（茶学专业论文）挤压营养早餐谷物及茶叶减肥谷物食品研究.pdf

挤压营养早餐谷物及茶叶减肥 谷物食品研究 摘要 我旧日6 f 处于由温饱进入小康、富裕的时代。早餐营养质量和肥胖这两大问题已成 为人们普遍关心的焦点。早餐所提供的能量和营养素在全天能量和营养素的摄入中占有极 其重要的位置，不吃早餐或早餐质量不佳不仅影响人们营养素的摄入，乃至还会影响他们 精神状态、学习成绩和工作效率；肥胖不仅给人们的f 常生活带来很多不便，更为重要的 是随着医学科技的进步，已经揭示糖尿病、心血管疾病等数十种疾病与肥胖有关。因此丌 发营养早餐食品和减肥食品是值得研究的课题。 双螺杆连续挤压蒸煮技术是2 0 世纪7 0 年代发展起来的食品工业高新技术，在早餐谷 物食品生产革新中，起着非常重要和决定性的作用。尽管双螺杆连续挤压蒸煮技术在早餐 谷物食品应用方面有了不少研究和报道，但双螺卡t 连续挤压技术的机理相当复杂，目前还 无法用套完整、成熟的理论来解释它的挤压过程，产品质量的控制主要还是凭经验。还 有许多空白或值得深入系统研究的地方。如：挤压过程中原料的相互作用对产品品质的影 响，双螺杆挤压操作参数对产品品质影响的直接数学模型，挤压早餐谷物品质之间内在联 系等。同时双螺杆挤压技术在食品工业上的应用相当广泛，除了应用于早餐谷物食品、小 吃食品和休闲食品、通心面类食品、速溶粉术类食品、变性淀粉、组织蛋白、酪蛋白盐、 膳食纤维等产品外，我们还应开拓一些新的应用领域。 本文运用双螺杆连续挤压蒸煮技术，进行营养早餐谷物和茶叶减肥谷物食品的研究， 丌发出了三种以血谷杂粮为基础原料的营养早餐谷物食品和以茶叶、l 一肉碱、膳食纤维 为功效组分，挤压膨化玉米粉为载体的茶叶减肥谷物食品。本文就挤压过程中原料相互作 用对产品品质的影响，早餐谷物营养配方设计、双螺杆挤压操作参数对产品品质的影口虮 挤压早餐谷物食品品质指标之削相互联系等方面进行了深入研究，填补了些空白，对于 丌发挤压早锓谷物食品，探索双螺杆挤压机加工谷物食品具有一定的理论和现实意义。本 文同时也对挤压茶叶减肥谷物食品进行配方设计、毒性和功效进行评价，为双螺杆挤压技 术在食品工业上的应用提供了新的方向。 本论文主要研究结果如下： l 挤压早餐谷物配料对谷物挤压特性的影响 采用双螺杆连续挤压机生产早餐谷物食品的经典工艺，选用大米为挤压基料，探讨了 糖、油脂、蛋白质、膳食纤维及品质改良剂等配料对谷物挤压特性的影响。研究结果表明： 1 一5 还原糖即可使产品组织结构变得均匀细密、产品色泽加深、风味加强、膨化度和水 溶性指数加大、吸水指数变化不大；加入蔗糖在8 以上时，即可抑制挤压谷物产品的膨 化度，提高产品脆度，降低其吸水指数，对产品水溶性指数影响不大。加入少量的油脂、 大豆蛋白和膳食纤维可改善产品的感官指标，提高产品营养；大豆磷脂和碳酸钙可作为挤 压谷物产品品质改良剂。 2 挤压营养早餐谷物食品产品配方设计 在对挤压原料特性分析的基础上，根据线性规划理论，针对产品营养要求及原料挤压 特性的一些限制条件，采用计算机编程，设计出了适合不同人群食用的挤压早餐谷物产品 綦础配方三个。从设计产品的营养特点来看，能量、蛋白质、脂肪等主要营养素的含量是 比较理想的，达到或超过了国外以面粉为主要谷物原料加工的早餐谷物产品主要营养素的 水平。本设训的一个突出的特点是利用五谷杂粮作为挤压早餐谷物的主要原料，充分利用 血符杂粮的优质蛋白质、膳食纤维、优良的不饱和脂肪酸以及丰富的维生素和矿物质，为 五谷杂粮的玎发利用提供了新的途径。同时配方设计中，以一份早餐谷物( 5 0g ) 配合2 5 0 m 1 牛奶食用，满足推荐量( r d a ) 的2 5 的矿物质和维生素为目标，在基础配方确定的 前提下，提出了强化矿物质和维生素强化的目标值，并确定了矿物质和维生索的具体添加 量。 3 双螺杆挤压机操作参数对早餐谷物产品特性影响的研究 通过营养早锓谷物食品配方研究中所确定的最佳基本配方为基础，对双螺杆挤压机的 操作参数与早餐谷物产品特性之间的关系进行了研究。通过改变螺杆转速、进料速率、加 水量等双螺杆挤压机的操作参数，研究了容重、吸水指数、水溶性指数等产品品质的变化 规律，依掘响应面分析法进行了试验设计和分析数据，建立了数学模型并得出了三种操作 参数的最佳取值范围。本试验研究对于开发挤压早餐谷物食品，探索双螺奸挤压机加工谷 物原料机理具有现实意义。 4 双螺杆挤压早餐谷物食品维生素稳定性的影响 重点研究了五种维生素( v a 、v d ：，、v b 、v 吼、v b 。) 在早餐谷物双螺杆挤压蒸煮过程中 的变化规律。研究结果表明：早餐谷物的组成体系和挤压蒸煮条件对维生索的稳定性存在 关联性；早餐谷物在物料水分1 6 ，进料量1 0 0k g h r ，挤压温度7 0 1 2 0 1 4 0 ，螺 杆转速7 0 0r p m 的挤压条件下，v 队v b 、v b ：、r b 。等维生素表现出相对好的稳定性，损 失一般小于1 5 ，但维生素a 的稳定性较差，损失率一般超过3 0 ；早餐谷物中的维生素 的含量随着进料量减小，物料水分升高，螺杆转速降慢，挤压腔体温度上升等挤压因素的 变化而减小。 