HACCP在米糠挤压稳定化中的应用

池晓亮, 叶鸿剑, 赵景艳, 肖志刚,4, 杨庆余, 刘红玉

(1. 东北农业大学 食品学院, 哈尔滨 150030; 2. 东方集团粮油食品有限公司, 哈尔滨 150001; 3. 开封市天丰面业有限公司, 河南 开封 475000; 4. 沈阳师范大学 粮食学院, 沈阳 110034)

HACCP在米糠挤压稳定化中的应用

池晓亮1, 叶鸿剑2, 赵景艳3, 肖志刚1,4, 杨庆余1, 刘红玉1

(1. 东北农业大学 食品学院, 哈尔滨 150030; 2. 东方集团粮油食品有限公司, 哈尔滨 150001; 3. 开封市天丰面业有限公司, 河南 开封 475000; 4. 沈阳师范大学 粮食学院, 沈阳 110034)

应用HACCP(危害分析关键控制点)原理,通过对生产工艺流程的分析,从中确定可能存在的危害,并制定了相应的控制措施。为了确定挤压膨化关键控制点的控制措施,并达到延长米糠保质期的目的,在四因素五水平实验的基础之上,经正交旋转组合实验设计,根据对挤压后的脂肪氧化物酶残余酶活含量、过氧化物酶残余酶活含量的分析,确定了挤压的较佳稳定化条件为:机筒温度137 ℃,物料含水量23%,螺杆转速130 r/min,模口直径8 mm。通过HACCP体系的建立,确定了米糠挤压过程中的关键控制点,确定其3个关键控制点为原料验收、挤压膨化和成品包装。针对3个关键点建立了HACCP计划表,并建立了关键限值、监控措施、纠偏措施,同时建立了验证程序、记录保存制度,从而确保米糠加工过程中的稳定性和安全性。

HACCP; 米糠; 挤压; 稳定化

0 引 言

HACCP(危害分析和关键控制点)是保证食品安全的预防性体系[1]。HACCP是对在食品加工各环节中可能存在的危害进行相应的评估,是一种控制食品安全危害的预防性体系,与传统的质量控制方法有一定区别[2-3]。HACCP 是对原料来源、采集、收购、加工处理、运输、储备和市场销售等所有环节进行相应的危害分析,确立其可能存在的危害,确定相应的关键控制点[4]。按照科学系统的方法进行监控,防止危害的流入和消除或减少危害,降低了饮食的安全风险,为百姓的健康提供了保证[5-7]。利用HACCP体系对食品生产过程进行全方位的监控,有效地将食品受污染的风险降到最低[8]。

国内外的研究结果表明,米糠中含有丰富的营养成分,其中含有优质的蛋白、油脂、纤维素、B族维生素等对人体健康有益的成分[9]。目前米糠的市场利用率相对较低,其主要原因是新生产出来的米糠具有不稳定性。米糠不稳定性表现为碾米后,米糠中的脂肪酶与起作用物质相互接触,发生水解反应,脂肪酶会使脂肪迅速水解出游离的脂肪酸,米糠就会散发出令人难以接受的气味[10]。有效的开发利用米糠资源,首先要处理米糠的钝化问题,利用高剪切力、高温、高压的挤压处理方法,是稳定米糠的前提条件[11]。以前在粮食生产中只重视产量而忽略了产品的质量,将HACCP体系运用于米糠稳定化中,能够快速的识别出所有可能发生的危害,并有效的建立预防性措施[12-14]。

1 工艺流程和分析

1.1工艺流程简介

原料经过筛分,通过调质机调节水分含量,经过挤压处理后,在模头处用旋切刀造粒,用微波干燥器干燥米糠颗粒,而达到降低颗粒水分含量的目的,最后经过粉碎后包装。

1.2工艺流程分析

1.2.1 原料

因原料米糠的保质期比较短,很容易酸败,所以一定要在规定的时间内进行挤压处理,延长保质期。对其控制还有微生物指标,大肠杆菌的含量指标和重金属含量,确保产品质量一定要符合国家食品安全标准,每批产品应附有产品合格证,质检员要对每批次原料都进行抽检,以确定是否符合进料标准。

