田志芳 田向東 周柏玲 王海平 孟婷婷

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所1，太原 030031)

(山西金綠禾燕麥研究所2，孝義 032300)

燕麥全粉工業(yè)化加工技術(shù)研究

田志芳1田向東2周柏玲1王海平1孟婷婷1

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所1，太原 030031)

(山西金綠禾燕麥研究所2，孝義 032300)

傳統(tǒng)的燕麥制粉一般產(chǎn)生30%～35%的燕麥麩副產(chǎn)品，大多用作飼料。為了有效利用燕麥資源，研究了不同燕麥原料的主要品質(zhì)指標(biāo)和淀粉糊化特征，選擇定莜7號(hào)等3個(gè)品種進(jìn)行燕麥全粉加工;通過(guò)加工工藝優(yōu)化，確定微波功率為4.8 kW、微波速度1.2 m/min、微波溫度(120±5)℃，擠壓控制3段溫度170℃—150℃—60℃、進(jìn)料速度300 r/min、螺桿轉(zhuǎn)速400 r/min，粉碎控制粒度不低于150目，可以達(dá)到改善物料加工性能、高效滅酶、提高產(chǎn)品中β－葡聚糖含量的多重效果。

燕麥全粉 微波 擠壓膨化 微細(xì)粉碎

燕麥含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、鈣、磷、鐵、維生素B1、維生素B2、尼克酸、膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)成分，自古以來(lái)一直被認(rèn)為是兼?zhèn)涫朝煿δ艿膬?yōu)質(zhì)谷物［1］。特別是作為燕麥亞糊粉層細(xì)胞壁構(gòu)成材料的β－葡聚糖含量在所有谷物中為最高［2］，是公認(rèn)的降血脂主要成分［3－5］。

在燕麥籽粒中，β－葡聚糖與纖維素、半纖維素等難以消化的物質(zhì)緊密地裹復(fù)在一起，質(zhì)地堅(jiān)韌、粗糙［6］。傳統(tǒng)的燕麥制粉一般產(chǎn)生30% ～35%的燕麥麩副產(chǎn)品，其中富集了70%以上的燕麥營(yíng)養(yǎng)素，總膳食纖維含量高達(dá)30%，可溶性膳食纖維約1/3左右［7］。目前燕麥麩大多用作飼料，食品或食品原料加工比例很低，主要原因在于普通加工工藝不能改變燕麥麩堅(jiān)韌、致密的平板式表觀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品適口性較差、裹挾在細(xì)胞壁內(nèi)的β－葡聚糖難以被人體直接消化吸收;同時(shí)燕麥脂肪酶含量在谷物中最高［8］，新鮮燕麥麩的脂肪酶和油相互接觸，迅速發(fā)生水解反應(yīng)生成游離脂肪酸，油脂開(kāi)始變質(zhì)，燕麥麩就會(huì)出現(xiàn)令人難以接受的氣味［9］。

本項(xiàng)研究在評(píng)價(jià)燕麥品質(zhì)性狀和淀粉特性基礎(chǔ)上，提出了全粉加工專(zhuān)用原料選擇的技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)微波處理、擠壓膨化和微細(xì)粉碎等多種技術(shù)綜合運(yùn)用，集成燕麥全粉加工技術(shù)，較好地解決了燕麥麩在食品加工中的諸多問(wèn)題，全面保持燕麥各種營(yíng)養(yǎng)成分并提高燕麥活性物質(zhì)的利用程度，可直接用做食品原料或配料，是推進(jìn)燕麥主食化加工和實(shí)現(xiàn)燕麥資源高效利用的最佳途徑之一。

1 材料與方法

1.1 材料

根據(jù)前期研究結(jié)果，分別在華北、東北、西北等燕麥主產(chǎn)區(qū)選擇加工品質(zhì)優(yōu)良且具有地域特點(diǎn)或推廣面積較大的燕麥品種6個(gè)，包括燕科1號(hào)、草莜1號(hào)、白燕2號(hào)、定莜7號(hào)、定莜6號(hào)、壩莜1號(hào)等6個(gè)品種，分別來(lái)自山西、內(nèi)蒙古、吉林、陜西、甘肅等地。

1.2 儀器與設(shè)備

布拉班德 Viscograph－E型黏度儀:德國(guó) Brabender儀器公司;SPH－C900型擠壓膨化機(jī):山東啟東膨化設(shè)備有限公司;KH－60HPTN8型微波干燥殺菌機(jī):山東科弘微波能有限公司;WF－20型微粉機(jī):江陰億豐機(jī)械制造有限公司;3800B型掃描電子顯微鏡:上海長(zhǎng)方光學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 檢測(cè)方法

