CN107125558B - 一种提高全谷物餐粉水溶性指数的预酶解-挤压膨化加工技术 - Google Patents

一种提高全谷物餐粉水溶性指数的预酶解-挤压膨化加工技术 Download PDF

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Abstract

本发明涉及谷物加工技术领域，具体公开了一种提高全谷物餐粉水溶性指数的预酶解‑挤压膨化加工技术，包括如下步骤：S1.固态预酶解：全谷物粉碎后与耐高温α‑淀粉酶和水混合均匀得固态物料，将固态物料进行加热预酶解；S2.酶解辅助挤压膨化：对步骤S1中酶解后的物料进行挤压膨化得膨化物；S3.挤出物干燥粉碎：对步骤S2中的膨化物进行干燥并粉碎，得全谷物餐粉。本发明通过对全谷物进行前处理、α‑淀粉酶固态预酶解、酶解辅助挤压膨化、干燥粉碎处理加工制备全谷物餐粉。制得的全谷物餐粉粉体均匀，水溶性指数提高1~3倍，冲调分散性提高50%以上，口感细腻，风味佳，富含可溶性酚类、可溶性蛋白质等营养成分，是一种营养成分丰富的全谷物食品配料。

Description

一种提高全谷物餐粉水溶性指数的预酶解-挤压膨化加工 技术
技术领域
本发明涉及谷物加工技术领域，尤其涉及一种提高全谷物餐粉水溶性指数的预酶解-挤压膨化加工技术。
背景技术
全谷物是指经碾磨、破碎、压片等加工后，种皮、胚乳和胚的相对比例与天然谷物籽粒构成相同的谷物原料，未经加工的谷物籽粒也属于全谷物。全谷物与经过精深加工的精米、白面等谷物原料相比，膳食纤维含量更丰富，同时还富含多酚、黄酮、维生素、甾醇和植酸等多种生物活性物质和矿物元素等。因此，全谷物食品具有更高的营养价值和保健功效。增加全谷食品的摄入可以降低罹患心血管疾病、糖尿病、便秘及某些癌症等疾病的风险。
挤压膨化技术可以同时实现搅拌、加热、杀菌、膨化等多种单元操作，生产效率高、能耗低，并且具有连续生产、卫生环保等特点，在糙米速食粉、代餐粉和其他谷物营养方便食品的生产中具有广泛的应用。以全谷物为原料，经过挤压膨化技术加工生产营养代餐食品，符合了现代人对营养需求消费的理念，具有广阔的市场前景。然而目前全谷物餐粉产品存在水溶性差、冲调黏度过高等缺陷，限制了全谷物餐粉的消费，迫切需要发展新的技术解决这一问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高全谷物餐粉水溶性指数的预酶解-挤压膨化加工技术，使得制备的全谷物餐粉具有粉体均匀，水溶性指数高，冲调分散性好的品质特点。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下方案实现：
一种提高全谷物餐粉水溶性指数的预酶解-挤压膨化加工技术，包括如下步骤：
S1.固态预酶解：全谷物粉碎后与耐高温α-淀粉酶和水混合均匀得固态物料，将固态物料进行加热预酶解；
S2.酶解辅助挤压膨化：对步骤S1中酶解后的物料进行挤压膨化得膨化物；
S3.挤出物干燥粉碎：对步骤S2中的膨化物进行干燥并粉碎，得全谷物餐粉。
全谷物可以为普通糙米、红米、黑米、大豆、玉米、燕麦等全谷物，为了使得全谷物后续的混合均匀，在粉碎后可以进行过筛操作。在膨化过程中，耐高温α-淀粉酶和全谷物中的淀粉以膨化机为反应容器进行淀粉的水解，且在挤压膨化过程中，全谷物原料的淀粉发生糊化，淀粉能进一步水解，还原糖、可溶性膳食纤维含量升高。但是，在挤压膨化过程中，物料往往快速通过反应腔(十几秒)，在这么短的时间内，再加上反应腔内的温度、物料粘度、物料剪切力等的影响，耐高温α-淀粉酶并不能很好的将淀粉完全分解。基于此，发明人发现，在进行挤压膨化前，先将全谷物进行固态加热酶解，耐高温α-淀粉酶能将全谷物中部分不溶性淀粉水解成小分子糊精、葡萄糖、麦芽糖等还原糖，在挤压膨化时耐高温α-淀粉酶进一步水解淀粉。而且，发明人发现，通过固态预酶解这一步骤，不仅使得最终的全谷物餐粉中的还原糖、可溶性膳食纤维含量升高，其中的可溶性酚类物质、黄酮类物质、蛋白质等物质含量显著提高，发明人猜测，正是由于固态预酶解的作用，使得与淀粉分子相结合的部分酚类、黄酮类、蛋白质等物质在这一过程中游离出来，转化为可溶态，在挤压膨化过程中进一步向游离态转变，从而提高全谷物餐粉的水溶性指数。
