燕麥麩膳食纖維擠出改性工藝

劉靜雪 ，李鳳林 *，王英臣 ，史海慧，史亞楠，譚秀環(huán)

1. 吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院食品工程學(xué)院（吉林 132101）；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國家糖料加工技術(shù)研發(fā)分中心（吉林 132101）

燕麥麩皮中含有大量的可溶性膳食纖維以及豐富的營養(yǎng)元素[1]，其對(duì)護(hù)膚、瘦身和預(yù)防心腦血管疾病有一定的功效。提取膳食纖維主要是采用生物學(xué)方法：酶解法、化學(xué)方法（酸堿提取法）和物理方法（高溫蒸煮、螺旋桿擠壓膨化法等）[2-3]。這些方法各有利弊，目前還沒有一種綜合利用率最高、浪費(fèi)最少以及對(duì)人體健康毫無影響的方法，在此方面還有待發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和研究。

雙螺桿擠出技術(shù)就是利用螺桿輸送的原理，及其運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的高溫、高壓，使物料擠壓、膨化[4]。物料被擠壓出來后，水分的閃蒸會(huì)帶走大量熱量，物料溫度下降，結(jié)構(gòu)變得疏松且孔隙增大。物料在擠壓膨化過程中，高溫、高壓及機(jī)械高剪切力作用使IDF的分子極性發(fā)生改變，轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性的SDF[5-6]。與常規(guī)的浸提工藝相比，擠出法工藝簡單，耗時(shí)短，且提取效果顯著，節(jié)約成本，并不會(huì)出現(xiàn)化學(xué)殘留等[7-8]。

燕麥麩營養(yǎng)價(jià)值高，具有多種對(duì)身體有益的生理功能，卻往往被工廠、企業(yè)所忽略，造成許多不必要的浪費(fèi)。試驗(yàn)根據(jù)目前的情況，對(duì)燕麥副產(chǎn)物——燕麥麩進(jìn)行綜合利用與開發(fā)。充分利用燕麥麩中的可溶性膳食纖維進(jìn)行改性、提取，提高產(chǎn)率，為膳食纖維等谷物多功能營養(yǎng)食品開發(fā)作參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 主要材料

燕麥麩（張家口先秾壇食品科技有限公司）；α-淀粉酶（湖北帝柏化工有限公司）；中性蛋白酶（山東久盛生物科技有限公司）。

1.1.2 主要設(shè)備

CF型高速萬能粉碎機(jī)（無錫新而立機(jī)械設(shè)備有限公司）；SLG 30雙螺桿實(shí)驗(yàn)機(jī)（濟(jì)南賽百諾科技開發(fā)有限公司）；LXJ-ⅡB型離心機(jī)（上海安亭公司產(chǎn)品）；881 Y-7型鼓風(fēng)干燥箱（蘇州亞泰烘箱制造有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 膳食纖維測(cè)定方法

總膳食纖維、可溶性膳食纖維測(cè)定參考GB 5009.88—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)總纖維素的測(cè)定》。

1.2.2 擠出改性燕麥麩工藝流程

燕麥麩+水→預(yù)處理→粉碎→篩分→調(diào)配→喂料→擠出→干燥→粉碎→成品

1.2.3 操作要點(diǎn)

1) 預(yù)處理：小麥麩皮加水，與適量的α-淀粉酶浸泡一段時(shí)間，水解燕麥麩中的淀粉，并滅酶（置于100 ℃條件下滅酶15 min），將淀粉酶去除，干燥后得到潔凈的預(yù)處理小麥麩皮。

2) 調(diào)配：在待擠出物料中加水調(diào)配，采用攪拌機(jī)將物料拌勻，然后潤料30 min，備用。

3) 擠壓改性：根據(jù)單因素和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的條件對(duì)物料進(jìn)行擠壓改性。

4) 干燥：采用恒溫干燥箱將水分干燥至8%以下，粉碎至120目，備用。

1.3 燕麥麩擠出改性膳食纖維單因素試驗(yàn)

1.3.1 水分添加量對(duì)擠出改性燕麥麩SDF得率的影響

在擠出溫度為70 ℃、燕麥麩粉粒度為120目、雙螺桿轉(zhuǎn)速為22 Hz的條件下，水分添加量分別為22%，24%，26%，28%和30%，以燕麥麩SDF得率為考核指標(biāo)，分析水分添加量對(duì)燕麥麩SDF得率的影響。

