青稞全粉營養(yǎng)成分分析及青稞脆片制備工藝優(yōu)化

何 偉

(長沙市食品藥品信息與審評(píng)認(rèn)證中心，湖南 長沙 410013)

青稞(Hordeumvulgarevar.coelesteL.)又稱裸大麥，屬禾本科大麥屬的變種，具有適應(yīng)性強(qiáng)、生長期短、耐旱、耐瘠薄、易栽培等優(yōu)異種性[1]，是青藏高原最具特色、最具優(yōu)勢的農(nóng)作物。青稞屬于“三高兩低”(高蛋白、高纖維、高維生素、低脂肪和低糖)食品，其結(jié)構(gòu)組成滿足現(xiàn)代健康飲食的要求，是谷類作物中的佳品[2]。而且青稞中還含有β-葡聚糖[3]、黃酮[4]、多酚[5]等具有保健和藥用價(jià)值的生理活性成分，是一種潛在的營養(yǎng)保健經(jīng)濟(jì)作物?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，青稞水溶性多糖對(duì)HT-29結(jié)腸癌細(xì)胞具有抑制作用[6]；從青稞中分離的β-葡聚糖對(duì)乙醇引起的大鼠胃損傷具有保護(hù)作用[7]；紫青稞麩皮中的花青素具有抗氧化及抗生物膜活性[8]。此外還有學(xué)者[9]從青稞水解物中篩選出了抗菌肽。但由于青稞全粉口感較差，目前除了傳統(tǒng)的青稞食品(糌粑[10]和青稞酒[11])外，新研發(fā)的青稞產(chǎn)品多數(shù)是將青稞作為部分添加成分，如青稞米卷[12]、青稞粉油茶[13]、青稞饅頭[14]、青稞全粉擠壓米[15]、松茸青稞餅干[16]等，未見僅以青稞全粉為原料制備青稞脆片的相關(guān)報(bào)道。

擠壓膨化技術(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新型加工方法，主是通過水分、熱能、機(jī)械剪切和壓力等綜合作用形成的高溫高壓短時(shí)加工過程[17]，能夠細(xì)化粗糧，改善雜糧口感，鈍化不良因子、提高蛋白消化率。該技術(shù)以其連續(xù)性、高效性以及產(chǎn)品形態(tài)多樣性被廣泛應(yīng)用于休閑食品、嬰幼兒食品、速溶茶、面類、谷物等食品領(lǐng)域[18]。劉靄莎等[19]曾對(duì)青稞粉的擠壓膨化工藝及擠壓膨化處理對(duì)青稞粉品質(zhì)的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，擠壓膨化能夠改善青稞粉的加工品質(zhì)。但該試驗(yàn)追求高膨化度，其優(yōu)化出的工藝參數(shù)并不適用于青稞脆片的加工。試驗(yàn)擬以西藏青稞全粉為原料，分析其氨基酸組成，并以最終產(chǎn)品的糊化度和感官品質(zhì)為指標(biāo)，優(yōu)化青稞脆片制備工藝條件，以期為青稞的深加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗(yàn)材料

青稞全粉：西藏天麥力食品科技有限公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

氨基酸專用高效液相色譜儀：Agilent1260型，日本島津公司；

雙螺桿擠壓機(jī)：FMHE50-24型，湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司；

連續(xù)式預(yù)干燥流化床：FMYR-400型，湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司；

高速壓片機(jī)：FMFK-400型，湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司；

半自動(dòng)定氮儀：KDY-04 08(B)型，上海瑞正儀器設(shè)備有限公司；

連續(xù)式高溫焙烤系統(tǒng)：FMDR-400型，湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司；

箱式電阻馬弗爐：SX2-4-10型，天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司；

冷卻機(jī)：FMCC-400型，湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

青稞全粉→混合調(diào)質(zhì)→擠壓膨化(從進(jìn)料端到出料端各區(qū)溫度依次為60，140，140，80，50 ℃，青稞全粉喂料量50 kg/h，螺桿轉(zhuǎn)速280 r/min，青稞全粉含水量23%)→預(yù)干燥(干燥溫度60 ℃，風(fēng)量12%，停留時(shí)間16 min，料層厚度30 mm)→壓片(壓輥溫度10 ℃，壓輥間隙2 μm)→烘焙(底火180 ℃，面火220 ℃，時(shí)間70 s)→冷卻(35 ℃)→成品