1.2.2 筛选

筛选的主要目的,就是把在米糠中含有的碎米、砂石、泥土、杂草等进行筛除。

1.2.3 调质

调质就是对米糠与水充分的混合,达到挤压的水分要求。米糠在挤压的过程中,水分起到了润滑作用,并且在挤压过程中能让物料充分的受热,有利于对物料的剪切。

1.2.4 挤压

挤压是米糠稳定化的关键所在,所以确定机筒温度、物料含水量、螺杆转速和模口直径的最优值,使米糠的保质期达到最长。通过以下实验来确定其最优条件。

1.2.4.1 实验材料与仪器

氢氧化钠、冰乙酸、异辛烷、硫代硫酸钠、淀粉、磷酸氢二钠、邻苯二胺、过氧化氢、亚硫酸氢钠、吡啶、苯、盐酸、氯化汞。

离心机,SC-3614型,安徽中科中佳科学仪器有限公司;水浴锅,XMTD-4000,北京市永光明医疗仪器厂;紫外分光光度计,722S,上海菁华科技仪器有限公司;酸度计,PHS-25C,上海大普仪器有限公司;电动搅拌机,JJ-1,金坛市双捷实验仪器厂;温度传感器,WRN-120,浙江余姚市丹杰仪表传感器厂;水分检测仪,SF-3B,淄博库仑分析仪器有限公司;挤压膨化机,DS56-Ⅲ,济南赛信有限公司;恒温培养箱,SHP-W,江苏金坛市友联仪器研究所;扫描电子显微镜,JSM-5610LV型,日本JEOL公司。

1.2.4.2 单因素条件

米糠很容易酸败,因为在米糠中含有多种酶,主要是脂肪氧化物酶和过氧化物酶,所以本实验根据脂肪水解酶残余酶活和过氧化物残余酶活作为指标参数。对米糠进行单因素实验通过旋转曲线,确定脂肪水解酶残余酶活和过氧化物残余酶活的最低点,进而确定挤压的稳定化条件。

1) 机筒温度对两种酶活的影响

在螺杆转速为140 r/min,米糠含水量22%,模口直径为10 mm的条件下,将机筒温度设定为80 ℃、100 ℃、120 ℃、140 ℃和160 ℃,以确定经过挤压之后米糠中残余酶活含量[15],如图1所示。

图1 机筒温度对脂肪水解酶和过氧化物酶的残余酶活的影响

从图1中可以看出, 当机筒温度较低时, 酶的灭活效果较差,随着温度的增加, 两种酶的残余酶活逐渐降低, 当温度达到140 ℃时, 残余酶活达到一个最小值。 理论上来说, 酶的灭活效果随温度的增加而明显, 但温度过高会使得米糠发生成色反应(例如美拉德反应), 粉体颜色加深, 在测定吸光值时数值反倒增大, 并且营养物质受到破坏, 影响其开发利用, 浪费能源等, 综合考虑, 机筒温度选择140 ℃左右。

2) 螺杆转速对两种酶活的影响

在机筒温度为140 ℃,米糠含水量22%,模口直径为10 mm的条件下,将螺杆转速设定为120 r/min、140 r/min、160 r/min、180 r/min和200 r/min,确定挤压之后米糠残余酶活含量[15],如图2所示。

图2 螺杆转速对脂肪水解酶与过氧化物酶的残余酶活的影响

从图2可以看出,随着螺杆转速的增加,两种酶的残余酶活呈现下降到上升趋势,螺杆转速在140 r/min时,两种酶活最小。这是由于螺杆转速过快时,物料在机筒内部停留时间比较短,物料受热挤压不均匀,部分物料没有受到挤压或者挤压程度太小又或者过分挤压,不能充分灭酶。又因为物料不能在机筒内长时间停留,综合考虑,螺杆转速为140 r/min左右时比较理想。

3) 物料含水量对两种酶活的影响

在机筒温度为140 ℃,螺杆转速140 r/min,模口直径为10 mm的条件下,将物料含水量设定为13%、16%、19%、22%和25%,以确定经过挤压之后米糠残余酶活含量[15],如图3所示。

图3 物料含水量对脂肪水解酶与过氧化物酶残余酶活的影响

从图3中可以看出,水分含量在13%～16%,随着水分含量升高,脂解酶残余酶活力升高;水分含量在16%～22%,随着水分含量升高,脂解酶残余酶活降低;而水分含量在22%～25%,随着水分含量升高,酶活升高。在过氧化物酶活中明显的可以看出水分含量在22%处酶的活力最低,可见在水分含量22%时残余酶活最小,灭活效果最好。由于水是良好的传热介质,水分含量低时,机筒温度过高有部分水分蒸发,并且挤压过程中温度分布不均匀,影响灭酶效果;而水分过高时,物料流动性好,在机筒内滞留时间短,灭活效果较差,确定物料含水量为22%。

