不同干燥方法对速食小米粉品质及体外抗氧化活性的影响

赵红霞，王应强，杨 丰，宋 曦，武永福，王 静

（1.陇东学院，甘肃庆阳 745000；2.上海海洋大学食品学院，上海 201306）

小米（Setaria italicaBeauv.），狗尾草属一年生草本，又称为粟，北方称为谷子，去壳后即为小米，中国种植面积最大的杂粮作物之一，年产3.0×105t，占全世界产量的80%[1-2]。小米富含维生素、矿物质和膳食纤维，同时富含酚类化合物，可以预防癌症、 高血压和心血管疾病，是典型的药食同源食物[3-4]，备受广大消费者青睐。目前中国商品化的小米主食性制品种类单一，主要以挤压膨化型小米营养粉为主，该类产品存在加水易成团、 混料营养素分散不均匀、婴儿容易上火、微生物不容易控制等弊端，但加工工艺简单、成本低，当前仍有部分市场，同时也存在不符合大众对小米食品的消费习惯等诸多问题，因此开发符合中国传统饮食习惯的高品质小米等杂粮类方便食品前景广阔[5-6]。

小米深加工产品主要有小米营养粉[7]、婴儿辅食、方便速食粥、方便米饭及发酵米酒[8-11]等。为迎合快节奏的社会生活，生产即食的速食小米产品是目前食品开发者关注的焦点。Takhellambam等[12]研究制作营养美味的RTC即食小米片，不仅提高了小米的附加值，而且也为农民增收。干燥是小米粉制备过程中的关键环节。干燥不仅可以减少水分含量，而且还可以改变物料的物理、化学和生物特性，例如抗氧化活性、酶活性、香气、滋味等[13-15]。目前小米干燥方法主要有热风干燥法、微波干燥法、微波热风干燥法和烤制法等。热风干燥和烤制法，存在干燥时间长、耗能高、易污染、干燥后小米的品质低，存在热损伤等缺点。微波干燥法因它的热传导方向与水分扩散方向相同，具有干燥速率快、节能、生产效率高、干燥均匀、清洁生产、易实现自动化控制和提高产品质量等优点[16]。微波热风干燥法是结合了热风干燥与微波干燥进行优势互补，不仅能达到节能、省力、高效的目的，而且有助于控制整个干燥过程，获得高质量的产品[16]的一种方法。微波真空干燥法是通过在真空条件下对物料进行微波加热而达到水分的蒸发。它综合了微波干燥的快速、整体加热和真空干燥的低温、快速除湿等优点，能较好地保持食品原有的色、香、味及营养成分，可有效避免干燥过程中生物活性成分的热、氧破坏[17]。王应强等[18]选用微波对流恒温干燥制备了方便小米，制得的方便小米营养成分损失小，既可与主食方便米饭搭配在一起营养强化宜可用于方便小米粥的原料，也可粉碎后制作即冲型谷物饮料。

为满足广大消费者需求，开发方便小米产品以丰富小杂粮类方便食品的种类，本研究拟采用微波真空干燥（Microwave vacuum drying，MVD）、微波热风干燥（Microwave hot air drying，MHAD）、热风干燥（Hot air drying，HAD）和传统烤制法（Traditional roasting, TR ）等4种干燥方法对蒸煮的小米进行干燥制备速食小米粉，分析干燥方法对小米粉营养成分、粉体特性和体外抗氧化能力的影响，以期为开发高品质速食小米粉提供理论基础和技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小米 庆阳市西峰区什社；偏亚硫酸氢钠、无水乙醇、福林酚试剂、甲醇、正丁醇、硼酸、硫酸铜、无水硫酸钾、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、水杨酸、盐酸、铁氰化钾、磷酸氢二钾、没食子酸（纯度＞99%）、Tris －盐酸溶液、邻苯三酚、氢氧化钠、乙酸钠、甲基红、6-氨基喹啉-N-羟基琥珀酰亚胺氨基甲酸酯（AQC）等试剂 均为分析纯。

