凍干燕麥粥加工工藝優(yōu)化及品質(zhì)分析

趙慧，馬牧然，劉菲菲，余治權(quán)

內(nèi)蒙古燕谷坊全谷物產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司（呼和浩特 011700）

燕麥作為世界第六大糧食作物，1997年被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批認(rèn)定為“健康食品”，被世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）評(píng)選為“十大健康食物”之一。燕麥蛋白質(zhì)含量15.6%，是大米、小麥粉的1.6~2.3倍，在禾谷類糧食中居首位，燕麥富含人體必需氨基酸的賴氨酸和色氨酸，其含量明顯高于小麥、稻米[1]。燕麥膳食纖維含量17%~21%，其中β-葡聚糖約占總膳食纖維的1/3，是重要的可溶性膳食纖維來(lái)源[2]。燕麥脂肪含量5%~9%，是大米、白面的4~5倍，其中80%為不飽和脂肪酸[3]，作為人體最重要的必需脂肪酸——亞油酸，占脂肪含量的38.1%~52.0%。燕麥還富含具有抗氧化作用的多酚類物質(zhì)、植酸、甾醇（酯）、燕麥蒽酰胺、VE等，可降低膽固醇在心血管中的積累[4]。

隨著人們物質(zhì)水平逐年提高及生活節(jié)奏的加快，廣大消費(fèi)者愈來(lái)愈青睞于方便、快捷又營(yíng)養(yǎng)的食品。近年來(lái)，真空冷凍干燥技術(shù)在即食食品加工中的應(yīng)用越來(lái)越多，通過(guò)即食產(chǎn)品產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)，讓其迅速?gòu)?fù)水[5]。干燥過(guò)程可以最大程度降低產(chǎn)品的含水量，并使其營(yíng)養(yǎng)成分得到最高程度的保留。陳樹(shù)俊等[6]研究得出即食小米粥開(kāi)發(fā)最佳工藝條件，即浸泡時(shí)間40 min，料液比1∶20 g/mL，熬煮時(shí)間30 min，此時(shí)得到的復(fù)水率為14.74，模糊感官評(píng)分為90.5分；真空冷凍干燥最佳加工條件為物料填充高度3 cm，升華溫度40 ℃，解析溫度65 ℃，此時(shí)干燥速率為3.92%。焦興麗[7]研究得出凍干水餃的最佳工藝條件：預(yù)凍溫度-45℃，升華干燥階段進(jìn)行20 h后轉(zhuǎn)入解吸干燥階段，并持續(xù)6 h，此時(shí)凍干水餃復(fù)水比為1.92。

通過(guò)真空冷凍干燥技術(shù)進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)粥的開(kāi)發(fā)主要以大米、小米為原料，以真空冷凍干燥技術(shù)制備即食燕麥粥的研究還未見(jiàn)報(bào)道。因此，考察預(yù)凍溫度、預(yù)凍時(shí)間、凍干起始溫度、沖調(diào)比等影響凍干燕麥粥產(chǎn)品品質(zhì)的主要因素，以干燥速率和復(fù)水比為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化凍干燕麥粥加工工藝，旨在研發(fā)出具有較好的干燥速率和復(fù)水比，以及較高的感官評(píng)價(jià)的產(chǎn)品，為凍干燕麥粥產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

燕麥米（內(nèi)蒙古燕谷坊全谷物產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司）。

JSC-11001W電子秤（上海畢勝實(shí)業(yè)有限公司）；DF-2D數(shù)顯恒溫磁力攪拌油浴鍋（金壇市精達(dá)儀器制造有限公司）；全智能電飯煲（浙江蘇泊爾股份有限公司）；LG2.0凍干試驗(yàn)機(jī)-帶冷凍室（浙江同景凍干科技有限公司）；TGL20MW臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)（湖南赫西儀器裝備有限公司）；TMS-PILOT質(zhì)構(gòu)儀（美國(guó)FTC公司）；數(shù)字萬(wàn)用表（福祿克測(cè)試儀器（上海有限公司）。

