造粒芝麻工藝的優(yōu)化

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(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心,河南鄭州 450002; 2.河南省農(nóng)產(chǎn)品生物活性物質(zhì)工程技術(shù)研究中心,河南鄭州 450002; 3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,河南鄭州 450002)

造粒芝麻工藝的優(yōu)化

蘆鑫1,2,余果3,高錦鴻1,2,張麗霞1,2,宋國(guó)輝1,2,孫強(qiáng)1,2，*

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心,河南鄭州 450002; 2.河南省農(nóng)產(chǎn)品生物活性物質(zhì)工程技術(shù)研究中心,河南鄭州 450002; 3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,河南鄭州 450002)

為豐富芝麻食品品種,研發(fā)造粒芝麻制作工藝。以造粒芝麻成品率、均一率、穩(wěn)定性為評(píng)價(jià)指標(biāo),從常見(jiàn)食用膠中篩選出適宜造粒芝麻的食用膠,隨后通過(guò)單因素分析工藝參數(shù)對(duì)造粒芝麻的影響規(guī)律,最后利用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化工藝參數(shù)。結(jié)果表明:淀粉適宜用于造粒芝麻,淀粉質(zhì)量濃度、淀粉溶液添加量、靜置時(shí)間會(huì)顯著影響造粒芝麻的形成與品質(zhì)。通過(guò)逼近理想解排序法獲得最佳的造粒芝麻生產(chǎn)工藝為:6%淀粉質(zhì)量濃度,淀粉溶液添加量為26%,靜置時(shí)間15 min。在此條件下,造粒芝麻的成品率、均一率與穩(wěn)定性分別為93.49%、91.34%、87.94%,這為造粒芝麻的后續(xù)應(yīng)用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

淀粉,海藻酸鈉,芝麻,綜合評(píng)價(jià)

芝麻是深受中國(guó)人民喜愛(ài)的食物,市場(chǎng)上有芝麻鹽、芝麻糊、芝麻醬等多種產(chǎn)品[1-2]。然而將芝麻加工粉狀食物時(shí),因芝麻油脂含量豐富,除易結(jié)塊外,也增加油脂與空氣接觸,加速氧化酸敗,縮短產(chǎn)品的貨架期[3-5]。另外,由于芝麻與其他組分的比重不同,在放置過(guò)程中會(huì)發(fā)生物料遷移,產(chǎn)生物料不均現(xiàn)象,降低產(chǎn)品食用品質(zhì)。

為改善現(xiàn)有粉狀芝麻食品品質(zhì),有必要通過(guò)現(xiàn)代加工技術(shù)改變粉狀芝麻的存在形式,即采用食用膠將炒熟的芝麻與其他配料粘結(jié)成微粒(造粒芝麻),待消費(fèi)者食用時(shí),自行搗碎食用,這可有效避免粉狀芝麻產(chǎn)品在儲(chǔ)藏期間的結(jié)塊、分層、酸敗等問(wèn)題[6]。另外,造粒芝麻為因芝麻顆粒小,難以取食,限制作為食品主料的問(wèn)題提供了解決途徑。

開(kāi)展芝麻造粒研究時(shí),要綜合考慮成品率、均一率與穩(wěn)定性等指標(biāo),科學(xué)評(píng)價(jià)上述指標(biāo)可以引入逼近理想解排序法(TOPSIS)。該方法是系統(tǒng)工程中常用的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法[7-10],它通過(guò)計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象到最優(yōu)向量與最劣向量的距離,進(jìn)而對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行排序,優(yōu)化方案應(yīng)該距理想解近,而距負(fù)理想解遠(yuǎn)[11-12]。

目前,造粒芝麻的研究剛起步,缺乏理論指導(dǎo)與數(shù)據(jù)參考,有必要開(kāi)展研究。本文以造粒芝麻的成品率、均一率與穩(wěn)定性為評(píng)價(jià)指標(biāo),首先從常用的食用膠中篩選出適宜的造粒芝麻的食用膠,隨后通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)研究食用膠濃度與添加量、靜置時(shí)間對(duì)造粒芝麻品質(zhì)的影響規(guī)律,最終利用方差分析與TOPSIS算法從正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果中找出最佳的芝麻造粒工藝。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

白芝麻 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院;淀粉、海藻酸鈉、明膠、阿拉伯樹(shù)膠、黃原膠、瓜爾豆膠 鄭州分子科貿(mào)有限公司。

