部分氢键断裂，同时膨胀的淀粉粒间的碰撞加剧，部分淀粉粒破裂。因此，凝胶 体系刚性和强度下降，g 值降低 在随后的降温过程中，随着温度的降低，直链淀粉的淀粉分子相互缠绕并趋子有序化，链和链之间的 氢键进一步形成；同时作为填充物的淀粉粒之间的碰撞变缓。淀粉凝胶体系的强度和刚性逐步增大，因此， g 值逐步升高 在图2 - 4 中，比较升温和降温两个过程，淀粉体系的g 值变化基本是可逆的直链淀粉含量越高， 这种不可逆性越强。根据g i d l e y 等人报道，直链双螺旋片断的解链温度超过1 0 0 1 c ，加热到1 0 0 1 2 不能 破坏其结构。因此，这种不可逆性应该是降温过程中形成了直链双螺旋片段所引起的。说明我们所用的淀 粉直链淀粉含量较少，降温过程淀粉凝胶中双螺旋片断形成很少或者根本没有形成。因此，在降温过程中 凝胶又沿着原来的升温过程回复。 2 3 2 1 不同调味料对其流变性影响的测定旧 在配制四份浓度为7 5 的淀粉糊各1 0 0 9 ，其中三份分别添加l g 食用油、0 2 9 食用盐和1 5 9 蔗糖， 不加任何调味料的那份淀粉期为空白实验。用a l l l 0 0 0 流变仪在2 5 1 2 ，剪切速率在2 2 0 0 s 的条件下。测 定淀粉的流变特性曲线( 图2 - 5 ) 和粘度曲线( 图2 - 6 ) o翮1 0 01 5 02 0 02 5 0 s h e a rr a t e ( 1 s ) 图2 - 5 添加不同辅料的流变曲线 从图2 - 5 可以看出，各种辅料的添加不影响原淀粉的流变类型都属于假塑性流体。但是，加盐后淀 粉的流变曲线有明显的偏差，屈服应力和表观粘度都相对减小了 u 咖孚啪瑚咖喜；枷蓍；瑚瑚。 江南大学硕士学位论文