第二节　米粉加工常用辅料

水是米粉加工不可替代的辅料,占产品的14%~70%,工艺用水也涉及洗米、浸泡、磨浆、蒸料、锅炉用水等多个方面。水质的好坏直接影响成品的质量。淀粉或蛋白质等原料为降低成本或改善品质也常常作为米粉辅料应用,但这部分辅料均可以替代。

一、水

天然水通常在杂质、微生物、硬度等方面不符合软饮料用水的要求,因此,必须经处理后才能满足食品加工要求。软水的处理通常包括混凝、过滤、软化(石灰软化、电渗析、反渗透、离子交换等)、消毒等步骤。

1.天然水的分类及其特点

(1)地表水

地表水来自江、河、湖泊和水库等,这类水溶解矿物质较少,硬度一般在1.0~8.0mmol/L,但常含有黏土、砂、水草、腐殖质、钙、镁盐类和其他盐类及细菌等。

(2)地下水

地下水通常指井水、泉水、地下河水,其中含有较多的矿物质,如铁、镁、钙等,硬度、碱度都比较高。

(3)自来水

自来水一般已在水厂进行过一定的处理,水中的杂质及细菌指标已符合饮用水标准。

2.天然水中的杂质

天然水中的杂质按其微粒的大小可分为三类:悬浮物、胶体、溶解物。

(1)悬浮物

天然水中凡是粒度大于0.2μm的杂质统称为悬浮物,这类物质使水质呈浑浊状态,在静置时会自行沉降。悬浮物质主要包括泥沙、虫类、藻类及微生物等。

(2)胶体

胶体物质的大小为0.001~0.2μm,它具有两个重要特性:光照时散射而发生丁达尔现象;另外,因吸附水中大量离子而带有电荷,使颗粒之间产生斥力而不能相互黏结,颗粒始终稳定在微粒状态而不能自行下沉,即具有胶体稳定性。

(3)溶解物

这类杂质的大小在0.001μm以下,以分子或离子状态存在于水中。溶解物主要为:

① 溶解盐类　包括NaCl、Na₂S以及Ca²⁺和Mg²⁺等的碳酸盐、硝酸盐、氯化物等,它们构成水的硬度和碱度,能中和饮料中的酸味剂,使饮料的酸碱比失调,影响质量。

② 溶解气体　如CO₂、O₂、N₂、Cl₂、H₂S等的存在会影响产品的风味和色泽。

3.混凝和过滤

(1)混凝

混凝包括凝聚和絮凝两种过程。凝聚是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程,絮凝则指胶体脱稳后(或由于高分子物质的吸附交联作用)聚结成大颗粒絮状物的过程。凝聚是瞬时的,只需将化学药剂扩散到全部水中即可。絮凝则与凝聚作用不同,它需要一定的时间去完成。但一般情况下两者也不易截然分开,因而把能起凝聚和絮凝作用的药剂统称为混凝剂。

水处理中大量使用的混凝剂可分为两类,一种是可离解为带正电荷的水溶性有机物,最好是聚合物,因为这些聚合物每个分子上带有很多电离空穴,这些阳离子被吸附于带负电荷的颗粒表面,以中和相互排斥的表面电荷;另一种是无机阳离子,当这种离子被吸附于粒子表面后,就会发生水解,生成不溶性的沉淀物,它在沉淀中将会捕集其他粒子。一般地表水的悬浮颗粒表面起主导作用的电荷是负电荷,所以,常加入能够吸附在带电荷颗粒表面上的阳离子,如Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺,以促使在简单离子间发生电荷中和。铝盐混凝剂有明矾、硫酸铝、碱式氯化铝等。铁盐混凝剂包括硫酸亚铁、硫酸铁及三氯化铁三种。

