冻干燕麦粥加工工艺优化及品质分析

赵慧，马牧然，刘菲菲，余治权

内蒙古燕谷坊全谷物产业发展有限责任公司（呼和浩特 011700）

燕麦作为世界第六大粮食作物，1997年被美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批认定为“健康食品”，被世界卫生组织（World Health Organization，WHO）评选为“十大健康食物”之一。燕麦蛋白质含量15.6%，是大米、小麦粉的1.6~2.3倍，在禾谷类粮食中居首位，燕麦富含人体必需氨基酸的赖氨酸和色氨酸，其含量明显高于小麦、稻米[1]。燕麦膳食纤维含量17%~21%，其中β-葡聚糖约占总膳食纤维的1/3，是重要的可溶性膳食纤维来源[2]。燕麦脂肪含量5%~9%，是大米、白面的4~5倍，其中80%为不饱和脂肪酸[3]，作为人体最重要的必需脂肪酸——亚油酸，占脂肪含量的38.1%~52.0%。燕麦还富含具有抗氧化作用的多酚类物质、植酸、甾醇（酯）、燕麦蒽酰胺、VE等，可降低胆固醇在心血管中的积累[4]。

随着人们物质水平逐年提高及生活节奏的加快，广大消费者愈来愈青睐于方便、快捷又营养的食品。近年来，真空冷冻干燥技术在即食食品加工中的应用越来越多，通过即食产品产生多孔结构，让其迅速复水[5]。干燥过程可以最大程度降低产品的含水量，并使其营养成分得到最高程度的保留。陈树俊等[6]研究得出即食小米粥开发最佳工艺条件，即浸泡时间40 min，料液比1∶20 g/mL，熬煮时间30 min，此时得到的复水率为14.74，模糊感官评分为90.5分；真空冷冻干燥最佳加工条件为物料填充高度3 cm，升华温度40 ℃，解析温度65 ℃，此时干燥速率为3.92%。焦兴丽[7]研究得出冻干水饺的最佳工艺条件：预冻温度-45℃，升华干燥阶段进行20 h后转入解吸干燥阶段，并持续6 h，此时冻干水饺复水比为1.92。

通过真空冷冻干燥技术进行营养粥的开发主要以大米、小米为原料，以真空冷冻干燥技术制备即食燕麦粥的研究还未见报道。因此，考察预冻温度、预冻时间、冻干起始温度、冲调比等影响冻干燕麦粥产品品质的主要因素，以干燥速率和复水比为评价指标，采用正交试验优化冻干燕麦粥加工工艺，旨在研发出具有较好的干燥速率和复水比，以及较高的感官评价的产品，为冻干燕麦粥产品产业化生产提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

燕麦米（内蒙古燕谷坊全谷物产业发展有限责任公司）。

JSC-11001W电子秤（上海毕胜实业有限公司）；DF-2D数显恒温磁力搅拌油浴锅（金坛市精达仪器制造有限公司）；全智能电饭煲（浙江苏泊尔股份有限公司）；LG2.0冻干试验机-带冷冻室（浙江同景冻干科技有限公司）；TGL20MW台式高速冷冻离心机（湖南赫西仪器装备有限公司）；TMS-PILOT质构仪（美国FTC公司）；数字万用表（福禄克测试仪器（上海有限公司）。

1.2 冻干燕麦粥的制备

1.2.1 工艺流程

熬煮→预冻→冻干

1.2.2 操作要点

熬煮：用清水将燕麦米清洗干净，料液比1︰4 g/mL，倒入电饭煲熬煮30 min，焖20 min。

预冻：将煮好的燕麦粥装入模具，放入预冻仓进行预冻。

冻干：设定的冻干曲线和真空度如表1所示，启动对应位置的加热板，冻干开始。冻干结束后，关闭真空系统、加热系统和制冷机，开启破空阀门，待真空仓内外压强一致时打开真空仓，取出物料。

