微粉碎協同擠壓膨化處理燕麥麩皮的綜合評價及應用

郭新月， 張美莉， 霍 瑞

(內蒙古農業大學食品科學與工程學院，呼和浩特 010018)

燕麥多種植于山區高原和北部高寒冷涼地區，分為皮燕麥和裸燕麥，我國主要種植裸燕麥[1]。燕麥麩皮是生產燕麥米、燕麥片時脫去的皮層部分，因燕麥籽粒結構緊密，皮層脫除時也會剝離部分糊粉層，所以麩皮約占全谷物的37%[2]。燕麥麩皮中具有大量的膳食纖維，大量研究指出適度添加膳食纖維或富含膳食纖維的原料可以改變食品的質地及口感，Deepak Mudgil研究證實可溶性纖維水平(1～5 g/100 g小麥粉)對面條硬度、黏附性和內聚性有顯著影響，添加膳食纖維后，面條的質地變得柔軟，面條的內聚性、咀嚼性和回彈力增大，黏性減小[3]。燕麥中的多酚物質大部分存在于皮層和糊粉層中，所以對比燕麥胚乳，麩皮具有更強的抗氧化效果[4]。另外，從燕麥麩中提取出的燕麥麩油具有生物學活性，包括降低血漿和肝臟膽固醇濃度以及改善由溴氰菊酯引起的生殖毒性[5]。

目前有關燕麥麩皮的加工食品品類并不多，為了滿足人們對健康的需求并提高燕麥麩皮的綜合利用率，我們仍迫切需要對燕麥麩進行深度加工。微粉碎作為一種非熱加工技術，通過機械作用力使物料顆粒均勻，功能性成分從細胞中溶出，此處理可以改變原料分散性、吸附性、溶解性等，提高原料中營養素的吸收率[6]。擠壓膨化技術利用高溫高壓高效處理物料，可以增加膨化食品的水溶性營養素含量，減少原料中粗纖維比例，并且可以有效延長產品貨架期[7]。李雪帆[8]使用擠壓膨化技術處理燕麥麩皮，研究得到最佳麩皮粒度后與其他谷物粉、豆粉復配，確定了雜糧沖調粉的最佳配方。申瑞玲等[9]研究了微粉碎對燕麥麩皮營養功能方面的影響，發現微粉碎技術可以在保持麩皮基本營養成分的基礎上增加總膳食纖維含量，還可以改善燕麥麩皮的物理特性，使麩皮粒徑在180～150 μm時具有最強的膨脹力，粒徑在150～125 μm時具有最強的水溶性。本實驗將微粉碎和擠壓膨化兩種技術相結合處理燕麥麩皮，研究不同加工方式對燕麥麩皮營養成分、功能成分及特性的影響，并綜合評價不同處理方式下的燕麥麩皮優缺點，旨在拓展燕麥麩皮更多的商業空間。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

燕麥麩皮、低筋小麥粉、赤蘚糖醇、木糖醇、脫脂乳粉。β-葡聚糖試劑盒(Megazyme K-BGLU)；豬胰α-淀粉酶(50 U/mg)；葡萄糖淀粉酶(80 U/mg)；高溫α-淀粉酶(40 000 U/g)；淀粉葡萄糖苷酶液化型(10萬U/mL)。其他化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

DS32系列實驗型雙螺桿擠出機，PLS-10L系列超微粉碎機，PEN 3 電子鼻，TA·XT PLUS物性測定儀，SIGMA 3-18K冷凍離心機，UV2300Ⅱ系列雙光束紫外可見分光光度計，XL-20B 1 000 g密封型搖晃式微粉碎機。

1.3 方法

1.3.1 原料預處理

市售燕麥麩皮為粗粉(C,300～450 μm)，設置超微粉碎機輸出功率為50 Hz，將粗粉粉碎3 min，隨后過篩(80-100目)得到細粉(X，150～200 μm)；將粗粉粉碎5 min，過150目篩得到微粉(W，100 μm)。C、X、W分別進行擠壓膨化處理，擠壓膨化機的操作參數在預實驗的基礎上設置為含水量27%、機筒末端溫度170 ℃、主機轉速22 Hz、喂料速度21 Hz。擠壓后的物料烘干至恒重，用搖晃式微粉碎機粉碎，分別得到粗粉擠壓后麩皮(CJ)、細粉擠壓后麩皮(XJ)、微粉擠壓后麩皮(WJ)，擠壓后物料粒徑與未擠壓物料相同。

