全谷物黑米代餐泡腾片的工艺优化

马永轩 张名位 张瑞芬 贾栩超 刘 磊 黄 菲 董丽红

（广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所 农业农村部功能食品重点实验室广东省农产品加工重点实验室 广州510610）

黑米是黑稻加工产品，有“米中之王”的美誉，其营养极其丰富，不仅含有蛋白质、脂肪等，还富含膳食纤维和Fe、Zn 等微量元素[1-3]。黑米性平、味甘，可入膳、入药，其中的花色苷、生物碱等物质有清除自由基[4-5]，降血脂[6-8]，调节免疫功能[9-11]等作用，长期食用黑米可开胃益中，健脾暖肝，明目，是一种天然的、理想的保健功能食品原料[12]。

泡腾片是片剂中一种特殊的剂型，其遇到水后发生酸碱化学反应，产生大量的二氧化碳，促使其泡腾崩解。目前，已有关于黑米糊粉类产品的研究，而鲜有将黑米制成崩解迅速、吸收好的泡腾片剂型的报道。本研究将泡腾片的制作技术应用于制备全谷物黑米泡腾片，泡腾后即为健康营养的全谷物代餐乳饮品，食用方便，保留了黑米的香味以及营养。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黑米，市售；木糖醇，广州然田食品添加剂有限公司；聚维酮K30，武汉吉业升化工有限公司；聚乙二醇6000，西安悦来医药科技有限公司；三氯蔗糖，安徽金禾实业股份有限公司；麦芽糊精，山东西王集团有限公司；碳酸氢钠，内蒙古瑞晨祥化工有限公司；柠檬酸，河南德鑫化工实业有限公司。

1.2 仪器与设备

电子天平，赛多利斯科学仪器有限公司；摇摆式颗粒机，南京天煌机械有限公司；ZPT15 旋转式压片机，辽宁天亿机械机械有限公司；DS-32 双螺杆膨化机，济南赛信膨化机械有限公司；高速多功能摇摆粉碎机，浙江省永康市红太阳机电有限公司；离心机，赛默飞世尔科技（中国）有限公司；GHRH-20 热泵干燥机，广东弘科农业机械研究开发有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 膨化工艺对黑米膨化粉水溶性指数的影响研究黑米水分含量在12%，14%，16%，18%，20%，22%；膨化机挤出温度110，120，130，140，150，160 ℃；螺杆转速20，24，28，32，36，40 Hz 条件下进行挤压膨化，其工艺条件对水溶性指数的影响。

1.3.2 正交试验设计 在单因素试验的基础上，做3 因素3 水平正交试验，优化膨化工艺，试验因素及水平如表1所示。

表1 膨化工艺的正交试验设计表Table 1 Orthogonal tests design for expansion process

1.3.3 黑米泡腾片的配方研究

1.3.3.1 黑米膨化粉添加量的单因素试验 分别称取0.025，0.05，0.075，0.1，0.125，0.15 g 黑米膨化粉溶解于100 mL 温开水中。以黑米风味、色泽、酸味、甜味（各5 分）为评价标准对黑米膨化粉溶液进行感官评定，确定黑米膨化粉的最佳添加量。

1.3.3.2 崩解剂配比试验 选择柠檬酸为酸源，碳酸氢钠为碱源，将柠檬酸和碳酸氢钠在泡腾片中的含量定为52%，其质量比分别为1∶1，2∶1，3∶1，2∶3，3∶2，4∶3，1∶3，测定其溶于水后产生气体的量和反应结束后的pH 值。

1.3.3.3 甜味剂添加量试验 称取质量分数2%，4%，6%，8%，10%的木糖醇，并加入质量分数0.3%的三氯蔗糖，压片后加入70 mL 温开水，通过感官评价确定木糖醇的添加范围。

1.3.3.4 泡腾片主要原辅料配方的正交试验设计在单因素试验的基础上，分别选择影响泡腾片酸度、甜度、香气的崩解剂配比、木糖醇含量、黑米膨化粉添加量3 个因素，设计L9（33）正交试验，确定优化配方，试验因素及水平如表2所示。

表2 配方优化的正交试验表Table 2 Orthogonal test table for formula optimization

1.3.4 测定方法

1）水溶性指数 参照Anderson 等[13]的测定方法略加修改，准确称取2.5 g 样品置于50 mL 离心管中，加入30 mL 去离子水，275 r/min 振摇30 min，然后3 000 r/min 离心15 min，分离上清液和沉淀物；上清液倾倒于恒重的称量盒中，在105 ℃烘箱中蒸发干至恒重。水溶性指数（WSI）按公式（1）计算：

式中，W——上清液蒸干后残余物的量，g；M——样品干重，g。

2）总评分加权方法 将1 g 片剂加入70 mL温水中泡腾，产气完毕后，选取有感官评定经验的20 位评价员，根据标准进行感官评价。黑米风味、色泽、酸味和甜味的权重分别为：黑米风味和色泽各0.3，酸味和甜味各0.2。以20 位成员的平均分为最终评分，其总分的计算方法为：总分=∑XiYi（i=1，2……n）（X 表示指标，Y 表示权重）[14]。感官评定标准[15]见表3。