101型热风干燥箱 北京科伟永兴仪器有限公司；HWS-26电热恒温水浴锅型 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；600Y型多功能粉碎机 铂欧五金厂；TDL-40B型低速离心机 上海安亭科学仪器厂；ORW1.0S-3000R型微波热风干燥仪 南京澳润微波科技有限公司；ORW 1.2S-5Z型微波真空干燥器 天水华源有限公司；DSX-280B型手提式压力蒸汽灭菌器 上海申安医疗器械厂；美的微波炉 广东美的厨房电器制造有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 小米干燥前预处理 将原料进行清洗，去除小米表面黏附的粉末杂质和灰尘。参照王应强等[18]的方法，选用米水比例1.5:1（g/mL）在常温下浸泡3 h；处理好的小米放入高压锅（121 ℃，0.12 MPa）蒸制45 min，此时水分含量为54.95%，冷却离散后干燥。

1.2.2 小米干燥过程 离散后的小米选用4种不同的干燥方法进行干燥，具体条件如下：

微波真空干燥（Microwave vacuum drying，MVD）：200 g样品平铺在聚乙烯塑料载物盘上，在功率密度为2 W/g，物料厚度为5 mm，真空度 95 kPa，功率400 W，温度为50℃的微波真空干燥箱内干燥60 min可使小米水分含量为7%左右。

微波热风干燥（Microwave hot air drying，MHAD）：200 g样品平铺在聚乙烯塑料载物盘上，物料厚度为5 mm, 在功率125 W，温度为80 ℃的微波对流干燥箱内干燥70 min可使小米水分含量为7%左右。

热风干燥（Hot air drying，HAD）：200 g样品平铺在不锈钢载物盘上在风速为 2.1 m/s、物料厚度为5 mm、温度为70 ℃的干燥箱内干燥220 min可使样品水分含量在7%左右。

传统烤制（Traditional roasting, TR ）：200 g小米样品平铺在铁盘中，厚度一致，不超过5 mm，温度为150 ℃的烤箱内干燥45 min使样品烤制不发生焦灼并闻到浓郁的香气即可。

干燥结束后将小米粉碎过60目筛得到速食小米粉产品，密封保存用于质量评估。

1.2.3 营养成分的测定

1.2.3.1 水分含量的测定 物料的初始水分含量按照GB 5009.3-2016直接干燥法执行，在105 ℃干燥样品至恒重，重复测定3次，每次以g/100 g表示。

1.2.3.2 粗脂肪含量的测定 粗脂肪含量的测定参照GB 5009.6-2016索式抽提法执行。

1.2.3.3 蛋白质含量的测定 蛋白质含量的测定参照GB 5009.5-2016 凯氏定氮法测定样品中总氮量，乘系数6.25即为粗蛋白含量，以干基百分含量计，结果按下式（1）计算：

式中：X—样品中蛋白质含量，g/100 g；c—盐酸标准溶液的浓度，mol/L；V1—被测样品中消耗盐酸标准溶液的体积，mL；V0—试剂空白消耗盐酸标准溶液的体积，mL；m—试样的质量，g；F—氮换算成蛋白质的系数，6.25。

1.2.3.4 淀粉含量的测定 淀粉含量的参照GB/T5009.9-2016酸水解法量，干基含量以质量分数（%）表示。

1.2.3.5 总酚含量的测定 参照Hithamani等[19]方法，并略作修改。称取10.0 g小米粉于烧杯中，加入100 mL、70%乙醇溶液超声处理20 min，之后于37 ℃条件下搅拌提取5.0 h，离心，取上清液旋转蒸发浓缩至恒重，即为小米多酚提取物。以没食子酸为标准物，采用Folin-ciocalteu比色法[3]进行多酚含量测定。在760 nm处根据标准曲线A=0.0231X+0.0043（决定系数R2=0.9991），计算小米粉样品中总酚含量。结果以每100 g小米粉干基中含有相当于没食子酸毫克数表示，单位mg/100 g。