1.3.2 擠出溫度對(duì)擠出改性燕麥麩SDF得率的影響

在水分添加量為26%、燕麥麩粉粒度為120目、雙螺桿轉(zhuǎn)速為22 Hz的條件下，擠出溫度分別為60，65，70，75和80 ℃，以燕麥麩SDF得率為考核指標(biāo)，分析擠出溫度對(duì)燕麥麩SDF得率的影響。

1.3.3 燕麥麩粉粒度對(duì)擠出改性燕麥麩SDF得率的影響

在水分添加量為26%、擠出溫度為70 ℃，雙螺桿轉(zhuǎn)速為22 Hz的條件下，燕麥麩粉粒度分別為80，100，120，140和160目，以燕麥麩SDF得率為考核指標(biāo)，分析燕麥麩粉粒度對(duì)燕麥麩SDF得率的影響。

1.3.4 雙螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)擠出改性燕麥麩SDF得率的影響

在水分添加量為26%、擠出溫度為70 ℃，燕麥麩粉粒度為120目的條件下，雙螺桿轉(zhuǎn)速分別為16，18，20，22和24 Hz，以燕麥麩SDF得率為考核指標(biāo)，分析雙螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)燕麥麩SDF得率的影響。

1.4 燕麥麩擠出改性膳食纖維生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)單因素結(jié)果確定工藝參數(shù)，以水分添加量、擠出溫度、燕麥麩粉粒度、雙螺桿轉(zhuǎn)速作為因素，分別選擇三個(gè)水平，以燕麥麩SDF得率為考核指標(biāo)，設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn)，采用SPSS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，從而得出最佳工藝條件。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

表1 L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

1.5 可溶性膳食纖維（SDF）的測(cè)定

取粉碎后的燕麥麩，加入一定量的α-淀粉酶，除去燕麥麩中的淀粉。用蛋白水解酶除去燕麥麩中的蛋白質(zhì)，從而得到非可溶性膳食纖維（IDF），后按1∶4比例加入95%乙醇沉淀后過濾，干燥，即可得到可溶性膳食纖維（SDF）。

2 結(jié)果與分析

2.1 燕麥麩擠出改性膳食纖維單因素試驗(yàn)

2.1.1 水分添加量對(duì)擠出改性燕麥麩SDF得率的影響水分添加量對(duì)燕麥麩SDF得率的影響結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，當(dāng)水分添加量為22%時(shí)，燕麥麩SDF得率較低，隨著水分添加量的增加，燕麥麩SDF得率先增大后減??；當(dāng)水分添加量達(dá)到26%時(shí)，燕麥麩SDF得率最高，為7.9%。這可能是由于在擠出溫度、燕麥麩粉粒度和螺桿轉(zhuǎn)速一定的情況下，水分添加量較低，膳食纖維膨化不徹底，使得燕麥麩中的SDF未被完全提取出來，IDF含量反而變高。當(dāng)水分添加量較高時(shí)，膳食纖維膨化過度，膳食纖維遭到破壞。因此，水分添加量應(yīng)選擇24%，26%和28%三個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖1 水分添加量對(duì)擠出改性燕麥麩SDF得率的影響

2.1.2 擠出溫度對(duì)擠出改性燕麥麩SDF得率的影響

擠出溫度對(duì)燕麥麩SDF得率的影響結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，當(dāng)擠出溫度為60 ℃時(shí)，燕麥麩SDF得率較低，隨著擠出溫度的增加，燕麥麩SDF得率先增大后減小；當(dāng)擠出溫度達(dá)到75 ℃時(shí)，燕麥麩SDF得率最高，為7.9%。這可能是由于在水分添加量、燕麥麩粉粒度和螺桿轉(zhuǎn)速一定的情況下，擠出溫度較低，膳食纖維膨化不徹底，使得燕麥麩中的SDF未被完全提取出來，IDF含量反而變高。當(dāng)擠出溫度較高時(shí)，膳食纖維膨化過度，膳食纖維遭到破壞。因此，擠出溫度應(yīng)選擇70，75和80 ℃三個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.1.3 燕麥麩粉粒度對(duì)擠出改性燕麥麩SDF得率影響

