李曉云，裴穎，鐘寶，蘭光（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院食品工程學(xué)院，吉林吉林132101）

全谷小米面粉加工中纖維素強(qiáng)化工藝研究

李曉云，裴穎，鐘寶，蘭光*
（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院食品工程學(xué)院，吉林吉林132101）

摘要：考察全谷小米面粉加工中纖維素強(qiáng)化工藝。采用酸堿水浴法提取谷殼纖維素，應(yīng)用正交試驗(yàn)確定小米谷殼纖維素的最佳提取工藝。與小米面粉以適當(dāng)比例混合制成全谷小米面粉。纖維素最佳提取工藝條件為：硝酸浸提液pH= 3，NaOH浸提液pH=12，液固比1∶15（g/mL），提取時(shí)間60min。此條件下小米谷殼纖維素的提取率為（86.09±0.15）%。纖維素在小米面粉中的添加量為11%。

關(guān)鍵詞：全谷小米面粉；纖維素強(qiáng)化；單因素試驗(yàn)；正交試驗(yàn)

小米，又稱粟米，能供給人體豐富的營養(yǎng)，有益氣，補(bǔ)脾，和胃，安眠等食療作用[1-3]。但谷子粒本身的纖維素含量與其它谷物相比并不高，精制小米更是缺乏賴氨酸和膳食纖維等[4-5]?？茖W(xué)研究證明，全谷物食品對心臟病、消化系統(tǒng)的癌癥，以及糖尿病等有一定的預(yù)防作用。全谷物食品是社會(huì)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，是一種消費(fèi)階層漸次遞進(jìn)的消費(fèi)食品[6-7]。本項(xiàng)目開展了全谷小米面粉加工中纖維素強(qiáng)化的工藝研究，旨在為消費(fèi)者開發(fā)優(yōu)質(zhì)的營養(yǎng)食物資源，提供營養(yǎng)豐富的全谷小米面粉制品。

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1原料

谷子：選擇山西黃土高原種植的谷子。

1.1.2主要試劑

濃鹽酸、濃硝酸、濃硫酸，均為分析純試劑：藍(lán)翔化工有限公司提供；氫氧化鈉：澤碩化工有限公司；甲基紅指示劑、酚酞指示劑，均為實(shí)驗(yàn)室自配。

1.1.3主要儀器及設(shè)備

DT01實(shí)驗(yàn)型過濾清理設(shè)備：宏源振動(dòng)設(shè)備有限公司；TM05C碾米機(jī)：佐竹機(jī)械；FW80-1粉碎機(jī)：天津市泰斯特儀器有限公司；PL203型電子天平：METTLERTDLEDO儀器（上海）有限公司；HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋：金壇市杰瑞而電器有限公司；DHG-9240A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；JK-PH酸度計(jì)：上海電子儀器有限公司；DL-1型萬用電爐：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司。

1.2方法

1.2.1全谷小米面粉加工工藝流程

1.2.2谷子的清理

使用谷子清理的振動(dòng)篩、風(fēng)選機(jī)、比重去石機(jī)、磁筒等設(shè)備，將谷子清理除雜，得到凈谷備用。

1.2.3碾米

將凈谷通過碾米機(jī)使谷粒脫殼，循環(huán)碾米3遍，進(jìn)一步使谷殼脫除。谷殼收集儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.4磨粉

將小米利用磨粉機(jī)制成小米面粉，儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.5膳食纖維的提取

采用酸堿水浴法[8]提取小米谷殼纖維素，通過單因素試驗(yàn)，分別考察不同的酸、浸提液pH、液固比和提取時(shí)間對谷殼纖維素得率的影響，并用正交法分析液固比、浸提液pH和提取時(shí)間對響應(yīng)值的影響，確定谷殼中纖維素的最佳提取工藝。

1.2.6混合配比

通過配比試驗(yàn)得出小米面粉與膳食纖維混合的最優(yōu)配比方案。

1.2.7谷殼纖維素提取率的計(jì)算公式

谷殼纖維素得率/%=[纖維素質(zhì)量（g）/谷殼質(zhì)量（g）]×100

2　結(jié)果與分析

2.1小米谷殼纖維素提取工藝條件單因素試驗(yàn)

2.1.1酸液的選取

在浸提過程中，各種酸對纖維素的色澤有較大影響，其原因可能是色素物質(zhì)氧化后與纖維微細(xì)結(jié)構(gòu)結(jié)合更加緊密影響其色澤。試驗(yàn)選取相同濃度的鹽酸、硝酸、硫酸對其進(jìn)行初始浸提處理發(fā)現(xiàn)，硝酸處理后的物料呈黃色；而經(jīng)鹽酸處理后物料呈淺灰色，硫酸處理后物料呈黑色，考慮到色素物質(zhì)的氧化影響后期堿液處理，故在后面的單因素試驗(yàn)酸浸提步驟中均采用硝酸。

