基于气流膨化的大米、薏米、山药、红枣复合食品的工艺优化

高瑜璇， 张 雨， 金 铁

(延边大学农学院，吉林 延吉 133002)

薏米(Coixlacryma-jobi)又名薏苡仁、苡仁、六谷子，为禾本科植物薏苡的种仁。薏苡仁中含有蛋白、脂肪、淀粉、氨基酸、微量元素、维生素等多种营养成分[1]，具有抗肿瘤、提高免疫功能、降血糖、抗炎、调节内分泌、抑制骨骼肌收缩和降血糖等功效，是一种很好的药食两用的功能性原料[2]。薏米是一种美容食品，常食可以保持人体皮肤光泽细腻，对脱屑、痔疮、皲裂、皮肤粗糙等都有良好疗效[3]。山药(DioscoreaoppositifoliaL)又称薯蓣、土薯，具有抗氧化、延缓衰老、抗突变、抑肿瘤、提高免疫功能、促进肾脏再生修复、调节酸碱平衡等药理作用[4-5]。山药在食品业和加工业上大有发展前途。红枣(SisyphusjujubeMill.)又称大枣，是多年生落叶果树的果实。红枣具有保护肝脏、抗氧化、延缓衰老、增强机体免疫力、抗癌抗肿瘤、防治心血管类疾病等多种保健功能[6-7]。

膨化食品是以谷类、薯类、豆类等作为主要原料，采用挤压、焙烤、微波等方式制成的组织疏松、体积明显增大、具有一定膨化度的食品[8]。传统膨化食品因为添加调味料、添加剂等原因，导致存在巨大的安全隐患[9]。营养健康型的膨化食品正在逐步成为新的市场宠儿,食品安全问题越来越引起人们的关注[10]。营养健康的新型膨化食品具备较高的营养价值和利用价值，且食用方便，在一定程度上能够提高消费者的食用量[11]。我国大米资源相对富足，利用大米资源开发新型膨化食品是当前的重要课题[12]。该试验采用气流膨化技术加工大米，并向其中添加薏米、山药、红枣等营养价值较高的原料，运用传统手摇气流膨化机进行膨化，并对其进行了膨化率、硬度、体积密度的测定以及感官评价的分析，通过正交试验对复合配方进行优化，最后确定最优的营养型混合膨化食品的配方。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

大米(购于延吉市千盛超市)；薏米、山药、红枣(购于延吉市百货大楼)；电热恒温鼓风干燥箱(DHG-907385-Ⅲ，上海新苗医疗器械制造有限公司，上海，中国)；水分测定仪(MA45C，上海赛多利斯仪器有限公司，上海，中国)； 游标卡尺(精确度0.02 mm，长春量具刀具厂，长春，中国)；食品物性分析仪-质构仪(TMS-PRO，food technology corporation，美国)；粉碎机(WKF-100型，山东省青州市精诚机械有限公司，青州，中国)。

1.2 大米、薏米、山药、红枣混合膨化食品的制作工艺流程

制作工艺流程如图1所示[13-14]。

图1 工艺流程图

1.3 操作要点

1) 原料预处理：大米清洗后浸泡12 h，沥干水分30 min，用粉碎机粉碎后保存备用；薏米浸泡24 h，沥干水分30 min，粉碎机粉碎后备用[15]；山药、红枣粉碎机粉碎备用。

2) 水分含量的调节：将粉碎好的大米、薏米、山药、红枣分别称量后混合均匀，水分测定仪测量混合粉的水分含量后调节相应水分含量至42%，再次测定水分含量以确保准确性，之后进行2次粉碎。

3) 糊化：参考刘晓娟等[16]的方法，2次粉碎后，放入蒸煮锅中加热85 min，待有白色蒸汽出现后，取出进行摔打、揉搓成米糕条，待温度降低且伴有老化迹象后将其搓成直径为1～2 cm的糕条状。

4) 老化：将糕条放入冰箱的冷藏室进行老化，待硬度能将糕条切成片状，取出糕条，切成相同厚度的糕条片。

5) 干燥：参考刘晓娟等[17]的方法，将糕条片放入烘干箱内，温度35～40 ℃，待水分含量降至10%，做好标记后进行传统手摇气流膨化，所需压力为0.8 Mp，所加工物料水分含量为10%～25%。

1.4 单因素试验设计

按下方步骤向大米中分别添加不同量的薏米、山药、红枣制作米糕条，利用手摇传统气流膨化机制作混合膨化产品，研究薏米、山药、红枣的添加量对膨化特性的影响(表1)。

1) 固定山药添加量15%，红枣添加量15%，分别添加20%、25%、30%、35%、40%的薏米进行单因素试验，确定最佳添加量。

2) 固定薏米添加量25%，红枣添加量15%，分别添加5%、10%、15%、20%、25%的山药进行单因素试验，确定最佳添加量。

3) 固定薏米添加量25%，山药添加量5%，分别添加5%、10%、15%、20%、25%的红枣进行单因素试验，确定最佳添加量。

表1 单因素试验设计表

1.5 正交优化试验设计

在单因素试验的基础上，获得较为理想的配方水平范围，选取薏米添加量(A)、山药添加量(B)、红枣添加量(C)3个因子，采用L9(34)正交试验表[18-20]，设计气流膨化试验，得到一组混合膨化食品的最佳配方(表2)。