2 结果与分析

2.1 膨化工艺对黑米膨化粉水溶性指数的影响

2.1.1 水分含量 水分含量对黑米膨化粉水溶性指数的影响见图1，由图1可知，随着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%时，黑米膨化粉的WSI 随含水量增加显著提高（P ＜0.05）。当含水量高于16%时，黑米膨化粉的WSI 显著降低（P ＜0.05）。当水分含量达到20%时，黑米膨化粉的WSI 趋于平稳。这可能是由于水分含量提高，减少了物料与筒壁之间的摩擦[16]，同时减少了外部对物料的热量传递，淀粉等大分子物质不易降解，使得膨化物比较湿软，不能形成疏松多孔的结构，水溶性较差。

2.1.2 挤出温度 挤出温度对黑米膨化粉水溶性指数的影响见图2，由图2可知，在一定范围内，随着挤出温度的升高，膨化粉的WSI 逐渐提高。这可能是由于温度升高，淀粉糊化程度加深，蛋白质变性等物理、化学变化使得其可溶性物质增多[17]。当挤出温度达130 ℃时，膨化粉的WSI 达到最大；当其高于130 ℃时，膨化粉的WSI 显著下降（P ＜0.05），这可能是由于温度过高将水分蒸发，导致淀粉的糊化度降低所引起[18-19]。

表3 感官评价标准Table 3 Sensory assessment criteria

图1 水分含量对黑米膨化粉水溶性指数的影响Fig.1 Effect of water content on water solubility index of black rice powder

2.1.3 螺杆转速 螺杆转速对黑米膨化粉水溶性指数的影响见图3，由图3可知，随着螺杆转速的增加，黑米膨化粉的WSI 先升高后降低。当螺杆转速低于28 Hz 时，膨化粉的WSI 随螺杆转速增加而升高。这可能是由于转速过低，导致物料在机筒中受热时间较长，水分散失较多，糊化度低。转速过快导致黑米在机腔内停留时间缩短，从而导致其受到的剪切与混合时间不足，大分子物质无法发生裂解和降解，膨化度较低。

2.2 膨化工艺的正交试验

正交试验结果见表4，由表4可知，影响黑米膨化粉水溶性指数的主次顺序为：B>C>A，最终确定的最佳组合为A2B2C2，即水分含量16%，挤出温度130 ℃，螺杆转速28 Hz，此种情况下制得的黑米膨化粉水溶性指数最大。

2.3 不同原辅料对产品质量的影响

2.3.1 黑米膨化粉 由表5可知，黑米膨化粉越多，黑米的香气越浓郁，汤色好看，然而当其添加量超过10%时，存在明显的沉淀现象，因此，黑米膨化粉的添加量选择5%～10%为宜。

2.3.2 泡腾崩解剂配比 由表6可知，当柠檬酸和碳酸氢钠的质量比在2∶3～3∶2 之间时，产气量较大且pH 值为弱酸性，对口感的综合影响较小。因此，本试验选择柠檬酸和碳酸氢钠质量比为0.9∶1，1∶1，1∶1.1 进行优化。

图2 挤出温度对黑米膨化粉水溶性指数的影响Fig.2 Effect of extrusion temperature on water solubility index of black rice powder

图3 螺杆转速对黑米膨化粉水溶性指数的影响Fig.3 Effect of screw speed on water solubility index of black rice powder

2.3.3 甜味剂 由表7可知，随甜味剂的增加，甜味逐渐增强，根据感官评价员的打分情况，本试验选择木糖醇添加量的范围为6%～10%。

2.4 泡腾片的配方优化

正交优化结果见表8，由表8可知，各因素对pH 值的影响大小顺序为：A>B>C，各水平的优劣顺序为：A2>A1>A3，B2>B3>B1，C3>C1>C2，因此优水平为A2；对崩解时间影响大小的顺序为：A>B>C，各水平优劣顺序为：A3>A2>A1，B2>B3>B1，C2>C1>C3，因此优水平为A3；对综合评价值影响大小的顺序为：B>A>C，各水平的优劣顺序为：A2>A1>A3，B1>B3>B2，C1>C2>C3，因此优水平为B1；综合分析结果，最终确定最佳配比为A1B1C1，即酸碱比为1∶1，黑米膨化粉添加量为7.5%，木糖醇添加量为8%，所制得的泡腾片崩解迅速，酸甜适口。

表4 膨化工艺优化正交试验结果Table 4 Results of orthogonal tests for boule conditions

表5 黑米膨化粉对产品感官质量的影响Table 5 Effect of black rice powder on sensory quality

表6 崩解剂配比对发泡量和pH 值的影响Table 6 Effect of disintegrating agent ratio on foaming amount and pH value

表7 甜味剂对产品品质的影响Table 7 Effect of sweetener on product quality

表8 正交试验结果Table 8 Results of orthogonal tests

3 结论

本研究以黑米经膨化后的黑米膨化粉为主要原料制成黑米泡腾片，让黑米膨化粉尽可能多的溶解，减少产品沉淀。黑米膨化的最佳工艺为水分含量16%，挤出温度130 ℃，螺杆转速28 Hz，此种情况下制得的黑米膨化粉水溶性指数最大。黑米泡腾片的最优配方为黑米粉添加量7.5%，碳酸氢钠与柠檬酸的质量比为1∶1，木糖醇添加量8%，0.3%的三氯蔗糖，少量的麦芽糊精。该工艺操作简单易行，不易产生黏冲现象，出片顺利且成本较低。制得的黑米泡腾片，泡腾效果较好，投入水中能在1 min 左右完全崩解，溶解后的溶液呈紫红色，能闻到黑米的特有香气，口感较好，具有广阔的市场前景。