为了使得耐高温α-淀粉酶能以全谷物混合均匀，步骤S1中，将耐高温α-淀粉酶和水混合均匀后，以喷雾形式加入到粉碎后的全谷物粉中，喷淋的同时进行搅拌，使之混合均匀。确保在极少量水分的情况下进行预酶解，不影响物料的挤压膨化，保证最终全谷物餐粉中酚类、黄酮类、蛋白质等物质的含量提高。
在固态预酶解后要直接进入螺杆膨化机进行挤压膨化，因此水的添加量和耐高温α-淀粉酶的添加量极为重要。若水的添加量过大，则物料成为液态，不能直接进行挤压膨化，若对液态的物料处理成固态，这一过程不仅耗能，而且有效成分也会在此过程损失。若水的添加量过少，则耐高温α-淀粉酶发挥的作用有限。经过发明人的大量试验，步骤S1中，水的添加量为全谷物干重的10～20％，耐高温α-淀粉酶的添加量为500～1500U/g全谷物干重。
进一步的，步骤S1中，预酶解的温度为90～100℃，预酶解的时间为15～30min，且这一过程中同时进行搅拌。通过合适的温度、时间和操作，使得全谷物中的淀粉水解充分，预酶解效果达到最佳。
酶解辅助挤压膨化过程中，设置好螺杆挤压膨化机(如双螺杆挤压膨化机)的各项参数，并选择适宜的模口；将预酶解后的全谷物物料输送至双螺杆挤压膨化机进料斗中进行挤压膨化。挤压膨化的条件参数为：挤压温度110～150℃，螺杆转速25～50Hz。参数条件因全谷物原料种类不同而进行调整。
挤出物干燥粉碎过程中，挤出物经过螺杆挤压膨化机尾端的旋切形成长度一定且具有疏松结构的膨化物；经过适当的热风干燥，使挤出物水分含量降低到适宜程度；利用粉碎机对干燥后的挤出物进行粉碎并过筛，最终得到熟化、粒径均匀、冲调分散性良好、具有天然风味且营养丰富的全谷物餐粉产品。此过程中，干燥温度为60～80℃；干燥时间为2～6h，使水分含量降至7％以下。挤出物粉碎过筛时，筛上物继续粉碎，直至全部过筛。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过对全谷物进行前处理、α-淀粉酶固态预酶解、酶解辅助挤压膨化、干燥粉碎处理加工制备全谷物餐粉。制得的全谷物餐粉粉体均匀，水溶性指数提高1～3倍，冲调分散性提高50％以上，口感细腻，风味佳，富含可溶性酚类、可溶性蛋白质等营养成分，是一种新型全谷物食品配料，适用于加工糊粉类营养方便食品。本发明对提高全谷物餐粉产品品质，推动全谷物加工产业的健康发展具有重要意义。
具体实施方式
为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明作进一步阐述。
实施例1
以黑米为例，一种提高全谷物餐粉水溶性指数的预酶解-挤压膨化加工技术，包括如下步骤：
S1.全谷物黑米的固态预酶解：黑米粉碎后过60目筛；将耐高温α-淀粉酶与水混合均匀，喷雾形式加入黑米粉中，并混合均匀。水的添加量为黑米干重的20％，耐高温α-淀粉酶添加量为1500U/g黑米干重；使用夹层锅将黑米粉和耐高温α-淀粉酶的混合物加热至100℃，边加热边缓慢搅拌，并维持15min。
S2.全谷物黑米的酶解辅助挤压膨化：将预酶解后的黑米粉输送至双螺杆挤压膨化机进料斗中，挤压温度设置为150℃，螺杆转速为50Hz。
S3.全谷物黑米挤出物的干燥、粉碎：挤出物经过80℃热风干燥2h，然后粉碎，并过80目筛，最终得到预酶解-挤压膨化全谷物黑米餐粉产品。
实施例2
以玉米为例，一种全谷物餐粉预酶解-挤压膨化方法，包括如下步骤：
S1.全谷物玉米的固态预酶解：玉米粉碎后过60目筛；将耐高温α-淀粉酶与水混合均匀，喷雾形式加入玉米粉中，并混合均匀。水分含量为玉米干重的10％，耐高温α-淀粉酶添加量为500U/g玉米干重；使用夹层锅将玉米粉和耐高温α-淀粉酶的混合物加热至90℃，边加热边缓慢搅拌，并维持30min。
S2.全谷物玉米的酶解辅助挤压膨化：将预酶解后的玉米粉输送至双螺杆挤压膨化机进料斗中，出口温度设置为110℃，螺杆转速为25Hz。
S3.全谷物玉米挤出物的干燥、粉碎：挤出物经过60℃热风干燥6h，然后粉碎，并过80目筛，最终得到预酶解-挤压膨化全谷物玉米餐粉产品。
实验
为了评价预酶解-挤压膨化全谷物餐粉的冲调分散性和化学成分的变化，对预酶解-挤压膨化全谷物餐粉和传统直接挤压膨化的全谷物餐粉进行实验对比。
1实验条件
1.1实验材料
实施例1预酶解-挤压膨化全谷物黑米餐粉
实施例2预酶解-挤压膨化全谷物玉米餐粉
挤压膨化全谷物黑米餐粉
挤压膨化全谷物玉米餐粉