XZS600型振動(dòng)篩 新鄉(xiāng)市宏達(dá)振動(dòng)設(shè)備有限責(zé)任公司;HHS型電熱恒溫水浴鍋 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠(chǎng);WNT2-5型無(wú)級(jí)調(diào)速不銹鋼糖衣機(jī) 寶雞建華機(jī)械廠(chǎng);XMTD-8222電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海佳勝實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;JYL-Y92破壁料理機(jī) 廣東東莞九陽(yáng)有限公司;SDHCB8E34-210蘇泊爾電磁爐 浙江金華蘇泊爾有限公司;ACS電子天平 廣州廣衡電子衡量器有限公司;電加熱炒鍋 河南省亞臨界生物技術(shù)有限公司;標(biāo)準(zhǔn)篩 上海市五四儀器有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程及操作要點(diǎn) 芝麻→除雜清洗→瀝水干燥→烘炒→混合→靜置→造?！稍铩鋮s→檢驗(yàn)→成品

操作要點(diǎn)

瀝水干燥:瀝去水分后,80 ℃烘干水分至6%左右;

烘炒:炒鍋底溫為220 ℃,烘炒20 min,迅速將芝麻轉(zhuǎn)移入型托盤(pán)冷卻;

混合:將添加調(diào)料的粘合劑溶液中,緩慢邊倒入芝麻中,邊攪拌,使混合均勻;

造粒:靜置后,將芝麻漿液加入到糖衣機(jī)進(jìn)行造粒,采用35～45 r/min轉(zhuǎn)速進(jìn)行成團(tuán),待其半干時(shí),緩慢取出,放置在托盤(pán)上;

干燥:將造粒半成品采用110 ℃干燥65 min,冷卻裝瓶。

1.2.2 粘合劑品種選擇 為篩選出適宜粘合芝麻的食用膠,分別考察淀粉、海藻酸鈉、明膠、阿拉伯樹(shù)膠、黃原膠、瓜爾豆膠粘結(jié)芝麻的表現(xiàn)。分別稱(chēng)取250 g芝麻,采用1.2.1的條件進(jìn)行操作,隨后參考GB 1976-2008中上述食用膠的允許添加量與文獻(xiàn)報(bào)道中使用量[13-14],采用質(zhì)量濃度5.0%、1.0%、4.0%、3.0%、2.5%、2.0%的上述六種食用膠溶液100 g與芝麻混合,靜置15 min,造粒、干燥后,稱(chēng)重,計(jì)算成品率、均一率、穩(wěn)定性(公式1、2、3)[15-16]。

Y=(m1/m0)×100

式(1)

式(1)中,Y為成品率(%),m1為未通過(guò)12目標(biāo)準(zhǔn)篩(單粒芝麻會(huì)透過(guò)12目篩孔)的造粒芝麻質(zhì)量(g),m0為烘烤后未造粒芝麻質(zhì)量(g)。

E=(m2/m1)×100

式(2)

式(2)中,E為均一率(%),m2為通過(guò)6目標(biāo)準(zhǔn)篩未通過(guò)12目的造粒芝麻質(zhì)量(g),m1同上。

S=(m3/m1)×100

式(3)

式(3)中,S為穩(wěn)定性(%),m3為采用振動(dòng)篩振動(dòng)30 min后未通過(guò)12目的造粒芝麻質(zhì)量(g)。

1.2.3 淀粉造粒芝麻的單因素實(shí)驗(yàn) 取一定質(zhì)量的芝麻,按照1.2.1進(jìn)行烘炒,冷卻后,加入一定濃度的淀粉溶液,靜置若干時(shí)間,進(jìn)行造粒、干燥,得到產(chǎn)品,計(jì)算成品率、均一率與穩(wěn)定性。由參考文獻(xiàn)可知,食用膠濃度與添加量、靜置時(shí)間是影響膠體形成重要因素[17-18]。因此,通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)考察淀粉添加量、淀粉溶液添加量與靜置時(shí)間對(duì)造粒芝麻的影響。固定淀粉液添加量為芝麻質(zhì)量40%、靜置時(shí)間15 min,考察淀粉質(zhì)量濃度(4%、5%、6%、7%、8%、9%)對(duì)芝麻造粒的影響;固定淀粉質(zhì)量濃度為6%、靜置時(shí)間15 min,考察淀粉溶液添加量(20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%)對(duì)芝麻造粒的影響;固定淀粉質(zhì)量濃度為6%,淀粉溶液添加量為芝麻質(zhì)量30%,考察靜置時(shí)間(5、10、15、20、25、30 min)對(duì)芝麻造粒的影響。

