技术领域
本发明涉及食品领域，具体涉及适用于婴幼儿食用的即食多谷物营养颗粒面及其制备方法。
背景技术
辅食添加对于婴幼儿的生长及其重要，添加辅食不仅能补充母乳满足不了的营养，还有助于婴幼儿感知、心理、智力及认知和行为能力的发展。根据婴幼儿各种生理机能发育的情况，辅食添加是个过程，需要从添加时间和添加质量两方面进行考虑，不同月龄的婴幼儿添加不同种类、不同量的辅食，这对婴幼儿身体、思维、智力以及认知等方面的发展至关重要。婴幼儿在4～6个月时以糊状的辅食为主，如米粉；7～8个月婴幼儿牙齿开始萌出，可以食用半固体的食物，如小面片、煮烂粥、小面条等，这些食物易消化吸收，可以锻炼咀嚼能力，同时为保障婴幼儿在1岁之前能够正常进食、平衡膳食打下良好基础。幼儿三岁以前的消化功能尚不完善，饮食结构与成人有差异，仍需要食用适合幼儿生长发育和消化特征的食物。
目前市场上主流的婴幼儿辅食主要是米粉、肉泥、蔬菜泥等，且主要由国外企业针对国外婴幼儿身体状况研制生产，针对国内婴幼儿身体状况及饮食习惯的辅食种类很少。虽然市场上有针对婴幼儿的颗粒面产品，但是这些产品是按照传统挂面的工艺进行生产，需要蒸煮后才能食用，且存在消化率低、营养损失严重、咀嚼不充分等问题。
中国专利文献CN102696968A公开了一种儿童型杂粮杂豆免煮面与其制备方法，以小麦粉、玉米粉或玉米粒为主料，以燕麦、荞麦、小米、黑米、红豆、绿豆为辅料，采用调配混合、挤压膨化和成型烘干制备一种适用于2-12岁儿童型免煮面，产品不需要加温煮制，用温水或纯净水直接浸泡15-25min即可食用。该免煮面冲泡时间长，营养不均衡，不易消化，制备工艺不佳，主要适用于2-12岁儿童。
中国专利CN103181526B公开了一种五谷杂粮方便营养颗粒面食及其制备方法，采用燕麦粉、小米粉、小麦粉、薏苡粉、荞麦粉、红小豆、黑豆等多种原料，经过制粒、膨化干燥、选粒等步骤制备成颗粒面食。该颗粒面食主要面对成年人，不易消化，制备不精细，婴幼儿食用时，容易存在营养损失严重、咀嚼不充分等问题。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有挂面工艺生产的婴幼儿颗粒面的不足，提供一种以多种谷物为原料、采用挤压膨化技术生产的即食性、高营养婴幼儿颗粒面及其制备方法，解决现有3岁以下婴幼儿辅食存在消化率低、营养损失严重、咀嚼不充分等问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种即食婴幼儿多谷物营养颗粒面，由以下原料制成：黑小麦粉、黑米粉、黑豆粉和黑芝麻粉，其中，所述黑小麦粉的质量分数为65％-90％，所述黑米粉、黑豆粉和黑芝麻粉的质量比为41.85：56.8：1.35。
进一步地，所述即食婴幼儿多谷物营养颗粒面，由以下质量分数的原料制成：黑小麦粉80％、黑米粉8.37％、黑豆粉11.36％和黑芝麻粉0.27％。
进一步地，所述黑芝麻粉由以下步骤制备：将黑芝麻烘干粉碎后过60-100目筛，取筛下物；所述黑豆粉由以下步骤制备：将黑豆粉碎烘干后过60-100目筛，取筛下物。
进一步地，所述黑芝麻在120-150℃条件下烘干20-50min，然后粉碎；所述黑豆先粉碎，然后在120-150℃条件下烘干20-50min。
进一步地，所述黑米粉、黑豆粉和黑芝麻粉的质量比通过线性规划法获得。
进一步地，所述线性规划具体步骤如下：
