低脂青稞膨化米卷加工工藝及其品質(zhì)

祝東品，呂慶云*，周夢舟，黨允卓，蔡喬宇

1. 武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院（武漢 430023）；2. 湖北工業(yè)大學(xué)生物工程與食品學(xué)院（武漢 432200）

青稞營養(yǎng)結(jié)構(gòu)比較合理，其蛋白質(zhì)含量高、可溶性纖維元素比普通谷物高，維生素B含量豐富，且青稞在飲食上具有低脂肪、低糖的性質(zhì)[1-2]。青稞含有較高的β-葡聚糖，有效預(yù)防“三高”疾病。果膠脂肪替代物主要是通過凝膠狀的基質(zhì)穩(wěn)定相當(dāng)數(shù)量的水，產(chǎn)生同脂肪類似的潤滑性和流動(dòng)性，增加食品黏稠度，提供一種奶油狀、滑爽的口感[3-4]。將果膠脂肪替代物應(yīng)用到青稞擠壓膨化米卷注芯材料中，降低膨化米卷脂肪用量，以達(dá)到低脂肪的健康要求，同時(shí)保持米卷良好口感，至今相關(guān)的研究幾乎為空白。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗(yàn)材料

青稞全麥粉，青藏高原珍品有限公司；米粉，益海嘉里金龍魚大米公司；柚子皮果膠，河南三門峽富元果膠工業(yè)有限公司；食品膨松劑碳酸鈣，河南祥瑞食品添加劑有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

智能化雙螺桿擠壓膨化設(shè)備MT65-Ⅱ膨化機(jī)，山東美騰機(jī)械設(shè)備有限公司；便攜式色差儀CR-10，蘇州圣光儀器有限公司；S-3000N掃描電子顯微鏡，日本日立公司；TA-XT21物性測試儀，英國SMS公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 低脂青稞米卷的加工工藝流程

試驗(yàn)采用雙螺旋擠壓膨化機(jī)將青稞原料復(fù)配其他谷物雜糧粉加工成青稞膨化類休閑食品。工藝流程：原料稱量→物料混勻→擠壓膨化→加熱注芯→塑型切條→烘烤干燥→噴涂調(diào)味→成品檢測。

1.2.2 低脂青稞米卷加工工藝單因素試驗(yàn)

以米卷膨化度、感官評價(jià)作為青稞米卷食用品質(zhì)評價(jià)指標(biāo)，根據(jù)預(yù)試驗(yàn)，固定青稞粉添加比例6%、果膠脂肪替代物添加量比例8%、水添加量5%、膨松劑比例0.7%，膨化溫區(qū)溫度為70，130和150 ℃，分別對每個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，設(shè)計(jì)水平見表1和表2。

表1 青稞粉添加比例、果膠脂肪替代物比例、水添加量、膨松劑比例單因素設(shè)計(jì)水平

表2 膨化溫度、喂料轉(zhuǎn)速、螺桿轉(zhuǎn)速單因素設(shè)計(jì)水平

1.2.3 青稞膨化米卷加工工藝參數(shù)正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，在分析參考資料的基礎(chǔ)上，以青稞膨化米卷的膨化度和質(zhì)構(gòu)酥脆性為正交評價(jià)指標(biāo)，選擇影響膨化效果較大的4個(gè)因素，不考慮交互作用，選用L9(34)來安排試驗(yàn)，試驗(yàn)因素設(shè)計(jì)見表3。

表3 低脂青稞米卷正交試驗(yàn)因素水平表

1.3 青稞膨化米卷品質(zhì)研究

1.3.1 膨化米卷膨化度的測定

米卷膨化度=膨化后米卷直徑/模具套孔直徑，數(shù)值可用直徑比來表示。

1.3.2 膨化米卷水分含量的測定

水分含量按照GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定》方法進(jìn)行測定。

1.3.3 膨化米卷脂肪含量的測定

脂肪含量參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測定》方法進(jìn)行測定。

1.3.4 膨化米卷筒體密度的測定

稱取一定質(zhì)量的米卷樣品，烘干至恒質(zhì)量，測定米卷外直徑R（m）、內(nèi)直徑r（m）、米卷長度L（m），計(jì)算出米卷體積V（mL），質(zhì)量M（g），米卷密度按式（1）計(jì)算。

