低脂青稞膨化米卷加工工藝及其品質

祝東品，呂慶云*，周夢舟，黨允卓，蔡喬宇

1. 武漢輕工大學食品科學與工程學院（武漢 430023）；2. 湖北工業大學生物工程與食品學院（武漢 432200）

青稞營養結構比較合理，其蛋白質含量高、可溶性纖維元素比普通谷物高，維生素B含量豐富，且青稞在飲食上具有低脂肪、低糖的性質[1-2]。青稞含有較高的β-葡聚糖，有效預防“三高”疾病。果膠脂肪替代物主要是通過凝膠狀的基質穩定相當數量的水，產生同脂肪類似的潤滑性和流動性，增加食品黏稠度，提供一種奶油狀、滑爽的口感[3-4]。將果膠脂肪替代物應用到青稞擠壓膨化米卷注芯材料中，降低膨化米卷脂肪用量，以達到低脂肪的健康要求，同時保持米卷良好口感，至今相關的研究幾乎為空白。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗材料

青稞全麥粉，青藏高原珍品有限公司；米粉，益海嘉里金龍魚大米公司；柚子皮果膠，河南三門峽富元果膠工業有限公司；食品膨松劑碳酸鈣，河南祥瑞食品添加劑有限公司。

1.1.2 儀器與設備

智能化雙螺桿擠壓膨化設備MT65-Ⅱ膨化機，山東美騰機械設備有限公司；便攜式色差儀CR-10，蘇州圣光儀器有限公司；S-3000N掃描電子顯微鏡，日本日立公司；TA-XT21物性測試儀，英國SMS公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 低脂青稞米卷的加工工藝流程

試驗采用雙螺旋擠壓膨化機將青稞原料復配其他谷物雜糧粉加工成青稞膨化類休閑食品。工藝流程：原料稱量→物料混勻→擠壓膨化→加熱注芯→塑型切條→烘烤干燥→噴涂調味→成品檢測。

1.2.2 低脂青稞米卷加工工藝單因素試驗

以米卷膨化度、感官評價作為青稞米卷食用品質評價指標，根據預試驗，固定青稞粉添加比例6%、果膠脂肪替代物添加量比例8%、水添加量5%、膨松劑比例0.7%，膨化溫區溫度為70，130和150 ℃，分別對每個因素進行單因素試驗，設計水平見表1和表2。

表1 青稞粉添加比例、果膠脂肪替代物比例、水添加量、膨松劑比例單因素設計水平

表2 膨化溫度、喂料轉速、螺桿轉速單因素設計水平

1.2.3 青稞膨化米卷加工工藝參數正交試驗

根據單因素試驗的結果，在分析參考資料的基礎上，以青稞膨化米卷的膨化度和質構酥脆性為正交評價指標，選擇影響膨化效果較大的4個因素，不考慮交互作用，選用L9(34)來安排試驗，試驗因素設計見表3。

表3 低脂青稞米卷正交試驗因素水平表

1.3 青稞膨化米卷品質研究

1.3.1 膨化米卷膨化度的測定

米卷膨化度=膨化后米卷直徑/模具套孔直徑，數值可用直徑比來表示。

1.3.2 膨化米卷水分含量的測定

水分含量按照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》方法進行測定。

1.3.3 膨化米卷脂肪含量的測定

脂肪含量參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》方法進行測定。

1.3.4 膨化米卷筒體密度的測定

稱取一定質量的米卷樣品，烘干至恒質量，測定米卷外直徑R（m）、內直徑r（m）、米卷長度L（m），計算出米卷體積V（mL），質量M（g），米卷密度按式（1）計算。

1.3.5 青稞膨化米卷水溶性（WSI）測定

參照文獻[5]，水溶性指數按式（2）計算。

1.3.6 膨化米卷的色澤測定

采用便攜式色差儀CR-10對3種青稞粉比例的青稞米卷進行色澤測定，按照Hunter白度計算公式，計算白度WI值，并求白度平均值[6]。

1.3.7 膨化米卷內部結構掃描電鏡觀察

將不同膨化溫度下青稞米卷樣品用切刀切成薄片，放大倍數分別為×30和×100，用掃描電鏡觀察米卷橫切面的結構。

1.3.8 膨化米卷質構的測定

選擇粗細均勻的米卷樣品，選用P/5探頭，參數設置：測前2 mm/s，測中1 mm/s，測后2 mm/s，壓縮比80%，每種樣品測3次，求平均值。

1.3.9 膨化米卷感官評定細則

評分細則參照GB 17404—2016《食品安全國家標準膨化食品生產衛生規范》進行制定[7]。制定表格總分40分：膨化米卷膨化度5分、氣味5分、表觀狀態15分、口感15分。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 青稞粉添加比例對米卷產品品質影響

