富硒營養黑麥片加工工藝研究

孟晶巖，栗紅瑜，張倩芳，李敏，李新明

（山西省農業科學院農產品加工研究所，特色農產品加工山西省重點實驗室，山西 太原 030031）

黑小麥是一種天然的富硒黑色營養谷物，硒是對人體健康很重要的元素，食物中缺少硒會引起肌肉萎縮、心血管和肝臟疾病等[1-3]，硒在體內不僅能解毒還可以阻止癌細胞生長，防癌抗癌，調理血脂，增強免疫力；調節人體對維生素的吸收；護肝補腎[4]。黑小麥中蛋白質的含量高達17%，而優質普通小麥蛋白質的含量僅在15%以下[5-6]。氨基酸的含量比推廣的優質普通小麥高出37.33%。目前，國內黑小麥的應用主要集中于全麥粉和精選黑小麥產品的開發[7-8]，而富硒黑小麥片作為一種新興的功能性方便食品[9]，是近年來頗受關注的黑小麥新產品，其市場潛力和利潤空間較大。

目前，不同種類的麥片研究較多，但針對黑小麥富硒的特點進行研究鮮有報道。本研究擬采用擠壓膨化技術[10]，克服黑小麥黏性差、成型難的問題，對富硒營養黑小麥麥片加工工藝進行研究[11]，旨為該技術的大規模工業化生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

黑小麥76 號：山西省農業科學院作物所提供；烏麥526 號：山西省農業科學院棉花研究所提供；硒化卡拉膠：青島鵬洋科技發展有限公司；純凈水：市售。

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

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

1）篩選優質黑小麥，去除黑小麥中的灰塵、雜質。

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

3）將烘干后的黑小麥放入粉碎機進行粉碎處理，粉碎后黑小麥粉的粒度要達到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 %，進行混合得到混合物料。

5）用雙螺桿擠壓對混合物料進行擠壓膨化，雙螺桿擠壓機分5 個區域溫度處理，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%，雙螺桿擠壓機的切割速率為700 r/min。

6）將熟化好的物料通過流化床進行干燥，干燥溫度為60 ℃、時間為30 min。

7）將干燥后的物料放入烤爐機烘焙，進行第二次熟化，烤爐機進、出口溫度都為100 ℃，烤爐機的傳送帶速率為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、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、低熱能的獨特營養特點和多種保健功能[12-13]。就山西省來講主要有黑小麥76 號、烏麥526 號，種植面積大，分布廣，品種之間品質差異也較大，因此把這兩個品種作為主要的加工品種，在黑小麥的主要營養成份含量、微量元素含量、蒸煮品質等方面進行對比篩選。

1.2.4 擠壓機微膨熟化區溫度優化設計

在黑小麥片的加工中，考慮到硒在高溫的狀態下，時間越久，損失越大的性質[14]，采用FMHE36-24 雙螺桿擠壓機進行分階段分步驟控溫處理，以全粉片產品的外觀形狀、色澤、氣味、彈韌性、粘牙、結構作為品質分析的標準。項目正交分析采用SPSS 分析軟件。

1.2.5 黑小麥粉中硒化卡拉膠強化量的設計試驗以及黑小麥全麥片硒元素的測定

硒化卡拉膠強化量的設計依據：按GB 14880-2012《食品營養強化劑使用標準》的規定，硒化卡拉膠作為谷類及其制品強化硒的原料時，以元素硒計強化量為 140 μg/kg～280 μg/kg。試驗中采用硒強化量以其下限的1.2 倍為依據，即硒的強化量為0.168 mg/kg（0.0168%），設計硒強化基本量0.168 mg/kg 的0.5 倍、1 倍和1.5 倍3 個水平并進行硒化卡拉膠（硒酸酯多糖）的理化指標的測定[15-16]。

1.2.6 富硒營養黑麥片加工工藝優化

在以上試驗的基礎上，選擇強化硒的不同倍數，加水量，粉碎細度，干燥時間4 個因素進行正交試驗L9（34）。以黑麥片的熟化度以及硒含量為考察指標，對富硒營養黑麥片加工工藝進行優化。

1.2.7 富硒麥片感官評分以及數據分析方法

以麥片的色澤、氣味、口感、外觀形態、耐煮性為指標對麥片感官進行評價，數據分析是以滿分100 分記，采用感官指標評分標準獨立對樣品進行打分，取平均值為該樣品得分，感官評定標準見表1。