。 + 5 挤压茶叶减肥谷物食品研究 以玉米粉、茶汁、小麦纤维、大豆分离蛋白、l 一肉碱、多种维生素和矿物质等为原料， 经预混合、混合、挤压、烘烤、冷却、包装等工序加工而成，开袋即可食用，可作肥胖患 者主食，每餐推荐食用量5 0g ，每天2 3 餐，食用时可配合低热量的脱脂奶粉、蛋、果 蔬等一起食用，在减肥的同时，也可满足肥胖患者的营养所需。此产品经大、小鼠口毒性 ( l d 。，) 测定证实属无毒物，三项遗传毒性试验( a m e s 试验、微核试验、小鼠精予畸形试 验) 结果均为阴性，大鼠3 0d 喂养试验未见明显毒副作用。减肥作用动物试验表明该产 品对大鼠具有减肥作用。减肥作用人体试食试验表明该产品对人体具有减肥作用，且对肌 体健康无损害。理化指标、功效成分及卫生学检测结果显示，该产品的各项质量与卫生指 标均符合国家有关标准规定的要求。 关键词早餐谷物双螺杆挤压技术茶叶减肥营养 i l n u t rit io n a ib r e a k f a s tc e r e a lsa n d t e af i t n e s sc e r e a lsf o o db ye x t r u s j o n t e c h n o i o g y a bs t r a c t w h i l ec h i n ah a sc o m ei n t oam o d e r ns t a g e ，p e o p l ea r ec o n c e r n i n gl h eq u e s t i o n s a b o u tb r e a k f a s tn u t r i t i o na n do v e r w e i g h t t h ee n e r g ya n dn u t r je n t sf r o mb r e a k f a s t p 】a y sa ni m p o r t a n tp a r ta m o n gt h ed a j i yn e e d n ob r e a k f a s to r1 0 wq u a l i t yb r e a k f a s t w j1li n f l u e n c ed a i l yi n t a k eo ft h en u t r i e n t sa n dt h e nt h e i rh e a lt hc o n d i t i o n ，s t u d v p c r f o r m a n c ea n dw o r ke f f i c i e n c y 0 v e r w e i g h tw i l lc a u s ei n c o n v e n i e n c ei nt h ed a i l y 】i r ea n di tj sm o r ec o n c e r 几i n gt h a to v e r w e i g h th a sb e e nm e d i c a l l yp r o v e dt o1 i n k w i t hd i a b e t e sa n dh e a r td is e a s e s s ot h es t u d vo nt h ed e v e l o n m e n to ft h e n ul r i t i o n a lb r e a k f a s ta n ds l i mf o o di sw o r t h w h i l e t w i ns c r e wc o n t i n u o u se x t r u s i o nc o o k i n gt e c h n o l o g yi sa na d v a n c e dt e c h n 0 1 0 9 y d e v e l o p e df r o mt h en i n e l e e ns e v e n t i e s ， a 兀di t i st h ek e ya n dd e c i s jv ef u n c t i o n i nl h e p r o d u c t i o nu p g r a d e o ft h eb r e a k f a s tc e r e a l sf o o d e v e n t h o u g h t h e a p p l i c a t i o n o ft h ec e r e a l se x t r u s i o nh a sb e e n c o n s i d e r a b l yr e s e a r c h e d ， t h e m e c h a n i s mo ft h et w i n s c r e we x t r u s i o ni sr a t h e rc o m p l i c a t e d ，a n du pt