由圖1可知，青稞面粉含有糊粉層，顏色偏灰白，混入大米粉、玉米粉，加工成青稞米卷，對青稞米卷膨化度有一定的影響。當青稞粉比例為2%時，青稞米卷顏色偏白，膨化度較大。逐漸增加青稞粉比例，由于青稞粉的膨化特性比米粉和玉米粉差，米卷膨化度降低。當米卷青稞粉添加比例為4%～8%時，青稞米卷膨化度適中，粗細均勻。當青稞粉添加比例較低時，青稞米卷混料成分含有大量玉米粉，加工制成的米卷色澤黃白、孔洞較大，有點粘牙。當青稞粉比例為6%時，米卷具有青稞大麥香氣，色澤適中，孔洞均勻，不粘牙；當青稞比例增大時，青稞米卷大麥香氣濃郁，色澤偏灰，白度下降，膨化的孔洞較小，米卷結構致密。當米卷青稞粉添加比例為6%，青稞米卷呈金黃色，具有良好口感。

2.1.2 果膠脂肪替代物對米卷產品影響

將一定量果膠脂肪替代物加入到稀奶油、花生醬等注芯材料中，加熱溶解。果膠脂肪替代品作為液體注芯材料，可以減少油脂、奶油、巧克力的使用量，有效降低脂肪攝入量，對米卷產品的硬度、酥脆性、咀嚼度有很大的影響[8]。由圖2可知，混合物料噴出模頭時，果膠脂肪替代物進入米卷內心，與米卷胚體融合，直接影響米卷膨化度大小，當果膠脂肪替代物比例為6%～8%時，米卷膨化效果較好；當果膠脂肪替代物含量增大時，米卷口感下降。

圖1 青稞粉添加比例對青稞米卷膨化度影響

圖2 果膠脂肪替代物對膨化度影響

2.1.3 水添加量對產品影響

由圖3可知，水在混料時加入，水和物料充分混合均勻。水添加量對米卷膨化品質至關重要，膨化時水分在高溫高壓下迅速氣化，水分子由內到外遷移，留下的路徑形成孔洞。當水添加量較低時，米卷膨化度較大，疏松易碎。當水添加量為4%～6%時，米卷膨化度適中。當水添加量增多時，米卷膨化度降低。水添加量對青稞膨化米卷硬度、酥脆性有影響，當水添加量低時，米卷膨化度大，孔洞較大、疏松易碎，不易包裝。當水添加量為5%時，米卷酥脆性良好，孔洞均勻，米卷不粘牙。當水添加量增大時，此時物料擠壓成型較軟，黏度大，物料擠壓糊狀凝固變稠，產品膨化度降低，產品含水量影響青稞膨化米卷的粘牙性，水分含量高，產品很粘牙。

2.1.4 膨松劑添加比例對產品影響

由圖4可知，膨松劑為食品級碳酸鈣，將碳酸鈣固體粉末混入青稞粉、米粉、玉米粉中，保持其他因素不變，添加比例為0.5%～0.9%。碳酸鈣在膨化休閑食品中沒有添加限量，根據膨化效果適當添加，可以有效補充鈣營養元素。當膨松劑比例增加時，米卷膨化度顯著增大，當比例為0.8%時，米卷膨化度趨于穩定。在外觀和口感上，膨松劑使用對產品容重有較大影響，當膨松劑增加時，容重偏輕，膨松劑受熱分解，產生氣體，使米卷樣品形成海綿狀多孔組織，米卷口感松軟、體積膨大，表面光滑均勻，質地細膩。當膨松劑添加比例為0.7%時，米卷色澤適中，孔洞均勻，不粘牙。

圖3 水添加量對青稞膨化米卷膨化度的影響

圖4 膨松劑比例對青稞膨化米卷膨化度的影響

2.1.5 膨化溫度對青稞米卷產品影響

由圖5可知，擠壓膨化機溫度參數設置共有3個溫度區間：一區為預熱區，二區為糊化區，三區為膨化區。預熱區溫度固定為70 ℃，將后兩區溫度作為膨化溫度參數變量，該溫度區間對青稞膨化米卷影響較大，當溫度過低時，呈擠壓糊狀，糊化區溫度上升到120 ℃，前期膨化度較低，模頭出來的米卷較細，初級產品比較粘牙。隨著溫度上升，腔內噴出高壓蒸汽，產品膨化度增大，色澤呈淺黃色和黃色，孔洞均勻。當膨化區溫度為140 ℃左右時，膨化度變大，模口出來棒狀產品粗大，顏色呈金黃色[9]；膨化效果較好的溫度參數為一區70 ℃，二區130 ℃，三區150℃，其中關鍵膨化區溫度為150 ℃，此時米卷容重適宜，色澤適中，孔洞均勻，產品不粘牙。若膨化溫度過高，米卷會變得焦糊，顏色變黑[10]。