表1 冻干曲线

1.3 试验设计

1.3.1 单因素试验

分别考察不同预冻温度（-38，-36，-34，-32，-30和-28 ℃）对冻干燕麦粥干燥速率和复水比的影响；预冻温度-32 ℃时，分别考察不同预冻时间（2.0，2.5，3.0，3.5和4.0 h）对产品的干燥速率和复水比的影响；预冻温度-32 ℃，预冻3.5 h时，分别考察不同干燥起始温度（120，115，110，105和100 ℃）对冻干燕麦粥干燥速率和复水比的影响；分别考察不同冲调比（1︰5，1︰6和1︰7）对复水后的冻干燕麦粥硬度、黏度、黏着性和弹性等质构特性的影响。

1.3.2 正交试验

以预冻温度（A）、预冻时间（B）、干燥起始温度（C）及冲调比（D）为试验因素，以感官评分为指标，用L9(34)正交表进行四因素三水平正交试验，正交试验因素水平编码见表2，各试验测定3次。

表2 正交试验因素水平编码

1.4 检测方法

1.4.1 采用电阻法测定燕麦粥的共晶点

将数字万用表的两端插入熬煮后的燕麦粥中，并将温控探头一端插入燕麦粥中，另一端连接预冻库。开启预冻库制冷，观察万用表电阻变化，电阻突变点的温度为物料的共晶点。

1.4.2 冻干燕麦粥的感官评定标准

冻干燕麦粥的感官评定标准详如表3所示。冻干燕麦粥的感官评定标准参照企业标准Q/NYGF 0004S—2022《冻干燕麦粥》。由20名专业成员组成评定小组，根据表3标准对复水后冻干燕麦粥的色泽、气味、口感和状态进行品评打分。评分的最终结果取评定小组人员评分的平均得分[8]。

表3 感官评定标准

1.4.3 冻干燕麦粥的复水比

复水性是即食粥品质的重要指标之一，反映方便粥的速食性能[10]。称取10 g冻干燕麦粥样品放入300 mL、100 ℃沸水中，复水5 min后再次称重，计算复水比。复水比按式（1）计算。

式中：M1为复水前样品质量，g；M2为复水后样品质量，g。

1.4.4 干燥速率

干燥速率（%/h）按式（2）计算。

式中：M1为冻干燕麦粥干燥前质量，g；M2为冻干燕麦粥干燥后质量，g；t为总干燥时间，h。

1.4.5 质构测试

采用的质构分析仪探头为HDP/PFS-5型号，每组样品测试3次，参数设定：测试速度50 mm/min，返回速度50 mm/min，触发点负载5 g。通过仪器导出的数据计算平均值。

1.5 数据统计与分析

每组试验均设置3次重复，所得结果运用SPSS 20.0做显著性差异分析，运用Microsoft Excel 2016和Origin 8.5进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 预冻温度对冻干燕麦粥干燥速率、复水比的影响

在冻结过程中，若随着温度的降低，电阻突然增大，此时的温度被视为物料的共晶点[9]。用电阻法测定燕麦粥在降温过程中的相关数据，绘制物料在降温过程中其电阻的变化曲线（图1）。随着温度的降低，电阻的阻值将逐步增大，从10 ℃逐步降低到-10℃过程中，电阻的变化不是很明显，但在-10 ℃开始，特别是在-25 ℃时，所测阻值快速增大，随后趋于平衡，说明该点为冻干燕麦粥的共结晶点。因此，确定燕麦粥的共晶点为-25 ℃。

图1 燕麦粥的电阻随温度变化的关系图

若预冻没有冻好，产品可能出现“沸腾”现象并引起冻干后制品鼓泡、收缩、软化、塌陷，导致产品表面凹凸不平，影响外观，造成冻干的失败[10]。另外，未冻结水中含有的溶质会在干燥过程中随内容水分向产品表面扩散，引起冻干产品表面硬化的现象[9-10]。在其他条件不变的情况下，结合设备性能以及燕麦粥的共晶点，考察预冻温度-35，-36，-34，-32，-30和-28 ℃对冻干燕麦粥干燥速率和复水比的影响（图2）。