1.3.5 青稞膨化米卷水溶性（WSI）測定

參照文獻(xiàn)[5]，水溶性指數(shù)按式（2）計(jì)算。

1.3.6 膨化米卷的色澤測定

采用便攜式色差儀CR-10對3種青稞粉比例的青稞米卷進(jìn)行色澤測定，按照Hunter白度計(jì)算公式，計(jì)算白度WI值，并求白度平均值[6]。

1.3.7 膨化米卷內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃描電鏡觀察

將不同膨化溫度下青稞米卷樣品用切刀切成薄片，放大倍數(shù)分別為×30和×100，用掃描電鏡觀察米卷橫切面的結(jié)構(gòu)。

1.3.8 膨化米卷質(zhì)構(gòu)的測定

選擇粗細(xì)均勻的米卷樣品，選用P/5探頭，參數(shù)設(shè)置：測前2 mm/s，測中1 mm/s，測后2 mm/s，壓縮比80%，每種樣品測3次，求平均值。

1.3.9 膨化米卷感官評定細(xì)則

評分細(xì)則參照GB 17404—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)膨化食品生產(chǎn)衛(wèi)生規(guī)范》進(jìn)行制定[7]。制定表格總分40分：膨化米卷膨化度5分、氣味5分、表觀狀態(tài)15分、口感15分。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 青稞粉添加比例對米卷產(chǎn)品品質(zhì)影響

由圖1可知，青稞面粉含有糊粉層，顏色偏灰白，混入大米粉、玉米粉，加工成青稞米卷，對青稞米卷膨化度有一定的影響。當(dāng)青稞粉比例為2%時(shí)，青稞米卷顏色偏白，膨化度較大。逐漸增加青稞粉比例，由于青稞粉的膨化特性比米粉和玉米粉差，米卷膨化度降低。當(dāng)米卷青稞粉添加比例為4%～8%時(shí)，青稞米卷膨化度適中，粗細(xì)均勻。當(dāng)青稞粉添加比例較低時(shí)，青稞米卷混料成分含有大量玉米粉，加工制成的米卷色澤黃白、孔洞較大，有點(diǎn)粘牙。當(dāng)青稞粉比例為6%時(shí)，米卷具有青稞大麥香氣，色澤適中，孔洞均勻，不粘牙；當(dāng)青稞比例增大時(shí)，青稞米卷大麥香氣濃郁，色澤偏灰，白度下降，膨化的孔洞較小，米卷結(jié)構(gòu)致密。當(dāng)米卷青稞粉添加比例為6%，青稞米卷呈金黃色，具有良好口感。

2.1.2 果膠脂肪替代物對米卷產(chǎn)品影響

將一定量果膠脂肪替代物加入到稀奶油、花生醬等注芯材料中，加熱溶解。果膠脂肪替代品作為液體注芯材料，可以減少油脂、奶油、巧克力的使用量，有效降低脂肪攝入量，對米卷產(chǎn)品的硬度、酥脆性、咀嚼度有很大的影響[8]。由圖2可知，混合物料噴出模頭時(shí)，果膠脂肪替代物進(jìn)入米卷內(nèi)心，與米卷胚體融合，直接影響米卷膨化度大小，當(dāng)果膠脂肪替代物比例為6%～8%時(shí)，米卷膨化效果較好；當(dāng)果膠脂肪替代物含量增大時(shí)，米卷口感下降。

圖1 青稞粉添加比例對青稞米卷膨化度影響

圖2 果膠脂肪替代物對膨化度影響

2.1.3 水添加量對產(chǎn)品影響

由圖3可知，水在混料時(shí)加入，水和物料充分混合均勻。水添加量對米卷膨化品質(zhì)至關(guān)重要，膨化時(shí)水分在高溫高壓下迅速氣化，水分子由內(nèi)到外遷移，留下的路徑形成孔洞。當(dāng)水添加量較低時(shí)，米卷膨化度較大，疏松易碎。當(dāng)水添加量為4%～6%時(shí)，米卷膨化度適中。當(dāng)水添加量增多時(shí)，米卷膨化度降低。水添加量對青稞膨化米卷硬度、酥脆性有影響，當(dāng)水添加量低時(shí)，米卷膨化度大，孔洞較大、疏松易碎，不易包裝。當(dāng)水添加量為5%時(shí)，米卷酥脆性良好，孔洞均勻，米卷不粘牙。當(dāng)水添加量增大時(shí)，此時(shí)物料擠壓成型較軟，黏度大，物料擠壓糊狀凝固變稠，產(chǎn)品膨化度降低，產(chǎn)品含水量影響青稞膨化米卷的粘牙性，水分含量高，產(chǎn)品很粘牙。