on o wt h e r e jsn o tac o m p l e t e ，m a t u r et h e o r yt oe x p l a i nt h ee x t r u s i o np r o c e s s ，t h eq u a l i t y c o n t r o 】s t j1 l d e p e n d s o nt h e e x p e r i e n c e m a n y a r e a sd e s e r v et or e s e a r c h s y s l e m a t jc a l l y f o ri n s t a n c e ，t h ef i n a iq u a l i t yi n f l u e n c eo fi n t e r a c t i v ef u n c t i o n o fr a wi n a t e r i a l sd u r i n gt h ee x t r u s i o np r o c e s s ，t h ed i r e c 土m a t h e m a t i cm o d e lo ft h e o p e r a t i o np a r a m e t e ro ft h ee x t r u s i o np r o c e s sr e l a t e dw i t hp r o d u c tq u a l i t y ， a n d t h ei n t e r a c t i v er e l a t i o na j n o n gd i f f e r e n te x t r u d e dc e r e a l sq u a l i t ya r en o tc l e a r a n dn e e dt of u r t h e r s t u d y m e a n w h i l e ， t h e a p p l i c a t i o nr a n g e o ft w i n s c r e w e x t r u s i o ni nf o o di n d u s t r ys h o u l db ee x t e n d e da n df u r t h e rd e v e l o p e d ，b e s j d e st h e c u r r e n tw i d eu s eo fp r o d u c t i o no fb r e a k f a s tc e r e a l sf o o d ， s n a c k s ，p a s t e ， i n s t a n t f l o u r ，m o d i f i e ds t a r c h ， t e x t u r i s e dp r o t e i na n df o o df i b e r t h i st h e s i sw a st or e s e a r c hn u t r i t i o n a lb r e a k f a s tc e r e a i sa n dt e as l i mc e r e a l s b ym e a n so ft w i n s c r e wc o n t i n u o u se x t r u s i o nc o o k i n gt e c h n o l o g y t h r e ek i n d so f n u t r i t i o n a lb r e a k f a s tc e r e a l sw e r ed e v e l o p e df r o ma l ld i f f e r e n tk i n d so fc e r e a l s ， a n dat e as l i r c e r e a l sf o o dw a sd e v e l o p e df r o mt e a ， l c a r n i t i n e ，d i e t a r yf i b e r a sf u n c t i o n a l c o m p o n e n t s ， a n dc o r nm e a la sc a r r i e r s y s t e m a t i c a l l ys t u d y o n i n t e r a c t j v ei n f l u e n c eo fr a wm a t e r i a l st ot h ep r o d u c tq u a l i t yd u r i 几gt h ee x t r u s i o n p r o c e s s ， a n d n u t r i t i o nf o r m u l a d e s i g n o ft h eb r e a k f a s t c e r e a l s ，o p e r a t i o n p a r a m e t e