1.2.3.6 黄色素含量的测定 黄色素含量的测定参照胡延兵等[20]的方法。制作标准β-胡萝卜素曲线Y=0.2013X-0.0040（决定系数R2=0.9993）。准确称取2.000 g小米粉样品放入约30 mL具塞的离心管内，加入10 mL水饱和正丁醇，盖紧塞子，混旋器上混合，使样品充分湿润。把离心管放在往复振荡机上振荡提取1 h，然后静置10 min。4 000 r/min 离心约10 min 至液体清亮为止。以水饱和正丁醇作对照，在440 nm测定吸光度，计算黄色素含量。

1.2.4 粉体性质的测定 堆积密度：单位体积粉体的质量。参考苟小菊等[21]方法。将小米粉盛入10 mL量筒，充分摇振至小米粉与量筒刻度线齐平。小米粉堆积密度表示为10 mL小米粉的质量，按式（2）计算：

式中：m1为量筒质量，g；m2为小米粉与量筒质量，g；V为小米粉体积，mL。

吸湿性：参照赵红霞等[22]方法，称取1 g小米粉于称量瓶中，而后置于装有饱和氯化钠的盐液（温度30 ℃时的平衡相对湿度为79%）的干燥器中，密封后放于温度30 ℃的恒温恒湿中平衡1～3周，定期测定样品的质量，直至前后两次质量差不超过0.005 g，即为恒重。吸湿性（HG）按如式（3）计算：

式中：Wi为测量前的初始含水率，%；b为粉体增加的质量，g；a为测量时样品的质量，g。

结块度：参照赵红霞等[22]方法，粉末吸湿性指标测定结束后，称量瓶中的粉末置于（102±2） ℃的干燥箱中干燥1 h后冷却，称重，然后转移到40目分样筛中，对分样筛摇动处理5 min。称量分样筛上残留的小米粉质量。结块度（DC）计算公式（4）如下：

式中：d为测量时样品的质量，g；c为筛分后留在分样筛上粉体的质量，g。

休止角：参考Zhang等[23]的方法，称取小米粉适量，将漏斗固定于坐标纸上方一定高度，从漏斗加入小米粉直到在坐标纸上形成的堆积圆锥顶部与漏斗底部刚好接触，测定圆锥半径r（cm），以漏斗底高度h（cm）与圆锥半径r（cm）的比值作为正切值计算休止角tanθ（°），公式如下所示：

碘蓝值：参考郑志等[9]方法，准确称取速食小米粉5.00 g，用5倍质量的100℃沸水浸泡8 min，将汤汁过滤。取滤液5.00 mL加入到含有0.50 mL 0.l0 mol/mL的碘液，0.50 mL 0.l0 mol/mL盐酸及蒸馏水约40.00 mL的比色管中，定容至50.00 mL静置1.5 h后于600 nm波长处比色，以0.50 mL 0.l0 mol/mL盐酸加蒸馏水定容至50.00 mL做空白，以吸光度表示碘蓝值。

1.2.5 感官评价 由10名专业食品感官鉴评人员组成感官鉴评小组，根据速食小米粉色泽、香气、滋味和组织状态等4项进行强度感官综合评分。感官评定标准见表1。

1.2.6 小米粉体外抗氧化能力测定 DPPH自由基清除能力的测定：参照Puupponen等[24]的方法。提取物用无水乙醇溶解并配成10种不同浓度（0.02、0.03、0.04、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30和0.40 mg/mL ）的溶液，4 ℃下离心10 min, 每种取2 mL放在试管里，加入100 μmol/L DPPH乙醇溶液4 mL，迅速混匀30 s后置于暗处反应30 min，在515 nm处测其吸光值Ai，用无水乙醇代替样品测得A0，以无水乙醇代替DPPH乙醇溶液测得Aj，以无水乙醇调零。每个浓度重复3次，样品对DPPH·的清除率按下式计算：

