燕麥膳食纖維粉制作工藝研究

鐘錚錚

（山西省食品研究所（有限公司），山西太原 030024）

燕麥麩作為燕麥加工過程中的副產(chǎn)物，含有大量對(duì)人體有益的健康物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、黃酮、生物堿、皂苷類化合物等。其中，黃酮可以增強(qiáng)機(jī)體免疫能力、防治多種心腦血管疾??；皂苷類化合物對(duì)改善人體的腸胃功能有積極效果，能夠降低血清中的膽固醇；生物堿有很強(qiáng)的抗炎癥、抗動(dòng)脈硬化和抗氧化作用。因此，燕麥纖維有“貴族膳食纖維”的美譽(yù)。

膳食纖維被稱為人體必需的“第七營(yíng)養(yǎng)素”，也被稱為“綠色清道夫”，膳食纖維將是21 世紀(jì)主導(dǎo)食品之一。膳食纖維的作用主要有：防治便秘、有效維持腸道健康功能；增加飽腹感，利于減肥；預(yù)防結(jié)腸和直腸癌；防治痔瘡；促進(jìn)鈣質(zhì)吸收；吸附膽汁酸，控制血脂；防治膽結(jié)石；延緩血糖吸收時(shí)間，利于糖尿病的防治；預(yù)防婦女乳腺癌。

本研究旨在將膳食纖維含量豐富的燕麥麩，制成方便快捷的膳食纖維速食食品，即以燕麥加工副產(chǎn)物燕麥麩為主要原料，采用擠壓膨化技術(shù)加工處理，并考察物料含水量、擠壓溫度和螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)纖維粉糊化度的影響，從而確定燕麥膳食纖維粉制作的最優(yōu)工藝參數(shù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)原料

燕麥麩皮，購(gòu)自靜樂縣達(dá)億小麥雜糧綜合開發(fā)專業(yè)合作社。

1.2 試驗(yàn)儀器

BF-111 攪拌機(jī)、DZ70 雙螺桿擠壓膨化機(jī)，濟(jì)南賽信機(jī)械有限公司；YHW40S 微波干燥機(jī)，南京亞泰微波能技術(shù)研究所；DXDF-300 多功能粉末包裝機(jī)，天津漢頓包裝食品機(jī)械廠；LEADJET-V 噴碼機(jī)，上海鐳德杰噴碼技術(shù)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝原理

燕麥麩中淀粉含量豐富，在擠壓過程中，可通過調(diào)整工藝參數(shù)改變?cè)现械矸鄣暮纫约胺肿咏到獬潭?，使原料黏度發(fā)生變化，從而影響擠出產(chǎn)品的質(zhì)量。當(dāng)原料糊化度較高、分子質(zhì)量降解為較小分子時(shí)，擠壓膨化所得產(chǎn)品的膨化率、表觀均勻性和口感較好。

糊化度是指淀粉和水共同受熱以后，在一定條件下轉(zhuǎn)為半透明狀膠體的現(xiàn)象。淀粉乳在受熱之后，一定溫度范圍下，淀粉粒結(jié)構(gòu)被破壞，晶體結(jié)構(gòu)消失，體積變大，黏度快速上升，呈現(xiàn)為黏稠的糊狀，即為非結(jié)晶性淀粉。

其一，原料中的分子質(zhì)量降解，是通過雙螺桿擠壓膨化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。物料經(jīng)過高溫高壓、高剪切作用力的擠壓膨化后，導(dǎo)致分子間以及分子內(nèi)結(jié)構(gòu)空間變形，在擠壓機(jī)出口的一瞬間壓力下降，水蒸氣快速散失，物料迅速膨脹，就使原料中的纖維素、木質(zhì)素等大分子鍵斷裂降解為小分子，從而提高可溶性膳食纖維含量，并產(chǎn)生微?；Ч纳瓶诟?。同時(shí)，一部分木糖類、不溶性果膠類、半纖維素可轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄跃酆衔铮岣吡松攀忱w維的持水性。

其二，改變?cè)现械矸鄣暮?，可通過研究物料含水量、擠壓溫度和螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)燕麥麩糊化度的影響，來確定燕麥膳食纖維粉制作的最佳工藝參數(shù)。

1.3.2 工藝流程

擠壓膨化生產(chǎn)燕麥膳食纖維粉的工藝流程：

原料→處理→混合→擠壓膨化→干燥→包裝→噴碼→成品

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)方案及結(jié)果

2.1.1 物料含水量對(duì)糊化度的影響

在機(jī)筒擠壓溫度100 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速220 r/min，加料速度100 kg/h 的條件下，調(diào)整燕麥麩含水量分別為24%、27%、30%、33%、36%進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

擠壓工藝中淀粉的糊化是在水分受到限制的條件下進(jìn)行的，水分是影響燕麥麩中淀粉糊化的重要因素之一。擠壓過程中，隨著含水量增加，物料吸收水分而膨脹，淀粉中的結(jié)構(gòu)受到破壞，氫鍵斷裂，呈現(xiàn)出松散無序結(jié)構(gòu)，擠出膨化后燕麥麩的糊化度增加。由圖1 可知，當(dāng)燕麥麩含水量為33%時(shí)，糊化度達(dá)到最高點(diǎn)81.04%；當(dāng)含水量繼續(xù)增加時(shí)，糊化度反而呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，這是因?yàn)樗欣跐?rùn)滑，致使燕麥麩所受到機(jī)筒內(nèi)剪切力和摩擦力減小，其滯留在機(jī)筒內(nèi)的時(shí)間縮短，糊化度下降。