1.2 凍干燕麥粥的制備

1.2.1 工藝流程

熬煮→預(yù)凍→凍干

1.2.2 操作要點(diǎn)

熬煮：用清水將燕麥米清洗干凈，料液比1︰4 g/mL，倒入電飯煲熬煮30 min，燜20 min。

預(yù)凍：將煮好的燕麥粥裝入模具，放入預(yù)凍倉(cāng)進(jìn)行預(yù)凍。

凍干：設(shè)定的凍干曲線和真空度如表1所示，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)位置的加熱板，凍干開(kāi)始。凍干結(jié)束后，關(guān)閉真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和制冷機(jī)，開(kāi)啟破空閥門(mén)，待真空倉(cāng)內(nèi)外壓強(qiáng)一致時(shí)打開(kāi)真空倉(cāng)，取出物料。

表1 凍干曲線

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 單因素試驗(yàn)

分別考察不同預(yù)凍溫度（-38，-36，-34，-32，-30和-28 ℃）對(duì)凍干燕麥粥干燥速率和復(fù)水比的影響；預(yù)凍溫度-32 ℃時(shí)，分別考察不同預(yù)凍時(shí)間（2.0，2.5，3.0，3.5和4.0 h）對(duì)產(chǎn)品的干燥速率和復(fù)水比的影響；預(yù)凍溫度-32 ℃，預(yù)凍3.5 h時(shí)，分別考察不同干燥起始溫度（120，115，110，105和100 ℃）對(duì)凍干燕麥粥干燥速率和復(fù)水比的影響；分別考察不同沖調(diào)比（1︰5，1︰6和1︰7）對(duì)復(fù)水后的凍干燕麥粥硬度、黏度、黏著性和彈性等質(zhì)構(gòu)特性的影響。

1.3.2 正交試驗(yàn)

以預(yù)凍溫度（A）、預(yù)凍時(shí)間（B）、干燥起始溫度（C）及沖調(diào)比（D）為試驗(yàn)因素，以感官評(píng)分為指標(biāo)，用L9(34)正交表進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素水平編碼見(jiàn)表2，各試驗(yàn)測(cè)定3次。

表2 正交試驗(yàn)因素水平編碼

1.4 檢測(cè)方法

1.4.1 采用電阻法測(cè)定燕麥粥的共晶點(diǎn)

將數(shù)字萬(wàn)用表的兩端插入熬煮后的燕麥粥中，并將溫控探頭一端插入燕麥粥中，另一端連接預(yù)凍庫(kù)。開(kāi)啟預(yù)凍庫(kù)制冷，觀察萬(wàn)用表電阻變化，電阻突變點(diǎn)的溫度為物料的共晶點(diǎn)。

1.4.2 凍干燕麥粥的感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

凍干燕麥粥的感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)詳如表3所示。凍干燕麥粥的感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)參照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/NYGF 0004S—2022《凍干燕麥粥》。由20名專業(yè)成員組成評(píng)定小組，根據(jù)表3標(biāo)準(zhǔn)對(duì)復(fù)水后凍干燕麥粥的色澤、氣味、口感和狀態(tài)進(jìn)行品評(píng)打分。評(píng)分的最終結(jié)果取評(píng)定小組人員評(píng)分的平均得分[8]。

表3 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

1.4.3 凍干燕麥粥的復(fù)水比

復(fù)水性是即食粥品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，反映方便粥的速食性能[10]。稱取10 g凍干燕麥粥樣品放入300 mL、100 ℃沸水中，復(fù)水5 min后再次稱重，計(jì)算復(fù)水比。復(fù)水比按式（1）計(jì)算。

式中：M1為復(fù)水前樣品質(zhì)量，g；M2為復(fù)水后樣品質(zhì)量，g。

1.4.4 干燥速率

干燥速率（%/h）按式（2）計(jì)算。

式中：M1為凍干燕麥粥干燥前質(zhì)量，g；M2為凍干燕麥粥干燥后質(zhì)量，g；t為總干燥時(shí)間，h。

1.4.5 質(zhì)構(gòu)測(cè)試

采用的質(zhì)構(gòu)分析儀探頭為HDP/PFS-5型號(hào)，每組樣品測(cè)試3次，參數(shù)設(shè)定：測(cè)試速度50 mm/min，返回速度50 mm/min，觸發(fā)點(diǎn)負(fù)載5 g。通過(guò)儀器導(dǎo)出的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