2.1.2不同酸浸提液pH對纖維素提取率的影響

本試驗(yàn)使NaOH溶液pH=12，固液比為1∶15（g/mL），處理時(shí)間為60min不變時(shí)，用pH分別為1、2、3、4、5不同濃度的硝酸溶液進(jìn)行酸處理，不同酸浸提液pH對纖維素提取率的影響見圖1。

圖1　硝酸浸提液pH對纖維素提取率的影響Fig.1　EffectofpH on theextraction rate of cellulose

由圖1知，隨著pH的變化，纖維素提取率也在變化，其中pH=3時(shí)提取率最高。因此，選擇pH=3的硝酸浸提液為宜。

2.1.3不同堿浸提液pH對纖維素提取率的影響

本試驗(yàn)使硝酸溶液的pH=3，固液比1∶15（g/mL），處理時(shí)間60min不變時(shí)，用pH分別為10、11、12、13、14不同濃度的NaOH溶液進(jìn)行堿處理，不同堿浸提液pH對纖維素提取率的影響見圖2。

圖2 堿浸提液pH對纖維素提取率的影響Fig.2　Effectof pH on theextraction rate of cellulose

由圖2知，NaOH浸提液pH在10～12范圍內(nèi)時(shí)，纖維素提取率隨著pH的升高而增加；當(dāng)pH＞12時(shí)，其提取率隨著pH的升高而迅速降低。這是由于pH過高導(dǎo)致谷殼中的纖維素過度分解而造成的。故pH=12時(shí)纖維素提取率最高。

2.1.4不同固液比對纖維素提取率的影響

本試驗(yàn)使硝酸溶液的pH=3，NaOH溶液的pH= 12，處理時(shí)間60min不變時(shí)，用1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25（g/m L）等不同的固液比進(jìn)行處理，不同固液比對纖維素提取率的影響見圖3。

由圖3知，隨著固液比的增加，達(dá)到1∶15（g/mL）之前，提取率隨固液比的增大而升高，超過1∶15（g/m L）后隨其增加而降低。這是因?yàn)殡S著固液比的增大，谷糠與溶液的接觸面積不斷增加，反應(yīng)速度加快，但固液比的過度升高又導(dǎo)致纖維素的分解，使提取率降低。故選擇固液比為1∶15（g/m L）為宜。

2.1.5不同處理時(shí)間對纖維素提取率的影響

本試驗(yàn)使硝酸溶液的pH=3，NaOH溶液的pH= 12，固液比為1∶15（g/m L）不變時(shí)，用20、40、60、80、100min等不同處理時(shí)間處理，不同處理時(shí)間對纖維素提取率的影響見圖4。

圖3　固液比對纖維素提取率的影響Fig.3　Effectofsolid liquid ratio on theextraction rate of cellulose

圖4　處理時(shí)間對纖維素提取率的影響Fig.4　Effect of treatm ent time on the extraction rateof cellulose

由圖4知，在60min以內(nèi)，隨提取時(shí)間的延長，纖維素提取率也隨著升高，但超過60min后，纖維素的提取率開始下降，當(dāng)提取時(shí)間超過80min時(shí)，提取率迅速下降。這是因?yàn)椋S著處理時(shí)間的延長，無機(jī)鹽等物質(zhì)在溶液中能不斷溶解，提高纖維素的得率，但如果時(shí)間過長，導(dǎo)致纖維素過度分解，纖維素提取率下降。因此，提取時(shí)間在60min左右為宜。

2.2小米谷殼纖維素提取工藝條件正交試驗(yàn)

2.2.1正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)論，由于硝酸浸提液pH的變化也會(huì)引起纖維素提取率的變化，但是變化不明顯，綜合經(jīng)濟(jì)、操作等考慮，選擇pH=3即可。故在正交試驗(yàn)時(shí)不予考慮。又根據(jù)正交試驗(yàn)的特點(diǎn)，選定三因素三水平的正交試驗(yàn)，如表1、表2所示。

2.2.2正交試驗(yàn)的結(jié)果分析

正交試驗(yàn)的結(jié)果分析見表3、表4、表5、表6所示。

由表4、表5、表6的Dencan多重比較可看出，A因素水平3最好；B因素的3個(gè)水平間差異不顯著，但水平2的提取率最高；C因素的3個(gè)水平之間差異也不顯著，但水平2的提取率最高。通過對比試驗(yàn)得A3B3C2纖維素提取率為85.02%，A3B2C2纖維素提取率為86.09%，由對比試驗(yàn)結(jié)果得到NaOH浸提液pH= 12，固液比1∶15（g/mL），提取時(shí)間60min為最適宜的試驗(yàn)組合。