ri n f l u e n c et ot h ep r o d u c tq u a l i t y ，a n dt h er e l a t i o n s h i pa m o n gt h eq u a l i t y s t a n d a r d so fe x t r u d e db r e a k f a s tc e r e a l sf o o d sw e r ec o n d u c t e d t h e o r e t i c a la n d p r a c t i c a li n e a n i n g i nt h ea r e ao ft h ed e v e l o p m e n to fe x t r u d e db r e a k f a s tc e r e a l s n i a n dr e s e a r c ho fl h ep r o c e s so fc e r c a l sf o o db vt w i n s c r e we x t r u d e rw a si n d c a t e d f or m u l ar o rt h ee x t r u d o dt e as 1i 爪c e r e a l sf o o d a n di t st o x t ct c s ta n df u n c t j ( n w e r ee v a l u a l e d ，w h i c hp r o v i d e dan e wd jr e c t i o ni nt h ea p p l i c a l i o no fl w i ns c r e w e x l r u s l o n l e c h n o l o g y i nl h ef o o di n d u s l r y ， t h em a i nr e s u ll so b t a jn c da r e s u m m a r jz e da sf 0 1l o w s ： 1e f f e c t so fb r e a k f a s tc e r e a isi n g r e d j e n t so nt h eq u a ii t i e so fe x tr u d e dc er e a is t h ee t 。f e c t so f s u g a r ， s w e e t e n e r ，f a t ， p r o t e jn ，d i e t a r yf i b e ra n dq u a l i t y i m p r ( ) v c ro nl h ce x l r u d e dc e r e a l sb vt w i n s c r e we x t r u s i ( ) nt e c h n f ) 1 0 9 yw e r ed i s c u s s e ( 1 r i c er l o u rw a su s e da st h eb a s i cc e r e a l si n g r e d i e n t si nt h ee x p e r i m e n t r e s u l t s s h o w c dt h a tt h es t r u c t u r eo fl h ee x t r u d e dd r o d u c t sb e c a 丌1 ee v e na n dd e n s e ，t h ec o 】o r w a sd e e d e n e d ，t h ef l a v o r i n gw a sf o r t i f i e d ，t h ee x p a n s i o nr a t ea n dw a t e rs o l u b i l 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q u i d ，w h e a tf i b e r ， s o yp r o t e i ni s o l a t e ，l c a r n i t i n e ， v a r i o u s v jl a m i na n dm jn e r a l sw e r em i x e da n dp r o c e s s e dt h r o u g hp r e m i x i n g ，m i x i n g ，e x t r u s i o n l o a s t i n g ，c 0 0 1 i n g ， a n dp a c k a g i n g t h ep r o d u c tc o u l db ec o n s u m e du p o no p e n i n g p a c k a g ea st h es t a p l ef o o df o ro v e r w e i g h tp e o p l e t h es u g g e