1.3.2 營養及功能指標測定

可溶性膳食纖維(Soluble dietary fiber，SDF)、總膳食纖維(Total dietary fiber，TDF)：參照國家標準GB 5009.88—2014；β-葡聚糖測定采用試劑盒法；持水力測定參照張倩芳等[10]的方法；水溶性測定參照Mateos-Aparicio等[11]的方法；多酚含量測定使用沒食子酸比色法；DPPH和·OH自由基清除率參照盧宇[12]的方法；ABTS自由基清除率參照唐明明等[13]的方法；膽固醇吸附力(CAC)測定參照Zhang等[14]的方法；淀粉消化率測定參照李環等[15]的方法并稍作改進：混合酶液為將豬胰α-淀粉酶(120 U/mL)和葡萄糖淀粉酶(200 U/mL)用緩沖液溶解配制而成。葡萄糖標準曲線為y=27.308x-0.005 5，R2=0.999 6。

稱取(200±5)mg樣品置于離心管中，加入15 mL醋酸鈉緩沖液進行磁力攪拌，使樣品均勻分散至緩沖溶液中，在 95 ℃環境下糊化30 min，結束后冷卻至37 ℃，加入5 mL混合酶液繼續于37 ℃、300 r/min條件下進行樣品水解并計時。分別于水解20、120 min時取出1 mL 水解液，加入4 mL無水乙醇。將水解液在4 000 r/min的條件下離心5 min，使用3，5-二硝基水楊酸法測定上清液中的葡萄糖含量。

淀粉消化特性以快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)表示，計算公式為：

式中：G20、G120分別為20、120 min內水解產生的還原糖質量/mg；FG為酶水解前樣品中游離還原糖質量/mg；TS為總淀粉質量/mg；0.9為葡萄糖折算淀粉系數。

1.3.3 燕麥麩皮膨化食品的制作

以低筋小麥粉混合燕麥麩皮的總質量為基準，基礎配方為低筋小麥粉：燕麥麩皮為2∶1；全蛋液40%；脫脂乳粉10%；赤蘚糖醇復配木糖醇(2∶1)為12%；酵母1.5%；鹽1%。

工藝流程：原料配粉→輔料添加→調制面團→醒發→壓模成型→焙烤→冷卻→包裝

1.3.4 燕麥麩皮膨化食品的物性測定

使用質構儀對膨化食品的脆度和硬度進行檢測，探頭選用圓柱形P/100。儀器參數：測試模式為壓縮，壓縮比70%，應變力5 g。測試前速度為 2 mm/s，測試中速度為 1 mm/s，測試后速度為 2 mm/s，產品脆度用測試所得曲線上的第一個峰值表示，硬度用曲線上最大峰值表示。

1.3.5 電子鼻測定燕麥麩皮膨化食品風味

稱量2.5 g粉碎后的樣品至專用玻璃瓶中，封蓋后80 ℃保溫1 h，用電子鼻測定氣味成分差異。以頂空進樣方式，同時插入零氣針和進樣針。進樣流量設為400 mL/min，測定時間90 s，清洗時間120 s。電子鼻各傳感器分別響應不同的敏感物質：W1C對應芳香成分、苯類；W5S對應氮氧化合物；W3C對應芳香成分、氨類；W6S對應氫化物、氫氣；W5C對應短鏈烷烴芳香成分；W1S對應甲基類；W1W對應硫化物；W2S對應醇類、醛酮類；W2W對應芳香成分、有機硫化物；W3S對應長鏈烷烴。

1.3.6 燕麥麩皮膨化食品感官評定

產品的感官評價參照GB/T 20980—2007《餅干》并略做改動，具體的評價指標見表1。選擇 10 名(5 男 5 女)經過專業培訓且有經驗的人組成感官評定小組，對產品進行客觀評價，取平均值。

