造粒芝麻工藝的優化

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(1.河南省農業科學院農副產品加工研究中心,河南鄭州 450002; 2.河南省農產品生物活性物質工程技術研究中心,河南鄭州 450002; 3.河南農業大學食品科學技術學院,河南鄭州 450002)

造粒芝麻工藝的優化

蘆鑫1,2,余果3,高錦鴻1,2,張麗霞1,2,宋國輝1,2,孫強1,2，*

(1.河南省農業科學院農副產品加工研究中心,河南鄭州 450002; 2.河南省農產品生物活性物質工程技術研究中心,河南鄭州 450002; 3.河南農業大學食品科學技術學院,河南鄭州 450002)

為豐富芝麻食品品種,研發造粒芝麻制作工藝。以造粒芝麻成品率、均一率、穩定性為評價指標,從常見食用膠中篩選出適宜造粒芝麻的食用膠,隨后通過單因素分析工藝參數對造粒芝麻的影響規律,最后利用正交實驗優化工藝參數。結果表明:淀粉適宜用于造粒芝麻,淀粉質量濃度、淀粉溶液添加量、靜置時間會顯著影響造粒芝麻的形成與品質。通過逼近理想解排序法獲得最佳的造粒芝麻生產工藝為:6%淀粉質量濃度,淀粉溶液添加量為26%,靜置時間15 min。在此條件下,造粒芝麻的成品率、均一率與穩定性分別為93.49%、91.34%、87.94%,這為造粒芝麻的后續應用奠定了物質基礎。

淀粉,海藻酸鈉,芝麻,綜合評價

芝麻是深受中國人民喜愛的食物,市場上有芝麻鹽、芝麻糊、芝麻醬等多種產品[1-2]。然而將芝麻加工粉狀食物時,因芝麻油脂含量豐富,除易結塊外,也增加油脂與空氣接觸,加速氧化酸敗,縮短產品的貨架期[3-5]。另外,由于芝麻與其他組分的比重不同,在放置過程中會發生物料遷移,產生物料不均現象,降低產品食用品質。

為改善現有粉狀芝麻食品品質,有必要通過現代加工技術改變粉狀芝麻的存在形式,即采用食用膠將炒熟的芝麻與其他配料粘結成微粒(造粒芝麻),待消費者食用時,自行搗碎食用,這可有效避免粉狀芝麻產品在儲藏期間的結塊、分層、酸敗等問題[6]。另外,造粒芝麻為因芝麻顆粒小,難以取食,限制作為食品主料的問題提供了解決途徑。

開展芝麻造粒研究時,要綜合考慮成品率、均一率與穩定性等指標,科學評價上述指標可以引入逼近理想解排序法(TOPSIS)。該方法是系統工程中常用的多指標綜合評價方法[7-10],它通過計算評價對象到最優向量與最劣向量的距離,進而對評價對象進行排序,優化方案應該距理想解近,而距負理想解遠[11-12]。

目前,造粒芝麻的研究剛起步,缺乏理論指導與數據參考,有必要開展研究。本文以造粒芝麻的成品率、均一率與穩定性為評價指標,首先從常用的食用膠中篩選出適宜的造粒芝麻的食用膠,隨后通過單因素實驗研究食用膠濃度與添加量、靜置時間對造粒芝麻品質的影響規律,最終利用方差分析與TOPSIS算法從正交實驗結果中找出最佳的芝麻造粒工藝。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

白芝麻 河南省農業科學院;淀粉、海藻酸鈉、明膠、阿拉伯樹膠、黃原膠、瓜爾豆膠 鄭州分子科貿有限公司。

XZS600型振動篩 新鄉市宏達振動設備有限責任公司;HHS型電熱恒溫水浴鍋 上海博訊實業有限公司醫療設備廠;WNT2-5型無級調速不銹鋼糖衣機 寶雞建華機械廠;XMTD-8222電熱恒溫鼓風干燥箱 上海佳勝實驗設備有限公司;JYL-Y92破壁料理機 廣東東莞九陽有限公司;SDHCB8E34-210蘇泊爾電磁爐 浙江金華蘇泊爾有限公司;ACS電子天平 廣州廣衡電子衡量器有限公司;電加熱炒鍋 河南省亞臨界生物技術有限公司;標準篩 上海市五四儀器有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1 工藝流程及操作要點 芝麻→除雜清洗→瀝水干燥→烘炒→混合→靜置→造?！稍铩鋮s→檢驗→成品

操作要點

瀝水干燥:瀝去水分后,80 ℃烘干水分至6%左右;

