干燥方法对速食薏米粉干燥特性与品质的影响

赵红霞,王应强,何佳昕,张文倩,王 静

(陇东学院农林科技学院,甘肃庆阳 745000)

薏米(CoixchinensisTod.),学名叫薏苡,又叫苡仁、六谷子,俗称“药王米”、“回回米”、“六谷米”[1]等,属于禾本科植薏苡的种仁,在贵州、四川、陕西等地产量很高。薏米营养丰富,不仅富含脂肪、蛋白质、维生素和亚油酸等,而且还富含多糖、脂肪酸和其脂类化合物、黄酮类化合物、三萜类化合物等多种活性成分[2]。相比稻谷、小麦和玉米等大宗作物,薏米含有更高的维生素和膳食纤维,可以降低胆固醇含量,有益于身体健康[3],被誉为“世界禾本科植物之王”。薏米是药食两用谷物资源,在中国不但被广泛食用,还具有消食、消除疲劳、预防高血压、促进消化及祛湿等功效。王立峰[4]和Peirong等[5]研究表明薏米中含有的苡米脂能很好地抑制某些癌细胞的生长。萨日那等[6]发现条斑紫菜多糖与薏米仁多糖复配物具有降血脂的功效。薏米虽然具有较高的营养价值和药用价值,但薏仁颗粒结构紧密,质地较硬,很难糊化,再加上其固有的独特气味,限制了其在食品加工中的应用。

随着人们保健意识的增强,再加上薏米的药食同源特性,其研究与加工也逐渐深入,目前加工产品主要有薏米饼干[7]、薏米面条[8]、薏米饮料[9]、薏米豆腐[10]和薏米酒[11]等。近年来,干燥制粉逐渐成为速食产品加工和贮藏的一种趋势,薏米粉因其风味独特、易于保存、携带方便、冲调迅速等优点而成为国内外研究的热点[12]。制粉过程中,选择合适的干燥方式显得尤为重要。肖志勇等[12]以超高压改性与高压均质相结合为关键技术制备速溶薏米粉,并对速溶薏米粉营养成分及其特性进行了测定;熊柳等[13]用湿磨薏米,选用热风干燥50 ℃,干燥 24 h后粉碎过100目筛制得薏米粉,并研究了其理化特性和淀粉消化性能。王新才等[14]在120 ℃下烘烤45 min后粉碎过100 目筛制备了风味浓郁的薏米粉,并与魔芋粉制备了薏米魔芋营养粉。微波干燥和微波对流干燥基于微波立体加热特性,具有物料升温速度快、干燥用时短、干后产品品质和利用率高等特点,目前在果蔬粉的制备中使用较多,但国内外对其在谷物类制粉中的应用研究报道较少。

本研究拟采用微波干燥(MD)、微波对流干燥(MCD)、热风干燥(HAD)和传统烤制法(TR)4种干燥方法对高压汽蒸熟制薏米进行干燥制备速食薏米粉,考察4种干燥方法对薏米的干燥特性和复水特性,并比较其对薏米粉色泽、营养化学成分、冲调特性和感官评价的影响,以期为高品质方便薏米(小杂粮)产品的开发提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜的薏米 购于庆阳市西峰区瓜果蔬菜市场;硫酸铜、硫酸钾、硫酸、硼酸、甲基红指示剂、溴甲酚绿指示剂、亚甲基蓝指示剂、盐酸、95%乙醇、无水乙醚、蒽酮、硫酸铜、次甲基蓝、乙酸锌、亚铁氰化钾和甲苯等试剂 均为分析纯。

RWBX-08S型箱式微波干燥箱 南京苏恩瑞干燥设备有限公司;101型热风干燥箱 北京科伟永兴仪器有限公司;WF-30型色差仪 深圳市威福光电科技有限公司;HWS-26型电热恒温水浴锅 上海齐欣科学仪器有限公司;7200型可见分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公司;TDL-40B型低速离心机 上海安亭科学仪器厂;ORW1.0S-3000R型智能微波对流联合干燥器 南京澳润微波科技有限公司;600Y型功能粉碎机 永康市铂欧五金厂;HX501T型电子天平 慈溪市天东衡器厂;DHG-9420A型电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 薏米干燥前预处理 将原料进行清洗,去除薏米表面黏附的粉末杂质和灰尘。选用1∶3米水比例在常温下浸泡6 h,利于缩短蒸煮时间[15-16];处理好的薏米放入高压锅(121 ℃,0.12 MPa)蒸制20 min,使淀粉逐渐完成糊化过程,蒸制后冷却离散后干燥。