每組試驗(yàn)均設(shè)置3次重復(fù)，所得結(jié)果運(yùn)用SPSS 20.0做顯著性差異分析，運(yùn)用Microsoft Excel 2016和Origin 8.5進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)凍溫度對(duì)凍干燕麥粥干燥速率、復(fù)水比的影響

在凍結(jié)過(guò)程中，若隨著溫度的降低，電阻突然增大，此時(shí)的溫度被視為物料的共晶點(diǎn)[9]。用電阻法測(cè)定燕麥粥在降溫過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制物料在降溫過(guò)程中其電阻的變化曲線（圖1）。隨著溫度的降低，電阻的阻值將逐步增大，從10 ℃逐步降低到-10℃過(guò)程中，電阻的變化不是很明顯，但在-10 ℃開(kāi)始，特別是在-25 ℃時(shí)，所測(cè)阻值快速增大，隨后趨于平衡，說(shuō)明該點(diǎn)為凍干燕麥粥的共結(jié)晶點(diǎn)。因此，確定燕麥粥的共晶點(diǎn)為-25 ℃。

圖1 燕麥粥的電阻隨溫度變化的關(guān)系圖

若預(yù)凍沒(méi)有凍好，產(chǎn)品可能出現(xiàn)“沸騰”現(xiàn)象并引起凍干后制品鼓泡、收縮、軟化、塌陷，導(dǎo)致產(chǎn)品表面凹凸不平，影響外觀，造成凍干的失敗[10]。另外，未凍結(jié)水中含有的溶質(zhì)會(huì)在干燥過(guò)程中隨內(nèi)容水分向產(chǎn)品表面擴(kuò)散，引起凍干產(chǎn)品表面硬化的現(xiàn)象[9-10]。在其他條件不變的情況下，結(jié)合設(shè)備性能以及燕麥粥的共晶點(diǎn)，考察預(yù)凍溫度-35，-36，-34，-32，-30和-28 ℃對(duì)凍干燕麥粥干燥速率和復(fù)水比的影響（圖2）。

圖2 預(yù)凍溫度對(duì)凍干燕麥粥復(fù)水比和干燥速率的影響

預(yù)凍溫度過(guò)高，物料未完全凍結(jié)，而預(yù)凍溫度過(guò)低，會(huì)大幅增加制冷和負(fù)荷，增加耗能[11]。同時(shí)，溫度越低，凍結(jié)冰越多，在相同的干燥時(shí)間內(nèi)燕麥粥內(nèi)自由水脫除不完全，最終不能形成疏松多孔的海綿狀，導(dǎo)致復(fù)水效果不理想[12]。由圖2可以看出，隨著預(yù)凍溫度的升高，凍干燕麥粥的干燥速率和復(fù)水率均呈先上升后下降趨勢(shì)，在-32 ℃處二者達(dá)到最高點(diǎn)。因此選擇-32 ℃為最佳預(yù)凍溫度。

2.2 預(yù)凍時(shí)間對(duì)凍干燕麥粥干燥速率、復(fù)水比的影響

預(yù)凍時(shí)間不足時(shí)，會(huì)使其物料沒(méi)有凍透，因此在干燥過(guò)程中，隨著加熱溫度的逐漸增加，物料會(huì)發(fā)生局部融化和塌陷，影響凍干產(chǎn)品的復(fù)水效果[13]。而預(yù)凍時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使耗能增大。由圖3可以看出，隨預(yù)凍時(shí)間延長(zhǎng)，干燥速率先升高后降低，而凍干燕麥粥的復(fù)水比則先升高后基本不變。預(yù)凍時(shí)間3.5 h時(shí)，干燥速率最高，復(fù)水比也基本達(dá)到最高點(diǎn)，后續(xù)呈平穩(wěn)狀態(tài)。因此選擇3.5 h為最佳預(yù)凍時(shí)間。