1.2.4 淀粉造粒芝麻的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 在此基礎(chǔ)上,采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化造粒工藝,具體實(shí)驗(yàn)安排如下:

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels table of orthogonal experiment

1.3數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)測(cè)定3次。采用SAS9.2計(jì)算方差與TOPSIS[8]。p<0.05為顯著；p<0.01為極顯著。圖中同一曲線(xiàn)上帶有相同小寫(xiě)字母的樣品間無(wú)顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1食用膠品種對(duì)芝麻造粒的影響

食用膠對(duì)造粒芝麻的形成與品質(zhì)起決定作用,因此,有必要對(duì)食用膠的品種進(jìn)行篩選。常見(jiàn)食用膠對(duì)芝麻造粒的影響見(jiàn)圖1。

圖1 常見(jiàn)食用膠造粒芝麻的表現(xiàn)Fig.1 The performance of granulated sesame adhered by common edible adhesives

觀(guān)察食用膠品種對(duì)造粒芝麻成品率的影響時(shí),發(fā)現(xiàn)淀粉作為粘結(jié)劑效果最好,其次是明膠、阿拉伯樹(shù)膠、瓜爾豆膠、黃原膠與海藻酸鈉,產(chǎn)生上述結(jié)果的原因可能與食用膠溶液的粘度有關(guān)[6,19]。淀粉溶液粘度較小,容易與芝麻混合均勻,并且不粘結(jié)在糖衣機(jī)內(nèi)壁,因此造粒芝麻成品率較高。分析造粒芝麻均一率時(shí),淀粉、明膠、阿拉伯樹(shù)膠的效果均較好,海藻酸鈉與黃原膠效果較差,這與上述兩種食用膠形成的溶液粘度過(guò)高有關(guān),粘度高造成芝麻混合不均,形成大小不一的顆粒,從而形成均勻性差的造粒芝麻。粘合劑的粘度對(duì)造粒芝麻的穩(wěn)定性影響較為復(fù)雜,若食用膠溶液粘度高,可以形成強(qiáng)的粘合力來(lái)粘附芝麻,但是過(guò)高粘度阻礙食用膠溶液與芝麻的混合,不能在芝麻表面形成均勻的涂層,這樣形成的造粒芝麻內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固,降低穩(wěn)定性,這也許是海藻酸鈉造粒芝麻穩(wěn)定性差的原因。當(dāng)食用膠溶液粘度較低時(shí),雖然有利于形成內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)固緊密的造粒芝麻,但食用膠溶液粘性弱造成粘合力弱,從而削弱了造粒芝麻的穩(wěn)定性,這是淀粉作為粘合劑穩(wěn)定性次于明膠。綜合造粒芝麻的成品率、均一率與穩(wěn)定性,淀粉適宜作為造粒芝麻的粘結(jié)劑。

2.2淀粉質(zhì)量濃度對(duì)芝麻造粒的影響

淀粉質(zhì)量濃度會(huì)影響淀粉溶液粘度,從而影響芝麻造粒的效果,由此需要對(duì)淀粉質(zhì)量濃度的影響進(jìn)行分析。由圖2a可知,當(dāng)?shù)矸圪|(zhì)量濃度從4%增加到6%時(shí),造粒芝麻成品率顯著上升,同時(shí)均一性也有所上升,當(dāng)?shù)矸圪|(zhì)量濃度在 6%～9%范圍內(nèi),造粒芝麻成品率與均一性均有所下降。產(chǎn)生以上現(xiàn)象的原因是:淀粉溶液的粘度隨著淀粉質(zhì)量濃度的增加而增加,當(dāng)?shù)矸圪|(zhì)量濃度較低時(shí),淀粉溶液粘度低,不能緊密粘附芝麻,造成成品率下降;當(dāng)?shù)矸圪|(zhì)量濃度過(guò)高時(shí),淀粉溶液粘度過(guò)高,造成芝麻與淀粉溶液混合不勻,并且粘附在糖衣機(jī)內(nèi)壁,降低成品率。

圖2 淀粉質(zhì)量濃度對(duì)造粒芝麻的影響Fig.2 The effect of starchmass concentration on granulated sesame

