狄冰倩,馬麗媛,尚爾坤,仁青拉姆,賀馨穎,逯本涵

(1.綏化學院食品與制藥工程學院,黑龍江 綏化 152061;2.綏化市檢驗檢測中心,黑龍江 綏化 152000)

雜糧是指除稻谷、小麥、玉米、大豆以外的原糧的統(tǒng)稱,因在飲食防控各類慢性疾病中有顯著優(yōu)勢,其開發(fā)利用成為近年來的研究熱點[1-2]。雜糧沖調粉是谷物通過制粉技術處理制成粉狀,再與適當?shù)脑o料進行調配混合制成的速溶即食食品。隨著人們對健康養(yǎng)生食品的日益重視,谷物雜糧粉因其較高的營養(yǎng)價值和攜帶、食用方便的特點逐漸受到大多數(shù)人群的青睞。

本研究以玉米、小米、紅豆、高粱、燕麥為原料制備雜糧粉,其中玉米含有豐富的粗纖維,可以降低膽固醇水平,預防高血壓、冠心病等疾病[3];小米含有多種維生素、礦物質和高水平的蛋白質,且小米中的一些多酚具有輔助治療糖尿病、癌癥和心血管疾病的作用[4-5];紅豆有助于胃腸蠕動、健脾養(yǎng)胃、促進疲勞消除、還可以美容養(yǎng)顏、提高免疫力、抗腫瘤等[6];高粱中含有人體所需的多種營養(yǎng)成分,氨基酸種類齊全,必需氨基酸的含量較高[7];燕麥中蛋白質含量較高,且具有延緩衰老、降血脂、調節(jié)血糖和血壓、提高免疫力等[8-10]功能效用。

目前,國內已有對不同種類的谷物粉的沖調特性進行的研究[11-15],但研究方法多是采用直接干燥粉碎或擠壓膨化后混合等技術進行加工,生產的雜糧粉沖調時易結塊,且食用后不易消化,導致其中的營養(yǎng)成分不能有效利用。本研究利用生物酶水解技術,將雜糧中的大分子淀粉、蛋白質、纖維素等水解成小分子物質,既有利于消化吸收,同時沖調性得到了改善,為速溶雜糧粉的開發(fā)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

玉米、小米、紅豆、高粱、燕麥:市售;α-淀粉酶(酶活性≥5×104U/g)、β-淀粉酶(酶活性≥4×104U/g),無錫市雪梅酶制劑科技有限公司;氫氧化鈉,廣州市刺水科技有限公司;鹽酸,河南圣斯德實業(yè)有限公司;硫酸銅、亞甲藍、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、乙酸鋅、冰乙酸、亞鐵氰化鉀,山東萍聚生物科技有限公司,均為分析純;蔗糖、黃原膠、微晶纖維素、麥芽糊精,河南萬邦實業(yè)有限公司,均為食品級。

1.2 設備

CF-100KS萬能粉碎機,廣州晨雕機械設備有限公司;不銹鋼網篩(380、250、180、150、120 μm),廣東五研檢測技術有限公司;HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋,江蘇省金壇市萊華儀器制造有限公司;鼓風干燥箱,河南信諾儀器設備有限公司;UV1902PC紫外可見分光光度計,上海奧析科學儀器有限公司;80-2B離心機,湖南星科技科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1谷物雜糧粉加工工藝流程