2.1.4 膨松劑添加比例對產(chǎn)品影響

由圖4可知，膨松劑為食品級碳酸鈣，將碳酸鈣固體粉末混入青稞粉、米粉、玉米粉中，保持其他因素不變，添加比例為0.5%～0.9%。碳酸鈣在膨化休閑食品中沒有添加限量，根據(jù)膨化效果適當(dāng)添加，可以有效補(bǔ)充鈣營養(yǎng)元素。當(dāng)膨松劑比例增加時(shí)，米卷膨化度顯著增大，當(dāng)比例為0.8%時(shí)，米卷膨化度趨于穩(wěn)定。在外觀和口感上，膨松劑使用對產(chǎn)品容重有較大影響，當(dāng)膨松劑增加時(shí)，容重偏輕，膨松劑受熱分解，產(chǎn)生氣體，使米卷樣品形成海綿狀多孔組織，米卷口感松軟、體積膨大，表面光滑均勻，質(zhì)地細(xì)膩。當(dāng)膨松劑添加比例為0.7%時(shí)，米卷色澤適中，孔洞均勻，不粘牙。

圖3 水添加量對青稞膨化米卷膨化度的影響

圖4 膨松劑比例對青稞膨化米卷膨化度的影響

2.1.5 膨化溫度對青稞米卷產(chǎn)品影響

由圖5可知，擠壓膨化機(jī)溫度參數(shù)設(shè)置共有3個(gè)溫度區(qū)間：一區(qū)為預(yù)熱區(qū)，二區(qū)為糊化區(qū)，三區(qū)為膨化區(qū)。預(yù)熱區(qū)溫度固定為70 ℃，將后兩區(qū)溫度作為膨化溫度參數(shù)變量，該溫度區(qū)間對青稞膨化米卷影響較大，當(dāng)溫度過低時(shí)，呈擠壓糊狀，糊化區(qū)溫度上升到120 ℃，前期膨化度較低，模頭出來的米卷較細(xì)，初級產(chǎn)品比較粘牙。隨著溫度上升，腔內(nèi)噴出高壓蒸汽，產(chǎn)品膨化度增大，色澤呈淺黃色和黃色，孔洞均勻。當(dāng)膨化區(qū)溫度為140 ℃左右時(shí)，膨化度變大，?？诔鰜戆魻町a(chǎn)品粗大，顏色呈金黃色[9]；膨化效果較好的溫度參數(shù)為一區(qū)70 ℃，二區(qū)130 ℃，三區(qū)150℃，其中關(guān)鍵膨化區(qū)溫度為150 ℃，此時(shí)米卷容重適宜，色澤適中，孔洞均勻，產(chǎn)品不粘牙。若膨化溫度過高，米卷會(huì)變得焦糊，顏色變黑[10]。

2.1.6 喂料機(jī)轉(zhuǎn)速對青稞米卷產(chǎn)品影響

由圖6可知，當(dāng)喂料機(jī)速度較低時(shí)，物料在機(jī)筒內(nèi)受到的壓力較小，擠壓作用較弱，膨化度較低。隨著喂料速度的增加，膨化度逐漸增大，當(dāng)喂料機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度為12 Hz時(shí)，青稞米卷膨化度達(dá)到最大。當(dāng)喂料速度大于12 Hz時(shí)，青稞米卷產(chǎn)品的膨化度隨著喂料速度的增加而減小。這是由于喂料機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度過大，物料由于受熱不均，受熱時(shí)間較短，部分青稞粉在機(jī)筒內(nèi)無法及時(shí)膨化，使得產(chǎn)品的膨化度降低，同時(shí)容易發(fā)生堆積堵塞現(xiàn)象[11]。喂料速度增大時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)速一定時(shí)，原料在擠壓機(jī)內(nèi)受熱時(shí)間變短，米卷外觀偏輕，色澤較淺，孔洞較小，有些粘牙。由于喂料速率太低時(shí)，擠壓溫度和壓力較低，不能產(chǎn)生較好的膨化，隨著喂料速率的增加，溫度和壓力也在增加，當(dāng)喂料機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速率為12 Hz時(shí)，膨化最佳，米卷容重適中，色澤正常，孔洞均勻，不粘牙；當(dāng)喂料機(jī)轉(zhuǎn)速大于12 Hz時(shí)，溫度過熱，不能及時(shí)膨化，使得少量物料焦化，膨化度降低，容重偏大，色澤較淺，孔洞較小。