表1　L正交試驗(yàn)因素水平表Table1　Factors and levelsof LO rthogonal tests

表1　L正交試驗(yàn)因素水平表Table1　Factors and levelsof LO rthogonal tests

水平　A NaOH浸提液pH　B固液比/（g/mL）　C提取時(shí)間/min 1 10　1∶10　40 2 11　1∶15　60 3 12　1∶20　80

表2　L正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2　Orthogonal test results

表2　L正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2　Orthogonal test results

試驗(yàn)號(hào)　A　B　C　　纖維素提取率/% 1 1 1 1 63.02 2 79.12 3 1 3 3 66.26 1 2 2 4 72.93 5 2 2 3 69.68 2 1 2 6 72.41 7 3 1 3 77.41 2 3 1 8 79.80 9 3 3 2 85.02 3 2 1

表3 試驗(yàn)結(jié)果方差分析表Table 3　Test result varianceanalysis table

表4　A因素對纖維素提取率影響的Duncan多重比較表Table4　Duncanm ultip le com parison table for theeffectof A on theextraction rateof cellulose

表5　B因素對纖維素提取率影響的Duncan多重比較表Table5　Duncanm ultip le com parison table for theeffectof B on theextraction rateof cellulose

表6 C因素對纖維素提取率影響的Duncan多重比較表Tab le 6　Duncanm ultip le com parison table for theeffect of C on theextraction rateof cellulose

2.3纖維素與小米面粉的混合配比

在碾米和磨粉過程中，得到的面粉和谷糠質(zhì)量比為7∶3。根據(jù)我國成年人每日所需膳食纖維量最少為10 g，膳食纖維攝入量為10 g～30 g。綜合面粉和谷糠質(zhì)量比，面粉微黃細(xì)膩的感官特性，所制作食物的適口性，以及經(jīng)濟(jì)性等因素進(jìn)行配比，配比試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7　纖維素與小米面粉配比量感官鑒定表Table7　Sensory evaluation for theallocation amountof celluloseandm illet flou r

由表7配比試驗(yàn)確定，纖維素在小米面粉中的添加量為11%，此添加量下，所得全谷小米面粉營養(yǎng)素含量適中，質(zhì)地不失細(xì)膩，所制作食物適口性好，無異物感，無雜味，面粉較耐儲(chǔ)藏，且復(fù)合我國成年人每日所需膳食纖維攝入量標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)濟(jì)適用。

3　結(jié)論

本項(xiàng)目開展了全谷小米面粉加工中纖維素強(qiáng)化工藝的研究，得到影響小米谷殼纖維素提取率的工藝因素依次為：浸提液pH＞提取時(shí)間＞固液比。將正交法優(yōu)化的工藝與實(shí)際操作相結(jié)合，確定的最佳提取工藝條件為：硝酸浸提液pH=3，NaOH浸提液pH=12，固液比1∶15（g/mL），提取時(shí)間60min。在此條件下小米谷殼纖維素的提取率為（86.09±0.15）%。纖維素在小米面粉中的添加量為11%。

參考文獻(xiàn)：

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DO I：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.19.007

收稿日期：2014-05-12

基金項(xiàng)目：吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目（吉農(nóng)院合字[2013]第046號(hào)）

作者簡介：李曉云（1990—），女（漢），本科，研究方向：食品科學(xué)。

*通信作者：蘭光（1982—），女（滿），講師，碩士研究生，研究方向：食品科學(xué)。

The Research about the Powder ofW hole Grain M illet Processing M ethod

LIXiao-yun，PEIYing，ZHONGBao，LANGuang
（SchoolofFood Technology，Jilin Agriculture Scienceand Technology College，Jilin 132101，Jilin，China）

Abstract：The objectivewas to study the cellulose strengtheningmethod for the powder ofwhole grainmillet processing.Methods used the acid and alkaliwater bath method to extract the chaff cellulose，and used the orthogonalmethod tomake sure the optimal extraction technology ofmillet chaff cellulose.Mixed togetherwith thepowderofmillet in the right ratios thenwasmadeof the powderofwhole grainmillet.The resultwas thebest extraction process conditionswere confirmed finally as follows：the pH in the HNO3extraction solution was3. thepH in theNaOH extractionsolutionwas12，thesolid-liquid ratiowas1∶15（g/mL），and theextraction time was60min.Under the conditions the yield of the chaff cellulosewas（86.09±0.15）%．Cellulose inmillet flour，adding amountof11%.

Key words：the powder ofwhole grain millet；cellulose strengthening；single factor experiment；orthogonal design