分别以黑米粉、黑豆粉和黑芝麻粉的营养成分为决策变量，以国家标准GB10769-2010中婴幼儿辅助食品的营养成分的含量为约束条件，设立目标函数f(x)，f(x)＝1，其中：f(x)＝X1+X2+X3,X1、X2、X3分别为婴幼儿颗粒面配方中黑米粉、黑豆粉和黑芝麻粉的质量分数，采用线性规划计算，获得所述黑米粉、黑豆粉和黑芝麻粉的质量比，所述婴幼儿辅助食品的营养成分包括蛋白质、脂肪、锌、钙、铁、VB1、VB2和总的碳水化合物；
进一步地，所述黑小麦质量分数的确定方法：将一定量的黑小麦粉加入上述配比的黑米粉、黑豆粉和黑芝麻粉中，然后采用上述方法制备所述颗粒面，以所述颗粒面的硬度、弹性和咀嚼性指标以及感官评价为基础，获得所述黑小麦粉的优化质量分数。
上述即食婴幼儿多谷物营养颗粒面的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述原料混合并加水，然后搅拌10-25min使混合均匀，得到混合物料，所述混合物料的含水率为24-28wt％。
(2)挤压膨化：将步骤(1)中的所述混合物料挤压膨化，挤压温度160-170℃，螺杆转速7-13Hz，得到膨化混合料。
(3)烘干：将步骤(2)中的所述膨化混合料经成型筛选后，在50-70℃下干燥6-10h，得到颗粒面。
进一步地，所述步骤(1)中所述混合物料的含水率为24％。
进一步地，所述步骤(2)中挤压温度165℃，螺杆转速10Hz。
进一步地，所述步骤(3)中所述颗粒面的粒径为0.45-0.9mm。
进一步地，所述步骤(3)中采用一体化的颗粒面成型装置，所述颗粒面成型装置包括切刀机构、振动筛机构、运输机构和粉碎机构，所述切刀机构设置于挤压膨化机的出料口，所述振动筛机构包括与所述切刀机构配合的第一振动筛、设置于所述第一振动筛下方的第二振动筛和设置于所述粉碎机出料口的第三振动筛，所述运输机构包括设置于所述第一振动筛下方的第一运输带、设置于所述第一运输带下方和粉碎机构之间的第二运输带以及设置于所述第二振动筛和第三振动筛下方的第三运输带。
进一步地，所述第一振动筛、第二振动筛和第三振动筛倾斜设置。
进一步地，所述第一振动筛的孔径为1mm，所述第二振动筛的孔径为0.4mm，所述第三振动筛的孔径0.4mm。
进一步地，所述切刀机构包括模型件和与所述模型件相配合的切刀件，所述模型件包括模型槽和设置于所述模型槽底部沿周向均布有模孔，所述切刀件包括旋转槽，所述旋转槽中央设置有旋转轴，所述旋转轴周向设置有与所述模孔相对应的切刀。
进一步地，所述模孔沿径向设置有多组。
进一步地，通过上述方法制备的所述即食婴幼儿多谷物营养颗粒面，含有以下成分：钙3655.012mg/kg、铁140.82mg/kg、硒10.15mg/kg和花青素959.53mg/Kg。
本发明的有益效果是：本发明涉及的颗粒面是一种由多种谷物原料经挤压膨化制得的婴幼儿辅食，具有消化率高、食用方便、营养价值高的特点，适合作为消化功能尚不完善的婴幼儿食用。
所述颗粒面采用的的原料包括黑小麦、黑米、黑豆和黑芝麻。其中，黑小麦中蛋白质和铁、硒等微量元素含量均高于普通小麦，黑芝麻中的不饱和脂肪酸含量超过70％，钙、铁、锌和硒的含量也很丰富；黑米和黑豆富含花青素，花青素可以提高铁的吸收，改善婴幼儿缺铁性贫血。
通过线性规划法先获得黑米、黑豆和黑芝麻的质量比，在上述基础上，通过对所述颗粒面的硬度、弹性和咀嚼性指标以及感官评价，获得黑小麦的优化含量，最终制得的颗粒面营养价值丰富，具有即食特性，而且满足国家标准GB10769-2010对婴幼儿辅助食品的营养成分的要求和婴幼儿每日的营养需求，采用该方法缩短了配比方案的确定时间以及所需的原料，避免了大量试验，节约了配比方案确定所需的成本。