參照 GB/T 5009.5—2003測(cè)定樣品中的總氮量，乘以系數(shù)6.25即為粗蛋白含量;粗脂肪、粗纖維含量均參照GB/T 5009—2003進(jìn)行測(cè)定;直鏈淀粉含量、淀粉糊化特性、脂肪酶活動(dòng)度測(cè)定均參照GB/T 15683—2008、GB/T 14490—2008、GB/T 5523—2008，參照剛果紅比色法測(cè)定水溶性β－葡聚糖含量。

1.3.2 加工原料選擇

測(cè)定樣品主要品質(zhì)指標(biāo)、β－葡聚糖含量，以及淀粉糊化黏度性質(zhì)，篩選適宜燕麥全粉加工的原料品種。

1.3.3 工藝流程

燕麥全粉加工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 燕麥全粉加工工藝流程圖

1.3.4 微波干燥滅酶試驗(yàn)

燕麥籽粒經(jīng)潤(rùn)麥調(diào)質(zhì)后含水率16% ～18%，微波干燥要求功率保持4.8 kW，料層厚度0.8～1.2 cm，同時(shí)控制微波溫度與進(jìn)料速度。為比較微波滅酶效果，進(jìn)一步選擇不同微波溫度和不同進(jìn)料速度2個(gè)因素進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定殘存酶活性。

1.3.5 燕麥麩皮擠壓膨化處理試驗(yàn)

燕麥麩皮原料以固定進(jìn)料速度(300 r/s)進(jìn)料，調(diào)節(jié)擠壓機(jī)3段溫度和螺桿轉(zhuǎn)速，在電鏡下觀察擠壓膨化處理后的原料與未處理的原料，同時(shí)測(cè)定殘存酶活性。

1.3.6 燕麥麩皮微細(xì)粉碎處理試驗(yàn)

對(duì)燕麥原麩與膨化燕麥麩皮進(jìn)行微細(xì)粉碎處理，選擇 50，100，150，200，250，300，350 目 7 個(gè)不同粒度樣品，測(cè)定水溶性β－葡聚糖含量，并觀察其結(jié)構(gòu)和粒徑變化情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 加工原料選擇

2.1.1 主要品質(zhì)指標(biāo)比較

燕麥樣品主要品質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。由表1可以看出β－葡聚糖含量平均為4.39%(其中定莜7號(hào)最高達(dá)到5.24%，燕科1號(hào)最低為2.92%)，變異系數(shù)30.07%;粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗纖維平均含量分別15.06%、9.67%、3.53%，變異系數(shù)分別為 9.56%、25.13%、47.59%。燕麥淀粉中直鏈淀粉含量變幅為22.25% ～26.39%，平均值為 24.18%，變異系數(shù)為 5.33%。

表1 燕麥樣品品質(zhì)指標(biāo)

2.1.2 淀粉糊化黏度性質(zhì)

燕麥樣品淀粉糊化黏度性質(zhì)比較見(jiàn)表2。表2顯示不同品種燕麥淀粉的糊化溫度變幅為69.50～80.27℃，平均值為75.18℃。不同品種燕麥淀粉的峰值黏度變幅為 341.00 ～558.00 BU，極差 227.00 BU，平均值453.50 BU(其中峰值黏度最低的品種是白燕2號(hào)，峰值黏度最高的品種是定莜7號(hào));不同品種燕麥的谷值黏度在269.00～373.00 BU，極差為104.00 BU，平均值323.20 BU(其中谷值黏度最低的品種是白燕2號(hào)，谷值黏度最高的是定莜7號(hào))。谷值黏度的高低不能完全說(shuō)明淀粉熱糊穩(wěn)定性的好壞，而峰值黏度與谷值黏度的差值即崩解值可以說(shuō)明淀粉熱糊穩(wěn)定性的好壞，崩解值越大，說(shuō)明淀粉糊熱穩(wěn)定性越差［10］。不同品種燕麥淀粉崩解值變幅為66.00～195.00 BU，變異系數(shù)為9.67%，品種間有較大差異。

表2 燕麥樣品淀粉糊化黏度性質(zhì)比較

2.2 微波干燥滅酶

不同微波條件下燕麥籽粒酶活測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。表3結(jié)果顯示，微波溫度100℃時(shí)即使進(jìn)料速度較低，殘存酶活仍超過(guò)10 U/g，當(dāng)微波溫度達(dá)到120℃時(shí)，酶活隨著進(jìn)料速度加快而增加，但幅度相對(duì)較小，當(dāng)微波溫度達(dá)到140℃時(shí)，酶活隨進(jìn)料速度變動(dòng)不明顯。