挤压膨化全谷物黑米餐粉采用传统工艺直接挤压膨化得到，与实施例1的挤压膨化参数条件一致；挤压膨化全谷物玉米餐粉采用传统工艺直接挤压膨化得到，与实施例2的挤压膨化参数条件一致。
1.2测定指标
水溶性、分散时间、还原糖含量、可溶性蛋白含量、多酚及黄酮含量(游离态、结合态)
1.3数据分析
采用SPSS 18.0软件进行数据分析。
2实验结果
2.1水溶性与分散时间
水溶性越高、分散时间越短表明冲调分散性越好。如表1所示，与传统工艺相比，实施例1预酶解-挤压膨化使全谷物黑米餐粉水溶性升高了3倍，由17.40％升高到69.60％；分散时间显著降低，由36.22s降低到12.31s。实施例2预酶解-挤压膨化使全谷物玉米餐粉水溶性升高了1.17倍，由59.4％升高到128.80％；分散时间显著降低，由12.62s降低到8.55s。
表1预酶解-挤压膨化对全谷物餐粉水溶性和分散时间的影响
Figure BDA0001279085820000051
*表示同一组内存在显著性差异，差异显著水平为平p<0.05，下同。
2.2还原糖含量
如表2所示，挤压膨化全谷物黑米餐粉还原糖含量为5.44mg/g DW，实施例1固态预酶解后的全谷物黑米粉还原糖含量为93.30mg/g DW，实施例1预酶解-挤压膨化全谷物黑米餐粉还原糖含量为241.66mg/g DW。挤压膨化全谷物玉米粉还原糖含量为83.19mg/g DW，实施例2固态预酶解后的全谷物玉米粉还原糖含量为140.25mg/g DW，实施例2预酶解-挤压膨化全谷物玉米餐粉还原糖含量为203.19mg/g DW。
结果表明，固态预酶解过程和酶解辅助挤压膨化过程均显著提高了全谷物餐粉的还原糖含量。
表2预酶解-挤压膨化对全谷物餐粉还原糖含量的影响
Figure BDA0001279085820000052
a表示同一组内字母不同则存在显著性差异，差异显著水平为p<0.05，下同。
2.3可溶性蛋白含量
如表3所示，挤压膨化全谷物黑米粉可溶性蛋白含量为2.14mg/g DW，实施例1预酶解-挤压膨化全谷物黑米餐粉可溶性蛋白含量为8.59mg/g DW。挤压膨化全谷物玉米粉可溶性蛋白含量为1.22mg/g DW，实施例2预酶解-挤压膨化全谷物玉米餐粉可溶性蛋白含量为3.71mg/g DW。
结果表明，预酶解-挤压膨化显著提高了全谷物餐粉可溶性蛋白的含量。
表3预酶解-挤压膨化对全谷物餐粉可溶性蛋白含量的影响
Figure BDA0001279085820000053
2.4游离酚含量
如表4所示，挤压膨化全谷物黑米餐粉游离态多酚、结合态多酚和总酚含量分别为194.84、177.09和371.94mg GAE/100g DW，预酶解-挤压膨化全谷物黑米餐粉游离态多酚、结合态多酚和总酚含量分别为222.08、163.78和385.85mg GAE/100g DW，游离态多酚含量显著升高，结合态多酚含量略有下降，总酚含量略有升高。
挤压膨化全谷物玉米餐粉游离态多酚、结合态多酚和总酚含量分别为49.42、188.36和237.78mg GAE/100g DW，预酶解-挤压膨化全谷物玉米餐粉游离态多酚、结合态多酚和总酚含量分别为58.23、178.25和236.48，游离态多酚含量显著升高，结合态多酚含量略有下降，总酚含量变化不显著。
结果表明，预酶解-挤压膨化使一部分结合态多酚转化为游离态多酚，从而增加了游离酚的含量。
表4预酶解挤压膨化对全谷物餐粉总酚含量的影响
Figure BDA0001279085820000061
a表示同一组内字母相同则不存在显著性差异，字母不同则存在显著性差异，差异显著水平为p<0.05，下同。
2.5游离黄酮含量
如表5所示，挤压膨化全谷物黑米餐粉游离态黄酮、结合态黄酮和总黄酮含量分别为160.03、175.96和335.99mg CE/100g DW，实施例1预酶解-挤压膨化全谷物黑米餐粉游离态黄酮、结合态黄酮和总黄酮含量分别为217.66、120.43和338.09mg CE/100g DW，游离态黄酮含量显著升高，结合态黄酮含量略有下降，总黄酮含量变化不显著。
挤压膨化全谷物玉米餐粉游离态黄酮、结合态黄酮和总和分别为34.36、169.32和203.68mg CE/100g DW，实施例2预酶解-挤压膨化全谷物玉米餐粉游离态黄酮、结合态黄酮和总和分别为39.21、166.13和202.34mg CE/100g DW，游离态黄酮含量显著升高，结合态黄酮含量略有下降，总黄酮含量变化不显著。