2.1.6 喂料機轉速對青稞米卷產品影響

由圖6可知，當喂料機速度較低時，物料在機筒內受到的壓力較小，擠壓作用較弱，膨化度較低。隨著喂料速度的增加，膨化度逐漸增大，當喂料機轉動速度為12 Hz時，青稞米卷膨化度達到最大。當喂料速度大于12 Hz時，青稞米卷產品的膨化度隨著喂料速度的增加而減小。這是由于喂料機轉動速度過大，物料由于受熱不均，受熱時間較短，部分青稞粉在機筒內無法及時膨化，使得產品的膨化度降低，同時容易發生堆積堵塞現象[11]。喂料速度增大時，螺桿轉速一定時，原料在擠壓機內受熱時間變短，米卷外觀偏輕，色澤較淺，孔洞較小，有些粘牙。由于喂料速率太低時，擠壓溫度和壓力較低，不能產生較好的膨化，隨著喂料速率的增加，溫度和壓力也在增加，當喂料機轉動速率為12 Hz時，膨化最佳，米卷容重適中，色澤正常，孔洞均勻，不粘牙；當喂料機轉速大于12 Hz時，溫度過熱，不能及時膨化，使得少量物料焦化，膨化度降低，容重偏大，色澤較淺，孔洞較小。

圖5 膨化溫度對青稞膨化米卷膨化度的影響

圖6 喂料機轉速對青稞膨化米卷膨化度的影響

2.1.7 螺桿轉速對青稞米卷品質影響

由圖7可知，隨著螺桿轉速的增加，擠壓機內剪切力增加，大分子結構被打開，使更多淀粉鏈被打斷而降解，同時螺桿的攪拌讓水分在物料中分散更均勻，擠出物的結構和氣孔也較為均一[12]。青稞膨化米卷膨化度增加，當螺旋桿轉速為30 Hz時，米卷膨化度較大，當螺桿轉速越高時，物料在機筒內作用時間越短，從而不利于降解，且受力不均，導致產品出現硬塊、膨化不均等現象，膨化度降低。螺旋桿轉速對產品膨化受熱時間和水分汽化有影響，螺旋桿轉速增大，物料在機器腔體內停留時間越短，受熱時間越短，膨化度較低，米卷容重偏大，色澤較淺，孔洞較小，有些粘牙，若降低雙螺旋桿轉速，物料受熱時間長，水分汽化充分，膨化度增大；而轉速過快，物料被迅速擠出，膨化不充分，單位時間膨化物料減少，導致容重偏小。

圖7 螺桿轉速對青稞米卷膨化度影響

2.2 正交試驗結果

由表4可知，以青稞米卷膨化度為評價指標，膨化度越大越好，對于膨化度，影響因素主次為：膨化溫度（A）＞物料水添加量（C）＞膨松劑添加量（D）＞果膠脂肪替代物（B）。溫度和水添加量對青稞米卷膨化度影響十分重要，適當的溫度和水添加量可以顯著提高米卷膨化度。此時的較優方案為A2C3D2B2，即擠壓膨化溫度為70，130和150 ℃，水添加量為6%，膨松劑添加比例為0.7%，果膠脂肪替代物添加比例為8%。以酥脆性為評價指標時，酥脆性越大越好，影響青稞米卷酥脆性因素主次為：膨化溫度（A）＞膨松劑比例（D）＞物料水添加量（C）＞果膠脂肪替代物添加量（B）。膨化溫度和膨松劑比例對米卷酥脆性影響較大，膨松劑添加可以有效增加米卷酥脆性。此時的較優方案為A2D2C3B3，即膨化溫度為70，130和150 ℃，膨松劑比例為0.7%，物料水添加量為6%，果膠脂肪替代物比例為10%。

綜合所述，2種較優方案區別在于因素影響順序不同，2種方案在果膠脂肪替代物上稍有區別，具體根據實際情況做了2組試驗對比來確定計算最優方案，確定了果膠脂肪替代物添加量為10%，即計算較優方案為A2C3D2B3，與正交表上試驗最大組A2B3C1D2不一致，將計算優方案和正交表最優組別進行試驗驗證，最終綜合考慮米卷膨化度、酥脆性、感官口感評價，得到最優方案A2C3D2B3，即膨化溫度為70，130和150 ℃，膨松劑比例為0.7%，物料水添加量為6%，果膠脂肪替代物比例為10%，此時青稞膨化米卷品質最佳。