表1 感官評分標準Table 1 Sensory score evaluation criteria

2 結果與分析

2.1 黑小麥加工品種的篩選結果

試驗對選用的黑小麥76 號、烏麥526 號同普通小麥（魯抗14）在主要營養成份含量、微量元素含量、蒸煮品質等方面進行了對比，結果見表2。

從表2 中可以看出，黑小麥76、烏麥526 的營養成分含量比普通小麥（魯抗14）優越，尤其是硒的含量分別是0.273 mg/kg 和0.200 mg/kg，遠遠高于普通小麥的0.09 mg/kg。而且具有良好的加工品質[17-18]。就黑小麥76、烏麥526 兩個黑小麥品種而言。烏麥526 的蛋白質和纖維素以及礦質元素含量均衡，尤其是谷物蛋白質較高，在預試驗中發現烏麥526 比黑小麥76 的黏度高，緊密型強，是更易于進行加工的黑麥品種[19-20]，因此，試驗選用烏麥526 為加工的原料。

表2 黑小麥76 與烏麥526 的主要營養成分與對照的比較結果Table 2 Comparison of main nutritional components between triticale 76 and 526

2.2 擠壓機微膨熟化區溫度優化設計結果

根據FMHE36-24 雙螺桿擠壓機的結構特性進行分階段分步驟控溫處理。在熟化段3、4 區的溫度設定為 100、120、140 ℃，進行比較試驗，在 5、6 區的溫度設定為60 ℃～30 ℃，進行黑麥片的熟化。正交試驗結果見表3～表 4。

表3 試驗因素和水平安排Table 3 Experimental factors and level arrangement

表4 黑小麥全麥片熟化溫度正交試驗結果Table 4 Orthogonal test for whole wheat cereal aging temperature

續表4 黑小麥全麥片熟化溫度正交試驗結果Continue table 4 Orthogonal test for whole wheat cereal aging temperature

由表4 可知，對黑小麥片熟化溫度進行分析：從k值可以得出擠壓膨化機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為：A＞B＞C＞D。即3 區溫度＞4區溫度＞5 區溫度＞6 區溫度。經感官綜合評定可知，黑小麥全麥片熟化溫度試驗最佳組合為A1B1C2D2或者A1B1C1D1。

正交試驗方差分析表見表5。

表5 正交試驗方差分析Table 5 Analysis of variance of orthogonal test

由表5 可知，3、4 區溫度對黑小麥全麥片的感官評分影響極顯著。5、6 區的溫度對感官影響不大，差異不顯著，主要原因是感官評定受多方因素的影響，如時間、地點、溫度、以及品鑒人的專業水準差別，致使感官評分和正交試驗出現偏差，從生產實際以及硒元素損失情況考慮，確定擠壓膨化最佳溫度組合為A1B1C2D2，即擠壓膛 3、4、5、6 區溫度分別為 100、100、50、40 ℃。2 區溫度是機器固定的區域溫度，為60 ℃。

2.3 驗證試驗

取正交試驗最優組合，進行3 次重復試驗，結果見表6。

由表6 可知，在最優組合條件下進行黑小麥片的加工，以黑小麥的感官綜合評分作為測定指標，結果穩定，且數值高于1 號試驗組。因此，擠壓膨化機的溫度最終優化方案為：擠壓膛3、4、5、6 區溫度分別為100、100、50、40 ℃。

表6 3 次平行試驗結果Table 6 Results of three parallel experiments

2.4 黑小麥粉中硒化卡拉膠強化量的設計試驗以及黑小麥全麥片硒元素的測定結果

試驗中采用添加有機硒的方法，對黑小麥片加工中進行硒元素的補充，試驗數據由北京營養源研究所提供（見表7）。

表7 不同倍數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

從測樣結果來看，3 種處理都使谷物的硒含量得到有效的補充，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 要大于國家的硒添加量，根據實際情況選用添加硒化卡拉膠0.168 mg/kg。

2.5 富硒營養黑麥片加工工藝單因素試驗結果與分析

2.5.1 物料細度對感官品質的影響

在試驗中物料以4 個不同的細度加入，對產品的感官綜合評定，細度對感官品質的影響見圖1。

圖1 細度對感官品質的影響Fig.1 Effect of fineness on sensory quality

從圖1 可以看出細度從100 目到140 目，產品的感官評分呈上升趨勢，到160 目時趨于下降，分析是因為隨著物料細度的提高，口感細膩，但黏度也隨之增大，導致產品外觀孔隙增大[21-22]，不光滑，影響感官效果。綜合考慮選擇物料細度為140 目。