圖3 預(yù)凍時(shí)間對(duì)復(fù)水比和干燥速率的影響

2.3 干燥起始溫度對(duì)凍干燕麥粥干燥速率、復(fù)水比的影響

冷凍干燥時(shí)，為能縮短干燥時(shí)間，必須有效地供給冰晶升華所需熱量。干燥溫度必須是控制在以不引起被干燥物料中冰晶融解、已干燥部分不會(huì)因過(guò)熱而引起熱變性的范圍內(nèi)[14]。由圖4可以看出，隨著溫度的升高，復(fù)水比逐漸下降。干燥溫度120 ℃時(shí)，凍干燕麥粥的復(fù)水比最大。因?yàn)闇囟容^低時(shí)，擱板傳遞給凍結(jié)層的熱量少，傳質(zhì)推動(dòng)力小，燕麥中的水分干燥不徹底，有部分停留在水分逸出孔道中，導(dǎo)致復(fù)水不佳[15]；干燥溫度越高，傳遞給凍結(jié)層的熱量越多，傳質(zhì)推動(dòng)力越大，水分逸出速率越高，干燥速率越高。

圖4 干燥起始溫度對(duì)復(fù)水比和干燥速率的影響

2.4 沖調(diào)比對(duì)凍干燕麥粥干燥速率、復(fù)水比的影響

表4質(zhì)構(gòu)結(jié)果分析表明，按照最佳沖調(diào)比1︰6進(jìn)行沖調(diào)，所得燕麥粥的硬度-0.304、黏度-0.207、黏著性-0.157，彈性0.754，與新鮮燕麥粥無(wú)顯著差異，說(shuō)明凍干燕麥粥的品質(zhì)接近新鮮燕麥粥，該凍干燕麥粥的制備工藝可行。

表4 凍干燕麥粥沖調(diào)后質(zhì)構(gòu)測(cè)試分析

2.5 凍干燕麥粥加工工藝正交優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表5結(jié)果表明，預(yù)凍溫度（A）、預(yù)凍時(shí)間（B）、干燥起始時(shí)間（C）及沖調(diào)比（D）對(duì)產(chǎn)品感官性狀的影響的主次因素為A＞C＞B＞D。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果k值的大小判斷理論最優(yōu)水平為A2B3C3D3，而根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果，最優(yōu)水平為A2B2C3D1。因此通過(guò)驗(yàn)證正交試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明在感官評(píng)分中A2B2C3D1的得分均為最高，為94.021±0.434，而理論最優(yōu)水平A2B3C3D3的得分為92.342±0.415，因此選擇最佳工藝組合A2B2C3D1，即預(yù)凍溫度-32 ℃，預(yù)凍時(shí)間3.5 h，干燥溫度120 ℃，沖調(diào)比1︰5。此時(shí)燕麥凍干粥的干燥速率為3.55%，復(fù)水比為1.9。

表5 正交試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)燕麥粥進(jìn)行預(yù)凍溫度、預(yù)凍時(shí)間、凍干起始溫度和沖調(diào)比研究，獲得單因素下的最佳條件。根據(jù)最佳條件進(jìn)行正交試驗(yàn)，優(yōu)化凍干燕麥粥的加工工藝。經(jīng)過(guò)正交試驗(yàn)得到凍干燕麥粥加工最佳工藝條件：預(yù)凍溫度-32 ℃，預(yù)凍時(shí)間3.5 h，干燥溫度120℃，沖調(diào)比1︰5。在該條件下凍干燕麥粥的感官評(píng)分最高，為94.485分，干燥速率和復(fù)水比分別為3.55%和1.9，且產(chǎn)品品質(zhì)符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/NYGF 0004S—2022《凍干燕麥粥》的要求。試驗(yàn)結(jié)果為凍干燕麥粥的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)，有力支撐燕麥加工產(chǎn)品多樣化發(fā)展[16]。