全谷小米面粉加工中纤维素强化工艺研究

李晓云，裴颖，钟宝，兰光（吉林农业科技学院食品工程学院，吉林吉林132101）

全谷小米面粉加工中纤维素强化工艺研究

李晓云，裴颖，钟宝，兰光*
（吉林农业科技学院食品工程学院，吉林吉林132101）

摘要：考察全谷小米面粉加工中纤维素强化工艺。采用酸碱水浴法提取谷壳纤维素，应用正交试验确定小米谷壳纤维素的最佳提取工艺。与小米面粉以适当比例混合制成全谷小米面粉。纤维素最佳提取工艺条件为：硝酸浸提液pH= 3，NaOH浸提液pH=12，液固比1∶15（g/mL），提取时间60min。此条件下小米谷壳纤维素的提取率为（86.09±0.15）%。纤维素在小米面粉中的添加量为11%。

关键词：全谷小米面粉；纤维素强化；单因素试验；正交试验

小米，又称粟米，能供给人体丰富的营养，有益气，补脾，和胃，安眠等食疗作用[1-3]。但谷子粒本身的纤维素含量与其它谷物相比并不高，精制小米更是缺乏赖氨酸和膳食纤维等[4-5]。科学研究证明，全谷物食品对心脏病、消化系统的癌症，以及糖尿病等有一定的预防作用。全谷物食品是社会发展到一定阶段的产物，是一种消费阶层渐次递进的消费食品[6-7]。本项目开展了全谷小米面粉加工中纤维素强化的工艺研究，旨在为消费者开发优质的营养食物资源，提供营养丰富的全谷小米面粉制品。

1　材料与方法

1.1材料

1.1.1原料

谷子：选择山西黄土高原种植的谷子。

1.1.2主要试剂

浓盐酸、浓硝酸、浓硫酸，均为分析纯试剂：蓝翔化工有限公司提供；氢氧化钠：泽硕化工有限公司；甲基红指示剂、酚酞指示剂，均为实验室自配。

1.1.3主要仪器及设备

DT01实验型过滤清理设备：宏源振动设备有限公司；TM05C碾米机：佐竹机械；FW80-1粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；PL203型电子天平：METTLERTDLEDO仪器（上海）有限公司；HH-2型数显恒温水浴锅：金坛市杰瑞而电器有限公司；DHG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；JK-PH酸度计：上海电子仪器有限公司；DL-1型万用电炉：北京市永光明医疗仪器有限公司。

1.2方法

1.2.1全谷小米面粉加工工艺流程

1.2.2谷子的清理

使用谷子清理的振动筛、风选机、比重去石机、磁筒等设备，将谷子清理除杂，得到净谷备用。

1.2.3碾米

将净谷通过碾米机使谷粒脱壳，循环碾米3遍，进一步使谷壳脱除。谷壳收集储存备用。

1.2.4磨粉

将小米利用磨粉机制成小米面粉，储存备用。

1.2.5膳食纤维的提取

采用酸碱水浴法[8]提取小米谷壳纤维素，通过单因素试验，分别考察不同的酸、浸提液pH、液固比和提取时间对谷壳纤维素得率的影响，并用正交法分析液固比、浸提液pH和提取时间对响应值的影响，确定谷壳中纤维素的最佳提取工艺。

1.2.6混合配比

通过配比试验得出小米面粉与膳食纤维混合的最优配比方案。

1.2.7谷壳纤维素提取率的计算公式

谷壳纤维素得率/%=[纤维素质量（g）/谷壳质量（g）]×100

2　结果与分析

2.1小米谷壳纤维素提取工艺条件单因素试验

2.1.1酸液的选取

在浸提过程中，各种酸对纤维素的色泽有较大影响，其原因可能是色素物质氧化后与纤维微细结构结合更加紧密影响其色泽。试验选取相同浓度的盐酸、硝酸、硫酸对其进行初始浸提处理发现，硝酸处理后的物料呈黄色；而经盐酸处理后物料呈浅灰色，硫酸处理后物料呈黑色，考虑到色素物质的氧化影响后期碱液处理，故在后面的单因素试验酸浸提步骤中均采用硝酸。

2.1.2不同酸浸提液pH对纤维素提取率的影响

本试验使NaOH溶液pH=12，固液比为1∶15（g/mL），处理时间为60min不变时，用pH分别为1、2、3、4、5不同浓度的硝酸溶液进行酸处理，不同酸浸提液pH对纤维素提取率的影响见图1。