表2 正交试验设计表

1.6 膨化率

膨化率是膨化后产品直径d2与膨化前米糕片直径d1的比值。具体操作步骤参考李范洙等[21]的方法：膨化前后分别随机取样20份，利用游标卡尺测量直径d1、d2，记录整理数据并计算其平均值。膨化率计算公式如下：

膨化率=d1/d2

(1)

1.7 硬度

食品硬度是指其能耐受压力的程度，与人的咀嚼功能有关。试验中硬度测量利用质构仪进行测定分析，使用燕尾探头，设定测量速度60 mm/min、侵入程度5 cm，每个样品3次平行，取其平均值。

1.8 体积密度

参考李范洙等[21]的试验方法，采用小米置换法，利用阿基米德原理测定体积密度。具体操作方法如下：称量一定容积V1的容器质量m1，通过铁架台上的漏斗均匀将容器内倒满小米，并用格尺铺平，称其质量m2；清空容器，用相同方法加入1/2容器的小米，再向其中加入固定质量m3的样品后倒满小米，用格尺铺平，称其质量m4，每个样品测量3次。计算公式如下：

p/g·mL-1=m3×(m2-m1)/(m2+m3-m4)

(2)

1.9 感官评价

感官评价是在延边大学农学院食品科学系中选出10名学生，仔细观察和品尝各样品，并对各样品的口感、色泽、组织形态、风味进行评分。根据评分利用SPSS软件进行数据统计分析，具体评分标准如下[22-23](表3)。

表3 感官评价标准

2 结果与分析

2.1 薏米添加量对混合膨化食品膨化特性的影响

薏米添加量对混合膨化食品膨化特性的影响如表4所示。从表中可以看出，膨化率随着薏米添加量的增多呈先增大后减小的趋势，这是因为随着直链淀粉含量的增加，膨化产品的体积膨化率增大[24]，薏米添加量为25%时，膨化率最大，为(2.03±0.06)，与其他样品存在显著性差异(P<0.05)。在硬度方面，薏米添加量为25%和30%时，两者具有显著性差异(P<0.05)，薏米添加量为25%时，数值最小，为(12.07±0.37) N。在体积密度方面，薏米添加量为25%和 40%时，两者具有显著性差异(P<0.05)，薏米添加量为25%时，数值最小，为(0.046±0.023) g/mL。

表4 薏米添加量对混合膨化食品膨化特性的影响

综上所述，薏米添加量为25%时，膨化率最大，硬度最小，体积密度最小。所以正交试验中选择薏米添加量20%、25%、30%作为相应水平。

2.2 山药添加量对混合膨化食品膨化特性的影响

山药添加量对混合膨化食品膨化特性的影响如表5所示。

表5 山药添加量对混合膨化食品膨化特性的影响

从表中可以看出，随着山药添加量由5%增加到25%，膨化率一直呈下降趋势，产品间具有显著性差异(P<0.05)，山药添加量为5%时，数值最大，为(1.70±0.05)。在硬度方面，山药添加量为5%时最小，与添加量为10%和15%的产品存在显著性差异(P<0.05)，与添加量为20%和25%的产品差异不显著(P>0.05)，为(9.17±1.19) N。在体积密度方面，山药添加量为5%时最小，与添加量为10%、15%和25%的产品存在显著性差异(P<0.05)，为(0.051±0.001) g/mL，从理论上讲，物料含水量越大，对膨化效果影响也越大，但是物料含水量过高时，会影响膨化的正常进行[25],山药与其它原料经蒸煮后很难形成米糕条，较高的含水量影响了膨化，膨化物体积密度变化不大。

综上所述，山药添加量为5%时，膨化率最大，硬度最小，体积密度最小。所以，正交试验中选择山药添加量3%、5%和7%作为相应水平。

2.3 红枣添加量对混合膨化食品膨化特性的影响

红枣添加量对混合膨化食品膨化特性的影响如表6所示。从表中可以看出，在膨化率方面，红枣添加量为10%时,与其它产品具有显著性差异(P<0.05)，且数值最大，为(1.67±0.06)。在硬度方面，红枣添加量为5%、10%、15%和20%时，4者之间差异不显著(P>0.05)，但是与红枣添加量为25%的产品存在显著性差异(P<0.05)，放凉后的米糕条水分含量下降慢，切片厚度不一，造成膨化物部分水分含量不一致，水分含量高的部分脆性降低，硬度增加[26]。在体积密度方面，红枣添加量为10%和20%时，两者具有显著性差异(P<0.05)，红枣添加量为10%时，体积密度最小，为(0.042±0.005) g/mL。