为了提高混凝效果,加速沉淀,有时需加入一些辅助药剂,称为助凝剂。助凝剂本身不起凝聚作用,仅用来帮助絮凝。常用的助凝剂有活性硅酸、海藻酸钠、羧甲基纤维素(CMC)、黏土以及化学合成的高分子助凝剂,包括聚丙烯胺、聚丙烯酰胺(PMA)、聚丙烯等。使用助凝剂还可保证在较大的pH范围内获得良好的混凝效果。另外,助凝剂的使用还有助于消除沉淀池出水时携带的针絮状体或有助于提高现有澄清设备的处理能力。

(2)过滤

天然水经过混凝沉淀处理后,仍然需要进行过滤,才可达到要求。原水通过粒状过滤材料(简称滤料)层时,其中一些悬浮物和胶体物被截留在孔隙中或介质表面,这种通过粒状介质层分离不溶性杂质的方法称为过滤。当今的过滤不再仅仅是除去水中的悬浮杂质和胶体物质,采用最新的过滤技术,还能除去水中异味、颜色、铁、锰及微生物等物质,从而获得品质优良的水。

过滤材料不同,过滤效果也不同。细砂、无烟煤常在结合混凝、石灰软化和水消毒的综合水处理中做初级过滤材料;原水水质基本满足软饮料用水要求时,可采用砂滤棒过滤器;为了除去水中的色和味,可用活性炭过滤器;要达到精滤效果,可以采用微孔滤膜过滤器。在过滤的概念中,甚至可以将近年来发展起来的超滤和反渗透列入,这两种方法将在后面介绍。

4.石灰软化

硬度大的水(一般是地下水),未经处理不能作为洗涤和冷却等生产用水,不然会产生大量水垢,使清洁的玻璃瓶发暗,堵塞洗瓶机的喷嘴和降低换热器的传热效果等,因此使用前必须进行软化处理,使原水中的硬度降低。

硬度是指水中存在的金属离子沉淀肥皂的能力,一般是指水中钙、镁离子盐类的含量。硬度可分为碳酸盐硬度(暂时硬度)、非碳酸盐硬度(永久硬度)和总硬度。碳酸盐硬度主要是指钙、镁的碳酸盐和碳酸氢盐,这类硬度经加热煮沸可除去大部分沉淀。水的硬度表示方法较多,通用单位为mol/L。我国的表示方法与德国相同,即水中含相当于10mg CaO,其硬度为1°dH,1mmo/L=2.804°dH。

水的碱度取决于天然水中能与H⁺结合的OH^-、C和HC的含量,以mmol/L表示。水中的OH^-、C不可能同时并存,OH^-、C、HC分别称为氢氧化物碱度、碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度,三种碱度的总量为水的总碱度。碱度过大,容易与金属离子反应形成水垢,产生不良气味,并与酸反应影响糖酸比、CO₂的溶入量等,因此必须降低水的碱度。

天然水中的总碱度通常与该水中的暂时硬度大小相当。总碱度大于总硬度说明水中存在OH^-、C,总碱度小于总硬度说明水中不存在OH^-、C,总碱度等于总硬度说明水中只含有Ca²⁺、Mg²⁺的碳酸氢盐。

水的石灰软化包括石灰软化法、石灰⁃苏打软化法、石灰⁃纯碱⁃磷酸三钠软化法等三种方法。

5.电渗析和反渗透

石灰软化法在对含盐量较高的水进行处理时,不易达到使用要求。在这种情况下可以使用电渗析或反渗透法,这两种方法属于膜分离技术,前者是在电场的作用下,使水中的离子分别透过阴离子和阳离子交换膜,降低水中溶解的固形物;后者利用施加一个大于原水渗透压的压力,使原水中的纯水透过反渗透膜而将水中的溶解物质阻留,以达到水纯化的目的,是生产纯净水的常用方法。在使用这两种方法时,原水必须先经过混凝、过滤等预处理才能保证设备的正常运行。