表1 感官評分表

1.4 數據處理與分析

使用SPSS26.0對實驗數據進行單因素ANOVA顯著性分析(P<0.05表示為具有顯著性差異)，實驗均重復3次，實驗結果表示為平均值±標準差；使用SPSS 26.0對實驗數據進行雙變量相關性分析、采用Z-score法對數據進行無量綱標準化處理及主成分分析。采用Origin2018作圖。

2 結果與分析

2.1 微粉碎協同擠壓膨化處理對燕麥麩皮營養成分、功能成分及特性的影響

表2顯示微粉碎對燕麥麩皮營養成分、功能成分及特性影響顯著。粉碎會降低麩皮的分子質量，一定程度上可以增加淀粉對酶的敏感性，提高淀粉消化率；同時由于麩皮分子質量的降低有利于功能性成分溶出，水溶性升高，導致在微粉碎處理后，麩皮的多酚含量、ABTS和DPPH自由基清除率均有所升高。研究表明物料的膽固醇吸附力與SDF含量、纖維的多孔結構以及分子質量大小高度相關[16，17]，微粉顆粒可以暴露更多的纖維結構以吸附膽固醇，SDF含量相對較高，但其分子質量最小，在以上因素的共同作用下，微粉表現出最強的膽固醇吸附力。

擠壓膨化處理改變了淀粉和纖維結構，淀粉糖苷鍵遭到破壞，晶體結構改變，同時降低了膳食纖維的分子質量，導致部分IDF轉化為SDF，使其RDS含量、SDF含量和水溶性上升，因此麩皮在擠壓后具有更好的消化特性[18，19]。相反，擠壓打斷了β-葡聚糖網狀結構，降低了β-葡聚糖含量，且擠壓過程中的高溫高壓作用使燕麥麩皮中活性物質受到嚴重損失，尤其是熱敏酚醛類物質，導致麩皮抗氧化性顯著下降(P<0.05)[20]；纖維分子質量和結構的改變同樣導致CAC(pH2、pH7)降低。

表2 微粉碎協同擠壓膨化處理燕麥麩皮的各項指標結果

表3 微粉碎協同擠壓膨化處理燕麥麩皮各指標的相關性分析

2.2 微粉碎協同擠壓膨化處理燕麥麩皮的各項指標相關性分析

從表3可以看出6種燕麥麩皮各指標之間相關性較強，RDS與RS呈現極顯著高度負相關；β-葡聚糖與多酚、持水力呈現極顯著高度正相關；多酚含量與·OH自由基清除率、ABTS自由基清除率呈現極顯著高度正相關；持水力與SDF呈現極顯著高度負相關；CAC(pH2)與CAC(pH7)呈極顯著高度正相關。麩皮在粉碎和擠壓過程中粒度不斷減小，淀粉雙螺旋結構被不斷打斷，分子鏈有序性降低，導致淀粉消化率不斷提升，因此隨著RDS增加，RS不斷減少[21]。抗氧化性主要通過麩皮的功能性成分實現，所以自由基清除率與多酚含量相關。β-葡聚糖是以網狀結構覆蓋在麩皮表面的一種線性多糖，其減少直接影響麩皮對功能性成分和水分子的截留以導致多酚含量和持水力下降，另外，膳食纖維從不可溶性轉化為可溶性也是導致麩皮截流水分子能力減弱的原因之一。

2.3 微粉碎協同擠壓膨化處理燕麥麩皮各項指標主成分分析

表4為將各項指標數據導入SPSS 23.0進行標準化無量綱化處理結果。將經過無量綱標準化處理的數據進行主成分分析，得到主成分特征值、方差貢獻率、累計貢獻率等(表5)。前2個主成分的累計貢獻率達到91.007%，即這2個主成分可以代表不同樣品各項指標中約91.007%的信息，可以用這2個主成分作為評價燕麥麩皮品質的綜合指標。表6為主成分載荷矩陣，表明了各個指標對主成分的影響程度及方向[22]。由表6可知第一主成分可以代表RDS、SDF、TDF、β-葡聚糖含量、多酚含量、持水力、·OH和ABTS自由基清除率、CAC(pH2和pH7)；第二主成分可以代表RS、水溶性、DPPH自由基清除率。根據表7可以得到2個主成分表達式：F1=-0.107X1+0.068X2-0.097X3-0.079X4+0.111X5+0.113X6+0.108X7-0.022X8+0.057X9+0.113X10+0.106X11+0.085X12+0.103X13;F2=0.104X1-0.245X2+0.129X3-0.088X4-0.02X5+0.027X6+0.25X7+0.312X8+0.263X9-0.004X10-0.08X11+0.202X12+0.132X13

