富硒營(yíng)養(yǎng)黑麥片加工工藝研究

孟晶巖，栗紅瑜，張倩芳，李敏，李新明

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，特色農(nóng)產(chǎn)品加工山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030031）

黑小麥?zhǔn)且环N天然的富硒黑色營(yíng)養(yǎng)谷物，硒是對(duì)人體健康很重要的元素，食物中缺少硒會(huì)引起肌肉萎縮、心血管和肝臟疾病等[1-3]，硒在體內(nèi)不僅能解毒還可以阻止癌細(xì)胞生長(zhǎng)，防癌抗癌，調(diào)理血脂，增強(qiáng)免疫力；調(diào)節(jié)人體對(duì)維生素的吸收；護(hù)肝補(bǔ)腎[4]。黑小麥中蛋白質(zhì)的含量高達(dá)17%，而優(yōu)質(zhì)普通小麥蛋白質(zhì)的含量?jī)H在15%以下[5-6]。氨基酸的含量比推廣的優(yōu)質(zhì)普通小麥高出37.33%。目前，國(guó)內(nèi)黑小麥的應(yīng)用主要集中于全麥粉和精選黑小麥產(chǎn)品的開發(fā)[7-8]，而富硒黑小麥片作為一種新興的功能性方便食品[9]，是近年來(lái)頗受關(guān)注的黑小麥新產(chǎn)品，其市場(chǎng)潛力和利潤(rùn)空間較大。

目前，不同種類的麥片研究較多，但針對(duì)黑小麥富硒的特點(diǎn)進(jìn)行研究鮮有報(bào)道。本研究擬采用擠壓膨化技術(shù)[10]，克服黑小麥黏性差、成型難的問題，對(duì)富硒營(yíng)養(yǎng)黑小麥麥片加工工藝進(jìn)行研究[11]，旨為該技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

黑小麥76 號(hào)：山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物所提供；烏麥526 號(hào)：山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所提供；硒化卡拉膠：青島鵬洋科技發(fā)展有限公司；純凈水：市售。

FMHE36-24 雙螺桿擠壓機(jī)：湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司；BF-Ⅰ型攪拌混合機(jī)：濟(jì)南賽信膨化機(jī)械公司；KC-705 型粉碎機(jī)：北京同和科技發(fā)展有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

原料→去雜→粉碎→擠壓膨化→添加混合→壓片→干燥→滅菌→包裝→成品

1.2.2 操作要點(diǎn)

1）篩選優(yōu)質(zhì)黑小麥，去除黑小麥中的灰塵、雜質(zhì)。

2）將精選好的黑小麥放入流化床進(jìn)行烘干，烘干溫度為 40 ℃、時(shí)間為 20 min～30 min。

3）將烘干后的黑小麥放入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎處理，粉碎后黑小麥粉的粒度要達(dá)到100 目以上。

4）取粉碎好的黑小麥粉100 kg，硒化卡拉膠添加量為168 μg/kg，硒總量為3 %，進(jìn)行混合得到混合物料。

5）用雙螺桿擠壓對(duì)混合物料進(jìn)行擠壓膨化，雙螺桿擠壓機(jī)分5 個(gè)區(qū)域溫度處理，分別為60、100、100、50 ℃和40 ℃，物料的喂料量為18 kg/h、添加水分量為25%，雙螺桿擠壓機(jī)的切割速率為700 r/min。

6）將熟化好的物料通過(guò)流化床進(jìn)行干燥，干燥溫度為60 ℃、時(shí)間為30 min。

7）將干燥后的物料放入烤爐機(jī)烘焙，進(jìn)行第二次熟化，烤爐機(jī)進(jìn)、出口溫度都為100 ℃，烤爐機(jī)的傳送帶速率為70 m/s。