表3 微波干燥滅酶試驗(yàn)結(jié)果

2.3 燕麥麩皮擠壓膨化

2.3.1 擠壓膨化處理效果觀察試驗(yàn)

用掃描電子顯微鏡對(duì)擠壓膨化處理前后的燕麥麩皮樣品進(jìn)行觀察，可以直觀地看到，處理之后燕麥麩堅(jiān)韌、致密的平實(shí)狀微觀結(jié)構(gòu)成為膨松的孔蜂窩狀(圖2、圖3，放大860倍)?？追涓C狀結(jié)構(gòu)的表面積極大增加，有利于物料中的有效成分的溶解逸出，同時(shí)高壓和強(qiáng)力的膨化處理對(duì)物料原有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成一定程度的物理性破壞，可以有效改善物料的傳質(zhì)方式和速度，有利于后續(xù)加工效率的提高。

2.3.2 擠壓滅酶效果分析

不同擠壓滅酶條件下燕麥麩皮酶活測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。表4結(jié)果顯示，在進(jìn)料速度、螺桿轉(zhuǎn)速均為300 r/min，設(shè)定擠壓溫度條件下，燕麥麩皮中的脂肪酶完全失活。在擠壓溫度170℃—150℃—60℃條件下，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的下降，燕麥麩皮的酶活降低，可能是因?yàn)檠帑滬熎ぴ跀D壓腔內(nèi)的受熱時(shí)間延長(zhǎng)造成的。

表4 不同擠壓條件對(duì)酶活的影響

2.4 燕麥麩皮微細(xì)粉碎處理

2.4.1 燕麥麩皮微細(xì)粉碎樣品電鏡觀察

電鏡觀察擠壓處理并進(jìn)行不同粒度粉碎后的燕麥麩皮物料，結(jié)果顯示，粉碎粒度為100目以下時(shí)可清晰看到完整的表皮細(xì)胞，100目、150目時(shí)也可較清晰地看到表皮細(xì)胞的輪廓，200目時(shí)細(xì)胞輪廓模糊，達(dá)到250目或者更細(xì)時(shí)幾乎看不到完整細(xì)胞的輪廓。因此可以認(rèn)為，當(dāng)物料粒度達(dá)到200目時(shí)，已經(jīng)達(dá)到微粉要求的效果。

2.4.2 物料粉碎粒度與水溶性β－葡聚糖含量關(guān)系將經(jīng)過(guò)不同處理的燕麥麩皮粉碎至不同粒度，測(cè)定水溶性β－葡聚糖含量，分析不同粒度對(duì)物料生物活性成分的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。從圖4可知，對(duì)于未膨化物料，50～250目之間β－葡聚糖含量隨粒度變化明顯，250目與50目相比提高了4.09%，且顆粒越細(xì)含量越高，250目以上基本無(wú)變化。對(duì)于膨化料，由于微細(xì)粉碎處理和擠壓膨化處理對(duì)物料細(xì)胞壁的共同作用，同一粉碎粒度樣品的β－葡聚糖含量均高于未膨化料，150目以上變化減緩，效果好于未膨化處理工藝，β－葡聚糖含量較50目處理相對(duì)提高19.06%。

圖4 不同工藝對(duì)β－葡聚糖含量影響

2.4.3 微細(xì)粉碎對(duì)原料流變學(xué)特性的影響

設(shè)定不同工藝條件加工不同粒度的燕麥全粉，測(cè)定其流變學(xué)特性，結(jié)果見(jiàn)表5。從表5可以看出，微細(xì)粉碎對(duì)原料的流變學(xué)特性有很大影響，隨著粒度增加燕麥全粉的黏度大幅度提高，同時(shí)原料的黏度穩(wěn)定性降低、回生值也隨之提高。

表5 粒度對(duì)原料流變學(xué)特性的影響比較

3 討論

供試樣品粗蛋白質(zhì)含量差異相對(duì)較小，β－葡聚糖含量差異相對(duì)較大，變異超過(guò)30%，燕麥全粉加工需要優(yōu)先考慮其保健營(yíng)養(yǎng)功能，加工原料應(yīng)該優(yōu)先選擇β－葡聚糖含量達(dá)到4.5%以上的品種;燕麥直鏈淀粉含量普遍較低且變異不大，加工原料選擇可以不考慮該項(xiàng)指標(biāo)。

淀粉是食品加工和生產(chǎn)的重要原料，在食品體系中起到提供熱值和影響質(zhì)構(gòu)的作用。徐榮敏等［11］研究小麥淀粉的理化特性及其與面制品品質(zhì)的關(guān)系，結(jié)果表明峰值黏度是衡量淀粉黏度特性的最重要指標(biāo);劉建軍等［12］研究證實(shí)一般情況下峰值黏度越高，面條品質(zhì)越好。燕麥全粉的最大用途是面條等面制食品，為提高食用品質(zhì)，加工原料應(yīng)該選擇峰值黏度較高的品種。