6.离子交换法

离子交换法是利用离子交换剂,把原水中不需要的离子暂时占有,然后再将它释放到再生液中,使水得到软化。离子交换树脂在水中是解离的,原水中含有的阳离子和阴离子通过阳离子树脂层时,阳离子被树脂所吸附,树脂上的阳离子H⁺被置换到水中;水中阴离子被阴离子树脂所吸附,树脂上的阴离子OH^-被置换到水中。也就是水中溶解的阴阳离子被树脂吸附,离子交换树脂中的H⁺和OH^-进入水中,从而达到水质软化的目的。

RSH⁺+Na⁺RSO₃Na+H⁺

R≡N⁺OH^-+Cl^-R≡NCl+OH^-

离子交换剂的种类很多,按来源不同可分为矿物质离子交换剂,如泡沸石;碳质离子交换剂,如磺化煤;有机合成离子交换树脂等三大类。前两类一般用于水质的软化处理,如锅炉用水、冷却水及洗瓶水的水质软化。饮料生产用水的水处理都采用有机合成离子交换树脂。它是一种球形网状固体的高分子共聚物,不溶于酸、碱和水,但吸水膨胀。树脂分子含有极性基团和非极性基团两部分,膨胀后,极性基团上可扩散的离子与溶液中的离子起交换作用,而非极性基团则为离子交换树脂的骨架。

7.水的消毒

在水的前期处理过程中,大部分微生物随同悬浮物、胶体等被除去,但仍然有部分微生物存在于水中。为了达到软饮料用水的微生物指标要求,确保消费者的健康,应对经化学处理的水进行消毒。其是指杀灭水中的致病菌及有害微生物,防止水传染病的危害,但水的消毒不能做到杀死全部微生物。目前国内外常用的水的消毒方法有氯消毒、臭氧消毒及紫外线消毒。

(1)氯消毒

当在不含氯的水中加入氯后,即发生下列反应:

Cl₂+H₂OHOCl+H⁺+Cl^-

HOClH⁺+OCl^-

HOCl为次氯酸,OCl^-为次氯酸根,HOCl和OCl^-都有氧化能力,但HOCl是中性分子,可以扩散到带负电荷的细菌表面,并渗入细菌体内,借氯的氧化作用破坏菌体内的酶而使细菌死亡;OCl^-带负电荷,难以靠近同样带负电荷的细菌,所以虽有氧化能力,但消毒作用仅为HOCl的1/8。由于氯气与水反应生成的次氯酸在解离时受环境pH影响较大,一般情况下在pH<7时,杀菌作用较强。

目前常用的氯消毒剂主要有漂白粉、次氯酸钠及氯胺,通常根据水质的好坏选择加氯方法,原水水质好,有机物含量少,可在过滤后加氯;反之,在过滤前加氯,一般总投氯量为0.5~2.0mg/L。

(2)臭氧消毒

臭氧是一种不稳定的气态物质,在常温下是略带蓝色的气体,通常看上去是无色的。而液态臭氧是暗蓝色的,在水中易分解为氧气和一个原子的氧,它比氧易溶于水,但由于只能得到分压低的臭氧,所以水中的臭氧浓度都比较低。原子氧是一种强氧化剂,能与水中的细菌以及其他微生物或有机物作用,使其失去活性。因此,臭氧是很强的杀菌剂,其瞬间的灭菌性质优于氯。同时能够除去水臭、水色以及铁和锰,不产生二次污染。臭氧已被广泛用于水的消毒。

(3)紫外线消毒

当微生物受紫外光照射后,微生物的蛋白质和核酸吸收紫外光谱能量,导致蛋白质变性,引起微生物死亡。紫外光对清洁透明的水具有一定的穿透能力,所以能用于水消毒。紫外线杀菌不改变水的物理化学性质,杀菌速度快、效率高、无异味,因此得到广泛的应用。

8.水处理的工艺流程

水处理的目的是利用化学或物理方法,将水中的各种悬浮物质、胶体物质、可溶性杂质以及微生物除去,以降低水的硬度、浊度、碱度和色度等理化指标,同时达到饮用水的卫生指标。总之,经处理的水必须符合饮用水的水质标准。

