燕麦全粉工业化加工技术研究

田志芳 田向东 周柏玲 王海平 孟婷婷

(山西省农业科学院农产品加工研究所1，太原 030031)

(山西金绿禾燕麦研究所2，孝义 032300)

燕麦全粉工业化加工技术研究

田志芳1田向东2周柏玲1王海平1孟婷婷1

(山西省农业科学院农产品加工研究所1，太原 030031)

(山西金绿禾燕麦研究所2，孝义 032300)

传统的燕麦制粉一般产生30%～35%的燕麦麸副产品，大多用作饲料。为了有效利用燕麦资源，研究了不同燕麦原料的主要品质指标和淀粉糊化特征，选择定莜7号等3个品种进行燕麦全粉加工;通过加工工艺优化，确定微波功率为4.8 kW、微波速度1.2 m/min、微波温度(120±5)℃，挤压控制3段温度170℃—150℃—60℃、进料速度300 r/min、螺杆转速400 r/min，粉碎控制粒度不低于150目，可以达到改善物料加工性能、高效灭酶、提高产品中β－葡聚糖含量的多重效果。

燕麦全粉 微波 挤压膨化 微细粉碎

燕麦含有丰富的蛋白质、脂肪、碳水化合物、钙、磷、铁、维生素B1、维生素B2、尼克酸、膳食纤维等营养成分，自古以来一直被认为是兼备食疗功能的优质谷物［1］。特别是作为燕麦亚糊粉层细胞壁构成材料的β－葡聚糖含量在所有谷物中为最高［2］，是公认的降血脂主要成分［3－5］。

在燕麦籽粒中，β－葡聚糖与纤维素、半纤维素等难以消化的物质紧密地裹复在一起，质地坚韧、粗糙［6］。传统的燕麦制粉一般产生30% ～35%的燕麦麸副产品，其中富集了70%以上的燕麦营养素，总膳食纤维含量高达30%，可溶性膳食纤维约1/3左右［7］。目前燕麦麸大多用作饲料，食品或食品原料加工比例很低，主要原因在于普通加工工艺不能改变燕麦麸坚韧、致密的平板式表观结构，产品适口性较差、裹挟在细胞壁内的β－葡聚糖难以被人体直接消化吸收;同时燕麦脂肪酶含量在谷物中最高［8］，新鲜燕麦麸的脂肪酶和油相互接触，迅速发生水解反应生成游离脂肪酸，油脂开始变质，燕麦麸就会出现令人难以接受的气味［9］。

本项研究在评价燕麦品质性状和淀粉特性基础上，提出了全粉加工专用原料选择的技术指标，通过微波处理、挤压膨化和微细粉碎等多种技术综合运用，集成燕麦全粉加工技术，较好地解决了燕麦麸在食品加工中的诸多问题，全面保持燕麦各种营养成分并提高燕麦活性物质的利用程度，可直接用做食品原料或配料，是推进燕麦主食化加工和实现燕麦资源高效利用的最佳途径之一。

1 材料与方法

1.1 材料

根据前期研究结果，分别在华北、东北、西北等燕麦主产区选择加工品质优良且具有地域特点或推广面积较大的燕麦品种6个，包括燕科1号、草莜1号、白燕2号、定莜7号、定莜6号、坝莜1号等6个品种，分别来自山西、内蒙古、吉林、陕西、甘肃等地。

1.2 仪器与设备

布拉班德 Viscograph－E型黏度仪:德国 Brabender仪器公司;SPH－C900型挤压膨化机:山东启东膨化设备有限公司;KH－60HPTN8型微波干燥杀菌机:山东科弘微波能有限公司;WF－20型微粉机:江阴亿丰机械制造有限公司;3800B型扫描电子显微镜:上海长方光学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 检测方法