表1 小米粉感官评定标准Table 1 Sensory evaluation standard of little millet flour

羟自由基（·OH）清除能力的测定：参照Chandrasekara等[25]的方法，并略作改进。具体测定方法为：提取物用无水乙醇溶解并配成10种不同浓度的溶液，分别在取1 mL样品于试管中，依次加入1 mL 0.75 mmol/L邻二氮菲无水乙醇溶液，2 mL 0.2 mmol/L pH7.4的磷酸盐缓冲溶液，1 mL 0.75 mmol/L硫酸亚铁溶液，1 mL 0.01% H2O2为对照，37℃保温1 h，在536 nm 处测吸光度。空白对照不加0.01% H2O2，以蒸馏水补充体积。每个质量浓度重复3次，样品对羟自由基的清除率按以下公式计算：

总还原能力的测定：参照刘静等[26]的方法。将样品溶解在甲醇中，配成不同质量浓度的样品液，测定时取0.5 mL样品溶液，依次与2.5 mL pH6.6磷酸缓冲溶液（0.2 mmol/L）和2.5 mL铁氰化钾（1%）混合，于50 ℃水浴锅中保温20 min，冷却后加入2.5 mL三氯乙酸溶液（10%），混匀后在2000 r/min离心10 min，取上清液2.5 mL，并与蒸馏水2.5 mL及0.1%三氯化铁溶液0.5 mL混合并室温静置10 min后，在波长700 nm处检测吸光值[9]。

1.3 数据处理

每个结果重复测定三次，用SPSS 15.0.1进行统计学分析，结果表示为±SD，均值之间的显著性采用Duncan’s Multiple Range test，当P＜0.05时认为平均值之间存在统计学上的显著差异。

2 结果与分析

2.1 干燥方法对小米粉营养成分的影响

干燥方法对小米粉营养成分的影响如表2所示。在干制品中，小米粉含水量不高于13%，本试验中不同的干燥方法制备的小米粉其含水量在3.52%～6.91%范围，都能达到小米粉贮藏安全水分要求。从表2中可以看出，干燥过程造成小米营养成分的损失，TR使小米粉的粗脂肪和蛋白质含量损失最多，损失率分别为22.65%和34.45%。与生小米粉相比，MVD和HAD对粗脂肪和蛋白质损失有显著性差异（P＜0.05），MHAD对粗脂肪及蛋白质损失最少，仅为14.6%和13.52%。小米富含淀粉，在生小米粉中淀粉含量为73.79%，干燥后小米粉淀粉含量均有损失，损失率在6.74%～25.36%之间，其中HAD造成淀粉损失最多。与生小米粉相比，干燥造成小米粉总酚含量的下降， MHAD制备的小米粉总酚含量最高，为57.20 mg/100 g，其次为MVD，含量55.86 mg/100 g，HAD法制备的样品总酚含量最低，仅为45.68 mg/100 g。这主要是因为MHAD和MVD温度较低，且干燥时间较短，可能结合多酚中的化学键没有被破坏，两者相比，多酚含量没有显著性差异。小米的黄色素含量是衡量小米外观品质的重要因素，杨延兵等[20]研究发现小米的黄色素含量与外观品质呈显著相关。MVD的样品外观色泽黄亮，黄色素含量最高，为67.22 mg/100 g，HAD含量最低，仅为34.98 mg/100 g 。

表2 干燥方式对小米粉营养成分的影响Table 2 Effect of drying method on the nutrient content of little millet flour