4) 模口直径对两种酶活的影响

在机筒温度为140 ℃,螺杆转速140 r/min,物料含水量22%的条件下,设定模口直径为12 mm、10 mm、8 mm、6 mm和4 mm,以确定经过挤压之后米糠残余酶活含量[15],如图4所示。

从图4可以看出,脂解酶残余酶活在模口为10 mm时最低,而过氧化物酶残余酶活在模口直径10 mm和8 mm时残余酶活最小,对于脂解酶残余酶活在模口10 mm时与其他几个模口直径相比数值过低,数值不可信,因此舍去。理论上,随着挤压机的模口直径的减小,物料在挤压机中停留的时间稍长一些,出料时物料在模口处所受的阻力越大,挤压就越充分,残余酶活就越小;而实际挤压时,后2个模口直径出料速度明显快于前3组,致使物料在挤压机中停留时间比较短,灭酶效果差。故综合考虑选择模口直径为8 mm。

图4 模口直径对脂肪水解酶和过氧化物酶的残余酶活的影响

1.2.4.3 挤压稳定化的确定

在团队的共同努力下,在单因素研究结果基础上,利用可旋转中心组合的设计方法,进行试验方案的设计,以挤压机的机筒温度、米糠物料含水量、挤压机的螺杆转速和挤压机的模口直径4个因素为自变量,以挤压稳定化米糠的脂肪水解酶残余酶活和过氧化物酶残余酶活为响应值,设计四因素五水平共36个点(12个中心点)的响应面试验。

1) 脂肪水解酶残余酶活回归方程

通过design expert green软件的据分析,建立脂肪水解酶残余酶活和过氧化物酶残余酶活Y的二阶响应回归模型,并进而分析各试验因素X对响应值Y1(脂肪水解酶残余酶活)、Y2(过氧化物酶残余酶活)的影响。经分析整理,剔除不显著项后得到挤压后两种残余酶活的回归方程为:

2) 回归方程方差分析

表1 试验安排及实验数据

续表1

实验号X1X2X3X4残余酶活/%脂肪水解酶过氧化物酶15-1-1-1112．271．0816-1-1-1-110．080．9617200013．971．3418-200012．271．0619020011．420．96200-20011．511．142100209．450．802200-208．810．6823000210．860．9424000-29．820．782500006．880．662600007．180．622700006．760．562800007．520．642900007．840．683000006．980．543100007．070．663200007．480．663300006．860．533400007．070．663500007．070．663600007．280．66

表2 方差分析表

利用Design-Expert软件进一步对模型分析。经分析得:机筒温度137 ℃,物料含水量23%,螺杆转速130r/min,模口直径8mm。本实验的挤压是米糠稳定化的关键控制点,通过对实验的分析,得出最优的挤压条件,为下文的HACCP体系的建立提供理论依据。

1.2.5 烘干

烘干是使用微波烘干机器使物料水分含量降低,有利于粉碎和储存。

1.2.6 粉碎

粉碎后米糠要经过80目筛,确保米糠中不能有大的颗粒。

1.2.7 成品包装

在包装过程中要时刻注意卫生安全,并及时对成品进行检验确保质量安全。

2 HACCP体系的建立

2.1米糠挤压过程中的危害分析和关键控制点的确认

危害分析是对米糠钝化的过程中,对各个工艺步骤中进行危害分析,识别该步骤是否会引入、增加或需要控制的潜在危害,然后进一步判断其危害是否为显著的危害,并对该判断提供相应的科学依据[16-18]。根根HACCP基本原理及米糠稳定化的工艺流程图分析、确定米糠稳定化过程的关键控制点。

表3 危害分析过程表

2.2确定关键控制点

关键控制点的判断原则[19-20]如下:1)危害能被预防时,为关键控制点;2)能将危害消除或减少的点可以确定为关键点;3)能将危害降低到可以接受水平的点确定为关键控制点。根据以上原则和米糠挤压工艺流程确定米糠挤压稳定化的关键控制点分别为:原料检验、挤压(调质、机筒温度、螺杆转速、模口直径)和成品包装。

2.2.1 原料验收

米糠生产出来后要在规定的时间内运到加工基地,超过规定的时间未运到米糠会酸败。米糠生产出后已经发霉变质就可能带入有害微生物,如发霉的米糠含有黄曲霉素,人食用后对人身体造成极大的伤害。原料中来自坏境、土壤、水中的农药残留、重金属超标也会使米糠的质量不合格。另外人员的卫生和原料的生产、储存过程中,以及灰尘等杂质的混入也会导致米糠加工成产品的品质下降。