8）將二次熟化后的物料冷卻至常溫，即得到紫色均勻的富硒黑麥片，最后檢驗(yàn)、包裝即可。

1.2.3 黑小麥加工品種的篩選

黑小麥具有高蛋白、低脂肪、高纖維、低熱能的獨(dú)特營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)和多種保健功能[12-13]。就山西省來(lái)講主要有黑小麥76 號(hào)、烏麥526 號(hào)，種植面積大，分布廣，品種之間品質(zhì)差異也較大，因此把這兩個(gè)品種作為主要的加工品種，在黑小麥的主要營(yíng)養(yǎng)成份含量、微量元素含量、蒸煮品質(zhì)等方面進(jìn)行對(duì)比篩選。

1.2.4 擠壓機(jī)微膨熟化區(qū)溫度優(yōu)化設(shè)計(jì)

在黑小麥片的加工中，考慮到硒在高溫的狀態(tài)下，時(shí)間越久，損失越大的性質(zhì)[14]，采用FMHE36-24 雙螺桿擠壓機(jī)進(jìn)行分階段分步驟控溫處理，以全粉片產(chǎn)品的外觀形狀、色澤、氣味、彈韌性、粘牙、結(jié)構(gòu)作為品質(zhì)分析的標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目正交分析采用SPSS 分析軟件。

1.2.5 黑小麥粉中硒化卡拉膠強(qiáng)化量的設(shè)計(jì)試驗(yàn)以及黑小麥全麥片硒元素的測(cè)定

硒化卡拉膠強(qiáng)化量的設(shè)計(jì)依據(jù)：按GB 14880-2012《食品營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑使用標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，硒化卡拉膠作為谷類及其制品強(qiáng)化硒的原料時(shí)，以元素硒計(jì)強(qiáng)化量為 140 μg/kg～280 μg/kg。試驗(yàn)中采用硒強(qiáng)化量以其下限的1.2 倍為依據(jù)，即硒的強(qiáng)化量為0.168 mg/kg（0.0168%），設(shè)計(jì)硒強(qiáng)化基本量0.168 mg/kg 的0.5 倍、1 倍和1.5 倍3 個(gè)水平并進(jìn)行硒化卡拉膠（硒酸酯多糖）的理化指標(biāo)的測(cè)定[15-16]。

1.2.6 富硒營(yíng)養(yǎng)黑麥片加工工藝優(yōu)化

在以上試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇強(qiáng)化硒的不同倍數(shù)，加水量，粉碎細(xì)度，干燥時(shí)間4 個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)L9（34）。以黑麥片的熟化度以及硒含量為考察指標(biāo)，對(duì)富硒營(yíng)養(yǎng)黑麥片加工工藝進(jìn)行優(yōu)化。

1.2.7 富硒麥片感官評(píng)分以及數(shù)據(jù)分析方法

以麥片的色澤、氣味、口感、外觀形態(tài)、耐煮性為指標(biāo)對(duì)麥片感官進(jìn)行評(píng)價(jià)，數(shù)據(jù)分析是以滿分100 分記，采用感官指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立對(duì)樣品進(jìn)行打分，取平均值為該樣品得分，感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory score evaluation criteria

2 結(jié)果與分析

2.1 黑小麥加工品種的篩選結(jié)果

試驗(yàn)對(duì)選用的黑小麥76 號(hào)、烏麥526 號(hào)同普通小麥（魯抗14）在主要營(yíng)養(yǎng)成份含量、微量元素含量、蒸煮品質(zhì)等方面進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見表2。

從表2 中可以看出，黑小麥76、烏麥526 的營(yíng)養(yǎng)成分含量比普通小麥（魯抗14）優(yōu)越，尤其是硒的含量分別是0.273 mg/kg 和0.200 mg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通小麥的0.09 mg/kg。而且具有良好的加工品質(zhì)[17-18]。就黑小麥76、烏麥526 兩個(gè)黑小麥品種而言。烏麥526 的蛋白質(zhì)和纖維素以及礦質(zhì)元素含量均衡，尤其是谷物蛋白質(zhì)較高，在預(yù)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)烏麥526 比黑小麥76 的黏度高，緊密型強(qiáng)，是更易于進(jìn)行加工的黑麥品種[19-20]，因此，試驗(yàn)選用烏麥526 為加工的原料。