微波處理的主要作用是干燥燕麥籽粒，并達(dá)到一定的滅酶效果。由于燕麥籽粒約83%的脂肪酶主要分布于靠近籽粒表層的糊粉層、胚等部位［8］，粉碎篩分后大部分集中在燕麥麩皮，通過(guò)擠壓膨化可使脂肪酶完全失活，同時(shí)高壓和強(qiáng)力的膨化處理對(duì)物料原有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成一定程度的物理性破壞物料形成孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，比表面積極大增加，可以有效改善物料的傳質(zhì)方式和速度，提高后續(xù)加工效率，同時(shí)有利于物料中的有效成分的溶解逸出。經(jīng)光學(xué)顯微鏡觀察，燕麥表皮細(xì)胞直徑為30～60 μm，而制粉加工處理的燕麥麩皮顆粒直徑通常在0.2～0.8 mm左右，由數(shù)個(gè)甚至數(shù)十個(gè)以上的種皮細(xì)胞組成。與其他植物籽粒相類(lèi)似，燕麥種皮細(xì)胞壁主要由纖維素、半纖維素等生物惰性物質(zhì)構(gòu)成，是植物體自我保護(hù)的天然屏障，十分堅(jiān)韌，一般粉碎處理無(wú)法得到小于細(xì)胞直徑的顆粒，也就是種皮細(xì)胞壁足以抗拒一般的粉碎加工而保持完整，細(xì)胞中有效成分的溶出須穿透數(shù)個(gè)甚至數(shù)十個(gè)細(xì)胞壁，人體即使攝入其吸收效率也很低。通過(guò)采用微細(xì)粉碎技術(shù)，利用特殊的物理方式可以將細(xì)胞破壁，使被束縛的活性組分直接暴露出來(lái)，極大的提高了其生物利用度。

4 結(jié)論

4.1 定莜7號(hào)、定莜6號(hào)、壩莜1號(hào)3個(gè)品種β－葡聚糖含量及淀粉峰值黏度均處于較高水平，更適宜燕麥全粉加工。

4.2 微波處理技術(shù)參數(shù):微波功率為4.8 kW、微波速度為1.2 m/min、微波溫度應(yīng)為(120±5)℃，可保證干燥效果并具有一定的滅酶作用，維持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力并節(jié)約能源。

4.3 擠壓工藝控制條件為3段溫度170℃—150℃—60℃、進(jìn)料速度300 r/min，螺桿轉(zhuǎn)速400 r/min，可以達(dá)到改善物料加工性能和高效滅酶的雙重效果。

4.4 燕麥全粉加工需保證一定的粒度，一方面可改善口感和加工性能，同時(shí)產(chǎn)品中β－葡聚糖含量隨粒度增加而提高。因此燕麥全粉一般控制粒度應(yīng)不低于150目，如考慮后續(xù)產(chǎn)品加工對(duì)原料的特殊要求，燕麥全粉粒度應(yīng)控制在200～250目。

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Research on the Technical Optimization for Whole－grain Oat Flower Industrialization Processing

Tian Zhifang1Tian Xiangdong2Zhou Bailing1Wang Haiping1Meng Tingting1
(Institute of Farm Products Processing，Shanxi Academy of Agricultural Sciences1，Taiyuan 030031)
(Shanxi Jinlvhe Oat Institute2，Xiaoyi032300)

In conventional wholegrain oat industrial production process，oat bran by－products amount is around 30% ～35%，and most of which are used for feedstuff.In this study，the main quality indexes and starch gelatinization properties of different raw oat varieties were studied with the aim of utilizing the oat resources effectively.Three varieties including Dingyou No.7 were chosen for wholegrain oat processing.By optimizing processing technology，it has been confirmed that the process should be conducted under such conditions:microwave power at 4.8 kW，microwave speed at 1.2 m/min，microwave temperature at(120±5)℃，the temperatures for three stages of extrusion control at 170℃—150℃—60℃，feeding rate at 300 r/min，screw speed at 400 r/min，smallest grinded particle size 150 mesh in order to improve the processing property，inactivate enzyme efficiently and increase the content of β －glucan in product.

wholegrain oat，microwave，extrusion －expansion，fine powder smash

TS219

A

1003－0174(2011)12－0024－05

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2006BAD02B01)

2011－01－21

田志芳，男，1967年出生，副研究員，食品工程