结果表明，与多酚含量变化规律类似，预酶解-挤压膨化使一部分结合态黄酮转化为游离态黄酮，从而增加了游离黄铜的含量。
表5预酶解挤压膨化对全谷物餐粉总黄酮含量的影响
Figure BDA0001279085820000062
Figure BDA0001279085820000071
综上所述，预酶解-挤压膨化可以改善全谷物黑米餐粉和玉米餐粉的水溶性指数，这与其增加还原糖、可溶性蛋白、游离态多酚和游离态黄酮的含量密切相关。
对比例1
本对比例与实施例1类似，区别在于，步骤S1中，黑米、高温α-淀粉酶与水混合均匀后，4℃静置12h，后进入步骤S2。
经测试，挤压膨化后的黑米粉的水溶性指数为18.20％，而实施例1中挤压膨化后的黑米餐粉的水溶性指数为69.60％。由此可见，实施例1中挤压膨化后的黑米餐粉的水溶性指数显著优于对比例1方法制备的黑米粉。
对比例2
本对比例与实施例1类似，区别在于，步骤S1中，水分含量为黑米干重的120％，加热至90℃进行水分浓缩，使得水分含量降至20％，后进入步骤S2。
经测试，本对比例挤压膨化后的黑米粉的水溶性指数为8.20％。游离酚含量为8.1mg GAE/100g DW；实施例1中挤压膨化后的黑米餐粉水溶性指数为69.60％，游离酚含量为22.1mg GAE/100g DW。由此可见，实施例1中挤压膨化后的黑米餐粉的水溶性指数和游离酚含量显著高于对比例2方法制备的黑米粉，并且，对比例2由于黑米中加水量过高，需要进行浓缩，导致能耗极高，不具备工业应用价值。
对比例3
本对比例与实施例1类似，区别在于，步骤S1中，黑米、高温α-淀粉酶与水混合均匀后直接进入步骤S2。
经测试，本对比例挤压膨化后的黑米粉的水溶性指数为23.2％；实施例1中挤压膨化后的黑米餐粉的水溶性指数为69.60％。由此可见，实施例1中挤压膨化后的黑米餐粉的水溶性指数显著优于对比例3方法制备的黑米粉。
上述实施例仅为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种提高全谷物餐粉水溶性指数的预酶解-挤压膨化加工技术，其特征在于，包括如下步骤：
S1.固态预酶解：全谷物粉碎后与耐高温α-淀粉酶和水混合均匀得固态物料，将固态物料进行加热预酶解；
S2.酶解辅助挤压膨化：对步骤S1中酶解后的物料进行挤压膨化得膨化物；
S3.挤出物干燥粉碎：对步骤S2中的膨化物进行干燥并粉碎，得全谷物餐粉；
步骤S1中，将耐高温α-淀粉酶和水混合均匀后，以喷雾形式加入到粉碎后的全谷物粉中，喷淋的同时进行搅拌，使之混合均匀；其中，水的添加量为全谷物干重的10～20％，耐高温α-淀粉酶的添加量为500～1500U/g全谷物干重；预酶解的温度为90～100℃，预酶解的时间为15～30min；
步骤S3中，干燥温度为60～80℃，干燥时间2～6h，使水分含量降至7％以下。
2.根据权利要求1所述的提高全谷物餐粉水溶性指数的预酶解-挤压膨化加工技术，其特征在于，步骤S1中，加热预酶解过程中同时进行搅拌。
3.根据权利要求1所述的提高全谷物餐粉水溶性指数的预酶解-挤压膨化加工技术，其特征在于，步骤S2中，挤压膨化条件为：挤压温度110～150℃，螺杆转速25～50Hz。
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Assignee: GUANGZHOU LEHEL CLINICAL NUTRITION Co.,Ltd.

Assignor: SERICULTURE & AGRI FOOD Research Institute GAAS

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Denomination of invention: A pre-enzymolysis-extrusion processing technology for improving the water-solubility index of whole grain meal powder

Granted publication date: 20200807

License type: Common License

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