1.2.2 擠壓膨化工藝優(yōu)化 擠壓膨化過程中，影響糊化度的主要因素有物料水分含量、喂料量、加工溫度和螺桿轉(zhuǎn)速[20]。因此，試驗(yàn)對(duì)這4個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化。

(1) 腔體溫度對(duì)青稞擠壓膨化的影響：試驗(yàn)所用擠壓機(jī)腔體溫度從進(jìn)料端到出料端共分5個(gè)溫區(qū)(T2～T6)，前期預(yù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，T3和T4溫度對(duì)青稞擠壓膨化效果的影響較大。因此，試驗(yàn)僅對(duì)這兩個(gè)溫區(qū)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。固定腔體T2、T5和T6溫度分別為60，80，50 ℃，青稞全粉喂料量50 kg/h，青稞全粉含水量24%，螺桿轉(zhuǎn)速280 r/min，考察T3和T4的溫度組合(80 ℃/100 ℃，100 ℃/110 ℃，120 ℃/120 ℃，130 ℃/130 ℃，140 ℃/140 ℃)對(duì)青稞擠壓膨化效果的影響。

(2) 青稞全粉喂料量對(duì)青稞擠壓膨化的影響：固定擠壓腔各區(qū)(T2～T6)溫度依次為60，140，140，80，50 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速280 r/min，青稞全粉含水量24%，考察青稞全粉喂料量(30，40，50，60，70 kg/h)對(duì)青稞擠壓膨化效果的影響。

(3) 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)青稞擠壓膨化的影響：固定擠壓腔體各區(qū)(T2～T6)溫度依次為60，140，140，80，50 ℃，青稞全粉喂料量50 kg/h，青稞全粉含水量24%，考察螺桿轉(zhuǎn)速(160，220，280，340，400 r/min)對(duì)青稞擠壓膨化效果的影響。

(4) 青稞全粉含水量對(duì)青稞擠壓膨化的影響：固定擠壓腔體各區(qū)(T2～T6)溫度依次為60，140，140，80，50 ℃，青稞全粉喂料量50 kg/h，螺桿轉(zhuǎn)速280 r/min，考察青稞全粉含水量(18%，20%，22%，24%，26%)對(duì)青稞擠壓膨化效果的影響。

(5) 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)：根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇對(duì)青稞擠壓膨化效果影響相對(duì)較大的因素，以糊化度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)一步優(yōu)化青稞全粉擠壓膨化工藝參數(shù)。

1.2.3 預(yù)干燥工藝參數(shù)的確定 采用連續(xù)式預(yù)干燥流化床對(duì)擠壓膨化后的青稞全粉進(jìn)行預(yù)干燥處理。在通風(fēng)量12%，停留時(shí)間16 min的條件下，考察干燥溫度和料層厚度對(duì)物料干燥效果及產(chǎn)能的影響。

1.2.4 烘焙時(shí)間的確定 在底火180 ℃，面火220 ℃的條件下，考察烘焙時(shí)間(50，60，70，80 s)對(duì)青稞脆片品質(zhì)的影響。

1.2.5 測定項(xiàng)目及方法

(1) 水分含量：按GB 5009.3—2016的直接干燥法執(zhí)行。

(2) 蛋白質(zhì)含量：按GB 5009.5—2006的凱氏定氮法執(zhí)行。

(3) 脂肪含量：按GB 5009.6—2016的索氏抽提法執(zhí)行。

(4) 灰分含量：按GB 5009.4—2016的第一法執(zhí)行。

(5) 氨基酸含量：參照文獻(xiàn)[21]。

(6) 糊化度：酶水解法[22]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)均重復(fù)3次，結(jié)果以其平均值表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 青稞氨基酸組成

2.1.1 基本營養(yǎng)成分 由表1可知，青稞全粉中蛋白含量高達(dá)10.23 g/100 g，脂肪含量僅2.51 g/100 g。

表1 青稞全粉的營養(yǎng)成分

2.1.2 氨基酸組成 由表2可知，青稞全粉中總氨基酸含量為9.471 g/100 g，其中必需氨基酸含量為3.028 g/100 g，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。該結(jié)果與侯殿志等[4]對(duì)中國29種青稞營養(yǎng)組分的分析結(jié)果基本一致。