图1　硝酸浸提液pH对纤维素提取率的影响Fig.1　EffectofpH on theextraction rate of cellulose

由图1知，随着pH的变化，纤维素提取率也在变化，其中pH=3时提取率最高。因此，选择pH=3的硝酸浸提液为宜。

2.1.3不同碱浸提液pH对纤维素提取率的影响

本试验使硝酸溶液的pH=3，固液比1∶15（g/mL），处理时间60min不变时，用pH分别为10、11、12、13、14不同浓度的NaOH溶液进行碱处理，不同碱浸提液pH对纤维素提取率的影响见图2。

图2 碱浸提液pH对纤维素提取率的影响Fig.2　Effectof pH on theextraction rate of cellulose

由图2知，NaOH浸提液pH在10～12范围内时，纤维素提取率随着pH的升高而增加；当pH＞12时，其提取率随着pH的升高而迅速降低。这是由于pH过高导致谷壳中的纤维素过度分解而造成的。故pH=12时纤维素提取率最高。

2.1.4不同固液比对纤维素提取率的影响

本试验使硝酸溶液的pH=3，NaOH溶液的pH= 12，处理时间60min不变时，用1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25（g/m L）等不同的固液比进行处理，不同固液比对纤维素提取率的影响见图3。

由图3知，随着固液比的增加，达到1∶15（g/mL）之前，提取率随固液比的增大而升高，超过1∶15（g/m L）后随其增加而降低。这是因为随着固液比的增大，谷糠与溶液的接触面积不断增加，反应速度加快，但固液比的过度升高又导致纤维素的分解，使提取率降低。故选择固液比为1∶15（g/m L）为宜。

2.1.5不同处理时间对纤维素提取率的影响

本试验使硝酸溶液的pH=3，NaOH溶液的pH= 12，固液比为1∶15（g/m L）不变时，用20、40、60、80、100min等不同处理时间处理，不同处理时间对纤维素提取率的影响见图4。

图3　固液比对纤维素提取率的影响Fig.3　Effectofsolid liquid ratio on theextraction rate of cellulose

图4　处理时间对纤维素提取率的影响Fig.4　Effect of treatm ent time on the extraction rateof cellulose

由图4知，在60min以内，随提取时间的延长，纤维素提取率也随着升高，但超过60min后，纤维素的提取率开始下降，当提取时间超过80min时，提取率迅速下降。这是因为，随着处理时间的延长，无机盐等物质在溶液中能不断溶解，提高纤维素的得率，但如果时间过长，导致纤维素过度分解，纤维素提取率下降。因此，提取时间在60min左右为宜。

2.2小米谷壳纤维素提取工艺条件正交试验

2.2.1正交试验

根据单因素试验的结论，由于硝酸浸提液pH的变化也会引起纤维素提取率的变化，但是变化不明显，综合经济、操作等考虑，选择pH=3即可。故在正交试验时不予考虑。又根据正交试验的特点，选定三因素三水平的正交试验，如表1、表2所示。

2.2.2正交试验的结果分析

正交试验的结果分析见表3、表4、表5、表6所示。

由表4、表5、表6的Dencan多重比较可看出，A因素水平3最好；B因素的3个水平间差异不显著，但水平2的提取率最高；C因素的3个水平之间差异也不显著，但水平2的提取率最高。通过对比试验得A3B3C2纤维素提取率为85.02%，A3B2C2纤维素提取率为86.09%，由对比试验结果得到NaOH浸提液pH= 12，固液比1∶15（g/mL），提取时间60min为最适宜的试验组合。

表1　L正交试验因素水平表Table1　Factors and levelsof LO rthogonal tests

表1　L正交试验因素水平表Table1　Factors and levelsof LO rthogonal tests

水平　A NaOH浸提液pH　B固液比/（g/mL）　C提取时间/min 1 10　1∶10　40 2 11　1∶15　60 3 12　1∶20　80

表2　L正交试验结果Table 2　Orthogonal test results

表2　L正交试验结果Table 2　Orthogonal test results

试验号　A　B　C　　纤维素提取率/% 1 1 1 1 63.02 2 79.12 3 1 3 3 66.26 1 2 2 4 72.93 5 2 2 3 69.68 2 1 2 6 72.41 7 3 1 3 77.41 2 3 1 8 79.80 9 3 3 2 85.02 3 2 1