参照 GB/T 5009.5—2003测定样品中的总氮量，乘以系数6.25即为粗蛋白含量;粗脂肪、粗纤维含量均参照GB/T 5009—2003进行测定;直链淀粉含量、淀粉糊化特性、脂肪酶活动度测定均参照GB/T 15683—2008、GB/T 14490—2008、GB/T 5523—2008，参照刚果红比色法测定水溶性β－葡聚糖含量。

1.3.2 加工原料选择

测定样品主要品质指标、β－葡聚糖含量，以及淀粉糊化黏度性质，筛选适宜燕麦全粉加工的原料品种。

1.3.3 工艺流程

燕麦全粉加工工艺流程见图1。

图1 燕麦全粉加工工艺流程图

1.3.4 微波干燥灭酶试验

燕麦籽粒经润麦调质后含水率16% ～18%，微波干燥要求功率保持4.8 kW，料层厚度0.8～1.2 cm，同时控制微波温度与进料速度。为比较微波灭酶效果，进一步选择不同微波温度和不同进料速度2个因素进行试验，测定残存酶活性。

1.3.5 燕麦麸皮挤压膨化处理试验

燕麦麸皮原料以固定进料速度(300 r/s)进料，调节挤压机3段温度和螺杆转速，在电镜下观察挤压膨化处理后的原料与未处理的原料，同时测定残存酶活性。

1.3.6 燕麦麸皮微细粉碎处理试验

对燕麦原麸与膨化燕麦麸皮进行微细粉碎处理，选择 50，100，150，200，250，300，350 目 7 个不同粒度样品，测定水溶性β－葡聚糖含量，并观察其结构和粒径变化情况。

2 结果与分析

2.1 加工原料选择

2.1.1 主要品质指标比较

燕麦样品主要品质指标见表1。由表1可以看出β－葡聚糖含量平均为4.39%(其中定莜7号最高达到5.24%，燕科1号最低为2.92%)，变异系数30.07%;粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维平均含量分别15.06%、9.67%、3.53%，变异系数分别为 9.56%、25.13%、47.59%。燕麦淀粉中直链淀粉含量变幅为22.25% ～26.39%，平均值为 24.18%，变异系数为 5.33%。

表1 燕麦样品品质指标

2.1.2 淀粉糊化黏度性质

燕麦样品淀粉糊化黏度性质比较见表2。表2显示不同品种燕麦淀粉的糊化温度变幅为69.50～80.27℃，平均值为75.18℃。不同品种燕麦淀粉的峰值黏度变幅为 341.00 ～558.00 BU，极差 227.00 BU，平均值453.50 BU(其中峰值黏度最低的品种是白燕2号，峰值黏度最高的品种是定莜7号);不同品种燕麦的谷值黏度在269.00～373.00 BU，极差为104.00 BU，平均值323.20 BU(其中谷值黏度最低的品种是白燕2号，谷值黏度最高的是定莜7号)。谷值黏度的高低不能完全说明淀粉热糊稳定性的好坏，而峰值黏度与谷值黏度的差值即崩解值可以说明淀粉热糊稳定性的好坏，崩解值越大，说明淀粉糊热稳定性越差［10］。不同品种燕麦淀粉崩解值变幅为66.00～195.00 BU，变异系数为9.67%，品种间有较大差异。

表2 燕麦样品淀粉糊化黏度性质比较

2.2 微波干燥灭酶

不同微波条件下燕麦籽粒酶活测定结果见表3。表3结果显示，微波温度100℃时即使进料速度较低，残存酶活仍超过10 U/g，当微波温度达到120℃时，酶活随着进料速度加快而增加，但幅度相对较小，当微波温度达到140℃时，酶活随进料速度变动不明显。

