全谷物黑米代餐泡騰片的工藝優(yōu)化

馬永軒 張名位 張瑞芬 賈栩超 劉 磊 黃 菲 董麗紅

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州510610）

黑米是黑稻加工產(chǎn)品，有“米中之王”的美譽(yù)，其營養(yǎng)極其豐富，不僅含有蛋白質(zhì)、脂肪等，還富含膳食纖維和Fe、Zn 等微量元素[1-3]。黑米性平、味甘，可入膳、入藥，其中的花色苷、生物堿等物質(zhì)有清除自由基[4-5]，降血脂[6-8]，調(diào)節(jié)免疫功能[9-11]等作用，長期食用黑米可開胃益中，健脾暖肝，明目，是一種天然的、理想的保健功能食品原料[12]。

泡騰片是片劑中一種特殊的劑型，其遇到水后發(fā)生酸堿化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的二氧化碳，促使其泡騰崩解。目前，已有關(guān)于黑米糊粉類產(chǎn)品的研究，而鮮有將黑米制成崩解迅速、吸收好的泡騰片劑型的報(bào)道。本研究將泡騰片的制作技術(shù)應(yīng)用于制備全谷物黑米泡騰片，泡騰后即為健康營養(yǎng)的全谷物代餐乳飲品，食用方便，保留了黑米的香味以及營養(yǎng)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑米，市售；木糖醇，廣州然田食品添加劑有限公司；聚維酮K30，武漢吉業(yè)升化工有限公司；聚乙二醇6000，西安悅來醫(yī)藥科技有限公司；三氯蔗糖，安徽金禾實(shí)業(yè)股份有限公司；麥芽糊精，山東西王集團(tuán)有限公司；碳酸氫鈉，內(nèi)蒙古瑞晨祥化工有限公司；檸檬酸，河南德鑫化工實(shí)業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；搖擺式顆粒機(jī)，南京天煌機(jī)械有限公司；ZPT15 旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)，遼寧天億機(jī)械機(jī)械有限公司；DS-32 雙螺桿膨化機(jī)，濟(jì)南賽信膨化機(jī)械有限公司；高速多功能搖擺粉碎機(jī)，浙江省永康市紅太陽機(jī)電有限公司；離心機(jī)，賽默飛世爾科技（中國）有限公司；GHRH-20 熱泵干燥機(jī)，廣東弘科農(nóng)業(yè)機(jī)械研究開發(fā)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 膨化工藝對(duì)黑米膨化粉水溶性指數(shù)的影響研究黑米水分含量在12%，14%，16%，18%，20%，22%；膨化機(jī)擠出溫度110，120，130，140，150，160 ℃；螺桿轉(zhuǎn)速20，24，28，32，36，40 Hz 條件下進(jìn)行擠壓膨化，其工藝條件對(duì)水溶性指數(shù)的影響。

1.3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，做3 因素3 水平正交試驗(yàn)，優(yōu)化膨化工藝，試驗(yàn)因素及水平如表1所示。

表1 膨化工藝的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table 1 Orthogonal tests design for expansion process

1.3.3 黑米泡騰片的配方研究

1.3.3.1 黑米膨化粉添加量的單因素試驗(yàn) 分別稱取0.025，0.05，0.075，0.1，0.125，0.15 g 黑米膨化粉溶解于100 mL 溫開水中。以黑米風(fēng)味、色澤、酸味、甜味（各5 分）為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)黑米膨化粉溶液進(jìn)行感官評(píng)定，確定黑米膨化粉的最佳添加量。

1.3.3.2 崩解劑配比試驗(yàn) 選擇檸檬酸為酸源，碳酸氫鈉為堿源，將檸檬酸和碳酸氫鈉在泡騰片中的含量定為52%，其質(zhì)量比分別為1∶1，2∶1，3∶1，2∶3，3∶2，4∶3，1∶3，測(cè)定其溶于水后產(chǎn)生氣體的量和反應(yīng)結(jié)束后的pH 值。

1.3.3.3 甜味劑添加量試驗(yàn) 稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，4%，6%，8%，10%的木糖醇，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%的三氯蔗糖，壓片后加入70 mL 溫開水，通過感官評(píng)價(jià)確定木糖醇的添加范圍。