烘炒:炒鍋底溫為220 ℃,烘炒20 min,迅速將芝麻轉移入型托盤冷卻;

混合:將添加調料的粘合劑溶液中,緩慢邊倒入芝麻中,邊攪拌,使混合均勻;

造粒:靜置后,將芝麻漿液加入到糖衣機進行造粒,采用35～45 r/min轉速進行成團,待其半干時,緩慢取出,放置在托盤上;

干燥:將造粒半成品采用110 ℃干燥65 min,冷卻裝瓶。

1.2.2 粘合劑品種選擇 為篩選出適宜粘合芝麻的食用膠,分別考察淀粉、海藻酸鈉、明膠、阿拉伯樹膠、黃原膠、瓜爾豆膠粘結芝麻的表現。分別稱取250 g芝麻,采用1.2.1的條件進行操作,隨后參考GB 1976-2008中上述食用膠的允許添加量與文獻報道中使用量[13-14],采用質量濃度5.0%、1.0%、4.0%、3.0%、2.5%、2.0%的上述六種食用膠溶液100 g與芝麻混合,靜置15 min,造粒、干燥后,稱重,計算成品率、均一率、穩定性(公式1、2、3)[15-16]。

Y=(m1/m0)×100

式(1)

式(1)中,Y為成品率(%),m1為未通過12目標準篩(單粒芝麻會透過12目篩孔)的造粒芝麻質量(g),m0為烘烤后未造粒芝麻質量(g)。

E=(m2/m1)×100

式(2)

式(2)中,E為均一率(%),m2為通過6目標準篩未通過12目的造粒芝麻質量(g),m1同上。

S=(m3/m1)×100

式(3)

式(3)中,S為穩定性(%),m3為采用振動篩振動30 min后未通過12目的造粒芝麻質量(g)。

1.2.3 淀粉造粒芝麻的單因素實驗 取一定質量的芝麻,按照1.2.1進行烘炒,冷卻后,加入一定濃度的淀粉溶液,靜置若干時間,進行造粒、干燥,得到產品,計算成品率、均一率與穩定性。由參考文獻可知,食用膠濃度與添加量、靜置時間是影響膠體形成重要因素[17-18]。因此,通過單因素實驗考察淀粉添加量、淀粉溶液添加量與靜置時間對造粒芝麻的影響。固定淀粉液添加量為芝麻質量40%、靜置時間15 min,考察淀粉質量濃度(4%、5%、6%、7%、8%、9%)對芝麻造粒的影響;固定淀粉質量濃度為6%、靜置時間15 min,考察淀粉溶液添加量(20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%)對芝麻造粒的影響;固定淀粉質量濃度為6%,淀粉溶液添加量為芝麻質量30%,考察靜置時間(5、10、15、20、25、30 min)對芝麻造粒的影響。

1.2.4 淀粉造粒芝麻的正交實驗設計 在此基礎上,采用正交實驗優化造粒工藝,具體實驗安排如下:

表1 正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels table of orthogonal experiment

1.3數據處理

所有實驗重復測定3次。采用SAS9.2計算方差與TOPSIS[8]。p<0.05為顯著；p<0.01為極顯著。圖中同一曲線上帶有相同小寫字母的樣品間無顯著差異。

2 結果與分析

2.1食用膠品種對芝麻造粒的影響

食用膠對造粒芝麻的形成與品質起決定作用,因此,有必要對食用膠的品種進行篩選。常見食用膠對芝麻造粒的影響見圖1。

圖1 常見食用膠造粒芝麻的表現Fig.1 The performance of granulated sesame adhered by common edible adhesives

觀察食用膠品種對造粒芝麻成品率的影響時,發現淀粉作為粘結劑效果最好,其次是明膠、阿拉伯樹膠、瓜爾豆膠、黃原膠與海藻酸鈉,產生上述結果的原因可能與食用膠溶液的粘度有關[6,19]。淀粉溶液粘度較小,容易與芝麻混合均勻,并且不粘結在糖衣機內壁,因此造粒芝麻成品率較高。分析造粒芝麻均一率時,淀粉、明膠、阿拉伯樹膠的效果均較好,海藻酸鈉與黃原膠效果較差,這與上述兩種食用膠形成的溶液粘度過高有關,粘度高造成芝麻混合不均,形成大小不一的顆粒,從而形成均勻性差的造粒芝麻。粘合劑的粘度對造粒芝麻的穩定性影響較為復雜,若食用膠溶液粘度高,可以形成強的粘合力來粘附芝麻,但是過高粘度阻礙食用膠溶液與芝麻的混合,不能在芝麻表面形成均勻的涂層,這樣形成的造粒芝麻內部結構不穩固,降低穩定性,這也許是海藻酸鈉造粒芝麻穩定性差的原因。當食用膠溶液粘度較低時,雖然有利于形成內部結構穩固緊密的造粒芝麻,但食用膠溶液粘性弱造成粘合力弱,從而削弱了造粒芝麻的穩定性,這是淀粉作為粘合劑穩定性次于明膠。綜合造粒芝麻的成品率、均一率與穩定性,淀粉適宜作為造粒芝麻的粘結劑。