2.1.2 擠壓溫度對(duì)糊化度的影響

在燕麥麩含水量30%，螺桿轉(zhuǎn)速200 r/min，加料速度100 kg/h 的條件下，設(shè)置擠壓溫度為80 ℃、100 ℃、120 ℃、140 ℃、160 ℃進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

燕麥麩的糊化需要吸收一定的熱量，熱量主要來源于雙螺桿擠壓機(jī)機(jī)筒壁中電加熱傳遞的熱量及燕麥麩在機(jī)筒內(nèi)受到的摩擦力和剪切作用產(chǎn)生的熱量，前者所起的作用比后者更大一些。當(dāng)機(jī)筒擠壓溫度較低時(shí)，燕麥麩因吸熱不夠，糊化不充分，導(dǎo)致燕麥麩糊化度較低。由圖2 可知，隨著雙螺桿擠壓機(jī)機(jī)筒溫度不斷增加，燕麥吸收熱量增多，糊化度越來越高，當(dāng)擠壓溫度120 ℃時(shí)，糊化度達(dá)到最高點(diǎn)74.78%；當(dāng)溫度繼續(xù)增大時(shí)，燕麥糊化度反而下降，這是因?yàn)檠帑滬熤泻械鞍踪|(zhì)，溫度升高以后，蛋白質(zhì)與水分結(jié)合，使得膨化不均勻，從而導(dǎo)致燕麥麩糊化度下降。另外，當(dāng)雙螺桿擠壓機(jī)機(jī)筒溫度過高還會(huì)使得部分燕麥麩焦炭化，不僅造成糊化度下降，而且影響燕麥麩粉的色澤。

2.1.3 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)糊化度的影響

在雙螺桿擠壓膨化機(jī)擠壓溫度120 ℃，燕麥麩含水量30%，加料速度100 kg/h的條件下，將螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定為160 r/min、180 r/min、200 r/min、220 r/min、240 r/min進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

隨著雙螺桿擠壓膨化機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速的加大，縮短了燕麥麩滯留在機(jī)筒中的時(shí)間，同時(shí)增加了物料與機(jī)筒壁、螺桿的剪切和摩擦作用，燕麥麩所受的作用力和剪切力加大，使得燕麥麩中的淀粉顆粒更容易被降解和破碎，淀粉晶體更易受到破壞，致使擠出物的糊化度增加。由圖3 可知，在雙螺桿擠壓膨化機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速220 r/min 時(shí)，燕麥糊化度達(dá)到最高點(diǎn)78.32%；繼續(xù)加大螺桿轉(zhuǎn)速，糊化度反而下降。這是因?yàn)楫?dāng)雙螺桿擠壓膨化機(jī)轉(zhuǎn)速增加過大時(shí)，燕麥麩滯留在機(jī)筒中的時(shí)間大大縮短，受熱和剪切作用時(shí)間驟減，燕麥麩在機(jī)筒內(nèi)相互摩擦不夠，混和不充分，導(dǎo)致擠出物糊化度降低。

2.2 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果

2.2.1 正交試驗(yàn)方案

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取物料含水量（A）、擠壓溫度（B）、螺桿轉(zhuǎn)速（C）為3 個(gè)主要變量研究因素，加料速度為100 kg/h，以糊化度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確立正交試驗(yàn)工藝方案，優(yōu)化燕麥膳食纖維粉制作工藝。正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表1，正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 主要因素參數(shù)的試驗(yàn)正交表

2.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

從表2 正交試驗(yàn)分析可以看出，影響燕麥膳食纖維糊化度的因素主次順序?yàn)椋篈＞B＞C，即物料含水量＞擠壓溫度＞螺桿速度。當(dāng)參數(shù)為A2B2C3時(shí)，糊化度有最大值為83.23%，因此確定燕麥麩膳食纖維粉最佳工藝參數(shù)：燕麥麩含水量33%，擠壓溫度120 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速220 r/min，此條件下制得的燕麥膳食纖維粉糊化度高，其膨化率、均勻性和口感較好。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，燕麥膳食纖維粉的最佳工藝參數(shù)為：燕麥麩含水量33%，擠壓溫度120 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速220 r/min，在此條件下，所得燕麥麩的糊化度最高，為83.23%，制得的燕麥膳食纖維粉膨化率、均勻性和口感較好。

采用“（高壓）擠壓膨化變性”技術(shù)和“微波殺菌”工藝，對(duì)燕麥麩進(jìn)行特殊處理，制成變性燕麥纖維粉，改變了麩皮的表面形態(tài)，使之呈現(xiàn)孔蜂窩狀，提高了細(xì)胞破壁率，充分燕麥麩中的有效營(yíng)養(yǎng)成分。利用此工藝加工出的燕麥纖維粉，能改善產(chǎn)品的風(fēng)味和色澤，且有高溫殺毒殺菌作用，同時(shí)其微?；Ч€大大增加了燕麥纖維粉的口感。