综上所述，红枣添加量为10%时，膨化率最大，硬度最小，体积密度最小。所以，正交试验中选择红枣添加量5%、10%和15%作为相应水平。

表6 红枣添加量对混合膨化食品膨化特性的影响

2.4 正交优化试验分析

2.4.1 膨化率正交优化试验

添加薏米(20%、25%和30%)，山药(3%、5%和7%)，红枣(5%、10%和15%)，进行3因素3水平正交试验，得出混合膨化食品膨化率的结果如表7所示。从表中7可以看出，A、B、C的极差Rj均小于空列的极差，说明A、B、C各因素的水平效应不存在，按照因素主次排序为C→B→A。根据膨化率越大膨化效果越好的原则，得出最佳组合配方为A2B3C2，即薏米25%、山药7%、红枣10%。

表7 膨化率正交试验结果

2.4.2 硬度正交优化试验

添加薏米(20%、25%和30%)，山药(3%、5%和7%)，红枣(5%、10%和15%)，进行3因素3水平正交试验，得出混合膨化食品硬度的结果如表8所示。

表8 硬度正交试验结果

从表8中可以看出，A、B的极差Rj大于空列的极差，C的极差Rj小于空列的极差，说明A、B各因素的水平效应是存在的，但是C的水平效应对硬度的影响不明显。A为主因素,按照因素主次排序为A→B→C。

由直观分析法可得出(不考虑交互作用)，硬度的影响顺序为薏米添加量>山药添加量>红枣添加量，最佳组合为A2B1C3(薏米25%、山药3%、红枣15%)，根据硬度越小膨化效果越好的原则，得出最佳组合为A2B3C2，即薏米添加量25%、山药添加量7%、红枣添加量10%。

2.4.3 体积密度正交优化试验

添加薏米(20%、25%和30%)，山药(3%、5%和7%)，红枣(5%、10%和15%)，进行3因素3水平正交试验，得出混合膨化食品体积密度的结果如表9所示。

表9 体积密度正交试验结果

从表9中可以看出，A、C的极差Rj均小于空列的极差，说明A、C各因素的水平效应对体积密度的影响不存在，B的极差Rj大于空列的极差，说明B各因素水平效应是存在的，且B为主因素。

由直观分析法可得出，不考虑交互作用，得出组合A2B3C2(薏米25%、山药7%、红枣10%)，根据体积密度越小膨化效果越好，得出组合A2B3C2，则其最佳组合为A2B3C2，即薏米添加量25%，山药添加量7%，红枣添加量10%。

2.4.4 感官评价正交优化试验

添加薏米(20%、25%和30%)，山药(3%、5%和7%)，红枣(5%、10%和15%)，进行3因素3水平正交试验，得出混合膨化食品感官评价结果如表10所示。从表10可以看出，A、B、C各因素的极差Rj均大于空列的极差，说明A、B、C各因素的水平效应是存在的，对感官评价的影响明显，A、B、C均为主要因素。

表10 感官评价结果

由直观分析法可得出(不考虑交互作用)，感官评价的影响顺序为薏米添加量>红枣添加量>山药添加量，得出组合A2B3C2(薏米25%、山药7%、红枣10%)，由感官评价得分最高确定组合A2B3C2，两者相符。最终综合确定其最佳因素水平组合为A2B3C2，即薏米添加量25%，山药添加量7%，红枣添加量10%。

2.5 验证性试验设计与结果分析

对由直观分析所得到的最佳组合A2B1C3(薏米25%、山药3%、红枣15%)，即样品1的硬度进行验证试验(表11)。

表11 硬度验证性实验结果

试验结果表明，样品1(薏米25%、山药3%、红枣15%)与样品2(薏米25%、山药7%、红枣10%)不存在显著性差异，说明试验所选各因素水平合理。最佳组合为A2B3C2，即薏米添加量25%，山药添加量7%，红枣添加量10%。

3 结论

通过单因素试验，并对样品进行膨化率、硬度、体积密度的测定，得出结论为膨化率越大，硬度越小，体积密度越小，膨化效果越好。综合评定后，确定薏米最适添加量为25%，山药最适添加量为5%，红枣最适添加量为10%。

添加薏米(20%、25%和30%)、山药(3%、5%和7%)、红枣(5%、10%和15%)，进行3因素3水平正交试验，对产品的膨化率、硬度、体积密度、感官评价等指标进行测定，最后分析得出：该产品最佳优化组合为A2B3C2，即薏米的添加量25%，山药的添加量7%，红枣的添加量10%时，产品品质最优。在此配方下，产品的膨化率、硬度、体积密度、感官评价均为最优。