图2 预冻温度对冻干燕麦粥复水比和干燥速率的影响

预冻温度过高，物料未完全冻结，而预冻温度过低，会大幅增加制冷和负荷，增加耗能[11]。同时，温度越低，冻结冰越多，在相同的干燥时间内燕麦粥内自由水脱除不完全，最终不能形成疏松多孔的海绵状，导致复水效果不理想[12]。由图2可以看出，随着预冻温度的升高，冻干燕麦粥的干燥速率和复水率均呈先上升后下降趋势，在-32 ℃处二者达到最高点。因此选择-32 ℃为最佳预冻温度。

2.2 预冻时间对冻干燕麦粥干燥速率、复水比的影响

预冻时间不足时，会使其物料没有冻透，因此在干燥过程中，随着加热温度的逐渐增加，物料会发生局部融化和塌陷，影响冻干产品的复水效果[13]。而预冻时间过长，会使耗能增大。由图3可以看出，随预冻时间延长，干燥速率先升高后降低，而冻干燕麦粥的复水比则先升高后基本不变。预冻时间3.5 h时，干燥速率最高，复水比也基本达到最高点，后续呈平稳状态。因此选择3.5 h为最佳预冻时间。

图3 预冻时间对复水比和干燥速率的影响

2.3 干燥起始温度对冻干燕麦粥干燥速率、复水比的影响

冷冻干燥时，为能缩短干燥时间，必须有效地供给冰晶升华所需热量。干燥温度必须是控制在以不引起被干燥物料中冰晶融解、已干燥部分不会因过热而引起热变性的范围内[14]。由图4可以看出，随着温度的升高，复水比逐渐下降。干燥温度120 ℃时，冻干燕麦粥的复水比最大。因为温度较低时，搁板传递给冻结层的热量少，传质推动力小，燕麦中的水分干燥不彻底，有部分停留在水分逸出孔道中，导致复水不佳[15]；干燥温度越高，传递给冻结层的热量越多，传质推动力越大，水分逸出速率越高，干燥速率越高。

图4 干燥起始温度对复水比和干燥速率的影响

2.4 冲调比对冻干燕麦粥干燥速率、复水比的影响

表4质构结果分析表明，按照最佳冲调比1︰6进行冲调，所得燕麦粥的硬度-0.304、黏度-0.207、黏着性-0.157，弹性0.754，与新鲜燕麦粥无显著差异，说明冻干燕麦粥的品质接近新鲜燕麦粥，该冻干燕麦粥的制备工艺可行。

表4 冻干燕麦粥冲调后质构测试分析

2.5 冻干燕麦粥加工工艺正交优化试验结果

根据表5结果表明，预冻温度（A）、预冻时间（B）、干燥起始时间（C）及冲调比（D）对产品感官性状的影响的主次因素为A＞C＞B＞D。根据试验结果k值的大小判断理论最优水平为A2B3C3D3，而根据正交试验结果，最优水平为A2B2C3D1。因此通过验证正交试验结果，结果表明在感官评分中A2B2C3D1的得分均为最高，为94.021±0.434，而理论最优水平A2B3C3D3的得分为92.342±0.415，因此选择最佳工艺组合A2B2C3D1，即预冻温度-32 ℃，预冻时间3.5 h，干燥温度120 ℃，冲调比1︰5。此时燕麦冻干粥的干燥速率为3.55%，复水比为1.9。

表5 正交试验结果

3 结论

通过对燕麦粥进行预冻温度、预冻时间、冻干起始温度和冲调比研究，获得单因素下的最佳条件。根据最佳条件进行正交试验，优化冻干燕麦粥的加工工艺。经过正交试验得到冻干燕麦粥加工最佳工艺条件：预冻温度-32 ℃，预冻时间3.5 h，干燥温度120℃，冲调比1︰5。在该条件下冻干燕麦粥的感官评分最高，为94.485分，干燥速率和复水比分别为3.55%和1.9，且产品品质符合企业标准Q/NYGF 0004S—2022《冻干燕麦粥》的要求。试验结果为冻干燕麦粥的工业化生产提供理论依据，有力支撑燕麦加工产品多样化发展[16]。