凍干燕麥粥加工工藝優化及品質分析

趙慧，馬牧然，劉菲菲，余治權

內蒙古燕谷坊全谷物產業發展有限責任公司（呼和浩特 011700）

燕麥作為世界第六大糧食作物，1997年被美國食品藥品監督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批認定為“健康食品”，被世界衛生組織（World Health Organization，WHO）評選為“十大健康食物”之一。燕麥蛋白質含量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、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]。

隨著人們物質水平逐年提高及生活節奏的加快，廣大消費者愈來愈青睞于方便、快捷又營養的食品。近年來，真空冷凍干燥技術在即食食品加工中的應用越來越多，通過即食產品產生多孔結構，讓其迅速復水[5]。干燥過程可以最大程度降低產品的含水量，并使其營養成分得到最高程度的保留。陳樹俊等[6]研究得出即食小米粥開發最佳工藝條件，即浸泡時間40 min，料液比1∶20 g/mL，熬煮時間30 min，此時得到的復水率為14.74，模糊感官評分為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：預凍溫度-45℃，升華干燥階段進行20 h后轉入解吸干燥階段，并持續6 h，此時凍干水餃復水比為1.92。

通過真空冷凍干燥技術進行營養粥的開發主要以大米、小米為原料，以真空冷凍干燥技術制備即食燕麥粥的研究還未見報道。因此，考察預凍溫度、預凍時間、凍干起始溫度、沖調比等影響凍干燕麥粥產品品質的主要因素，以干燥速率和復水比為評價指標，采用正交試驗優化凍干燕麥粥加工工藝，旨在研發出具有較好的干燥速率和復水比，以及較高的感官評價的產品，為凍干燕麥粥產品產業化生產提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

燕麥米（內蒙古燕谷坊全谷物產業發展有限責任公司）。

JSC-11001W電子秤（上海畢勝實業有限公司）；DF-2D數顯恒溫磁力攪拌油浴鍋（金壇市精達儀器制造有限公司）；全智能電飯煲（浙江蘇泊爾股份有限公司）；LG2.0凍干試驗機-帶冷凍室（浙江同景凍干科技有限公司）；TGL20MW臺式高速冷凍離心機（湖南赫西儀器裝備有限公司）；TMS-PILOT質構儀（美國FTC公司）；數字萬用表（福祿克測試儀器（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→預凍→凍干

1.2.2 操作要點

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。

預凍：將煮好的燕麥粥裝入模具，放入預凍倉進行預凍。

凍干：設定的凍干曲線和真空度如表1所示，啟動對應位置的加熱板，凍干開始。凍干結束后，關閉真空系統、加熱系統和制冷機，開啟破空閥門，待真空倉內外壓強一致時打開真空倉，取出物料。

表1 凍干曲線

1.3 試驗設計

1.3.1 單因素試驗

分別考察不同預凍溫度（-38，-36，-34，-32，-30和-28 ℃）對凍干燕麥粥干燥速率和復水比的影響；預凍溫度-32 ℃時，分別考察不同預凍時間（2.0，2.5，3.0，3.5和4.0 h）對產品的干燥速率和復水比的影響；預凍溫度-32 ℃，預凍3.5 h時，分別考察不同干燥起始溫度（120，115，110，105和100 ℃）對凍干燕麥粥干燥速率和復水比的影響；分別考察不同沖調比（1︰5，1︰6和1︰7）對復水后的凍干燕麥粥硬度、黏度、黏著性和彈性等質構特性的影響。

1.3.2 正交試驗

以預凍溫度（A）、預凍時間（B）、干燥起始溫度（C）及沖調比（D）為試驗因素，以感官評分為指標，用L9(34)正交表進行四因素三水平正交試驗，正交試驗因素水平編碼見表2，各試驗測定3次。

表2 正交試驗因素水平編碼

1.4 檢測方法

1.4.1 采用電阻法測定燕麥粥的共晶點

將數字萬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，另一端連接預凍庫。開啟預凍庫制冷，觀察萬用表電阻變化，電阻突變點的溫度為物料的共晶點。

1.4.2 凍干燕麥粥的感官評定標準

凍干燕麥粥的感官評定標準詳如表3所示。凍干燕麥粥的感官評定標準參照企業標準Q/NYGF 0004S—2022《凍干燕麥粥》。由20名專業成員組成評定小組，根據表3標準對復水后凍干燕麥粥的色澤、氣味、口感和狀態進行品評打分。評分的最終結果取評定小組人員評分的平均得分[8]。

表3 感官評定標準

1.4.3 凍干燕麥粥的復水比

復水性是即食粥品質的重要指標之一，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，復水5 min后再次稱重，計算復水比。復水比按式（1）計算。

式中：M1為復水前樣品質量，g；M2為復水后樣品質量，g。

1.4.4 干燥速率

干燥速率（%/h）按式（2）計算。

式中：M1為凍干燕麥粥干燥前質量，g；M2為凍干燕麥粥干燥后質量，g；t為總干燥時間，h。

1.4.5 質構測試

采用的質構分析儀探頭為HDP/PFS-5型號，每組樣品測試3次，參數設定：測試速度50 mm/min，返回速度50 mm/min，觸發點負載5 g。通過儀器導出的數據計算平均值。

1.5 數據統計與分析

每組試驗均設置3次重復，所得結果運用SPSS 20.0做顯著性差異分析，運用Microsoft Excel 2016和Origin 8.5進行圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 預凍溫度對凍干燕麥粥干燥速率、復水比的影響