2.2 干燥方法对小米粉粉体特性的影响

不同干燥方法对小米粉粉体特性的影响如表3所示。从表3中可以看出，干燥方法对小米粉堆积密度、休止角、吸湿性、结块度和碘蓝值均影响显著（P＜0.05）。选用HAD制备的小米粉堆积密度低于其它干燥方法，其值为0.46 g/mL；TR制备的小米粉堆积密度最大为0.62 g/mL，MVD和MHAD制备的小米粉堆积密度均高于HAD，这主要是因为微波加热导致产品轻微膨化，形成蓬松的组织状态，而TR干燥过程中，温度较高，导致煮制的小米组织结构变得较为致密，所以堆积密度最高。

粉末的流动性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，流动性越好，颗粒间的摩擦力也越小。小米粉休止角由小到大的顺序依次为：MHAD＜MVD＜TR＜HAD。一般而言，休止角36°～40°粉 末 流 动 性 较 好；41°～45°流 动 性 合 格；46°～90°流动性较差[27]。MHAD和MVD制备的粉体具有较好的流动性，HAD和TR制备的粉体流动性明显下降，这可能是因为这两种方法制备的粉体粉粒较细，粉粒比表面积增大，粉体间的分子引力、静电引力作用增大，影响了粉体的流动性，从而导致休止角增大。

小米粉吸湿性由低到高的顺序为：MHAD＜MVD＜TR＜HAD。与生小米粉相比，干燥均使小米粉结块度降低，且选用微波辅助干燥法制备的小米粉的结块度显著低于热风干燥法及烤制法（P＜0.05）。小米粉结块度由低至高的顺序为：MHAD＜MVD＜TR＜HAD。贮藏温度及湿度是影响粉体结块的主要因素，为避免小米粉在加工和贮用中的发粘、结块等现象，要严格控制粉末的含水率、贮藏环境的相对湿度和选择适宜的包装材料。

不同干燥法制备的小米粉的碘蓝值含量在0.385～0.668之间，显著高于生小米粉（0.068），且MHAD制备的小米粉碘蓝值最高。碘蓝值可以反映小米粉糊化过程中直链淀粉的溶出量，即淀粉的糊化度。MHAD法制备的小米粉碘蓝值最高，说明小米粉中大量细胞被破坏，释放出大量游离淀粉，淀粉糊化程度高。

不同干燥方法对小米粉感官评分存在显著差异（P＜0.05），感官评分从由高到低的顺序为：MHAD＞HAD＞MVD＞TR。

2.3 干燥方法对小米粉体外抗氧化特性的影响

2.3.1 干燥方法对小米粉DPPH 自由基清除能力的影响 DPPH是性质稳定的自由基，参与生命活动，自由基过量易引起氧化应激，提高发病率。研究表明，抗氧化剂对DPPH 清除依赖其供氢能力，小米粉中的多酚物质提供电子与DPPH·的孤对电子配对，使奇数电子的氮原子减少，促使体系中自由基降低[28-29]。由图1可知，4种干燥方法制备的小米粉多酚提取物对DPPH自由基清除率存在差异。与生小米粉相比，干燥方法均造成小米粉对DPPH清除率的下降。4种干燥方法制备的样品，随着浓度的增加，各样品均表现出一定的清除能力，且随着浓度的增加，各样品清除羟自由基能力增大，表现出一定的量效关系。当样品浓度超过0.04 mg/mL时，4种干燥方法制备的样品对DPPH的自由基的清除能力大小整体表现出来，其大小顺序为：MHAD＞MVD＞TR＞HAD。MHAD、MVD、TR和HAD清除DPPH自由基的IC50为0.138、0.163、0.165和0.217 mg/mL。在清除DPPH自由基中，MHAD制备的样品表现出了较强的清除能力，这可能是因为微波热风干燥法将热风干燥技术（HAD）与微波干燥技术（MD）结合起来进行优势互补，不仅能达到节能、省力、高效的目的，而且有助于控制整个干燥过程，获得高质量的产品[18,23]。当样品浓度达到0.4 mg/mL时，对DPPH自由基的清除率达到85%。选用热风干燥制备的样品表现出较低的清除率，这主要是因为热风干燥温度高，且干燥时间长，多酚氧化酶的活性受到抑制[28]。