2.5.2 加水量對感官品質的影響

加水量對感官品質的影響見圖2。

圖2 加水量對感官品質的影響Fig.2 Effect of Water Addition on Sensory Quality

由圖2 可知，隨著加水量的增加，產品的感官品質逐步提高，加水量為25%時，產品的感官品質達到最大值，加水量升高，物料容易成團，產品成型差，加水量少，物料松散，膨化效果差[23]。根據產品的膨化效果和感官選擇加水量為25%。

2.5.3 干燥時間對感官品質的影響

干燥時間對感官品質的影響見圖3。

圖3 干燥時間對感官品質的影響Fig.3 Effects of drying time on sensory quality

由圖3 可知，產品感官品質隨干燥時間的延長而降低，在20 min～30 min 時趨于快速上升階段，在30 min達到最大，可見產品在30 min 時已基本完成干燥，隨著時間延續至35 min，產品的品質下降，這是因為干燥時間的延長比較導致產品有效營養成分的減少[24-25]，使硒元素流失，為節約能源選擇干燥時間30 min。

2.5.4 硒化卡拉膠添加量對感官品質的影響

硒化卡拉膠添加量對感官品質的影響見圖4。

圖4 硒化卡拉膠添加量對感官品質的影響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，在0.5 倍～1 倍時感官品質處于上升，產品中硒含量提到提升，隨著硒含量加大，產品品質下降，這是因為在添加1.5 倍時，產品中硒含量的大于國家標準，并且產品的適口性下降，考慮食品安全，硒化卡拉膠添加為0.168 mg/kg。

2.6 富硒營養黑麥片加工工藝優化結果

在單因素試驗的基礎上，選擇強化硒的不同倍數（0.5、1、1.2 倍 3 個等級）、加水量、粉碎細度、干燥時間4 個因素進行正交試驗L9（34），試驗因數和水平安排設計如表4所示，以感官評分作為考察指標，試驗因素水平表見表8，正交試驗結果見表9。

表8 試驗因素和水平安排Table 8 Experimental factors and level arrangement

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

續表9 黑小麥全麥片品質與工藝條件的正交試驗表Continue table 9 Orthogonal experiment table on quality and processing conditions of triticale

由正交試驗結果與方差表以及正交試驗結果可知，不同硒化卡拉膠的添加倍數＞面粉細度＞加水量＞干燥時間，硒化卡拉膠添加量為0.168 mg/kg 物料細度在140 目，加水量在25 %，物料的干燥時間在30 min時黑小麥片感官品質最好，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%，面粉細度140 目，干燥時間30 min，硒化卡拉膠的添加量0.168 mg/kg，即 A2B2C3D2。

2.7 驗證試驗

取正交試驗最佳組合，進行3 次重復試驗，結果見表10。

表10 3 次平行試驗結果Table 10 Results of three parallel experiments

由表10 可見，在最優工藝組合條件下進行富硒黑小麥麥片加工，以硒元素含量和感官綜合評分為測定指標。并且結果與正交試驗相吻合，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%，面粉細度140 目，干燥時間30 min，硒化卡拉膠的添加量0.168 mg/kg。綜合前期試驗，雙螺桿擠壓膨化機五區溫度設定為即擠壓膛 2、3、4、5、6 區溫度分別為 60、100、100、50、40 ℃時富硒黑小麥全麥片的熟化度、品質最好、黑小麥中的硒元素損失可以降低到最小。

2.8 富硒黑麥片品質分析

試驗對富硒黑小麥全麥片進行成分品質分析，分析結果由譜尼檢測中心提供，試驗結果如表11。

通過品質分析可以看出，黑小麥全麥片以及改進型黑小麥全麥片（添加3%的果粉膳食纖維）的營養遠遠高于普通小麥。就營養成分比較而言，兩種黑小麥片在蛋白、脂肪、總膳食纖維、可溶性膳食纖維、硒等品質方面相差無幾，在維生素C 方面，改進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，說明在保證黑小麥全麥品質的基礎上，通過添加天然的果粉膳食纖維，能夠提高黑小麥片的品質。

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

3 結論

本研究利用黑小麥為原料，采用擠壓膨化技術進行分階段分步驟控溫處理，有機硒的添加對黑小麥全麥片進行工藝研究，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，雙螺桿擠壓膨化機五區溫度為即擠壓膛2、3、4、5、6 區溫度分別為 60、100、100、50、40 ℃，加水量25%，面粉細度140 目，干燥時間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養功能成份、風味、特性不變，而且改善了黑小麥的口感。但相關加工工藝對硒元素的保護還有待進一步的研究。