在凍結過程中，若隨著溫度的降低，電阻突然增大，此時的溫度被視為物料的共晶點[9]。用電阻法測定燕麥粥在降溫過程中的相關數據，繪制物料在降溫過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℃過程中，電阻的變化不是很明顯，但在-10 ℃開始，特別是在-25 ℃時，所測阻值快速增大，隨后趨于平衡，說明該點為凍干燕麥粥的共結晶點。因此，確定燕麥粥的共晶點為-25 ℃。

圖1 燕麥粥的電阻隨溫度變化的關系圖

若預凍沒有凍好，產品可能出現“沸騰”現象并引起凍干后制品鼓泡、收縮、軟化、塌陷，導致產品表面凹凸不平，影響外觀，造成凍干的失敗[10]。另外，未凍結水中含有的溶質會在干燥過程中隨內容水分向產品表面擴散，引起凍干產品表面硬化的現象[9-10]。在其他條件不變的情況下，結合設備性能以及燕麥粥的共晶點，考察預凍溫度-35，-36，-34，-32，-30和-28 ℃對凍干燕麥粥干燥速率和復水比的影響（圖2）。

圖2 預凍溫度對凍干燕麥粥復水比和干燥速率的影響

預凍溫度過高，物料未完全凍結，而預凍溫度過低，會大幅增加制冷和負荷，增加耗能[11]。同時，溫度越低，凍結冰越多，在相同的干燥時間內燕麥粥內自由水脫除不完全，最終不能形成疏松多孔的海綿狀，導致復水效果不理想[12]。由圖2可以看出，隨著預凍溫度的升高，凍干燕麥粥的干燥速率和復水率均呈先上升后下降趨勢，在-32 ℃處二者達到最高點。因此選擇-32 ℃為最佳預凍溫度。

2.2 預凍時間對凍干燕麥粥干燥速率、復水比的影響

預凍時間不足時，會使其物料沒有凍透，因此在干燥過程中，隨著加熱溫度的逐漸增加，物料會發生局部融化和塌陷，影響凍干產品的復水效果[13]。而預凍時間過長，會使耗能增大。由圖3可以看出，隨預凍時間延長，干燥速率先升高后降低，而凍干燕麥粥的復水比則先升高后基本不變。預凍時間3.5 h時，干燥速率最高，復水比也基本達到最高點，后續呈平穩狀態。因此選擇3.5 h為最佳預凍時間。

圖3 預凍時間對復水比和干燥速率的影響

2.3 干燥起始溫度對凍干燕麥粥干燥速率、復水比的影響

冷凍干燥時，為能縮短干燥時間，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、已干燥部分不會因過熱而引起熱變性的范圍內[14]。由圖4可以看出，隨著溫度的升高，復水比逐漸下降。干燥溫度120 ℃時，凍干燕麥粥的復水比最大。因為溫度較低時，擱板傳遞給凍結層的熱量少，傳質推動力小，燕麥中的水分干燥不徹底，有部分停留在水分逸出孔道中，導致復水不佳[15]；干燥溫度越高，傳遞給凍結層的熱量越多，傳質推動力越大，水分逸出速率越高，干燥速率越高。

圖4 干燥起始溫度對復水比和干燥速率的影響

2.4 沖調比對凍干燕麥粥干燥速率、復水比的影響

表4質構結果分析表明，按照最佳沖調比1︰6進行沖調，所得燕麥粥的硬度-0.304、黏度-0.207、黏著性-0.157，彈性0.754，與新鮮燕麥粥無顯著差異，說明凍干燕麥粥的品質接近新鮮燕麥粥，該凍干燕麥粥的制備工藝可行。

表4 凍干燕麥粥沖調后質構測試分析

2.5 凍干燕麥粥加工工藝正交優化試驗結果

根據表5結果表明，預凍溫度（A）、預凍時間（B）、干燥起始時間（C）及沖調比（D）對產品感官性狀的影響的主次因素為A＞C＞B＞D。根據試驗結果k值的大小判斷理論最優水平為A2B3C3D3，而根據正交試驗結果，最優水平為A2B2C3D1。因此通過驗證正交試驗結果，結果表明在感官評分中A2B2C3D1的得分均為最高，為94.021±0.434，而理論最優水平A2B3C3D3的得分為92.342±0.415，因此選擇最佳工藝組合A2B2C3D1，即預凍溫度-32 ℃，預凍時間3.5 h，干燥溫度120 ℃，沖調比1︰5。此時燕麥凍干粥的干燥速率為3.55%，復水比為1.9。

表5 正交試驗結果

3 結論

通過對燕麥粥進行預凍溫度、預凍時間、凍干起始溫度和沖調比研究，獲得單因素下的最佳條件。根據最佳條件進行正交試驗，優化凍干燕麥粥的加工工藝。經過正交試驗得到凍干燕麥粥加工最佳工藝條件：預凍溫度-32 ℃，預凍時間3.5 h，干燥溫度120℃，沖調比1︰5。在該條件下凍干燕麥粥的感官評分最高，為94.485分，干燥速率和復水比分別為3.55%和1.9，且產品品質符合企業標準Q/NYGF 0004S—2022《凍干燕麥粥》的要求。試驗結果為凍干燕麥粥的工業化生產提供理論依據，有力支撐燕麥加工產品多樣化發展[16]。