表2 黑小麥76 與烏麥526 的主要營(yíng)養(yǎng)成分與對(duì)照的比較結(jié)果Table 2 Comparison of main nutritional components between triticale 76 and 526

2.2 擠壓機(jī)微膨熟化區(qū)溫度優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

根據(jù)FMHE36-24 雙螺桿擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行分階段分步驟控溫處理。在熟化段3、4 區(qū)的溫度設(shè)定為 100、120、140 ℃，進(jìn)行比較試驗(yàn)，在 5、6 區(qū)的溫度設(shè)定為60 ℃～30 ℃，進(jìn)行黑麥片的熟化。正交試驗(yàn)結(jié)果見表3～表 4。

表3 試驗(yàn)因素和水平安排Table 3 Experimental factors and level arrangement

表4 黑小麥全麥片熟化溫度正交試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Orthogonal test for whole wheat cereal aging temperature

續(xù)表4 黑小麥全麥片熟化溫度正交試驗(yàn)結(jié)果Continue table 4 Orthogonal test for whole wheat cereal aging temperature

由表4 可知，對(duì)黑小麥片熟化溫度進(jìn)行分析：從k值可以得出擠壓膨化機(jī)最佳加工溫度組合為A1B1C2D2，由R 值分析可知，影響黑小麥全麥片熟化溫度的因素主次因素順序?yàn)椋篈＞B＞C＞D。即3 區(qū)溫度＞4區(qū)溫度＞5 區(qū)溫度＞6 區(qū)溫度。經(jīng)感官綜合評(píng)定可知，黑小麥全麥片熟化溫度試驗(yàn)最佳組合為A1B1C2D2或者A1B1C1D1。

正交試驗(yàn)方差分析表見表5。

表5 正交試驗(yàn)方差分析Table 5 Analysis of variance of orthogonal test

由表5 可知，3、4 區(qū)溫度對(duì)黑小麥全麥片的感官評(píng)分影響極顯著。5、6 區(qū)的溫度對(duì)感官影響不大，差異不顯著，主要原因是感官評(píng)定受多方因素的影響，如時(shí)間、地點(diǎn)、溫度、以及品鑒人的專業(yè)水準(zhǔn)差別，致使感官評(píng)分和正交試驗(yàn)出現(xiàn)偏差，從生產(chǎn)實(shí)際以及硒元素?fù)p失情況考慮，確定擠壓膨化最佳溫度組合為A1B1C2D2，即擠壓膛 3、4、5、6 區(qū)溫度分別為 100、100、50、40 ℃。2 區(qū)溫度是機(jī)器固定的區(qū)域溫度，為60 ℃。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

取正交試驗(yàn)最優(yōu)組合，進(jìn)行3 次重復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果見表6。

由表6 可知，在最優(yōu)組合條件下進(jìn)行黑小麥片的加工，以黑小麥的感官綜合評(píng)分作為測(cè)定指標(biāo)，結(jié)果穩(wěn)定，且數(shù)值高于1 號(hào)試驗(yàn)組。因此，擠壓膨化機(jī)的溫度最終優(yōu)化方案為：擠壓膛3、4、5、6 區(qū)溫度分別為100、100、50、40 ℃。

表6 3 次平行試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of three parallel experiments

2.4 黑小麥粉中硒化卡拉膠強(qiáng)化量的設(shè)計(jì)試驗(yàn)以及黑小麥全麥片硒元素的測(cè)定結(jié)果

試驗(yàn)中采用添加有機(jī)硒的方法，對(duì)黑小麥片加工中進(jìn)行硒元素的補(bǔ)充，試驗(yàn)數(shù)據(jù)由北京營(yíng)養(yǎng)源研究所提供（見表7）。

表7 不同倍數(shù)硒化卡拉膠制備黑小麥硒元素的比較Table 7 Comparison of selenium content in triticale prepared by seleno carrageenan with different times

從測(cè)樣結(jié)果來(lái)看，3 種處理都使谷物的硒含量得到有效的補(bǔ)充，但1.5 倍硒化卡拉膠添加的黑小麥全麥片的硒元素含量2.89 mg/kg 要大于國(guó)家的硒添加量，根據(jù)實(shí)際情況選用添加硒化卡拉膠0.168 mg/kg。