雜糧原料→去雜→粉碎過篩→調漿→滅酶→加酶酶解→干燥→調配→測定。

1.3.2操作要點

(1)谷物除雜:分別去除5種谷物雜糧中的雜質(石頭、草等),防止污染產品或產生誤差。

(2)粉碎:采用萬能粉碎機分別對5種谷物雜糧進行粉碎,過篩分離出顆粒。采用間歇粉碎的方法,避免雜糧粉過熱,磨粉30 s,間隔1 min。

(3)過篩:5種谷物雜糧粉分別過60目篩,備用。

(4)調漿:5種雜糧粉按1∶1∶1∶1∶1的比例混合,底物濃度為5%,加水后不斷攪拌,充分混勻。

(5)滅酶:90℃下水浴加熱10 min左右,冷卻至酶解溫度,備用。

(6)加酶酶解:α-淀粉酶與β-淀粉酶按照1∶1的比例添加,總添加量為0.2%,攪拌,使其充分混勻,在55℃恒溫水浴鍋中酶解110 min。

(7)滅酶:酶解后在90℃水浴鍋中水浴10 min。

(8)干燥:將酶解液加熱蒸發(fā)至黏稠狀,轉移到蒸發(fā)皿上,于100℃鼓風干燥機中干燥至恒重。

(9)調配:按照配方分別添加黃原膠、微晶纖維素、蔗糖、麥芽糊精,進行調配,注意攪拌均勻。

(10)測定:以結塊率和沖調穩(wěn)定性為指標測定。

1.3.3DE值的測定方法

DE值通常用酶解后所得到的還原糖與干物質的百分比表示,酶解后的漿液中還原糖的含量越高,則它的DE值越高,也就表示淀粉水解得越徹底。本實驗采用直接滴定法[16]測量。計算公式如下:

式中:X為試樣中還原糖的含量,g/100 g;m1為堿性酒石酸銅溶液(甲、乙液各半)相當于某種還原糖的質量,mg;M為試樣質量,g;F為系數(shù),數(shù)值為1;V為測定時平均消耗試樣溶液體積,mL; 250為定容體積,mL;1 000為換算系數(shù)。

1.3.4結塊率的測定方法

準確稱取5.000 0 g沖調粉,記作m2,于250 mL燒杯中,加入開水100 mL,以10 r/min攪拌30 s,將粉糊用20目的篩網過濾,用清水沖洗一次,然后瀝干水分,放入105℃干燥箱中,將結塊物烘干至恒重[17],記作m1。

結塊率按下式計算:

式中:m1為結塊物的質量,g;m2為樣品干重,g。

1.3.5沖調穩(wěn)定性的測定方法

按照配方在酶解后的雜糧粉中分別添加黃原膠、微晶纖維素、蔗糖、麥芽糊精,將其進行調配,均勻攪拌后加水沖調作為樣品備用,在540 nm的波長下先測定樣品的吸光值,記作A1,然后將樣品在3 000 r/min離心機中離心20 min,離心后將上清液取出稀釋100倍,繼續(xù)測定樣品的吸光值,記作A2,R值作為穩(wěn)定系數(shù),R值越大表明雜糧粉的沖調穩(wěn)定性越高[18]。

式中:A1為樣品的吸光值;A2為離心稀釋后樣品的吸光值。

1.3.6單因素試驗

分別選取不同沖調溫度(60、70、80、90、100℃)、蔗糖添加量(16%、18%、20%、22%、24%)、雜糧粉粒徑(380、250、180、150、120 μm)、麥芽糊精添加量(18%、20%、22%、24%、26%)、黃原膠與微晶纖維素的配比(3∶7、4∶6、1∶1、6∶4、7∶3)為單因素,以結塊率和沖調穩(wěn)定性為指標進行試驗,從中選取適宜的條件,進行下一步正交試驗。

1.3.7正交試驗

根據(jù)單因素試驗結果,選取對試驗指標影響較大的沖調溫度、蔗糖添加量、麥芽糊精添加量、黃原膠與微晶纖維素的配比為主要考察因素,以結塊率和沖調穩(wěn)定性為指標,進行L9(34)正交試驗,確定最佳配比方案。正交因素水平見表1。

表1 正交因素水平表

1.3.8數(shù)據(jù)分析方法

正交試驗采用正交設計助手ⅡⅤ3.1進行數(shù)據(jù)分析,數(shù)據(jù)的顯著性檢驗采用SPSS Statistics 25。

2 結果與分析

2.1 酶解結果

未經酶解的原料經直接滴定法測定的DE值為14.6%。經酶解后雜糧粉的DE值為40.1%?？芍浢附夂蟠蠓肿拥矸鄯纸鉃樾》肿游镔|,更容易被人體消化吸收。且在酶解后,雜糧粉感官性狀良好,呈均勻細膩粉末狀,色澤較好,呈淺棕色,具有天然濃郁的雜糧粉的復合香味,沒有其他異味。