表4 數據標準化處理后的結果

表5 主成分分析的方差貢獻率

表6 主成分分析的載荷矩陣

表7 主成分得分系數矩陣

2.4 微粉碎協同擠壓膨化處理燕麥麩皮樣品的綜合評價

由表5可知各個主成分的貢獻率，選取累計貢獻率為91.007%>80%的前2個主成分進行綜合評價即可。將主成分各自的貢獻率和其對應的主成分表達式結合，建立Z綜合得分=67.522F1+23.485F2[23]。評分結果見表8，根據綜合評分可知未經擠壓處理的燕麥麩皮中微粉性能最優，在6種麩皮中綜合排名第一。3種粒度燕麥麩皮經過擠壓處理后以微粉擠壓后麩皮性能最優，在6種麩皮中綜合排名第4。

表8 微粉碎協同擠壓膨化處理燕麥麩皮樣品的綜合得分

2.5 燕麥麩皮膨化食品的品質評價

硬度和脆度是評價產品的重要指標，脆度值越小表明產品表皮越酥脆、越好[24]，硬度值越大表明產品質地越堅硬。由表9可知相比于添加微粉擠壓后麩皮(WJ)的膨化食品，添加微粉麩皮(W)制作的膨化食品具有更好的脆度和較低的硬度，說明添加WJ制作的食品表皮以及整體質地偏硬，但由于WJ具有獨特風味，所以添加WJ制作的膨化食品獲得較高的感官評分。

表9 燕麥麩皮膨化食品的質構與感官評分

圖1 添加2種麩皮制作的燕麥麩皮膨化食品風味雷達圖

電子鼻可以模擬人體嗅覺檢測產品的氣味[25]。圖1顯示2種膨化食品在多數傳感器上的響應值基本相似，但添加微粉擠壓后麩皮制作的食品在W5S、W2W、W1W 3個傳感器上具有更強的響應信號，即燕麥麩皮微粉在擠壓處理后其短鏈烷烴芳香物質明顯增加，芳香成分、有機硫化物部分增加，硫化物也呈現少量增加。

3 結論

微粉碎和擠壓處理可以增加燕麥麩皮的快消化淀粉(RDS)、SDF和水溶性，微粉碎提高了麩皮的多酚含量、持水力、清除自由基能力和膽固醇吸附力(CAC)；擠壓則使麩皮抗氧化性、持水力和CAC降低。雖然擠壓處理后3種粒度燕麥麩皮其功能成分較擠壓前均有所下降，但擠壓處理顯著提高了樣品的消化率，并賦予膨化食品獨特的風味。相關性分析發現RDS與RS、多酚與·OH和ABTS自由基清除率、2種pH下CAC之間均具有顯著相關關系；SDF與β-葡聚糖、·OH和ABTS自由基清除率呈現顯著負相關；多酚與CAC(pH7)呈現極顯著正相關；β-葡聚糖與多酚、持水力呈現極顯著正相關。將無量綱標準化處理后的數據進行主成分分析以降維，在綜合評價各項指標后發現僅經過微粉碎處理的3種粒度燕麥麩皮中，微粉的性能最優；3種粒度燕麥麩皮擠壓處理后，以微粉擠壓后麩皮性能最優。添加麩皮微粉制作的膨化食品具有更好的脆度和較低的硬度，但添加微粉擠壓后麩皮制作的膨化食品具有獨特的風味，得到了更高的感官評分。實際生產可以根據不同的生產需求選擇不同處理方式的燕麥麩皮為生產原料。