大型饮料厂对水质要求极为严格,工艺方面必须根据当地水质情况设计合理而又有适当容量的水处理设备,以保证饮料用水质量。图2⁃5为产水60m³/h的水处理系统及30m³/h软化水处理系统的流程图。该系统包括两个处理部分,第一部分包括加药絮凝系统、多介质过滤器、活性炭过滤器、除碱器、脱气塔、加药杀菌系统、活性炭二次过滤器、终端微过滤器等设备。第二部分为软化水系统,包括活性炭过滤器、软化器和投氯杀菌水箱。

原水为自来水,在投入次氯酸钙后,贮存在原水箱内,然后由三台水泵分别送至两个系统的过滤器。多介质过滤器的主要作用是滤去原水中的悬浮物和胶体。活性炭过滤器的作用是吸附水中有机物和余氯。除碱塔内部装有弱酸树脂的离子交换柱,其作用是将原水中的钙、镁离子除掉,以达到水质要求。脱气塔与弱酸柱组成一个除碱系统,除了可除尽水的碳酸盐碱度,同时可除去水中碱度,使出水总含盐量降低。由第二次活性炭过滤后的水进入微过滤器,进一步滤除水中余氯,保证水质合格。

9.米粉加工中的工艺用水

米粉加工中的原料清洗、浸泡、磨浆、熟化工艺以及添加剂的溶解都会用到水。其中,清洗是为了除去米粒中的糠皮、砂石等杂质和部分细菌;浸泡是使大米淀粉充分吸水湿润,米粒结构变得疏松,易于粉碎,且磨出的粉细腻均匀,为淀粉的糊化提供条件;磨浆是使大米淀粉颗粒破碎变小,吸水更加均匀,糊化更加完全;熟化是作为传热的介质,使大米淀粉受热糊化。并且,水还能使添加剂均匀地分散到原料大米粉之中。

10.米粉加工对水质的要求

米粉加工对水质有一定的要求。目前,我国还没有制定相应的米粉加工用水质量标准,各地米粉厂用水,都是采用符合我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)的自来水。表2⁃19是我国生活饮用水的水质标准。

水的色度和浊度高低,表明水中存在各种溶解和悬浮的杂质的多少,影响米粉的色泽、口感等。当铁盐和锰盐的含量超过一定限度时(试验证明分别为0.3mg/L和0.1mg/L),会产生一种令人讨厌的沼泽水味,并且,铁、锰等金属离子会造成淀粉糊化后变黄变褐色。

　　① MPN表示最可能数;CFU表示菌落形成单位。当水样检出总大肠菌群时,应进一步检验大肠埃希氏菌或耐热大肠菌群;水样未检出总大肠菌群,不必检验大肠埃希氏菌或耐热大肠菌群。

② 放射性指标超过指导值,应进行核素分析和评价,判定能否饮用。

水的硬度,对米粉加工也有诸多不利影响,主要表现:加速淀粉粒的氧化;使淀粉的亲水性能变劣;影响淀粉的糊化,加速淀粉回生。因此,米粉加工用水应尽可能使用软水。

二、淀粉类辅料

淀粉类辅料在米粉中常用于改善品质、降低成本。目前,粉头子和玉米淀粉作为辅料已在米粉中普遍使用,豆类淀粉、薯类淀粉也时有使用,葛根淀粉、芭蕉芋淀粉等小品种淀粉仅见研究报道。

1.粉头子

前一天生产的米粉及其副产物统称粉头子,是一种俗称,实际上是已经熟化的大米粉。在米粉生产中,添加部分粉头子,可以增加产品的吸水性和强度,提高米粉质量;此外,还利用了副产物,提高了产品得率。因此,基本每个米粉厂都添加粉头子。添加时,先将粉头子用水泡透变软后加入原料罐,搅拌均匀,磨浆后再开始蒸粉,添加量在5%~30%之间。