2.3.2 干燥方法对小米粉羟自由基（·OH）清除能力的影响 羟基自由基（·OH）是具有激发油脂过氧化反应的强氧化剂，也是脂质过氧化过程的快速诱发剂，过量的羟自由基会促进细胞氧化，会诱导细胞毒性产生致癌作用。减少此类自由基可预防心血管疾病[30]。通过4种干燥方式制备的小米粉的清除羟自由基能力的结果如图2所示。从图中可以看出，干燥方法造成样品对羟自由基（·OH）清除能力的降低，这主要是因为干燥加热导致小米多酚物质的损失。当浓度为0.03 mg/mL时，4种干燥方式制备的样品的清除能力很接近。当浓度超过0.1 mg/mL时，MHAD法表现出较强的清除能力，这可能是因为MHAD法结合微波快速加热与热风对流干燥除湿量大的优点[22]，从而达到快速干燥的目的，有效地降低了抗氧化物质的损失。当浓度达到0.4 mg/mL时，选用MHAD法制备的小米粉的清除羟自由基的清除率为84.3%，而选用MVD法的清除率仅59.4%。MHAD清除羟自由基的IC50为0.134 mg/mL，与其他方法相比，清除能力最强。

表3 干燥方式对小米粉粉体特性的影响Table 3 Effect of drying method on the physical characteristics of little millet flour

图1 不同干燥方法制备的小米粉对DPPH的清除能力Fig.1 DPPH radical scavenging ability of little millet flour prepared by different drying methods

图2 不同干燥方法制备的小米粉对羟自由基（·OH）的清除能力Fig.2 Hydroxyl radical scavenging ability of little millet flour prepared by different drying methods

图3 不同干燥方法制备的小米粉对超阴离子（ ）自由基的清除能力Fig.3 Superoxide anion radical scavenging ability of little millet flour prepared by different drying methods

2.3.4 干燥方法对小米粉总还原能力的影响 由图4可知，经过干燥处理，小米粉对铁离子还原力均有所下降，这主要可能是经过蒸煮和干燥后，酚含量降低，导致还原力下降，这与张玲艳[32]和与Chandrasekakara等[33]研究结果一致。在选取的浓度范围内（0.02～0.4 mg/mL），随着样品浓度的增加，4种干燥方式处理样品的还原力均增加。一般情况下，样品的还原力越强，其抗氧化性也越高。在适宜的质量浓度范围内，4种干燥方式制备的小米粉均表现出较好的还原力，但具有显著（P＜0.05）差异，总体来说，MHAD法表现出最优的还原力，其次依次为MVD、TR和HAD，这与之前对羟自由基和超氧阴离子自由基的清除能力测定结果一致。

图4 不同干燥方法制备的小米粉的总还原能力Fig.4 Reducing power of little millet flour prepared by different drying methods

3 结论

本文对比研究了4种干燥方式对速食小米粉营养成分、粉体特性及抗氧化能力的影响。与生小米粉相比，干燥方法均造成小米营养成分的损失，其中MHAD对小米粉粗脂肪和蛋白质保留较好，且总酚损失最少而MVD对小米粉淀粉和黄色素含量保留较好，产品颜色黄亮、有光泽。粉体特性方面，TR法制备的小米粉堆积密度最大且吸湿性最差，MHAD法制备的小米粉结块率最低，碘蓝值最高，吸湿性最大且粉体休止角最小，流动性较好且感官评价分最高为95.2分。体外抗氧化方面，MHAD法制备的小米粉清除DPPH、羟自由基及铁还原能力最强，而MVD对超氧阴离子自由基的清除能力最强。综合分析，微波热风干燥法在小米粉制备中能较完整地保持其营养成分，品质好且抗氧化性强，可作为制备小米粉经济节能的适宜干燥新方法。