圖5 膨化溫度對青稞膨化米卷膨化度的影響

圖6 喂料機(jī)轉(zhuǎn)速對青稞膨化米卷膨化度的影響

2.1.7 螺桿轉(zhuǎn)速對青稞米卷品質(zhì)影響

由圖7可知，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，擠壓機(jī)內(nèi)剪切力增加，大分子結(jié)構(gòu)被打開，使更多淀粉鏈被打斷而降解，同時(shí)螺桿的攪拌讓水分在物料中分散更均勻，擠出物的結(jié)構(gòu)和氣孔也較為均一[12]。青稞膨化米卷膨化度增加，當(dāng)螺旋桿轉(zhuǎn)速為30 Hz時(shí)，米卷膨化度較大，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速越高時(shí)，物料在機(jī)筒內(nèi)作用時(shí)間越短，從而不利于降解，且受力不均，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)硬塊、膨化不均等現(xiàn)象，膨化度降低。螺旋桿轉(zhuǎn)速對產(chǎn)品膨化受熱時(shí)間和水分汽化有影響，螺旋桿轉(zhuǎn)速增大，物料在機(jī)器腔體內(nèi)停留時(shí)間越短，受熱時(shí)間越短，膨化度較低，米卷容重偏大，色澤較淺，孔洞較小，有些粘牙，若降低雙螺旋桿轉(zhuǎn)速，物料受熱時(shí)間長，水分汽化充分，膨化度增大；而轉(zhuǎn)速過快，物料被迅速擠出，膨化不充分，單位時(shí)間膨化物料減少，導(dǎo)致容重偏小。

圖7 螺桿轉(zhuǎn)速對青稞米卷膨化度影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，以青稞米卷膨化度為評價(jià)指標(biāo)，膨化度越大越好，對于膨化度，影響因素主次為：膨化溫度（A）＞物料水添加量（C）＞膨松劑添加量（D）＞果膠脂肪替代物（B）。溫度和水添加量對青稞米卷膨化度影響十分重要，適當(dāng)?shù)臏囟群退砑恿靠梢燥@著提高米卷膨化度。此時(shí)的較優(yōu)方案為A2C3D2B2，即擠壓膨化溫度為70，130和150 ℃，水添加量為6%，膨松劑添加比例為0.7%，果膠脂肪替代物添加比例為8%。以酥脆性為評價(jià)指標(biāo)時(shí)，酥脆性越大越好，影響青稞米卷酥脆性因素主次為：膨化溫度（A）＞膨松劑比例（D）＞物料水添加量（C）＞果膠脂肪替代物添加量（B）。膨化溫度和膨松劑比例對米卷酥脆性影響較大，膨松劑添加可以有效增加米卷酥脆性。此時(shí)的較優(yōu)方案為A2D2C3B3，即膨化溫度為70，130和150 ℃，膨松劑比例為0.7%，物料水添加量為6%，果膠脂肪替代物比例為10%。

綜合所述，2種較優(yōu)方案區(qū)別在于因素影響順序不同，2種方案在果膠脂肪替代物上稍有區(qū)別，具體根據(jù)實(shí)際情況做了2組試驗(yàn)對比來確定計(jì)算最優(yōu)方案，確定了果膠脂肪替代物添加量為10%，即計(jì)算較優(yōu)方案為A2C3D2B3，與正交表上試驗(yàn)最大組A2B3C1D2不一致，將計(jì)算優(yōu)方案和正交表最優(yōu)組別進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，最終綜合考慮米卷膨化度、酥脆性、感官口感評價(jià)，得到最優(yōu)方案A2C3D2B3，即膨化溫度為70，130和150 ℃，膨松劑比例為0.7%，物料水添加量為6%，果膠脂肪替代物比例為10%，此時(shí)青稞膨化米卷品質(zhì)最佳。

2.3 米卷酥脆性與膨化度相關(guān)性分析

對青稞膨化米卷酥脆性與膨化度做相關(guān)性分析，得出酥脆性與米卷膨化度呈正相關(guān)，見圖8?；貧w方程為y=2 902x+8 647.3，相關(guān)系數(shù)R=0.91，兩者密切相關(guān)，顯著性p=0.002 8＜0.01，相關(guān)性顯著。

表4 低脂青稞米卷正交試驗(yàn)結(jié)果

圖8 青稞米卷酥脆性與膨化度分析

2.4 膨化米卷品質(zhì)研究結(jié)果

2.4.1 低脂青稞膨化米卷理化指標(biāo)測定結(jié)果

由表5可知，對比市售糙米卷，除了含有米粉、玉米粉，添加了一定量青稞粉，低脂青稞膨化米卷膨化度稍大，孔洞較大，更加酥脆，密度稍小，由于青稞粉可溶性膳食纖維含量較高，青稞粉吸水較強(qiáng)，吸水性和水溶性較大。青稞膨化米卷水分含量稍低，更加耐儲(chǔ)藏。將柚子皮果膠添加到青稞米卷中，能夠有效改善米卷口感，由于采用了一定量果膠脂肪替代物，減少了油脂的食用量，降低了脂肪用量，保證米卷低脂健康，同時(shí)口感酥脆，色澤誘人，具有青稞大麥香味。