2.玉米淀粉

玉米淀粉是工业化和市场化程度较高的淀粉产品,化学组成见表2⁃20,因价格实惠、淀粉和直链淀粉含量与籼米接近而被广泛应用于米粉加工。适量添加玉米淀粉可以提升产品品质:添加量<5%能使鲜湿米粉白度和吸水性增加,断条率下降,熟化时间缩短,回生速度加快;添加量在15%~60%,鲜湿米粉的硬度和弹性下降,蒸煮损失和断条率迅速上升;添加量>60%,鲜湿米粉基本不能成型;但是在直条米粉或干米粉中,作为辅料添加并没有限量。

　　注:直链淀粉与支链淀粉为占淀粉的质量分数。

玉米淀粉改善米粉品质的主要原因:玉米淀粉纯度高,绝大部分是淀粉和水分,这样能改善淀粉凝胶特性,如洁白度好、韧性好;玉米淀粉颗粒比大米淀粉大,糊化温度低(表2⁃21),相同条件下,添加玉米淀粉的大米粉熟化更快;玉米淀粉含直链淀粉比例高,淀粉凝胶回生更快。

3.小麦淀粉

小麦淀粉是从小麦粉中提取的淀粉,含有A淀粉和B淀粉两种颗粒。根据国家标准《食用小麦淀粉》(GB/T 8883—2017),小麦淀粉分为优级品、一级品和二级品,感官指标和理化指标应符合表2⁃22、表2⁃23;安全指标应符合GB 31637的规定。

小麦淀粉添加到米粉中有降低成本、改善产品品质的作用。研究报道,添加10%的小麦淀粉,可以改善加工适应性差的早籼米制备的鲜湿米粉品质,降低其蒸煮损失,提高感官评分,使其接近优质原料生产的米粉。

4.马铃薯淀粉

马铃薯淀粉颗粒较大,粒径35~105μm。直链淀粉含量高,其黏性取决于直链淀粉的聚合度,峰值黏度比大米淀粉黏性高,淀粉的膨胀效果很好,吸水能力强,糊浆透明度高。在方便面的生产中得到了较好的应用,对方便面的复水性、口感、蒸煮损失、断条率均有显著改善。在米粉加工中按照1∶1的比例添加可以缩短蒸煮时间,提高蒸煮品质、透明度和滑爽性,延缓老化速率,并降低断条率。

5.变性淀粉

为改善淀粉性能、扩大应用范围,利用物理、化学或酶法处理,在淀粉分子上引入新的官能团或改变淀粉分子大小和淀粉颗粒性质,从而改变原淀粉的天然特性(如糊化温度、热黏度及其稳定性、冻融稳定性、凝胶力、成膜性、透明性等),使其更适合于特定应用的要求。这种经过二次加工,改变性质的淀粉统称为变性淀粉,如交联木薯淀粉、酸变性淀粉、交联玉米淀粉等。变性淀粉添加到米粉中具有以下作用:

① 抗老化作用　变性淀粉延长了淀粉的老化时间,使产品较长时间储藏仍保持良好的口感与质构,延缓米粉老化变硬现象。

② 赋予方便米粉良好的口感　淀粉引入亲水基,具有吸水性增强、糊化后黏度高的特点。如果再引入交联键,会增强淀粉颗粒间的强度,适当控制淀粉颗粒受热后的膨胀程度,双重变性共同作用,使淀粉颗粒受热既充分吸水,又保持颗粒完整。处于这种状态的淀粉可以赋予方便米粉弹韧、有咬劲的口感。

③ 提高米粉表面光洁度,改善色泽　变性淀粉经过酸、碱处理,水洗后,去除呈色物质,有效改善色泽。变性淀粉结合了大量的亲水基团,在加工过程中可使米粉吸收更多的水分,从而使米粉表面更细腻,在自然光的照射下更白、更亮。