1.3.3.4 泡騰片主要原輔料配方的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分別選擇影響泡騰片酸度、甜度、香氣的崩解劑配比、木糖醇含量、黑米膨化粉添加量3 個(gè)因素，設(shè)計(jì)L9（33）正交試驗(yàn)，確定優(yōu)化配方，試驗(yàn)因素及水平如表2所示。

表2 配方優(yōu)化的正交試驗(yàn)表Table 2 Orthogonal test table for formula optimization

1.3.4 測(cè)定方法

1）水溶性指數(shù) 參照Anderson 等[13]的測(cè)定方法略加修改，準(zhǔn)確稱取2.5 g 樣品置于50 mL 離心管中，加入30 mL 去離子水，275 r/min 振搖30 min，然后3 000 r/min 離心15 min，分離上清液和沉淀物；上清液傾倒于恒重的稱量盒中，在105 ℃烘箱中蒸發(fā)干至恒重。水溶性指數(shù)（WSI）按公式（1）計(jì)算：

式中，W——上清液蒸干后殘余物的量，g；M——樣品干重，g。

2）總評(píng)分加權(quán)方法 將1 g 片劑加入70 mL溫水中泡騰，產(chǎn)氣完畢后，選取有感官評(píng)定經(jīng)驗(yàn)的20 位評(píng)價(jià)員，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。黑米風(fēng)味、色澤、酸味和甜味的權(quán)重分別為：黑米風(fēng)味和色澤各0.3，酸味和甜味各0.2。以20 位成員的平均分為最終評(píng)分，其總分的計(jì)算方法為：總分=∑XiYi（i=1，2……n）（X 表示指標(biāo)，Y 表示權(quán)重）[14]。感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[15]見表3。

2 結(jié)果與分析

2.1 膨化工藝對(duì)黑米膨化粉水溶性指數(shù)的影響

2.1.1 水分含量 水分含量對(duì)黑米膨化粉水溶性指數(shù)的影響見圖1，由圖1可知，隨著水分含量的增加黑米膨化粉WSI 先升高后降低。在含水量低于16%時(shí)，黑米膨化粉的WSI 隨含水量增加顯著提高（P ＜0.05）。當(dāng)含水量高于16%時(shí)，黑米膨化粉的WSI 顯著降低（P ＜0.05）。當(dāng)水分含量達(dá)到20%時(shí)，黑米膨化粉的WSI 趨于平穩(wěn)。這可能是由于水分含量提高，減少了物料與筒壁之間的摩擦[16]，同時(shí)減少了外部對(duì)物料的熱量傳遞，淀粉等大分子物質(zhì)不易降解，使得膨化物比較濕軟，不能形成疏松多孔的結(jié)構(gòu)，水溶性較差。

2.1.2 擠出溫度 擠出溫度對(duì)黑米膨化粉水溶性指數(shù)的影響見圖2，由圖2可知，在一定范圍內(nèi)，隨著擠出溫度的升高，膨化粉的WSI 逐漸提高。這可能是由于溫度升高，淀粉糊化程度加深，蛋白質(zhì)變性等物理、化學(xué)變化使得其可溶性物質(zhì)增多[17]。當(dāng)擠出溫度達(dá)130 ℃時(shí)，膨化粉的WSI 達(dá)到最大；當(dāng)其高于130 ℃時(shí)，膨化粉的WSI 顯著下降（P ＜0.05），這可能是由于溫度過高將水分蒸發(fā)，導(dǎo)致淀粉的糊化度降低所引起[18-19]。

表3 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Sensory assessment criteria

圖1 水分含量對(duì)黑米膨化粉水溶性指數(shù)的影響Fig.1 Effect of water content on water solubility index of black rice powder

2.1.3 螺桿轉(zhuǎn)速 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)黑米膨化粉水溶性指數(shù)的影響見圖3，由圖3可知，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，黑米膨化粉的WSI 先升高后降低。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速低于28 Hz 時(shí)，膨化粉的WSI 隨螺桿轉(zhuǎn)速增加而升高。這可能是由于轉(zhuǎn)速過低，導(dǎo)致物料在機(jī)筒中受熱時(shí)間較長，水分散失較多，糊化度低。轉(zhuǎn)速過快導(dǎo)致黑米在機(jī)腔內(nèi)停留時(shí)間縮短，從而導(dǎo)致其受到的剪切與混合時(shí)間不足，大分子物質(zhì)無法發(fā)生裂解和降解，膨化度較低。