2.2 單因素試驗結果分析

2.2.1沖調溫度的確定

對沖調溫度進行單因素試驗,結果見圖1。

圖1 沖調溫度對雜糧粉沖調性的影響

由圖1可知,當沖調溫度不斷增加,結塊率會逐漸下降,但當溫度升高到一定程度后,雜糧沖調粉的香氣會更強烈,結塊率也會升高,原因是淀粉顆粒與更高溫度的熱水接觸時,表面會迅速形成非常黏的糊狀物,使得溶液更加黏稠,結塊率便會增加。同時,沖調粉的沖調穩(wěn)定性會逐漸增加,可能是因為隨著溫度的升高,淀粉分子會迅速吸收水分并膨脹,此時的分子體積會不斷增加。最后淀粉外面的分子爆發(fā),淀粉里面的直鏈淀粉分子釋放出來,使溶液變稠,于是沖調粉變得更穩(wěn)定[19]。圖1顯示了該試驗的最佳沖調溫度為80℃。同樣王秀蘭等[20]對夏秋綠茶復合玉米沖調粉的研究結果表明,最佳沖調水溫同樣也為80℃,與本試驗結果一致。

2.2.2蔗糖添加量的確定

對蔗糖添加量進行單因素試驗,結果見圖2。

圖2 蔗糖添加量對雜糧粉沖調性的影響

蔗糖作為一種調味品,可以改善雜糧粉的味道,還可以提高雜糧粉的沖調穩(wěn)定性、溶解度,也可以降低黏度。從圖2可以看出,當蔗糖的添加量較低時,顆粒的黏度較高,結塊率較高。當增加蔗糖含量時,結塊率變低。這是因為蔗糖可以減少顆粒與顆粒之間的接觸,減少結塊的發(fā)生。然而,當蔗糖的添加量超過20%時,過多的甜度會掩蓋其他谷物的味道,使顆粒的質地變得單一化,也會導致一定的結塊。因此,隨著蔗糖的增加,雜糧粉的結塊率呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢,同時,沖調穩(wěn)定性則先上升后下降,這是因為蔗糖在遇水溶解后會有一定的黏性,使得雜糧粉更黏稠,沖調穩(wěn)定性增加,但蔗糖晶體更多時,也會影響雜糧粉沖調穩(wěn)定性。由圖2可知選擇20%的蔗糖為合適的用量,此時雜糧粉的結塊率較低,沖調穩(wěn)定性較高。許亮等[21]等通過比較水稻淀粉糊化溫差,確定雜糧粉的最佳配比為20%的白砂糖,與本實驗結果一致。

2.2.3雜糧谷物粒徑的確定

對雜糧谷物粒徑進行單因素試驗,結果見圖3。由圖3可知,隨著雜糧粉粒徑的減少,結塊率先下降后上升,這可能是由于隨著粒徑的減小,粉體與水的接觸面積增大,結塊率降低。當粒徑大于180 μm時,粉體的空隙變小,粉體與水接觸時,外面已潤濕的粉體粘連,阻礙水分進一步的滲透,導致粉體結塊率增加。同時雜糧粉的沖調穩(wěn)定性先上升后下降,這是因為當粉體粒徑較大時,溶于水后,膳食纖維和大顆粒中的淀粉處于較穩(wěn)定的結合狀態(tài),淀粉分子被束縛,導致成糊能力較差,沖調穩(wěn)定性較差,所以選擇粒徑為180 μm為宜。王秀蘭等[20]在夏秋綠茶復合玉米沖調粉的研制中的研究結果表明,最佳的沖調工藝的粉體粒徑為80目,即180 μm,與本實驗結果一致。

圖3 雜糧谷物粒徑對雜糧粉沖調性的影響

2.2.4麥芽糊精添加量的確定

對麥芽糊精添加量進行單因素試驗,結果見圖4。麥芽糊精是一種可以促進分散的介質,可以降低塊狀物形成,使得雜糧粉結塊率降低,同時分散介質自身有一定的黏度,可以增加沖調物料的黏度,黏度越高,沖調穩(wěn)定性越好。但當分散介質的含量達到一定程度,會促進淀粉的沉淀,結塊率增加,沖調穩(wěn)定性減少。

圖4 麥芽糊精添加量對雜糧粉沖調性的影響

由圖4可知,當麥芽糊精含量增加時,結塊率呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢,沖調穩(wěn)定性卻先增加后減少。李冀新等[22]對膨化玉米早餐粉的混合特性進行了研究,結果表明麥芽糊精添加量為20%的沖調效果最好。但本實驗對麥芽糊精的添加量進行了更多水平測定,結果顯示當麥芽糊精的添加量為22%時,沖調效果達到最好。