2.4.2 膨化米卷的色澤測定結(jié)果

由表6可知，試驗(yàn)分別對純米粉、純青稞粉、膨化前青稞混粉、膨化后米卷粉末進(jìn)行色澤測定，為青稞米卷外觀色澤提供參考，使米卷在外觀顏色上具有良好色澤。純米粉白度值較大，顏色潔白，純青稞粉偏灰白，白度下降，加入米粉、玉米粉混合物料后，膨化前的青稞混粉灰色得到遮掩稀釋，白度稍稍增大，米卷膨化后色澤加深，米卷偏向金黃色，b*值較大，白度大大降低，要保證米卷產(chǎn)品有良好外觀，青稞粉比例不能太高，水分不能太低，膨化溫度不可過高。

表5 低脂青稞膨化米卷理化指標(biāo)測定結(jié)果

表6 低脂青稞米卷色澤測定結(jié)果

2.4.3 膨化米卷內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃描電鏡觀察

由圖9～圖14可以看出，分別對不同膨化溫度下的青稞米卷內(nèi)部結(jié)構(gòu)切片掃描電鏡觀察，在高溫高壓下，水分急劇汽化，形成多孔結(jié)構(gòu)，在150 ℃下，米卷內(nèi)部結(jié)構(gòu)破碎張開，呈花朵狀展開，四周包圍，半破碎結(jié)構(gòu)明顯，由于膨化是依靠外部熱或供給加熱水蒸氣，谷物在擠壓機(jī)密閉腔體內(nèi)中變得柔軟，物料成為含有過熱水蒸氣的蓬松狀態(tài)，在高溫高壓狀態(tài)下擠壓剪切，谷物被雙螺桿螺紋的推動(dòng)下，加壓、混合、壓縮，在橫向推進(jìn)力和摩擦力的機(jī)械力作用下受壓、變熱，淀粉鏈間的氫鍵都發(fā)生了斷裂，鏈與鏈發(fā)生了移動(dòng)[13]。在膨化的瞬間，谷物被突然驟釋至常態(tài)，巨大的能量釋放，使流態(tài)水汽化蒸發(fā)，水的體積膨大，谷物組織遭到強(qiáng)大的爆破伸張作用，把谷物造成無數(shù)細(xì)微多孔的海綿體，組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化[14]。

圖9 膨化溫度70-120-150 ℃，×30

圖10 膨化溫度70-120-150 ℃，×100

圖11 膨化溫度70-130-150 ℃，×30

圖12 膨化溫度70-130-150 ℃，×100

圖13 膨化溫度70-130-160 ℃，×30

圖14 膨化溫度70-130-160 ℃，×100

2.4.4 膨化米卷質(zhì)構(gòu)的測定結(jié)果

由表7可以看出，對比市售米卷，青稞膨化米卷硬度稍大，脆性較大，酥性接近相同，兩者咀嚼性相差不大，青稞米卷硬度最大值大于市售米卷。

表7 低脂青稞米卷質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果

3 結(jié)論

擠壓膨化參數(shù)設(shè)置對膨化米卷品質(zhì)有顯著影響，在產(chǎn)品感官品質(zhì)良好的情況下，影響米卷膨化度因素主次為膨化溫度＞物料水添加量＞膨松劑添加量＞果膠脂肪替代物。影響青稞米卷酥脆性因素主次為膨化溫度＞膨松劑比例＞物料水添加量＞果膠脂肪替代物添加量。其具體優(yōu)化結(jié)果為：青稞粉添加量6%，果膠替代物添加比例10%，水添加量6%，膨松劑添加比例0.7%。三段溫區(qū)溫度設(shè)置：Ⅰ區(qū)70 ℃、Ⅱ區(qū)130℃、Ⅲ區(qū)150 ℃。固體粉末喂料機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為12 Hz，雙螺桿擠壓機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為30 Hz。在此條件下膨化度適中，產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定，硬度適中，酥脆性良好。使用果膠脂肪替代物，青稞米卷脂肪含量為24.48%，有效地降低了脂肪含量，開發(fā)出一種健康低脂的青稞膨化米卷。