表2 青稞全粉的氨基酸組成

2.2 青稞擠壓膨化工藝優(yōu)化

2.2.1 腔體溫度對(duì)青稞擠壓膨化的影響 在擠壓膨化過程中，擠壓腔和螺桿的剪切、摩擦作用會(huì)使青稞全粉產(chǎn)熱，但其淀粉糊化所需的熱量主要來源于擠壓腔壁傳遞的熱量。由圖1可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，腔體溫度越高青稞全粉的糊化度越大。而且試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)T3和T4腔體溫度低于120 ℃時(shí)，制備的青稞脆片整體平整，但其表面粗糙，有生味且口感較硬；當(dāng)T3和T4腔體溫度均為140 ℃ 時(shí)，制備的青稞脆片表面有皺紋，香脆，口感稍硬；當(dāng)腔體溫度超過140 ℃后青稞全粉發(fā)生褐變。這是因?yàn)榍惑w溫度較低時(shí)，水分子不易滲透至青稞淀粉的空間結(jié)構(gòu)內(nèi)，淀粉糊化不完全，腔體溫度越高在有限的停留時(shí)間內(nèi)青稞全粉吸收的熱量越多，水分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，有利于淀粉的糊化，但是腔體溫度過高會(huì)使青稞全粉焦糊結(jié)塊[20,23]。因此，后續(xù)試驗(yàn)將T3和T4的溫度固定為140 ℃，即從進(jìn)料端到出料端的各區(qū)(T2～T6)溫度依次為60，140，140，80，50 ℃。

圖1 腔體溫度對(duì)青稞全粉糊化度的影響

2.2.2 青稞全粉喂料量對(duì)青稞擠壓膨化的影響 喂料量直接影響物料在擠壓腔中的填充程度，從而影響產(chǎn)品糊化。由圖2可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨青稞全粉喂料量的增加，青稞全粉的糊化度先增大后減少，當(dāng)喂料量為50 kg/h 時(shí)青稞全粉糊化度最大。而且試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，青稞全粉喂料量為40～60 kg/h時(shí)，制備的青稞脆片表面有皺紋、外觀好，香脆，口感較硬；青稞全粉喂料量為70 kg/h時(shí)，制備的青稞脆片表面粗糙，有生味，口感較硬。這可能是因?yàn)檫m當(dāng)增大青稞全粉喂料量，可以減小擠壓段長度，使青稞全粉提前進(jìn)入熔融狀態(tài)，提高產(chǎn)品糊化度；但喂料速度過高，可能導(dǎo)致進(jìn)入擠壓腔的物料超出螺桿所能承受的范圍，使物料擠壓膨化緩慢，甚至?xí)氯贤?，從而造成青稞全粉糊化度降低[24]。因此，青稞全粉喂料量控制在50 kg/h左右較為適宜。

圖2 喂料量對(duì)青稞全粉糊化度的影響

2.2.3 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)青稞擠壓膨化的影響 由圖3可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨螺桿轉(zhuǎn)速的增加，青稞全粉的糊化度先增大后減少，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為280 r/min時(shí)青稞全粉糊化度最大。這是因?yàn)槁輻U轉(zhuǎn)速較低時(shí)，增加螺桿轉(zhuǎn)速，能增強(qiáng)青稞全粉與螺桿及擠壓腔之間的摩擦和剪切作用，加速青稞淀粉的糊化和分解，但轉(zhuǎn)速過大會(huì)縮短青稞全粉在擠壓腔內(nèi)的停留時(shí)間，導(dǎo)致其因吸熱不足而降低糊化度[20]。因此，螺桿轉(zhuǎn)速控制在280 r/min左右較為適宜。

圖3 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)青稞全粉糊化度的影響

2.2.4 青稞全粉含水量對(duì)青稞擠壓膨化的影響 由圖4可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，青稞全粉含水量越高其糊化度越大，當(dāng)含水量超過22%以后糊化度增幅變小，可能是水分不足時(shí)，青稞全粉吸收熱量較少，熔融糊化不充分，增加水分有利于產(chǎn)品擠壓糊化[24]。雖然在試驗(yàn)范圍內(nèi)，含水量越高青稞脆片的糊化度越大，但當(dāng)含水量達(dá)到24%時(shí)，制備的青稞脆片出現(xiàn)大氣泡，影響了產(chǎn)品的感官品質(zhì)。這可能是在?？谔幤乃州^多，吸收了大量的熱量，使得擠壓腔及模口處溫度降低，從而影響了擠壓膨化效果[20]。因此，青稞全粉含水量控制在22%～24%較為適宜。