燕麥麩粉粒度對(duì)燕麥麩SDF得率的影響結(jié)果見表3。

由圖3可以看出，當(dāng)燕麥麩粉粒度為80目時(shí)，燕麥麩SDF得率較低，隨著粒度的增加，燕麥麩SDF得率先增大后減小；當(dāng)麩粉粒度達(dá)到120目時(shí)，燕麥麩SDF得率最高，為8.7%。這可能是由于在水分添加量、擠出溫度和螺桿轉(zhuǎn)速一定的情況下，燕麥麩粉粒度較低，試驗(yàn)過程的受熱面積較小，使得燕麥麩中的SDF未被完全提取出來，IDF含量反而變高。當(dāng)燕麥麩粉粒度較高時(shí)，受熱面積增大，試驗(yàn)時(shí)間沒有變化，試驗(yàn)過度從而導(dǎo)致膳食纖維遭到破壞。因此，燕麥麩粉粒度應(yīng)選擇100，120和140目三個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖2 擠出溫度對(duì)擠出改性燕麥麩SDF得率的影響

圖3 燕麥麩粉粒度對(duì)擠出改性燕麥麩SDF得率的影響

2.1.4 雙螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)擠出改性燕麥麩SDF得率的影響

雙螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)燕麥麩SDF得率的影響結(jié)果見表4。由圖4可以看出，當(dāng)雙螺桿轉(zhuǎn)速為16 Hz時(shí)，燕麥麩SDF得率較低，隨著轉(zhuǎn)速的增加，燕麥麩SDF得率先增大后減??；當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速達(dá)到20 Hz時(shí)，燕麥麩SDF得率最高，為8.5%。這可能是由于在水分添加量、擠出溫度和燕麥麩粉粒度一定的情況下，雙螺桿轉(zhuǎn)速較低，攪拌粉碎膨化不充分，使得燕麥麩中的SDF未被完全提取出來。當(dāng)雙螺桿轉(zhuǎn)速較高時(shí)，攪拌過度導(dǎo)致SDF部分遭到破壞。因此，螺桿轉(zhuǎn)速應(yīng)選擇18，20和22 Hz三個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.2 燕麥麩擠出改性膳食纖維生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化2.2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果，以水分添加量（A）、擠出溫度（B）、燕麥麩粉粒度（C）、雙螺桿轉(zhuǎn)速（D）為因素，以SDF得率為考核指標(biāo)，正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

從表2和表3可以看出，水分添加量、擠出溫度、燕麥麩粉粒度、雙螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)燕麥麩片感官評(píng)分均有極顯著影響。四個(gè)因素對(duì)燕麥麩擠出改性膳食纖維影響程度的由大到小依次為A＞C＞D＞B，即水分添加量影響程度最大，其次為燕麥麩粉粒度，再次為雙螺桿轉(zhuǎn)速，最后是擠出溫度。試驗(yàn)的最優(yōu)參數(shù)為A2B2C3D3，即水分添加量26%，擠壓溫度75 ℃，燕麥麩粉粒度140目，螺桿轉(zhuǎn)速24 Hz。由于最佳理論數(shù)據(jù)不在9組正交試驗(yàn)中，依此數(shù)據(jù)進(jìn)行三組平行試驗(yàn)，其SDF得率分別為8.73%，8.85%和8.91%，最后取平均值，為8.83%，高于正交試驗(yàn)組中最優(yōu)參數(shù)條件A2B2C3D1，即水分添加量26%，擠壓溫度75 ℃，燕麥麩粉粒度140目，螺桿轉(zhuǎn)速20 Hz，SDF得率8.7%，因此燕麥麩膳食纖維擠出改性的生產(chǎn)工藝條件應(yīng)選擇A2B2C3D3。在此最佳工藝條件下，改性燕麥麩膳食纖維中SDF可達(dá)8.8%，比原燕麥麩膳食纖維中SDF提高29.4%，采用擠出改性法可顯著提高燕麥麩中SDF含量。

圖4 雙螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)擠出改性燕麥麩SDF得率的影響

表2 L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

試驗(yàn)采用雙螺桿擠出改性燕麥麩膳食纖維。結(jié)果表明，雙螺桿擠壓改性燕麥麩中膳食纖維的最佳工藝條件為：水分添加量26%、擠出溫度75 ℃、燕麥麩粉粒度140目、螺桿轉(zhuǎn)速24 Hz。對(duì)燕麥麩SD得率的影響因素由大到小為：燕麥麩粉粒度＞雙螺桿轉(zhuǎn)速＞基礎(chǔ)溫度＞水分添加量。正交試驗(yàn)結(jié)果表明，燕麥麩中SDF得率為8.8%，比原燕麥麩膳食纖維中SDF提高29.4%，利用燕麥麩膳食纖維為主要原料，進(jìn)行擠出改性處理，為膳食纖維等谷物多功能營養(yǎng)食品開發(fā)作參考。