表3 试验结果方差分析表Table 3　Test result varianceanalysis table

表4　A因素对纤维素提取率影响的Duncan多重比较表Table4　Duncanm ultip le com parison table for theeffectof A on theextraction rateof cellulose

表5　B因素对纤维素提取率影响的Duncan多重比较表Table5　Duncanm ultip le com parison table for theeffectof B on theextraction rateof cellulose

表6 C因素对纤维素提取率影响的Duncan多重比较表Tab le 6　Duncanm ultip le com parison table for theeffect of C on theextraction rateof cellulose

2.3纤维素与小米面粉的混合配比

在碾米和磨粉过程中，得到的面粉和谷糠质量比为7∶3。根据我国成年人每日所需膳食纤维量最少为10 g，膳食纤维摄入量为10 g～30 g。综合面粉和谷糠质量比，面粉微黄细腻的感官特性，所制作食物的适口性，以及经济性等因素进行配比，配比试验结果见表7。

表7　纤维素与小米面粉配比量感官鉴定表Table7　Sensory evaluation for theallocation amountof celluloseandm illet flou r

由表7配比试验确定，纤维素在小米面粉中的添加量为11%，此添加量下，所得全谷小米面粉营养素含量适中，质地不失细腻，所制作食物适口性好，无异物感，无杂味，面粉较耐储藏，且复合我国成年人每日所需膳食纤维摄入量标准，经济适用。

3　结论

本项目开展了全谷小米面粉加工中纤维素强化工艺的研究，得到影响小米谷壳纤维素提取率的工艺因素依次为：浸提液pH＞提取时间＞固液比。将正交法优化的工艺与实际操作相结合，确定的最佳提取工艺条件为：硝酸浸提液pH=3，NaOH浸提液pH=12，固液比1∶15（g/mL），提取时间60min。在此条件下小米谷壳纤维素的提取率为（86.09±0.15）%。纤维素在小米面粉中的添加量为11%。

参考文献：

[1]王海滨,夏建新.小米的营养成分及产品研究开发进展[J].粮食科技与经济,2010,35(4):36-38

[2]王向龙.健康食品不该只是浮云[J].消费指南,2012(4):20-22

[3]朱丽丽,霍蓓,朱美如,等.全谷食品的营养与保健[J].农业机械, 2013(9):58-60

[4]刘丽萍.小米营养及小米食品的开发[J].粮油加工与食品机械, 2003(1):48-49

[5]佚名.健康新知[J].中国新闻周刊,2007(25):81

[6]王向龙,赵雪.张开双臂拥抱全麦食品[J].消费指南,2010(3):10-15

[7]宋宏光.粮食加工与检测技术[M].北京:化学工业出版社,2011:10

[8]李丹丹,周杰,刘文红.响应面优化玉米秸秆纤维素提取工艺[J].安徽农业科学,2011,39(30):81-83

DO I：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.19.007

收稿日期：2014-05-12

基金项目：吉林农业科技学院大学生创新项目（吉农院合字[2013]第046号）

作者简介：李晓云（1990—），女（汉），本科，研究方向：食品科学。

*通信作者：兰光（1982—），女（满），讲师，硕士研究生，研究方向：食品科学。

The Research about the Powder ofW hole Grain M illet Processing M ethod

LIXiao-yun，PEIYing，ZHONGBao，LANGuang
（SchoolofFood Technology，Jilin Agriculture Scienceand Technology College，Jilin 132101，Jilin，China）

Abstract：The objectivewas to study the cellulose strengtheningmethod for the powder ofwhole grainmillet processing.Methods used the acid and alkaliwater bath method to extract the chaff cellulose，and used the orthogonalmethod tomake sure the optimal extraction technology ofmillet chaff cellulose.Mixed togetherwith thepowderofmillet in the right ratios thenwasmadeof the powderofwhole grainmillet.The resultwas thebest extraction process conditionswere confirmed finally as follows：the pH in the HNO3extraction solution was3. thepH in theNaOH extractionsolutionwas12，thesolid-liquid ratiowas1∶15（g/mL），and theextraction time was60min.Under the conditions the yield of the chaff cellulosewas（86.09±0.15）%．Cellulose inmillet flour，adding amountof11%.

Key words：the powder ofwhole grain millet；cellulose strengthening；single factor experiment；orthogonal design