④ 赋予方便米粉良好的加工性　变性淀粉具有优良的亲水性,在帮助米粉均匀吸水的同时亦可增强米粉的机械加工性能。淀粉经交联后,交联键使得淀粉颗粒对热、酸和剪切有更好的耐受性。同时交联淀粉糊丝相对较短,改善淀粉经稳定化变性处理黏度过高的特点,更有利于机械加工。

6.绿豆淀粉

绿豆淀粉因直链淀粉含量高、颗粒膨胀性受限、吸水性小、凝胶稳定性高、色泽白而有光泽等特点,被认为是一种比较适合做米粉的淀粉原料。在米粉中加入5%的绿豆淀粉可以增加总的直链淀粉含量,增强米粉的凝胶性,降低蒸煮损失,提高蒸煮品质和质构品质,获得良好的感官评价。

7.豌豆淀粉

豌豆淀粉主要是从豌豆蛋白提取的副产品。因此,与玉米、小麦和马铃薯淀粉相比,被认为是一种相对便宜的淀粉来源。豌豆淀粉主要应用于工业,由于其功能特性较差,在食品中的应用较少;但在大米粉中添加豌豆淀粉可制作品质合格的米粉。

8.木薯淀粉

木薯淀粉具有成本低、淀粉糊澄清度高等优点,是制作米粉的理想原料。以木薯淀粉和籼米为原料,添加复合菌(乳酸菌和酵母菌),并对其限制性发酵,可以增强米粉的营养因子,获得断条率低、复水性好、食味品质佳的直条米粉。

9.芭蕉芋淀粉

芭蕉芋淀粉颗粒粒径大,糊化温度低,糊透明度好,支链淀粉含量高,成膜性好,分子量也很大,与马铃薯淀粉接近。这些特点决定了芭蕉芋淀粉非常适合加工粉丝。芭蕉芋淀粉的添加使米粉的理化性质发生显著变化,并显著改善米粉的食用品质。

三、蛋白质类辅料

大米蛋白能与淀粉发生相互作用,形成网状结构,在糊化过程中作为天然屏障对淀粉颗粒具有保护作用。当温度改变时,高蛋白质含量的大米有利于增加大米的耐热能力,保持米粉凝胶的硬度和黏性。但大米自身蛋白质含量有限,因此可通过添加其他蛋白质以改善米粉的品质。

1.大豆分离蛋白

大豆分离蛋白是以大豆为原料,采用碱提酸沉、膜分离或离子交换等技术获得的一种蛋白质含量为90%以上的功能性食品添加剂,主要由清蛋白和球蛋白组成,其中清蛋白约占5%,球蛋白约占90%,营养丰富、不含胆固醇,是植物蛋白中为数不多的可替代动物蛋白的品种之一。大豆分离蛋白具有优良的吸水性、持水性和凝胶性质,用于米粉可增强鲜湿米粉内部的网络交联、降低断条率,增加营养价值,提高产品品质。

2.玉米醇溶蛋白

玉米醇溶蛋白是玉米的主要储藏蛋白,室温下不能被拉伸成长纤维和薄片,但能够在玻璃化转变温度以上形成黏弹性网络。因此可以利用玉米醇溶蛋白的黏弹性特性,作为无麸质面团中的面筋替代品,改善米粉凝胶性差的缺点。在大米淀粉中添加玉米醇溶蛋白,可制备出凝胶网络良好的米粉。

3.其他蛋白

其他蛋白类辅料,如乳清蛋白、蛋清蛋白、大豆浓缩蛋白、米糠浓缩蛋白等亦有报道可以强化米粉的营养价值,缩短蒸煮时间,5%左右的添加量可以降低蒸煮损失。其中蛋清蛋白有潜力提高无麸质米粉的蒸煮特性;米糠浓缩蛋白同谷氨酰胺转氨酶一同使用,可以增加米粉的糊化稠度和弹性,改善米粉质地。