2.2淀粉質量濃度對芝麻造粒的影響

淀粉質量濃度會影響淀粉溶液粘度,從而影響芝麻造粒的效果,由此需要對淀粉質量濃度的影響進行分析。由圖2a可知,當淀粉質量濃度從4%增加到6%時,造粒芝麻成品率顯著上升,同時均一性也有所上升,當淀粉質量濃度在 6%～9%范圍內,造粒芝麻成品率與均一性均有所下降。產生以上現象的原因是:淀粉溶液的粘度隨著淀粉質量濃度的增加而增加,當淀粉質量濃度較低時,淀粉溶液粘度低,不能緊密粘附芝麻,造成成品率下降;當淀粉質量濃度過高時,淀粉溶液粘度過高,造成芝麻與淀粉溶液混合不勻,并且粘附在糖衣機內壁,降低成品率。

圖2 淀粉質量濃度對造粒芝麻的影響Fig.2 The effect of starchmass concentration on granulated sesame

由圖2b可知,隨著淀粉質量濃度從4%增加到8%時,造粒芝麻穩定性上升;但淀粉濃度持續增加,穩定性無顯著增加。雖然高濃度淀粉溶液能產生強的粘附作用,但也降低物料混合的均勻性,使造粒芝麻內部結構粗糙,降低穩定性,這就產生在高淀粉質量濃度環境時,持續增加淀粉質量濃度,而穩定性并未顯著增加的現象。綜合考慮造粒芝麻產率與品質,6%的淀粉質量濃度適宜粘附芝麻。

2.3淀粉溶液添加量對芝麻造粒的影響

淀粉溶液添加量也會影響芝麻造粒的效果。當淀粉溶液添加量較低時,淀粉溶液與芝麻混合不均勻,從而降低產品的成品率;當淀粉溶液添加量過高時,淀粉溶液與芝麻形成的糊狀物流動性強,難于形成顆粒,導致成品率下降(圖3a)。同時,淀粉溶液添加量增加,造粒芝麻中水分含量增加,相同的干燥強度下,造粒芝麻表面水分除去形成膜固定造粒芝麻,但內部水分未能全部脫除,不能有效固定芝麻,從而降低造粒芝麻的穩定性(圖3b)。結合成品率、均一性與穩定性,淀粉溶液添加量以30%為宜。

圖3 淀粉溶液添加量對造粒芝麻的影響Fig.3 The effect of starch solution addition on granulated sesame

2.4靜置時間對芝麻造粒的影響

靜置過程中,芝麻會從淀粉溶液中吸取水分,以降低體系的流動性,提高粘結性;同時,芝麻與淀粉溶液形成膠體結構,為芝麻造粒奠定基礎。芝麻吸水與膠體形成都需要時間,因此,靜置時間也是影響芝麻造粒的重要因素。靜置時間對芝麻造粒的影響如圖4所示,靜置時間從5 min延長到15 min時,造粒芝麻的成品率、均一率與穩定性有明顯改善;而繼續延長時間,由于芝麻與淀粉溶液形成的體系是非穩定體系,芝麻會逐漸沉淀于溶液底部,導致芝麻與淀粉溶液分層,影響膠體結構形成,減少造粒芝麻的成品率與均一性。結合成品率、均一性與穩定性,靜置時間以15 min為宜。

圖4 靜置時間對造粒芝麻的影響Fig.4 The effect of holding time on granulated sesame

2.5最佳芝麻造粒工藝確定

采用SAS對正交實驗結果進行方差分析發現(見表3),正交模型顯著,可以客觀真實的反映淀粉質量濃度、淀粉溶液添加量、靜置時間對造粒芝麻成品率、均一率、穩定性的影響規律。分析因素對成品率影響時,淀粉質量濃度是第一顯著因素,其次是淀粉溶液添加量,而靜置時間在取值區間內為非顯著因素;因素對均一率的影響中,淀粉質量濃度是顯著因素,而淀粉溶液添加量和靜置時間為非顯著影響因素;因素對穩定性的影響中,淀粉質量濃度是極顯著因素,淀粉溶液添加量影響強于靜置時間。