1.2.2 速食薏米粉的制备 经过预处理的样品,分别进行微波干燥(功率密度1.25 W/g、250 W,60 ℃,每隔5 min间歇一次)、微波对流干燥(功率密度1.25 W/g、250 W,60 ℃)、热风干燥(2.1 m/s,70 ℃,90 min)、传统烤制(未蒸制、150 ℃、35 min),待样品水分含量在5%以下停止干燥。干燥结束后将薏米粉碎过100目筛得到速食薏米粉产品,密封保存用于质量评估。

1.2.3 测定指标

1.2.3.1 水分含量 物料的初始水分含量按照AOAC的方法执行,在105 ℃干燥样品至恒重,重复测定3次,每次以干基含水量表示。

1.2.3.2 干燥曲线的测定 干燥过程中的水分含量通过测量薏米干燥过程中的质量变化来计算,自动记录一定时间间隔物料质量,某一时刻的水分含量根据式(1)计算:

式(1)

式中:Mt 为薏米在干燥任意t 时刻的干基含水量kg/kg;mt、md分别为干燥任意t时刻和绝干物料的质量,kg。

干燥速率为单位时间内水分含量的变化量,按式(2)计算:

式(2)

式中:Dr-干燥速率,kg/(kg干基·min);Mt、Mt+Δt-分别为干燥物料在t和t+Δt时刻的水分含量,kg/kg干基;Δt-取样间隔时间,min。

1.2.3.3 色值的测定 采用威福WF-30型色差计测定薏米粉样品的表面色泽,读数以CIE1976色度空间值L*(亮→暗:100→0),a*(绿→+红),b*(兰→黄+)表示,重复测量5次。色差(ΔE)、色彩角(h°)和彩度(C*)根据测定值按式(3)～(4)计算:

ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb2)2]1/2

式(3)

h°=arctg(b*/a*)(a*>0,b*>0)

式(4)

式(5)

式中:ΔL*、Δa*、Δb*-分别为干燥前后薏米粉之间明度L*和色度指数a*和b*的差值;h°-色调,0 °、90 °、180 °和270 °分别代表酱红色调、黄色调、蓝绿色调和蓝色调。

1.2.3.4 薏米粉营养成分测定 灰分:参照GB 5009.4-2016食品中总灰分的测定;粗脂肪:参照GB 5009.6-2016索氏抽提法;蛋白质:参照GB 5009.5-2016凯氏定氮法;总糖:参照GB/T 5009.8-2003蒽酮比色法测量结果;还原糖:参照GB/T 5009.7-2008直接滴定法测量;均以每100 g薏米粉中干基含有相当于还原糖、总糖、粗脂肪、蛋白质、灰分的克数表示。

1.2.3.5 薏米粉冲调特性测定 堆积密度参照单位体积粉体的质量。将薏米粉从漏斗散落至10 mL量筒,测定10 mL薏米粉的质量,换算其堆积密度;休止角的测定采用刘静波等[17]方法测定;润湿下沉性和分散性参照张钟等[18]方法测定;水合能力和吸湿率参照Jaya等[19]方法测定;结块率的测量参照赵红霞等[20]方法测定。

1.2.4 感官评价 采用强度感官评价和喜好感官评价两种方法对不同方法干燥后制备的薏米粉色泽、香气、滋味、组织状态和可接受性等五项指标进行评分,评定标准见表1。感官鉴评小组由10 名专业食品感官鉴评人员组成,参照表1 给出的评价标准对不同干燥方法的薏米粉进行感官评分。