s t e da m o u n to ft h i s p r o d u c t a s5 0gp e rm e a l ， w i t h2 3m e a l sp e rd a y i tc a nb ec o n s uj j 】e d t o g e t h e r w i t h1 0 we n e r g yn o n f a tm i l kp o w d e r ，e g g ，f r u i ta n dv e g e t a b l e ，w h i c hc o u l dm e e t t h en u t r je n t sn e e df o ro v e r w e i g h t ，w h i l ef o rw e i g h tl o s i n gp u r p o s e t h i sp r o d u c t p r o v e dn o n p o i s o n o u sb yt o x i ct e s t( l d 5 0 ) ， a n dn e g a t i v et e x tb yt h r e eh e r e d i t y t e s t s n oo b v i o u sp o i s o n o u s * e r ed e t e c t e da f t e rf e e d i n gm a t u r em o u s ef o r3 0 。d a y s w e i g h tl o s jn gt e s tw i t hb o t ha n i m a la n dh u m a ni n d i c a t e dt h a tw e i g h t l o s i n ge f f e c t w a so b v i o u sb u tn o th a r m f u lt om u s c l eh e a l t h p h y s i c a lc h e m i c a ls t a n d a r d ， f u n c t i o n a lc o m p o n e n t sa n dh y g i e n et e s tr e s u l t ss h o w e dt h eq u a l i t ya n dh y g i e n i c s t a n d a r do ft h i sd r o d u c ti na c c o r dw i t hs t a t er e l a t e ds t a n d a r d sa n dr e g u l a t i o n s k e y w o r d s ：b r e a k f a s tc e r e a l s ；t w i n s c r e we x t r u s i o nc o o k i n g ：t e a ：f i t n e s s n u t r i t i o n v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得湖南农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：乏e ， 一 时问：? ，j 年，月眵只 关于论文使用授权的说明 本人完全了解湖南农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意湖南农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名 导师签名 荔认刁 p - 7 拍伟历 时问：，势，月j ；同 时间：如哆年，月踢日 第一篇挤压营养早餐谷物食品研究 第一章绪论 l 国内外研究现状 1 1 早餐谷物食品的由来和发展历程 斗餐谷物食品( b r e a k f a s tc e r e a l sf o o d ) 是以谷物玉米、大米、小麦、燕麦等 为主要原料加| 1 ：而成的，加入牛奶( 冷食) 或稍煮片刻就可食用的早键食品。根据其口 昧不同，有谷物原味、甜味、蜂蜜味、巧克力味、肉桂味等；根据形状不同，有杯形、球 形、字母形、动物形、条形等；根据颜色不同有红色、黄色、绿色等；还有添加葡萄干、 孥果、椰丝、杏仁、干果、蔬菜等。这类食品的特点是：( 1 ) 有益身体健康。早餐谷物食 品的原料是各种五谷杂粮，富含膳食纤维。( 2 ) 营养均衡。可强化多种维生素、矿物质等 成分，同时配合牛奶食用，营养平衡全面。( 3 ) 天然品质。一般不添加人工添加剂，基本 上是天然。( 4 ) 食用方便。无论是即食的或速煮的( 煮3 5 分钟) ，食用都很方便“。“”。 1 8 7 6 年，美国j o h n h k e l l o g g 博士和w k k e l l o g g 兄弟俩在为疗养院里的患者 研究可口、容易吸收、食用方便的食物过程中，无意间将麦子做成大而薄的片状。这一偶 然发现被不断改进，于是就延生了“麦片”产品。