2.2 膨化工藝的正交試驗(yàn)

正交試驗(yàn)結(jié)果見表4，由表4可知，影響黑米膨化粉水溶性指數(shù)的主次順序?yàn)椋築>C>A，最終確定的最佳組合為A2B2C2，即水分含量16%，擠出溫度130 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速28 Hz，此種情況下制得的黑米膨化粉水溶性指數(shù)最大。

2.3 不同原輔料對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

2.3.1 黑米膨化粉 由表5可知，黑米膨化粉越多，黑米的香氣越濃郁，湯色好看，然而當(dāng)其添加量超過10%時(shí)，存在明顯的沉淀現(xiàn)象，因此，黑米膨化粉的添加量選擇5%～10%為宜。

2.3.2 泡騰崩解劑配比 由表6可知，當(dāng)檸檬酸和碳酸氫鈉的質(zhì)量比在2∶3～3∶2 之間時(shí)，產(chǎn)氣量較大且pH 值為弱酸性，對(duì)口感的綜合影響較小。因此，本試驗(yàn)選擇檸檬酸和碳酸氫鈉質(zhì)量比為0.9∶1，1∶1，1∶1.1 進(jìn)行優(yōu)化。

圖2 擠出溫度對(duì)黑米膨化粉水溶性指數(shù)的影響Fig.2 Effect of extrusion temperature on water solubility index of black rice powder

圖3 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)黑米膨化粉水溶性指數(shù)的影響Fig.3 Effect of screw speed on water solubility index of black rice powder

2.3.3 甜味劑 由表7可知，隨甜味劑的增加，甜味逐漸增強(qiáng)，根據(jù)感官評(píng)價(jià)員的打分情況，本試驗(yàn)選擇木糖醇添加量的范圍為6%～10%。

2.4 泡騰片的配方優(yōu)化

正交優(yōu)化結(jié)果見表8，由表8可知，各因素對(duì)pH 值的影響大小順序?yàn)椋篈>B>C，各水平的優(yōu)劣順序?yàn)椋篈2>A1>A3，B2>B3>B1，C3>C1>C2，因此優(yōu)水平為A2；對(duì)崩解時(shí)間影響大小的順序?yàn)椋篈>B>C，各水平優(yōu)劣順序?yàn)椋篈3>A2>A1，B2>B3>B1，C2>C1>C3，因此優(yōu)水平為A3；對(duì)綜合評(píng)價(jià)值影響大小的順序?yàn)椋築>A>C，各水平的優(yōu)劣順序?yàn)椋篈2>A1>A3，B1>B3>B2，C1>C2>C3，因此優(yōu)水平為B1；綜合分析結(jié)果，最終確定最佳配比為A1B1C1，即酸堿比為1∶1，黑米膨化粉添加量為7.5%，木糖醇添加量為8%，所制得的泡騰片崩解迅速，酸甜適口。

表4 膨化工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of orthogonal tests for boule conditions

表5 黑米膨化粉對(duì)產(chǎn)品感官質(zhì)量的影響Table 5 Effect of black rice powder on sensory quality

表6 崩解劑配比對(duì)發(fā)泡量和pH 值的影響Table 6 Effect of disintegrating agent ratio on foaming amount and pH value

表7 甜味劑對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響Table 7 Effect of sweetener on product quality

表8 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Results of orthogonal tests

3 結(jié)論

本研究以黑米經(jīng)膨化后的黑米膨化粉為主要原料制成黑米泡騰片，讓黑米膨化粉盡可能多的溶解，減少產(chǎn)品沉淀。黑米膨化的最佳工藝為水分含量16%，擠出溫度130 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速28 Hz，此種情況下制得的黑米膨化粉水溶性指數(shù)最大。黑米泡騰片的最優(yōu)配方為黑米粉添加量7.5%，碳酸氫鈉與檸檬酸的質(zhì)量比為1∶1，木糖醇添加量8%，0.3%的三氯蔗糖，少量的麥芽糊精。該工藝操作簡(jiǎn)單易行，不易產(chǎn)生黏沖現(xiàn)象，出片順利且成本較低。制得的黑米泡騰片，泡騰效果較好，投入水中能在1 min 左右完全崩解，溶解后的溶液呈紫紅色，能聞到黑米的特有香氣，口感較好，具有廣闊的市場(chǎng)前景。