表1 薏米粉感官评定Table 1 Sensory evaluation standard of coix seed flour

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 干燥方式对薏米干燥特性的影响

4种不同干燥技术下薏米的干燥曲线如图1所示。由图1可以看出,干燥方法对薏米水分含量有明显影响,无论选用哪种干燥方法,均能较快地使产品的水分含量降至5%以下。物料在干燥前期水分比降低速度快,后期较为缓慢。其中HAD过程较为缓慢,整个干燥过程需要90 min,而TR和MD所需的时间分别为35和43 min;当干燥时间超过30 min,TR会出现焦灼现象。HAD干燥速率慢,其原因是在干燥过程中,物料内部水分扩散速率小于表面汽化量,尤其是在降速阶段。MCD所用的时间最少,仅为26 min,这主要是因为MCD结合微波快速加热与热风对流干燥除湿量大的优点[21]。微波加热是通过体积加热而不是表面加热。微波能量直接耗散于被干燥物料的湿区,产生相对大的温度梯度,并且其温度梯度与湿度梯度方向是一致的,这就加大了物料内部传热传质的推动力,也就加速了物料干燥的速率[22],从而达到快速干燥的目的,有效地提高了效率。

图1 不同干燥技术下薏米的干燥曲线Fig.1 Drying curves of coix seed at different drying methods

干燥速率取决于物料水分含量与干燥进程,是与干燥机理有关的一个重要参数。由图2可知,MCD和MD没有经历加速和恒速干燥阶段,都呈现出一个类似的两阶段的降速干燥过程;而HAD经历了加速和降速交替阶段。这说明薏米在干燥过程中,内部水分扩散是决定因素,决定了原料的干燥特性。MCD干燥速率明显大于其它3种干燥方法,这主要是因为它结合了微波和对流快速加热的优点。微波加热是由水分子等偶极子随电场方向变化而产生转动得到的分子内部摩擦热而产生的,温度梯度与水分梯度方向相同,加大了物料内部传热传质的推动力[23],从而提高了薏米的干燥效率。

图2 不同干燥技术下薏米干燥速率曲线Fig.2 Drying rate curves of coix seed at different drying methods

2.2 干燥方式对薏米粉色泽的影响

色泽是干制品质量评价的一项重要指标。由表2可知,与未处理新鲜的薏米粉相比,4种干燥方法均引起了薏米的L*值降低、a*和b*值升高,说明 4 种干燥方式均可降低薏米的亮度并引起褐变。C*值增大代表干燥产品的饱和度(彩度)增强,干燥使色彩角均降低,偏向90°的色彩角表明所有样品都呈现出黄色调。干燥方法对L*、a*、b*和C*有一定影响,MCD处理的薏米粉的绿/红值a*和蓝/黄值b*显著低于其它3种干燥方法处理的薏米粉(P<0.05),表明选用MCD处理的样品颜色偏黄,更接近于新鲜薏米粉的色泽,其特征值L*、a*、b*、C*、h°和ΔE分别为86.66、1.98、11.63、11.79、80.34和20.77。由色差 ΔE的数值可知,各处理组色差具有显著性差异(P<0.05)(MD与TR除外),相较MD、TR 和HAD,MCD所得薏米粉与鲜薏米粉颜色较接近,干燥效果较好。食品物料色泽的变化通常与蛋白质、淀粉分子结构的变化、特定的反应(脂肪氧化、Maillard反应、焦糖化反应)、色素浓度和水分含量等密切相关[23-24]。薏米中含有大量的淀粉,干燥可能引起了淀粉分子结构的变化,从而导致色泽的变化。

表2 不同干燥方法对薏米粉色泽的影响Table 2 Effect of different drying methods on the color of coix seed flour

2.3 干燥方式对速食薏米粉营养成分的影响

表3为经不同干燥方法制备的速食薏米粉的部分营养化学组分特性。采用不同的干燥方法制备的速食薏米粉其含水量在3.14%～4.85%范围,均能达到速食粉贮藏安全水分要求。从表3中可以看出,无论选用哪种干燥方法,与鲜薏米相比,干燥后的薏米粉中灰分、粗脂肪、蛋白质、总糖和还原糖的含量均有损失,其中TR造成的损失最多,这主要是因为高温导致了营养成分的大量损失。干燥后样品中灰分和总糖的含量分别在0.43～0.58和40.26～52.34 g/100 g,造成的损失率分别在19.4%～29.0%和12.5%～32.7%,其中MD造成灰分和总糖的损失最少。干燥后样品中蛋白质和还原糖的含量分别在7.62～10.02和0.29～0.48 g/100 g,造成的损失率分别为23.5%～41.8%和41.5%～64.6%,MCD造成蛋白质和还原糖的损失较少。微波干燥法的微波具有穿透性,能使介质内外同时加热,传热速度快,干燥温度最低,该法得到的薏米粉基本营养成分损失较少。MCD干燥速率最大、干燥时间最短,一定程度上避免了营养成分的损失。TR干燥后的薏米粉粗脂肪含量最高,为7.02 g/100 g。