这就是当今人们经常食用的燕麦片、玉 米片、大米片等片状早餐谷物的雏形。这些片状制品最初只有在医院才有，直到1 8 9 4 年， j o h n h k e l l o g g 博士取得麦片制造专利，设立k e l l o g g s 食品公司后，早餐谷物食品 在世界各地蓬勃发展起来“。 目前，全世界早餐谷物消耗量已达到3 0 0 万吨”1 。在北美和西北欧人平消耗量是相当 高的，如i 9 9 7 年人均消耗英国为7 6k g 、美固为4 ，5k g ，但市场年增长量是相当低( 小 于5 ) ，市场增长主要是一些适合成年人的健康早铰食品。在南美和西南欧，人平消耗仍 是相当低( 少于lk g ) ，而市场容量增长率在5 2 0 之间。早餐谷物制造者的目标是供应 适合孩子的产品，特别从口感( 甜味) 、结构( 脆性) 和营养( 维生索、矿物质) 进行研 究。在东欧，消耗量是相当低( 小于人平o 1 0k g ) 早锓谷物仅仅当面包的替代品食用。 在同本和亚太地区，人平消耗也是非常低( 小于o 2k g ) ，方便早餐谷物配合牛奶食用的 传统方法在亚洲还没盛行起来，主要是由于牛奶的消费量还不是很大，人们也不是非常熟 悉方便早餐谷物配合牛奶食用的传统方法及食用早餐谷物的益处，同时，在十九世纪下半 叶，在亚洲，经济问题总体上也使早餐谷物消耗处于低靡状态。无论如何，在亚洲一些国 家和地区如韩国、台湾、新加坡确实为早餐谷物制造商提供了好的机会，人平消耗在将来， 特别是在城市将大幅增长”。 1 2 早餐谷物食品的营养与配料 早餐谷物盛行主要归功于它们的营养要素。这样的产品能同时提供能量( 3 5 0 _ 4 0 0 k c a l 1 0 0 9 ) 、营养素( 维生素、矿物质等) 、功能性组分( 如膳食纤维) 。在早餐谷物发展 的历程中，广告总是强调产品的营养健康功能，消费者逐渐认识了这种产品的益处。今天， 营养列健康和疾病的影响正成为食品研究者、食品制造者和消费者的个主要关注内容。 这样，健康饮食的潮流逐步影j 响了食品的选择，早餐谷物也不能逃避这利潮流。的确，营 养健康问题的关注确实也导致早餐谷物食品制造的革命”1 。表1 1 列举了一些市场上几种 有代表性的早键谷物的营养成分。 表i j 儿种代表性早餐谷物食品的营养纵成 t a b l el ，】n u t r i t i o nc o m p o s l t i o no ft y p j c a b r e a k f a s lc e r e a l s l o o g 滓：数据米源于所购产品的标签。1 # 为开乐氏格格脆、2 # 为家乐氏( 早) s p e c i a lk 、3 # 为家乐氏蜜果脆幽圈、 4 # 为家乐氏玉米片、5 # 为家乐氏町可球、6 # 为家乐氏玉米片、7 # 为家乐氏h 卜米、8 # 为雀巢蛋奶星星、9 # 为雀巢可可 味滋滋、l o # 为雀巢果然多。 早餐谷物食品的原料对其营养和品质有决定性的作用。早餐谷物食品制造者选择原 料时，一方面耍注意早餐谷物的营养需求，另一方面要注意早餐谷物的加工工艺对原料的 限制。在1 9 8 8 年的美国市场上从8 家生产厂家中生产的4 8 种早餐与谷物食品调查中发现， 2 6 种谷类产品包含了1 2 3 神不同的成分”、，主要包括以下十大类： ( 1 ) 谷类：大麦、玉米、燕麦、大米、小麦等 ( 2 ) 糖类：红糖、葡萄糖、果糖、蜂蜜、糖蜜、麦芽提取物等 ( 3 ) 脂类：椰子油、部分氢化湘( 椰_ 了、棉籽、大豆、棕榈) 等 ( 4 ) 赁白质类：干果和豆类、花生酱、大豆粉、沓仁粉、杏仁、山核桃等 ( 5 ) 乳制晶类：脱脂奶粉、乳清粉、醚蛋白钙等 ( 6 ) 水粜类：节果、枣、f 苹果、葡萄干、革霉等 ( 7 ) 色素：人工色素、焦糖色、菜粉、胴脂树籽红提取物 ( 8 ) 结构改良剂：变性淀粉、小苏扣、碳酸钙、磷酸钠 ( 9 ) 维生素和矿物质类：v a 、v b 、v & 、v d 、v e 、铁、锌、钙等 ( 1 0 ) 调昧品：盐、桂皮、可可、柠檬酸、酵母、天然调味料、人工调味料 也有些研究者按早餐谷物食品中各成分的功能性特性的不同，将早餐谷物食品的 配料大致分为六类，即结构形成功能高聚物、作为填充剂的分散相高聚物、增塑和润滑剂、 气泡核心物质、着昧剂和风味前体物质、着色剂和前色体，这一简单的分类体系通常作为 产品基础配方设计的依据。 由于早餐谷物的发展已有1 多年的历史，欧美发达国家已根据它们各国的原料特点 和人们饮食特点，发展了他们各具特色的早餐谷物品种”1 1 。表1 2 列举了几种具有代表 性的早餐谷物食品配方。我国是一个农业大国，农产品资源十分丰富，可供生产早餐谷物 的原料很多，但早餐谷物食品的研究还刚刚起步，如何选择合适的原料，生产出适合中国 人营养需求和口味的早餐谷物食品，是生产早餐谷物食品首先必须解决的问题。 表1 2 儿种代表性谷物早餐食品的配方单位：k g t a b l e1 2f o r m u l ao ft y p i