2.5 富硒營(yíng)養(yǎng)黑麥片加工工藝單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.5.1 物料細(xì)度對(duì)感官品質(zhì)的影響

在試驗(yàn)中物料以4 個(gè)不同的細(xì)度加入，對(duì)產(chǎn)品的感官綜合評(píng)定，細(xì)度對(duì)感官品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 細(xì)度對(duì)感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of fineness on sensory quality

從圖1 可以看出細(xì)度從100 目到140 目，產(chǎn)品的感官評(píng)分呈上升趨勢(shì)，到160 目時(shí)趨于下降，分析是因?yàn)殡S著物料細(xì)度的提高，口感細(xì)膩，但黏度也隨之增大，導(dǎo)致產(chǎn)品外觀孔隙增大[21-22]，不光滑，影響感官效果。綜合考慮選擇物料細(xì)度為140 目。

2.5.2 加水量對(duì)感官品質(zhì)的影響

加水量對(duì)感官品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 加水量對(duì)感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of Water Addition on Sensory Quality

由圖2 可知，隨著加水量的增加，產(chǎn)品的感官品質(zhì)逐步提高，加水量為25%時(shí)，產(chǎn)品的感官品質(zhì)達(dá)到最大值，加水量升高，物料容易成團(tuán)，產(chǎn)品成型差，加水量少，物料松散，膨化效果差[23]。根據(jù)產(chǎn)品的膨化效果和感官選擇加水量為25%。

2.5.3 干燥時(shí)間對(duì)感官品質(zhì)的影響

干燥時(shí)間對(duì)感官品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 干燥時(shí)間對(duì)感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effects of drying time on sensory quality

由圖3 可知，產(chǎn)品感官品質(zhì)隨干燥時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，在20 min～30 min 時(shí)趨于快速上升階段，在30 min達(dá)到最大，可見產(chǎn)品在30 min 時(shí)已基本完成干燥，隨著時(shí)間延續(xù)至35 min，產(chǎn)品的品質(zhì)下降，這是因?yàn)楦稍飼r(shí)間的延長(zhǎng)比較導(dǎo)致產(chǎn)品有效營(yíng)養(yǎng)成分的減少[24-25]，使硒元素流失，為節(jié)約能源選擇干燥時(shí)間30 min。

2.5.4 硒化卡拉膠添加量對(duì)感官品質(zhì)的影響

硒化卡拉膠添加量對(duì)感官品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 硒化卡拉膠添加量對(duì)感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of addition quantity of selenium carrageenan on sensory quality

從圖4 可知，硒化卡拉膠添加以0.168 mg/kg 為基準(zhǔn)，在0.5 倍～1 倍時(shí)感官品質(zhì)處于上升，產(chǎn)品中硒含量提到提升，隨著硒含量加大，產(chǎn)品品質(zhì)下降，這是因?yàn)樵谔砑?.5 倍時(shí)，產(chǎn)品中硒含量的大于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并且產(chǎn)品的適口性下降，考慮食品安全，硒化卡拉膠添加為0.168 mg/kg。

2.6 富硒營(yíng)養(yǎng)黑麥片加工工藝優(yōu)化結(jié)果

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇強(qiáng)化硒的不同倍數(shù)（0.5、1、1.2 倍 3 個(gè)等級(jí)）、加水量、粉碎細(xì)度、干燥時(shí)間4 個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)L9（34），試驗(yàn)因數(shù)和水平安排設(shè)計(jì)如表4所示，以感官評(píng)分作為考察指標(biāo)，試驗(yàn)因素水平表見表8，正交試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表8 試驗(yàn)因素和水平安排Table 8 Experimental factors and level arrangement

表9 黑小麥全麥片品質(zhì)與工藝條件的正交試驗(yàn)表Table 9 Orthogonal experiment table on quality and processing conditions of triticale

