赵冬，罗宝剑，李璐，陈秋桂，田静，何志贵*

1.桂林旅游学院休闲与健康学院（桂林 541006）；2.桂林西麦食品股份有限公司（桂林 541004）

燕麦（Avena sativa L.）是有利于人体健康的重要全谷物之一[1-2]。燕麦含有丰富的蛋白质、不饱和脂肪酸、维生素E、燕麦生物碱、γ-氨基丁酸、阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖等[3-5]。研究认为，燕麦生物碱、β-葡聚糖等功能成分具有降低血胆固醇、抗炎、抗肿瘤及预防心血管疾病的作用[6-9]。随着燕麦营养功效的深入研究，燕麦已成为国内外消费者最青睐的健康食品之一。

国内燕麦食品主要为传统方法加工的燕麦片和燕麦粉，但因冲泡时间长、口感较为粗糙，限制了燕麦产业发展，消费主要集中在老年人、减肥等人群；燕麦粉可添加于馒头、包子、面条、固体饮料等食品[10]，但因颗粒粗糙、冲调性差而添加量相对较少，难以发挥燕麦营养价值。超微粉碎技术是现代食品加工高新技术，能有效减少物料粒径，增加溶解性、分散性，以改善食品的加工适应性、提高产品口感细腻，并使食品的营养成分更易被人体吸收[11]。超微粉碎技术在提高食品加工性能和营养价值方面具有重要作用，已在谷物[12-14]、茶叶[15]、肉制品[16]、果蔬纤维[17]中得到较好应用。试验采用响应面分析法，以燕麦超微粉平均粒径D50为指标，确定燕麦超微粉碎的最优工艺条件，为增加燕麦全谷物食品形态、开发燕麦含量高的食品提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

燕麦粒（来自澳大利亚进口的皮燕麦，取生产线脱壳、烘麦塔蒸煮灭酶及干燥后的燕麦粒，由桂林西麦食品股份有限公司提供）。

β-葡聚糖测定试剂盒（爱尔兰Megazyme公司）。

1.2 仪器与设备

气流粉碎机（CSM-280VD，山东埃尔派粉体科技股份有限公司）；激光粒度分析仪（LS-POP（6）型，欧美克仪器有限公司）；高速万能粉碎机（SF-320型，江苏泰兴苏中制药机械有限公司）；圆形振动筛（ZS-800型，常州市达诺机械设备有限公司）；电热鼓风干燥箱（DHG-9075A型，上海精密仪器仪表有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 燕麦超微粉碎工艺流程及操作要点

燕麦粒→粗粉碎→筛分→干燥→超微粉碎→燕麦超微粉

操作要点：（1）粗粉碎。将生产线上蒸煮灭酶处理后的燕麦粒用万能粉碎机粉碎，利用圆形振动筛进行筛分，分别得到20，40和60目燕麦粗粉，备用。（2）干燥。根据前期预试验，由于生产线上的燕麦粒水分在9%～10%，为适应超微粉碎工艺需进一步干燥，使燕麦粉水分降低至5%。（3）超微粉碎。取干燥后的不同颗粒大小的燕麦粗粉，按照试验设计条件进行超微粉碎，通过旋风收集器得到燕麦超微粉。

1.3.2 试验设计

1.3.2.1 单因素试验设计

取干燥至水分5%的燕麦粗粉，控制进料速度500 g/min、粉碎频率40 Hz，研究对照组（燕麦整粒）、20，40，60和80目等不同颗粒大小对燕麦超微粉碎效果的影响；取干燥至水分5%的40目燕麦粗粉，设定粉碎频率40 Hz，研究3.6，4.8，6.0，7.2和8.4 kg/h的进料速度对燕麦超微粉碎效果的影响；取干燥至水分5%的40目燕麦粗粉，控制进料速度500 g/min，研究粉碎频率20，30，40，50和60 Hz对超微粉碎效果的影响。

1.3.2.2 响应面优化试验设计

根据单因素试验结果分析和Box-Behnken中心组合设计原理，选取颗粒大小、进料速度、粉碎频率为试验因素，以燕麦超微粉的平均粒径（D50）为响应值，以优化燕麦超微粉碎最优工艺条件。响应面试验因素与水平如表1所示。

表1 试验因素与水平

1.3.3 超微粉特性的分析方法

1) 燕麦超微粉粒径的测定[18]

取约0.5 g燕麦超微粉，加入30 mL蒸馏水，充分搅拌、分散后得到悬浮液，缓慢加入比色皿中。设置折射率1.5，控制遮光比12%。

2) 冲调特性的测定

溶解性：参考刘磊等[19]方法，略有修改。准确称取5.0 g样品，加100 mL 80 ℃的蒸馏水冲调，充分搅拌5 min，转入离心机中，设定转速3 000 r/min，离心20 min。将离心后得到的上层清液倒入称量瓶中，于105 ℃下烘干，恒质量后准确称取质量。重复3次。计算其溶解度。

溶解度=[上清液烘干后称量瓶恒质量（g）-空称量瓶恒质量（g）]/样品干质量（g）×100% （1）

分散稳定时间：参考张艳等[20]方法，略有改动。取样品5.0 g，用50 mL去离子水中充分分散，转移到10 mL量筒中，静置。待溶液分层上清液体积为1 mL时所需时间，重复3次。