由圖2b可知,隨著淀粉質(zhì)量濃度從4%增加到8%時(shí),造粒芝麻穩(wěn)定性上升;但淀粉濃度持續(xù)增加,穩(wěn)定性無(wú)顯著增加。雖然高濃度淀粉溶液能產(chǎn)生強(qiáng)的粘附作用,但也降低物料混合的均勻性,使造粒芝麻內(nèi)部結(jié)構(gòu)粗糙,降低穩(wěn)定性,這就產(chǎn)生在高淀粉質(zhì)量濃度環(huán)境時(shí),持續(xù)增加淀粉質(zhì)量濃度,而穩(wěn)定性并未顯著增加的現(xiàn)象。綜合考慮造粒芝麻產(chǎn)率與品質(zhì),6%的淀粉質(zhì)量濃度適宜粘附芝麻。

2.3淀粉溶液添加量對(duì)芝麻造粒的影響

淀粉溶液添加量也會(huì)影響芝麻造粒的效果。當(dāng)?shù)矸廴芤禾砑恿枯^低時(shí),淀粉溶液與芝麻混合不均勻,從而降低產(chǎn)品的成品率;當(dāng)?shù)矸廴芤禾砑恿窟^(guò)高時(shí),淀粉溶液與芝麻形成的糊狀物流動(dòng)性強(qiáng),難于形成顆粒,導(dǎo)致成品率下降(圖3a)。同時(shí),淀粉溶液添加量增加,造粒芝麻中水分含量增加,相同的干燥強(qiáng)度下,造粒芝麻表面水分除去形成膜固定造粒芝麻,但內(nèi)部水分未能全部脫除,不能有效固定芝麻,從而降低造粒芝麻的穩(wěn)定性(圖3b)。結(jié)合成品率、均一性與穩(wěn)定性,淀粉溶液添加量以30%為宜。

圖3 淀粉溶液添加量對(duì)造粒芝麻的影響Fig.3 The effect of starch solution addition on granulated sesame

2.4靜置時(shí)間對(duì)芝麻造粒的影響

靜置過(guò)程中,芝麻會(huì)從淀粉溶液中吸取水分,以降低體系的流動(dòng)性,提高粘結(jié)性;同時(shí),芝麻與淀粉溶液形成膠體結(jié)構(gòu),為芝麻造粒奠定基礎(chǔ)。芝麻吸水與膠體形成都需要時(shí)間,因此,靜置時(shí)間也是影響芝麻造粒的重要因素。靜置時(shí)間對(duì)芝麻造粒的影響如圖4所示,靜置時(shí)間從5 min延長(zhǎng)到15 min時(shí),造粒芝麻的成品率、均一率與穩(wěn)定性有明顯改善;而繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間,由于芝麻與淀粉溶液形成的體系是非穩(wěn)定體系,芝麻會(huì)逐漸沉淀于溶液底部,導(dǎo)致芝麻與淀粉溶液分層,影響膠體結(jié)構(gòu)形成,減少造粒芝麻的成品率與均一性。結(jié)合成品率、均一性與穩(wěn)定性,靜置時(shí)間以15 min為宜。

圖4 靜置時(shí)間對(duì)造粒芝麻的影響Fig.4 The effect of holding time on granulated sesame

2.5最佳芝麻造粒工藝確定

采用SAS對(duì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析發(fā)現(xiàn)(見(jiàn)表3),正交模型顯著,可以客觀(guān)真實(shí)的反映淀粉質(zhì)量濃度、淀粉溶液添加量、靜置時(shí)間對(duì)造粒芝麻成品率、均一率、穩(wěn)定性的影響規(guī)律。分析因素對(duì)成品率影響時(shí),淀粉質(zhì)量濃度是第一顯著因素,其次是淀粉溶液添加量,而靜置時(shí)間在取值區(qū)間內(nèi)為非顯著因素;因素對(duì)均一率的影響中,淀粉質(zhì)量濃度是顯著因素,而淀粉溶液添加量和靜置時(shí)間為非顯著影響因素;因素對(duì)穩(wěn)定性的影響中,淀粉質(zhì)量濃度是極顯著因素,淀粉溶液添加量影響強(qiáng)于靜置時(shí)間。

表2 淀粉造粒芝麻正交結(jié)果表Table 2 The orthogonal result of granulated sesame adhered by starch and results