表2 淀粉造粒芝麻正交結果表Table 2 The orthogonal result of granulated sesame adhered by starch and results

結合極差分析,獲得最佳成品率的條件為:淀粉質量濃度7%,淀粉溶液添加量為30%,靜置時間為18 min,在此條件下(實驗序號10),驗證實驗造粒芝麻的成品率為95.68%,均一性為86.78%,穩定性為90.27%。獲得最佳均一性的條件為:淀粉質量濃度6%,淀粉溶液添加量為34%,靜置時間為15 min,在此條件下(實驗序號11),驗證造粒芝麻的均一性為93.48%,而成品率與穩定性分別為92.15%和85.36%。獲得最佳穩定性的條件為:淀粉質量濃度為7%,淀粉溶液添加量為26%,靜置時間15 min,在此條件下(實驗序號12),驗證造粒芝麻的穩定性為91.64%,而成品率與均一性分別為94.28%和86.34%。由上所述,影響因素對成品率、均一率與穩定性三指標的作用存在明顯差異,增加淀粉質量濃度可以增加造粒芝麻的成品率與穩定性,但會削弱均一率;增加淀粉溶液添加量會降低造粒芝麻成品率與穩定性;延長靜置時間有利于獲得穩定性高的造粒芝麻。通過簡單評價不能有效兼顧三個指標,需要對三個指標進行綜合評價。

表3 正交實驗方差分析表Table 3 The variance analysis of orthogonal experiment

將上述3次驗證實驗的結果與正交實驗結果合并,采用TOPSIS算法對上述三指標(三者權重均為1)進行綜合評價,排序結果見表4。當淀粉質量濃度為6%,淀粉溶液添加量為26%,靜置時間15 min時,造粒芝麻的成品率、均一率與穩定性分別為93.49%、91.34%、87.94%,這為造粒芝麻的后續應用奠定了物質基礎。

表4 正交實驗結果的TOPSIS法排序Table 4 The order of orthogonal result calculated by TOPSIS

3 結論

本實驗表明,淀粉較其他食用膠適宜作為生產造粒芝麻的食用膠。通過單因素實驗發現淀粉質量濃度、淀粉溶液添加量與靜置時間會顯著影響造粒芝麻的成品率、均一率與穩定性。為兼顧上述三個指標,利用TOPSIS分析正交實驗結果,獲得最佳的造粒工藝是:淀粉質量濃度為6%,淀粉溶液添加量為26%,靜置時間15 min。在此條件下,造粒芝麻的成品率、均一率與穩定性分別為93.49%、91.34%、87.94%。

目前,雖然采用正交實驗優化了芝麻造粒工藝,但造粒芝麻的穩定性仍有提高空間。針對該問題,未來嘗試采用復配食用膠來進行造粒加以解決[20-21]。

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Optimizationofpreparationprocessofgranulatedsesame

LUXin1,2,YUGuo3,GAOJin-hong1,2,ZHANGLi-xia1,2,SONGGuo-hui1,2,SUNQiang1,2，*

(1.Research Center of Agricultural and Sideline Products Processing of Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China; 2.Henan Engineering Research Centre of Bioactive Substances in Agricultural Products,Zhengzhou 450002,China; 3.College of Food Science and Technology,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China)

To enrich the variety of sesame food,the process of granulated sesame was researched. An edible adhesive which was suitable to adhere sesame was selected from common edible adhesives through comprehensively considering rates of final product and uniformity,stability,then effects of technological parameters on granulated sesame were studied by single-factor test,finally these process parameters were optimized by orthogonal experiment. Results showed that starch was the proper adhesive for producing granulated sesame,the starch mass concentration,the addition of starch solution and the holding time could influence the formation and properties of granulated sesame. According to the technique for order preference by similarity to ideal solution,the optimal process of granulated sesame was established as follows:starch mass concentration of 6%,addition of starch solution of 26% and holding time of 15 min. Under these conditions,the rate of final product,uniformity rate and stability were 93.49%,91.34%,87.94%,respectively,which created material base for the follow-up application of granulated sesame.

starch;sodium alginate;sesame;comprehensive evaluation

2017-03-03

蘆鑫(1981-)，男，博士，助理研究員，研究方向：油脂加工，E-mail：xinlu1981@foxmail.com。

*

孫強(1973-)，男，碩士，副研究員，研究方向：農產品加工，E-mail：qiangsunxy@126.com。

2016年河南省科技攻關項目(162102110058)。

TS229

B

1002-0306(2017)21-0192-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.21.038