表3 微波干燥灭酶试验结果

2.3 燕麦麸皮挤压膨化

2.3.1 挤压膨化处理效果观察试验

用扫描电子显微镜对挤压膨化处理前后的燕麦麸皮样品进行观察，可以直观地看到，处理之后燕麦麸坚韧、致密的平实状微观结构成为膨松的孔蜂窝状(图2、图3，放大860倍)。孔蜂窝状结构的表面积极大增加，有利于物料中的有效成分的溶解逸出，同时高压和强力的膨化处理对物料原有的内部结构形成一定程度的物理性破坏，可以有效改善物料的传质方式和速度，有利于后续加工效率的提高。

2.3.2 挤压灭酶效果分析

不同挤压灭酶条件下燕麦麸皮酶活测定结果见表4。表4结果显示，在进料速度、螺杆转速均为300 r/min，设定挤压温度条件下，燕麦麸皮中的脂肪酶完全失活。在挤压温度170℃—150℃—60℃条件下，随着螺杆转速的下降，燕麦麸皮的酶活降低，可能是因为燕麦麸皮在挤压腔内的受热时间延长造成的。

表4 不同挤压条件对酶活的影响

2.4 燕麦麸皮微细粉碎处理

2.4.1 燕麦麸皮微细粉碎样品电镜观察

电镜观察挤压处理并进行不同粒度粉碎后的燕麦麸皮物料，结果显示，粉碎粒度为100目以下时可清晰看到完整的表皮细胞，100目、150目时也可较清晰地看到表皮细胞的轮廓，200目时细胞轮廓模糊，达到250目或者更细时几乎看不到完整细胞的轮廓。因此可以认为，当物料粒度达到200目时，已经达到微粉要求的效果。

2.4.2 物料粉碎粒度与水溶性β－葡聚糖含量关系将经过不同处理的燕麦麸皮粉碎至不同粒度，测定水溶性β－葡聚糖含量，分析不同粒度对物料生物活性成分的影响，结果见图4。从图4可知，对于未膨化物料，50～250目之间β－葡聚糖含量随粒度变化明显，250目与50目相比提高了4.09%，且颗粒越细含量越高，250目以上基本无变化。对于膨化料，由于微细粉碎处理和挤压膨化处理对物料细胞壁的共同作用，同一粉碎粒度样品的β－葡聚糖含量均高于未膨化料，150目以上变化减缓，效果好于未膨化处理工艺，β－葡聚糖含量较50目处理相对提高19.06%。

图4 不同工艺对β－葡聚糖含量影响

2.4.3 微细粉碎对原料流变学特性的影响

设定不同工艺条件加工不同粒度的燕麦全粉，测定其流变学特性，结果见表5。从表5可以看出，微细粉碎对原料的流变学特性有很大影响，随着粒度增加燕麦全粉的黏度大幅度提高，同时原料的黏度稳定性降低、回生值也随之提高。

表5 粒度对原料流变学特性的影响比较

3 讨论

供试样品粗蛋白质含量差异相对较小，β－葡聚糖含量差异相对较大，变异超过30%，燕麦全粉加工需要优先考虑其保健营养功能，加工原料应该优先选择β－葡聚糖含量达到4.5%以上的品种;燕麦直链淀粉含量普遍较低且变异不大，加工原料选择可以不考虑该项指标。

淀粉是食品加工和生产的重要原料，在食品体系中起到提供热值和影响质构的作用。徐荣敏等［11］研究小麦淀粉的理化特性及其与面制品品质的关系，结果表明峰值黏度是衡量淀粉黏度特性的最重要指标;刘建军等［12］研究证实一般情况下峰值黏度越高，面条品质越好。燕麦全粉的最大用途是面条等面制食品，为提高食用品质，加工原料应该选择峰值黏度较高的品种。