結(jié)合極差分析,獲得最佳成品率的條件為:淀粉質(zhì)量濃度7%,淀粉溶液添加量為30%,靜置時(shí)間為18 min,在此條件下(實(shí)驗(yàn)序號(hào)10),驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)造粒芝麻的成品率為95.68%,均一性為86.78%,穩(wěn)定性為90.27%。獲得最佳均一性的條件為:淀粉質(zhì)量濃度6%,淀粉溶液添加量為34%,靜置時(shí)間為15 min,在此條件下(實(shí)驗(yàn)序號(hào)11),驗(yàn)證造粒芝麻的均一性為93.48%,而成品率與穩(wěn)定性分別為92.15%和85.36%。獲得最佳穩(wěn)定性的條件為:淀粉質(zhì)量濃度為7%,淀粉溶液添加量為26%,靜置時(shí)間15 min,在此條件下(實(shí)驗(yàn)序號(hào)12),驗(yàn)證造粒芝麻的穩(wěn)定性為91.64%,而成品率與均一性分別為94.28%和86.34%。由上所述,影響因素對(duì)成品率、均一率與穩(wěn)定性三指標(biāo)的作用存在明顯差異,增加淀粉質(zhì)量濃度可以增加造粒芝麻的成品率與穩(wěn)定性,但會(huì)削弱均一率;增加淀粉溶液添加量會(huì)降低造粒芝麻成品率與穩(wěn)定性;延長(zhǎng)靜置時(shí)間有利于獲得穩(wěn)定性高的造粒芝麻。通過(guò)簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)不能有效兼顧三個(gè)指標(biāo),需要對(duì)三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

表3 正交實(shí)驗(yàn)方差分析表Table 3 The variance analysis of orthogonal experiment

將上述3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果合并,采用TOPSIS算法對(duì)上述三指標(biāo)(三者權(quán)重均為1)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),排序結(jié)果見(jiàn)表4。當(dāng)?shù)矸圪|(zhì)量濃度為6%,淀粉溶液添加量為26%,靜置時(shí)間15 min時(shí),造粒芝麻的成品率、均一率與穩(wěn)定性分別為93.49%、91.34%、87.94%,這為造粒芝麻的后續(xù)應(yīng)用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

表4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的TOPSIS法排序Table 4 The order of orthogonal result calculated by TOPSIS

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)表明,淀粉較其他食用膠適宜作為生產(chǎn)造粒芝麻的食用膠。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)淀粉質(zhì)量濃度、淀粉溶液添加量與靜置時(shí)間會(huì)顯著影響造粒芝麻的成品率、均一率與穩(wěn)定性。為兼顧上述三個(gè)指標(biāo),利用TOPSIS分析正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果,獲得最佳的造粒工藝是:淀粉質(zhì)量濃度為6%,淀粉溶液添加量為26%,靜置時(shí)間15 min。在此條件下,造粒芝麻的成品率、均一率與穩(wěn)定性分別為93.49%、91.34%、87.94%。

目前,雖然采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了芝麻造粒工藝,但造粒芝麻的穩(wěn)定性仍有提高空間。針對(duì)該問(wèn)題,未來(lái)嘗試采用復(fù)配食用膠來(lái)進(jìn)行造粒加以解決[20-21]。

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Optimizationofpreparationprocessofgranulatedsesame

LUXin1,2,YUGuo3,GAOJin-hong1,2,ZHANGLi-xia1,2,SONGGuo-hui1,2,SUNQiang1,2，*

(1.Research Center of Agricultural and Sideline Products Processing of Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China; 2.Henan Engineering Research Centre of Bioactive Substances in Agricultural Products,Zhengzhou 450002,China; 3.College of Food Science and Technology,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China)

To enrich the variety of sesame food,the process of granulated sesame was researched. An edible adhesive which was suitable to adhere sesame was selected from common edible adhesives through comprehensively considering rates of final product and uniformity,stability,then effects of technological parameters on granulated sesame were studied by single-factor test,finally these process parameters were optimized by orthogonal experiment. Results showed that starch was the proper adhesive for producing granulated sesame,the starch mass concentration,the addition of starch solution and the holding time could influence the formation and properties of granulated sesame. According to the technique for order preference by similarity to ideal solution,the optimal process of granulated sesame was established as follows:starch mass concentration of 6%,addition of starch solution of 26% and holding time of 15 min. Under these conditions,the rate of final product,uniformity rate and stability were 93.49%,91.34%,87.94%,respectively,which created material base for the follow-up application of granulated sesame.

starch;sodium alginate;sesame;comprehensive evaluation

2017-03-03

蘆鑫(1981-)，男，博士，助理研究員，研究方向：油脂加工，E-mail：xinlu1981@foxmail.com。

*

孫強(qiáng)(1973-)，男，碩士，副研究員，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工，E-mail：qiangsunxy@126.com。

2016年河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(162102110058)。

TS229

B

1002-0306(2017)21-0192-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.21.038