2.2.2 挤压

挤压过程是由调质机对米糠的水分进行调质,在经过挤压机挤压处理。调质主要是使米糠与水分充分混合,到达在挤压过程中水分含量为23%的要求。并利用挤压机的高温、高压和高剪切力的作用，对米糠进行挤压膨化处理,在其挤压过程中具有杀菌、灭杀虫卵减少有毒有害物质的过程,其主要是使米糠中的酶得到钝化。所以要把挤压机数控参数设定为:机筒温度137 ℃,螺杆转速130 r/min,模口直径8 mm。

2.2.3 成品包装

成品的包装会因环境的问题,使米糠中混入杂质灰尘等,因包装容器与米糠直接接触,容器所用的材料、质量、理化性质、卫生级别等会对米糠的品质造成影响。在产品出库的时候还要进行复查,检测酸值与酶活。

2.3建立HACCP计划表

根据关键控制点判断与分析,确定关键控制点,并采取相应的控制、监控及纠偏措施,见表4。

表4 HACCP计划表

2.4建立有效的记录程序

米糠稳定化生产中的HACCP系统的记录包括:1)原料米糠检验验收记录;2)员工的手必须消毒、工具的使用、环境卫生、细菌含量、大肠杆菌检验记录;3)生产车间消毒和环境卫生质量检查监测记录;4)每日生产的品控报表;5)产品检验记录清单;6)纠偏记录;7)生产前的设备的校准、维修、检定记录;8)审核记录。

2.5建立HACCP的验证审核程序

针对此加工过程制定了相应的HACCP验证程序,对体系的验证及对应的结果是否符合HACCP体系,并且是否有效的进行可能性实施,并能达到预期理想的结果。验证程序必须形成相应的文件,以保证当生产出现状况时,立即进行安全处理,对HACCP计划的有效性及正确性进行验证审核。

3 结 论

利用HACCP原理对米糠加工过程中进行危害分析,确定米糠加工工艺中的3个关键控制点:原料验收、挤压调质(物料的水分含量为23%、机筒温度137 ℃、螺杆转速130 r/min、模口直径8 mm)、成品包袋。为保证关键控制点建立了关键限值、监控措施、纠偏措施,同时建立验证程序、记录保存制度,从而确保米糠加工过程中的稳定性和安全性,延长米糠保质期。

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ApplicationofHACCPinricebranextrusionstabilization

CHIXiaoliang1,YEHongjian2,ZHAOJingyan3,XIAOZhigang1,4,YANGQingyu1,LIUHongyu1

(1. Department of Food, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China; 2. Oriental Group Cereals,Oils and Foodstuffs Co., LTD, Harbin 150001, China; 3. Kaifeng Tianfeng Surface Industry Co., LTD, Kaifeng 475000, China; 4. College of Grain Science and Technology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

Analyzing the production process to determine the possible hazard and formulate the corresponding control measures with HACCP (hazard analysis critical control point) principle. In order to determine the control measures of extrusion critical control points, extended the rice bran shelf life, we analyzedresidual enzyme activity of fatoxide enzyme and peroxidaseon the basis of the orthogonal rotational combination design to determine the better extrusion stabilization conditions: barrel temperature 137 ℃, moisture content 23%, screw rotation speed 130 r/min, Die hole diameter8mm. We determined the critical control points in rice bran extrusion process by establishing HACCP system: the raw material acceptance, extrusion and finished product packaging three key control points. Focus on the three key points we establish the HACCP plan, and established the critical limits, monitoring measures, corrective measures, meanwhile we established the validation procedures, record keeping system to ensure the stability and safety in rice branextrusion stabilization process.

HACCP; rice bran; extrusion; stabilization

2014-08-28。

“十二五”农村领域国家科技支撑计划课题(2012BAD34B02); 哈尔滨市学科带头人基金资助项目(2012RFXXN107); 黑龙江省教育厅科学技术研究重点项目(12511z006)。

池晓亮(1988-),男,黑龙江宾县人,东北农业大学硕士研究生;

:肖志刚(1972-),男,黑龙江庆安人,沈阳师范大学教授,博士,东北农业大学博士研究生导师。

1673-5862(2014)04-0516-08

TS2

: A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2014.04.013