微波处理的主要作用是干燥燕麦籽粒，并达到一定的灭酶效果。由于燕麦籽粒约83%的脂肪酶主要分布于靠近籽粒表层的糊粉层、胚等部位［8］，粉碎筛分后大部分集中在燕麦麸皮，通过挤压膨化可使脂肪酶完全失活，同时高压和强力的膨化处理对物料原有的内部结构形成一定程度的物理性破坏物料形成孔蜂窝状结构，比表面积极大增加，可以有效改善物料的传质方式和速度，提高后续加工效率，同时有利于物料中的有效成分的溶解逸出。经光学显微镜观察，燕麦表皮细胞直径为30～60 μm，而制粉加工处理的燕麦麸皮颗粒直径通常在0.2～0.8 mm左右，由数个甚至数十个以上的种皮细胞组成。与其他植物籽粒相类似，燕麦种皮细胞壁主要由纤维素、半纤维素等生物惰性物质构成，是植物体自我保护的天然屏障，十分坚韧，一般粉碎处理无法得到小于细胞直径的颗粒，也就是种皮细胞壁足以抗拒一般的粉碎加工而保持完整，细胞中有效成分的溶出须穿透数个甚至数十个细胞壁，人体即使摄入其吸收效率也很低。通过采用微细粉碎技术，利用特殊的物理方式可以将细胞破壁，使被束缚的活性组分直接暴露出来，极大的提高了其生物利用度。

4 结论

4.1 定莜7号、定莜6号、坝莜1号3个品种β－葡聚糖含量及淀粉峰值黏度均处于较高水平，更适宜燕麦全粉加工。

4.2 微波处理技术参数:微波功率为4.8 kW、微波速度为1.2 m/min、微波温度应为(120±5)℃，可保证干燥效果并具有一定的灭酶作用，维持稳定的生产能力并节约能源。

4.3 挤压工艺控制条件为3段温度170℃—150℃—60℃、进料速度300 r/min，螺杆转速400 r/min，可以达到改善物料加工性能和高效灭酶的双重效果。

4.4 燕麦全粉加工需保证一定的粒度，一方面可改善口感和加工性能，同时产品中β－葡聚糖含量随粒度增加而提高。因此燕麦全粉一般控制粒度应不低于150目，如考虑后续产品加工对原料的特殊要求，燕麦全粉粒度应控制在200～250目。

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［9］李芳，刘英，陈继旺，等.燕麦麸皮灭酶方法的研究［J］.食品科学，2007，28(04):204 －207

［10］姚大年.小麦品种淀粉黏度形状及其与面条品质的相关性研究［J］.中国农业大学学报，1997，2(3):52－58

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［12］徐荣敏，王晓曦.小麦淀粉的理化特性及其与面制品品质的关系［J］.粮食与饲料工业，2005(10):23－24.

Research on the Technical Optimization for Whole－grain Oat Flower Industrialization Processing

Tian Zhifang1Tian Xiangdong2Zhou Bailing1Wang Haiping1Meng Tingting1
(Institute of Farm Products Processing，Shanxi Academy of Agricultural Sciences1，Taiyuan 030031)
(Shanxi Jinlvhe Oat Institute2，Xiaoyi032300)

In conventional wholegrain oat industrial production process，oat bran by－products amount is around 30% ～35%，and most of which are used for feedstuff.In this study，the main quality indexes and starch gelatinization properties of different raw oat varieties were studied with the aim of utilizing the oat resources effectively.Three varieties including Dingyou No.7 were chosen for wholegrain oat processing.By optimizing processing technology，it has been confirmed that the process should be conducted under such conditions:microwave power at 4.8 kW，microwave speed at 1.2 m/min，microwave temperature at(120±5)℃，the temperatures for three stages of extrusion control at 170℃—150℃—60℃，feeding rate at 300 r/min，screw speed at 400 r/min，smallest grinded particle size 150 mesh in order to improve the processing property，inactivate enzyme efficiently and increase the content of β －glucan in product.

wholegrain oat，microwave，extrusion －expansion，fine powder smash

TS219

A

1003－0174(2011)12－0024－05

国家科技支撑计划(2006BAD02B01)

2011－01－21

田志芳，男，1967年出生，副研究员，食品工程