所述颗粒面的配方中，黑小麦对所述颗粒面的成型起到了重要作用，制得的颗粒面具有良好的感官评价，有助于提高婴幼儿的食欲，使婴幼儿进食。而且，本发明制备的颗粒面糊化度88.34％-94.63％，复水率3.88-5.05，消化率86.62-92.89％，具有营养保留高和消化吸收率高的特点。
所述颗粒面具有即食性，用热水冲泡3-5min后可食用；所述颗粒面消化性好，淀粉消化率大于92％，远高于四种原料混合直接冲泡，也高于传统挂面工艺颗粒面，非常有利于三岁以前婴幼儿的消化吸收；所述颗粒面营养素丰富，包括钙、铁、硒、不饱和脂肪酸、花青素等，其中花青素含量高达959.53mg/Kg，铁含量高达140.82mg/Kg，花青素可以提高铁的吸收，改善婴幼儿缺铁性贫血。
本发明采用的颗粒面成型装置采用一体化结构，该装置通过第一振动筛将粒径大于1mm的颗粒面通过第一运输带和第二运输带送到粉碎机粉碎，通过第三振动筛将粉碎后粒径大于0.4mm的颗粒面保留，通过第一振动筛和第二振动筛的配合，将粒径在0.4-1mm之间的颗粒面保留在第二振动筛上。第二振动筛和第一振动筛向第三运输带倾斜设置，便于将颗粒面通过第三运输带送去干燥和包装。该装置实现了控制所述颗粒面的粒径范围，无需根据生产需要另外单独准备相应的生产设备，节省了占地空间，而且整个过程实现了自动化控制，节省了生产成本。
附图说明
图1为黑小麦粉质量分数与感官评分的曲线图；
图2为消化速率随时间的变化曲线图；
图3为颗粒面成型装置的主视图；
图4为颗粒面成型装置的俯视图；
图5为模型件的结构示意图；
图6为图5沿A-A方向的截面图；
图7为切刀件的结构示意图；
图8为图7沿B-B方向的截面图；
图9为粉碎机构的结构示意图。
第一振动筛1，第二振动筛2，第三振动筛3，第一运输带4，第二运输带5，第三运输带6，模型槽7，模孔8，旋转槽9，旋转轴10，切刀11，主体12，底座13，进料口14，冷却水出口15，冷却水进口16，出料口17，挤压膨化机18。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
将黑芝麻在烘箱中140℃烘烤40min，粉碎过80目筛，获得所述黑芝麻粉；将黑豆粉碎过80目筛，然后烘箱中145℃烘烤45min，获得所述黑豆粉。
以下实施例中所用的黑芝麻粉和黑豆粉均采用上述制备方法。
一种即食婴幼儿多谷物营养颗粒面，原料配比的确定
1、黑米粉、黑豆粉和黑芝麻粉的质量比的确定
黑米、黑豆和黑芝麻的质量比采用线性规划法计算获得，线性规划法即满足一组线性约束和变量为非负数的限制条件，根据设定目标函数的最优值，计算结果由EXCEL软件程序获得。具体步骤如下：
确定所述质量比的决策变量
决策变量是指所述颗粒面中黑米粉、黑豆粉和黑芝麻粉各个原料的营养成分，配方设计采用线规划法。参照现行的国家标准和婴幼儿每日的营养需求，以蛋白质、脂肪、碳水化合物、锌、钙、铁、VB1、VB2和碳水化合物等营养成分为决策变量，所述营养成分如表1所示，所述表1中的营养成分来源于《中国食物营养方法》(杨月欣主编，北京大学出版社，2010年出版)。
表1营养成分表(每100g可食部分)
确定目标函数
设立所述颗粒面营养成分含量函数为S＝M1X1+M2X2+M3X3，在达到营养成分含量函数的基础上，设立目标函数f(x)，f(x)＝1，其中：f(x)＝X1+X2+X3，S为营养成分的总量，M1、M2和M3为所述颗粒面配方中各个原料的营养成分含量，X1、X2和X3为所述颗粒面配方中各个原料的质量分数。
确定约束条件