3) β-葡聚糖的测定

参照NY/T 2006—2011《谷物及其制品中β-葡聚糖含量的测定》，β-葡聚糖含量以干基计。

1.4 数据处理

采用Design Expert 8.0软件进行响应面设计和优化，采用Microsoft Excel 2016进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 颗粒大小对燕麦超微粉碎的影响

由图1可知，燕麦粉碎前的颗粒大小对超微粉碎效果影响较为明显，一开始随着颗粒变细，超微粉平均粒径减少，但粉碎前粒径达到40目之后，粉碎效果达到最佳。这是因为随着粉碎前物料颗粒变细，在粉碎时每个颗粒的表面能增加，反而增加了团聚机会。而粉碎前的颗粒越小，生产成本越高。因此，选择粉碎前的燕麦颗粒大小为20～60目。

图1 不同颗粒大小对燕麦超微粉碎效果的影响

2.2 进料速度对超微粉碎的影响

由图2可知，进料速度在低于4.8 kg/h情况下，随着投料速度增加，而粉碎效果越好，说明投料量过少，燕麦在粉碎腔内受到的冲击、摩擦几率越大，从而使粒径降低，但进料速度过低，过细的粉末可能发生了团聚，从而导致粒径增加。进料速度高于4.8 kg/h时，燕麦超微粉碎效果随着进料速度增加而缓慢降低，粉碎腔中颗粒碰撞能量降低，导致粒径增大[21]。因此，选择进料速度在4.8～7.2 kg/h较为合适。

2.3 粉碎频率对超微粉碎效果的影响

图3表示不同粉碎频率对超微粉碎效果的影响。随着粉碎频率增加，粉体粒径先减小而后逐渐增大，频率30 Hz时，粉碎效果最好。这是因为频率越大，分级轮的转速越大，物料在粉碎腔中粉碎次数增加，从而使物料粒径变小，若粒径继续减小，粉体表面能增加，造成粉体重新团聚[22]。因此，选择粉碎频率为30～50 Hz。

图2 不同进料速度对燕麦超微粉碎效果的影响

图3 不同粉碎频率对燕麦超微粉碎效果的影响

2.4 响应面法优化超微粉碎工艺

燕麦超微粉碎工艺响应面优化试验设计结果见表2。

表2 响应面试验设计与结果

对试验所得数据进行多元回归分析，得到二次回归拟合曲线方程为：Y=12.73-0.44A+1.89B+2.45C-0.28AB+2.46AC+1.54BC+1.54A2+0.36B2+2.69C2。

对该回归方程进行方差分析，结果见表3。由表3可知，方程模型的相关性极显著（p＜0.001），失拟项不显著（p=0.078 7＞0.05），可见该方程的拟合度和可信度较高，能够较好地预测各条件下燕麦超微粉碎的效果。根据表3中p值可知，一次项B、C，二次项AC及二次项C2对超微粉碎效果影响极显著（p＜0.01），交互项BC和二次项A2对超微粉碎效果影响显著（p＜0.05）。根据表3中F值可知，影响超微粉碎效果各因素的顺序为C（粉碎频率）＞B（进料速度）＞C（颗粒大小）。

表3 回归方程方差分析表

图4～图6显示各因素之间对超微粉碎效果影响的交互作用，响应曲面图越陡，交互作用越显著，反之则交互作用越弱。由图4可知，响应曲面图坡度相对平缓，颗粒大小与进料速度交互作用不显著，而由图5可知，响应曲面图坡度最陡，颗粒大小与粉碎频率的交互作用最显著，这与表3中分析一致。

图4 颗粒大小与进料速度交互作用的响应面

图5 颗粒大小与粉碎频率交互作用的响应面

图6 进料速度与粉碎频率交互作用的响应面

2.5 验证结果

通过响应面分析得到最佳粉碎工艺条件：粉碎前颗粒大小49.10目，进料速度4.8 kg/h，粉碎频率36.08 Hz，得到的预测值为11.06 μm。考虑到操作实际，调整最佳工艺条件为：颗粒大小50目、进料速度4.8 kg/h，粉碎频率36 Hz。在此条件下，得到试验值为11.25 μm，与预测值相对误差RSD为1.53%。

2.6 燕麦超微粉理化特性分析

表4表示燕麦超微粉碎前后的理化特性变化。经最佳工艺超微粉碎之后，燕麦粉的平均粒径达到11.25 μm大幅降低燕麦麸皮带来的粗糙口感。从冲调性来看，经超微粉碎之后，燕麦溶解度、分散稳定时间均得到了显著提高（p＜0.05），非常适合为开发具有代餐效果的固体饮料奠定基础。经过超微粉碎，燕麦β-葡聚糖得到了显著提高，达到2.85%，这可能因为超微粉碎破坏燕麦胚乳细胞壁，更好地释放燕麦β-葡聚糖，表明超微粉碎提高燕麦的营养价值。

表4 燕麦超微粉碎前后的理化特性变化

3 结论

在单因素试验基础上，通过响应面试验优化超微粉碎工艺，结合生产操作实际，得到最佳工艺参数，即颗粒大小50目、进料速度4.8 kg/h，粉碎频率36 Hz，验证试验结果可靠。在最佳超微粉碎工艺条件下，燕麦溶解度和分散稳定时间得到显著提高，冲调性得到有效改善。此外，超微粉碎增加燕麦功能性成分β-葡聚糖的溶出率，提高燕麦营养价值，为更大范围应用燕麦健康食品配料奠定基础。