圖4 含水量對(duì)青稞全粉糊化度的影響

2.2.5 正交試驗(yàn) 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，固定擠壓腔各區(qū)(T2～T6)溫度依次為60，140，140，80，50 ℃，以青稞全粉喂料量、螺桿轉(zhuǎn)速、青稞全粉含水量為試驗(yàn)因素設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，試驗(yàn)因素及水平取值見表3，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表4。

表3 正交試驗(yàn)因素水平表

由表4可知，各因素對(duì)青稞全粉糊化度的影響順序依次為B、A及C，最佳工藝組合為A2B2C2，即青稞全粉喂料量50 kg/h，螺桿轉(zhuǎn)速280 r/min，青稞全粉含水量23%，擠壓腔各區(qū)(T2～T6)溫度依次為60，140，140，80，50 ℃。以該工藝組合進(jìn)行3次平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，所得產(chǎn)品的糊化度為98.73%，優(yōu)于正交試驗(yàn)的其他工藝組合。因此，以該組合的工藝參數(shù)為最佳工藝條件。

表4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.3 預(yù)干燥工藝參數(shù)的確定

經(jīng)擠壓膨化后物料水含量在22%左右，不利于壓片成型，而且會(huì)延長高溫烘焙時(shí)間，影響青稞脆片的色澤。因此，先對(duì)擠壓膨化后青稞全粉進(jìn)行預(yù)干燥處理。與其他干燥方式相比，流化床干燥的氣流與物料接觸面積大、溫度分布均勻、處理量大、干燥效率高，可在低溫條件下實(shí)現(xiàn)快速干燥，而且加工成本低，適宜于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)[25]。因此，采用連續(xù)式預(yù)干燥流化床對(duì)物料進(jìn)行預(yù)干燥處理。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水過高或過低均不利于壓片成型，當(dāng)物料水分為17%～19%時(shí)壓片效果較好；在干燥溫度60 ℃，風(fēng)量12%，停留時(shí)間16 min，料層厚度30 mm的條件下基本能滿足生產(chǎn)對(duì)水分及產(chǎn)量的需求。

2.4 烘焙時(shí)間的確定

烘焙能有效去除物料中的水分，并且適當(dāng)延長烘焙時(shí)間能夠增香提色，改善青稞脆片的品質(zhì)。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在底火180 ℃，面火220 ℃的條件下，烘焙50 s和60 s 時(shí)產(chǎn)品水分高，色澤偏暗，香味欠佳；烘焙80 s時(shí)產(chǎn)品香且酥脆，但褐變過度，色澤不佳。相對(duì)而言烘焙70 s時(shí)的青稞脆片呈淺黃色、有光澤，表面有皺紋，膨化均勻、氣泡細(xì)密，香且酥脆。此時(shí)青稞脆片的水分含量能降至3%以下，滿足生產(chǎn)需求。因此，烘焙時(shí)間確定為70 s。

3 結(jié)論

(1) 青稞全粉蛋白含量高(10.23%)，脂肪含量低(2.51%)，含有17種氨基酸(包括8種必需氨基酸)，總氨基酸和必需氨基酸含量分別為9.471，3.028 g/100 g，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。

(2) 青稞全粉經(jīng)擠壓膨化、預(yù)干燥及烘焙等工藝處理后可以制備出色香味俱佳的青稞脆片，其最佳處理工藝參數(shù)為：擠壓腔各區(qū)(T2～T6)溫度依次為60，140，140，80，50 ℃，青稞全粉喂料量50 kg/h，青稞全粉含水量23%，螺桿轉(zhuǎn)速280 r/min；預(yù)干燥溫度60 ℃，風(fēng)量12%，停留時(shí)間16 min，料層厚度30 mm；烘焙時(shí)間70 s。

(3) 試驗(yàn)僅以糊化度及感官品質(zhì)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，未考慮加工工藝參數(shù)對(duì)青稞功能成分的影響。有研究[26]表明，適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢栽鰪?qiáng)青稞的減肥、降血糖功效和抗氧化能力。但熱處理也可能會(huì)對(duì)青稞功能成分造成負(fù)面影響。因此，后續(xù)有必要對(duì)此進(jìn)行深入研究，以進(jìn)一步提升青稞脆片的品質(zhì)。