表3 不同干燥方法对速食薏米粉营养成分的影响Table 3 Effect of different drying methods on the nutritional compound of coix seed flour

2.4 干燥方式对速食薏米粉冲调特性的影响

不同干燥方式对速食薏米粉冲调特性的影响如表4所示。从表4中可以看出,干燥方法对速食薏米粉堆积密度、休止角、润湿下沉性、分散性、水合能力、结块率和吸湿率均有一定影响。选用MCD制备的产品堆积密度(0.50 g/mL)低于其它干燥方法;HAD和MD制备的产品的堆积密度略高,分别为0.54和0.53 g/mL,TR制备的粉末的堆积密度最大为0.63 g/mL。MD因微波加热,导致产品轻微膨化,形成微孔较少,组织蓬松,制备的粉末堆积密度略高。粉末的流动性通常用休止角表示,它主要取决于粉末颗粒度的大小及粉末表面的特性。休止角越小,粉体的流动性越好,颗粒间的摩擦力也越小。薏米粉的休止角由小到大的顺序依次为:MCD

表4 不同干燥方法对速食薏米粉冲调特性的影响Table 4 Effect of different drying methods on the solubility property of coix seed flour

这主要是因为水合能力与蛋白质的含量和变性有关,MCD过程中蛋白质含量最多,干燥过程中蛋白质变性较小,蛋白质与水分子的吸附最强,所以MCD制备的薏米粉的水合能力最强。结块率从低到高的顺序为:TR

2.5 干燥方式对速食薏米粉感官品质的影响

准确称量4种不同干燥方法处理制得的薏米粉15 g,白砂糖5 g,加入200 mL的沸水冲调后品尝,结果如表5所示。由表5可以看出,干燥方式对速食薏米粉色泽、香气、滋味、组织状态与总分和可接受性都有明显影响。其中,TR制备的的薏米粉香气最浓郁,色泽黄亮,MCD和MD制得的薏米粉组织状态最好,且MCD制备的薏米粉冲调后滋味最佳。综合评价,MCD获得的感官评价得分最高,为84.8分,且整体可接受性最高;其次为TR,获得83.6分的感官评价分;HAD得到的评分最低,仅为77.3分。

表5 不同干燥方法对速食薏米粉感官品质的影响Table 5 Effect of different drying methods on the sensory evaluation of coix seed flour

3 结论

本文比较了4种干燥方式对速食薏米粉的干燥特性、色泽、营养化学成分和冲调特性的影响。结果表明,在干燥特性方面,MCD 所用时间最短,仅为26 min,其次为TR,为35 min,HAD所用时间最长,为90 min。MCD的平均干燥速率最高,干燥过程主要为降速干燥过程;HAD经历了加速和降速交替阶段。在色泽方面,选用MCD法处理的样品颜色偏黄,更接近于新鲜薏米粉的色泽。在营养化学组分特性方面,干燥后的薏米粉中灰分、粗脂肪、蛋白质、总糖和还原糖的含量均有损失,其中MD对灰分和总糖损失最少;MCD对蛋白质和还原糖的保留最好;TR干燥后的粗脂肪含量最高为7.02 g/100 g。冲调特性方面,MCD制备的产品堆积密度最低,休止角最小,流动性最好,水合能力最高;TR制备的薏米粉的润湿下沉性和分散性时间最短,结块率和吸湿率最低。

合适干燥技术的选择取决于干燥产品特定的用途、设备的投资成本和运行的费用等经济因素。综合分析,与TR相比,MCD在薏米粉制备中能较完整地保持其营养成分,品质好且干燥时间短,可作为制备速食薏米粉经济节能的适宜干燥新方法。