2.2.5黃原膠與微晶纖維素配比的確定

對黃原膠與微晶纖維素的配比進行單因素試驗,結果見圖5。

圖5 黃原膠與微晶纖維素的配比對雜糧粉沖調性的影響

如圖5所示,隨著黃原膠和微晶纖維素混合物中黃原膠比例的增加,結塊率先呈現(xiàn)出下降趨勢,但當比例達到4∶6后,結塊率呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢,而相反,雜糧粉的沖調穩(wěn)定性呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢;因此當黃原膠與微晶纖維素的配比為4∶6時,雜糧粉的沖調性達到最佳狀態(tài)。徐晨冉等[18]在研究復合谷物超微粉的營養(yǎng)品質和穩(wěn)定性時,確定添加的微晶纖維素為0.25%,黃原膠為0.40%,與本實驗結果不同,原因可能是所采用的原材料不同導致的。

2.3 正交試驗結果分析

谷物雜糧粉的正交試驗結果見表2。

表2 正交試驗結果

如表2所示,R1值的大小為A>B>C>D,可知影響其結塊率的因素主次關系依次是:沖調溫度>蔗糖添加量>麥芽糊精添加量>黃原膠與微晶纖維素的配比,得到的最佳沖調組合為A2B1C3D3,由正交表得到的最佳沖調組合為A2B1C2D3。極差R2值的大小為A>C>D>B,可知影響雜糧粉沖調穩(wěn)定性的因素主次關系依次是:沖調溫度>麥芽糊精添加量>黃原膠與微晶纖維素的配比>蔗糖添加量,得到的最佳沖調配方為A2B1C3D3,根據(jù)正交試驗表的最佳沖調組合為A2B1C2D3,以上組合不一致,進行驗證試驗,結果如表3所示。

表3 驗證試驗結果

由表3可知,組合A2B1C3D3與組合A2B1C2D3的結塊率和沖調穩(wěn)定性結果均差異極顯著,在此情況下,選擇A2B1C2D3為最佳組合,即沖調溫度80℃、蔗糖添加量18%、麥芽糊精添加量22%、黃原膠與微晶纖維素的配比1∶1,谷物粒徑為180 μm,此時結塊率為3.61%,沖調穩(wěn)定性為16.93%。

經調配后制得的成品呈淺棕色的粉末狀,成品沖調時狀態(tài)較好,具有濃郁的雜糧香味,無其他異味,結塊率大大降低,并且分層現(xiàn)象不明顯,無沉淀,質地較均勻穩(wěn)定,細細品嘗有稍甜風味,口感柔滑且醇厚。經檢測,產品感官指標和理化指標符合LS/T 3302—2014《方便雜糧粉》[23]中的規(guī)定,微生物指標符合GB/T 18738—2006《速溶豆粉和豆奶粉》[24]中的規(guī)定。

3 結論

研究以酶解后的雜糧粉為原料,對其結塊率、沖調穩(wěn)定性進行研究,經單因素和正交試驗確定最佳工藝組合。結果表明,各因素對雜糧粉結塊率的影響順序為沖調溫度>蔗糖添加量>麥芽糊精添加量>黃原膠與微晶纖維素的配比,各因素對雜糧粉沖調穩(wěn)定性的影響順序為沖調溫度>麥芽糊精添加量>黃原膠與微晶纖維素的配比>蔗糖添加量,試驗最終得到最佳工藝組合為A2B1C2D3,即沖調溫度80℃、蔗糖添加量18%、麥芽糊精添加量為22%、黃原膠與微晶纖維素的配比為1∶1,谷物粒徑為180 μm,此時結塊率為3.61%,沖調穩(wěn)定性為16.93%。相比傳統(tǒng)的直接調配型雜糧粉,經酶解處理后顯著提高了雜糧粉的DE值,更容易被人體消化吸收,結塊率低,沖調穩(wěn)定性較好,食用方便,營養(yǎng)豐富,口感也較好,并且酶解過程溫和、高效,實現(xiàn)了改良的效果。