2.3 米卷酥脆性與膨化度相關性分析

對青稞膨化米卷酥脆性與膨化度做相關性分析，得出酥脆性與米卷膨化度呈正相關，見圖8。回歸方程為y=2 902x+8 647.3，相關系數R=0.91，兩者密切相關，顯著性p=0.002 8＜0.01，相關性顯著。

表4 低脂青稞米卷正交試驗結果

圖8 青稞米卷酥脆性與膨化度分析

2.4 膨化米卷品質研究結果

2.4.1 低脂青稞膨化米卷理化指標測定結果

由表5可知，對比市售糙米卷，除了含有米粉、玉米粉，添加了一定量青稞粉，低脂青稞膨化米卷膨化度稍大，孔洞較大，更加酥脆，密度稍小，由于青稞粉可溶性膳食纖維含量較高，青稞粉吸水較強，吸水性和水溶性較大。青稞膨化米卷水分含量稍低，更加耐儲藏。將柚子皮果膠添加到青稞米卷中，能夠有效改善米卷口感，由于采用了一定量果膠脂肪替代物，減少了油脂的食用量，降低了脂肪用量，保證米卷低脂健康，同時口感酥脆，色澤誘人，具有青稞大麥香味。

2.4.2 膨化米卷的色澤測定結果

由表6可知，試驗分別對純米粉、純青稞粉、膨化前青稞混粉、膨化后米卷粉末進行色澤測定，為青稞米卷外觀色澤提供參考，使米卷在外觀顏色上具有良好色澤。純米粉白度值較大，顏色潔白，純青稞粉偏灰白，白度下降，加入米粉、玉米粉混合物料后，膨化前的青稞混粉灰色得到遮掩稀釋，白度稍稍增大，米卷膨化后色澤加深，米卷偏向金黃色，b*值較大，白度大大降低，要保證米卷產品有良好外觀，青稞粉比例不能太高，水分不能太低，膨化溫度不可過高。

表5 低脂青稞膨化米卷理化指標測定結果

表6 低脂青稞米卷色澤測定結果

2.4.3 膨化米卷內部結構掃描電鏡觀察

由圖9～圖14可以看出，分別對不同膨化溫度下的青稞米卷內部結構切片掃描電鏡觀察，在高溫高壓下，水分急劇汽化，形成多孔結構，在150 ℃下，米卷內部結構破碎張開，呈花朵狀展開，四周包圍，半破碎結構明顯，由于膨化是依靠外部熱或供給加熱水蒸氣，谷物在擠壓機密閉腔體內中變得柔軟，物料成為含有過熱水蒸氣的蓬松狀態，在高溫高壓狀態下擠壓剪切，谷物被雙螺桿螺紋的推動下，加壓、混合、壓縮，在橫向推進力和摩擦力的機械力作用下受壓、變熱，淀粉鏈間的氫鍵都發生了斷裂，鏈與鏈發生了移動[13]。在膨化的瞬間，谷物被突然驟釋至常態，巨大的能量釋放，使流態水汽化蒸發，水的體積膨大，谷物組織遭到強大的爆破伸張作用，把谷物造成無數細微多孔的海綿體，組織結構發生了變化[14]。

圖9 膨化溫度70-120-150 ℃，×30

圖10 膨化溫度70-120-150 ℃，×100

圖11 膨化溫度70-130-150 ℃，×30

圖12 膨化溫度70-130-150 ℃，×100

圖13 膨化溫度70-130-160 ℃，×30

圖14 膨化溫度70-130-160 ℃，×100

2.4.4 膨化米卷質構的測定結果

由表7可以看出，對比市售米卷，青稞膨化米卷硬度稍大，脆性較大，酥性接近相同，兩者咀嚼性相差不大，青稞米卷硬度最大值大于市售米卷。

表7 低脂青稞米卷質構測定結果

3 結論

擠壓膨化參數設置對膨化米卷品質有顯著影響，在產品感官品質良好的情況下，影響米卷膨化度因素主次為膨化溫度＞物料水添加量＞膨松劑添加量＞果膠脂肪替代物。影響青稞米卷酥脆性因素主次為膨化溫度＞膨松劑比例＞物料水添加量＞果膠脂肪替代物添加量。其具體優化結果為：青稞粉添加量6%，果膠替代物添加比例10%，水添加量6%，膨松劑添加比例0.7%。三段溫區溫度設置：Ⅰ區70 ℃、Ⅱ區130℃、Ⅲ區150 ℃。固體粉末喂料機轉動頻率為12 Hz，雙螺桿擠壓機主軸轉動頻率為30 Hz。在此條件下膨化度適中，產品性質穩定，硬度適中，酥脆性良好。使用果膠脂肪替代物，青稞米卷脂肪含量為24.48%，有效地降低了脂肪含量，開發出一種健康低脂的青稞膨化米卷。