續(xù)表9 黑小麥全麥片品質(zhì)與工藝條件的正交試驗(yàn)表Continue table 9 Orthogonal experiment table on quality and processing conditions of triticale

由正交試驗(yàn)結(jié)果與方差表以及正交試驗(yàn)結(jié)果可知，不同硒化卡拉膠的添加倍數(shù)＞面粉細(xì)度＞加水量＞干燥時(shí)間，硒化卡拉膠添加量為0.168 mg/kg 物料細(xì)度在140 目，加水量在25 %，物料的干燥時(shí)間在30 min時(shí)黑小麥片感官品質(zhì)最好，考慮到黑小麥加工中硒元素的損失以及加工后的適口性，為此可以確定富硒黑小麥全麥片最佳的加工工藝為水分添加量25%，面粉細(xì)度140 目，干燥時(shí)間30 min，硒化卡拉膠的添加量0.168 mg/kg，即 A2B2C3D2。

2.7 驗(yàn)證試驗(yàn)

取正交試驗(yàn)最佳組合，進(jìn)行3 次重復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果見表10。

表10 3 次平行試驗(yàn)結(jié)果Table 10 Results of three parallel experiments

由表10 可見，在最優(yōu)工藝組合條件下進(jìn)行富硒黑小麥麥片加工，以硒元素含量和感官綜合評(píng)分為測(cè)定指標(biāo)。并且結(jié)果與正交試驗(yàn)相吻合，因此，可以確定富硒黑小麥全麥片最佳的加工工藝為加水量25%，面粉細(xì)度140 目，干燥時(shí)間30 min，硒化卡拉膠的添加量0.168 mg/kg。綜合前期試驗(yàn)，雙螺桿擠壓膨化機(jī)五區(qū)溫度設(shè)定為即擠壓膛 2、3、4、5、6 區(qū)溫度分別為 60、100、100、50、40 ℃時(shí)富硒黑小麥全麥片的熟化度、品質(zhì)最好、黑小麥中的硒元素?fù)p失可以降低到最小。

2.8 富硒黑麥片品質(zhì)分析

試驗(yàn)對(duì)富硒黑小麥全麥片進(jìn)行成分品質(zhì)分析，分析結(jié)果由譜尼檢測(cè)中心提供，試驗(yàn)結(jié)果如表11。

通過(guò)品質(zhì)分析可以看出，黑小麥全麥片以及改進(jìn)型黑小麥全麥片（添加3%的果粉膳食纖維）的營(yíng)養(yǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通小麥。就營(yíng)養(yǎng)成分比較而言，兩種黑小麥片在蛋白、脂肪、總膳食纖維、可溶性膳食纖維、硒等品質(zhì)方面相差無(wú)幾，在維生素C 方面，改進(jìn)型黑小麥全麥片添加了3%的果粉膳食纖維，含量大大增加，增加量為124.5%，而且口感也有改善，說(shuō)明在保證黑小麥全麥品質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加天然的果粉膳食纖維，能夠提高黑小麥片的品質(zhì)。

表11 富硒黑麥片品質(zhì)分析Table 11 Quality analysis of selenium enriched triticale flour

3 結(jié)論

本研究利用黑小麥為原料，采用擠壓膨化技術(shù)進(jìn)行分階段分步驟控溫處理，有機(jī)硒的添加對(duì)黑小麥全麥片進(jìn)行工藝研究，使黑小麥全麥片硒元素的損失減小，硒的含量達(dá)到富集，富硒黑小麥全麥片最佳的加工工藝為，雙螺桿擠壓膨化機(jī)五區(qū)溫度為即擠壓膛2、3、4、5、6 區(qū)溫度分別為 60、100、100、50、40 ℃，加水量25%，面粉細(xì)度140 目，干燥時(shí)間30 min，硒化卡拉膠的添加量0.168 mg/kg。該條件下保證了黑小麥中營(yíng)養(yǎng)功能成份、風(fēng)味、特性不變，而且改善了黑小麥的口感。但相關(guān)加工工藝對(duì)硒元素的保護(hù)還有待進(jìn)一步的研究。