根据GB10769-2010中婴幼儿辅助食品的营养成分要求，对所述决策变量对应的营养成分进行限定，考虑到配方的实际应用，采用蛋白质、脂肪、能量锌、钙、铁、VB1、VB2和总的碳水化合物的含量作为约束条件确定。
通过线性规划方法获得所述黑米粉、黑豆粉和黑芝麻粉的质量比为41.85：56.8：1.35，假设所述黑米粉、黑豆粉和黑芝麻粉的总质量为100g时，分别计算出蛋白质、脂肪、能量、锌、钙、铁、VB1、VB2和总的碳水化合物的含量，并与所述约束条件进行对比，黑豆、黑米和黑芝麻总的碳水化合物为2.89g/100kJ，所述约束条件中总的碳水化合物的下限值4g/100kJ以及上限值为6g/100kJ，即所述黑米粉、黑豆粉和黑芝麻粉总的碳水化合物含量没有满足设定值。
2、黑小麦粉质量分数的确定
所述黑小麦粉的添加是婴幼儿颗粒面成型的关键，所述黑米、黑豆和黑芝麻总的碳水化合物没有满足国家标准GB10769-2010中的限定值，小麦粉的添加也可以起到辅助作用。
所述黑小麦粉添加量≥65％时，制得的颗粒面成型较好，按照表2所示配方进行原料配制混合，然后加水至含水量28％后搅拌15min，获得混合物料，将搅拌均匀的混合物料放入挤压膨化机内，挤压条件：挤压温度155℃，螺杆转速10Hz，然后经过颗粒面成型装置将所述膨化混合料制成颗粒状物料，所述颗粒状物料在65℃下干燥8h，获得粒径为0.45-0.9mm所述颗粒面。
表2颗粒面的原料配方表
对实施例1-6制备的颗粒面进行硬度、弹性和咀嚼性物性指标以及感官评价测试
硬度、弹性、咀嚼性三个物性指标的测试方法：称取一定质量的颗粒面，用沸水冲泡直至无硬心，沥干水后，放置于质构仪圆柱筒中，进行测定。测定条件如下：探头：P/50，测前速度2mm/s，测中速度1mm/s，测后速度1mm/s，压缩程度60％，压缩触发应力5g，压缩次数：2次，压缩时间间隔：2s。
表3感官评价表
测试结果：
表4三个物性指标的测试结果
实施例1-6所制得颗粒面感官评分见图1，由表4和图1可知，所述颗粒面的优化配方为：黑小麦粉80％、黑米粉8.37％、黑豆粉11.36％和黑芝麻粉0.27％，按上述配方计算营养成分含量，基本满足国家标准GB10769-2010中婴幼儿辅助食品的营养成分要求，结果见表5。
表5优化配方营养成分的含量
一种即食婴幼儿多谷物营养颗粒面的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照黑小麦粉80％、黑米粉8.37％、黑豆粉11.36％和黑芝麻粉0.27％的配比将所述原料混合并加水，然后搅拌10-25min使混合均匀，得到混合物料，所述混合物料的含水率为24-28wt％。
(2)挤压膨化：将步骤(1)中的所述混合物料挤压膨化，挤压温度160-170℃，螺杆转速7-13Hz，得到膨化混合料。
(3)烘干：将步骤(2)中的所述膨化混合料通过颗粒面成型装置制成0.45-0.9mm的颗粒状物料，然后将所述颗粒状物料在50-70℃下干燥6-10h，得到所述颗粒面。
按照三因素三水平正交试验考察挤压膨化参数对颗粒面的影响，正交试验因素水平表如表6所示：
表6正交试验因素水平表
按照黑小麦80％、黑米8.37％、黑豆11.36％、黑芝麻0.27％的比例进行配粉，按照表7进行挤压膨化获得膨化混合料，然后经过颗粒面成型装置将所述膨化混合料制成颗粒状物料，所述颗粒状物料在65℃下干燥8h，获得粒径为0.45-0.9mm颗粒面，并对所述颗粒面进行糊化度、复水率和消化率进行测试，测试结果见表7。
测试方法：
糊化度测定参考GB/T 14490-2008；
复水率测定：将样品2g放入带盖的保温容器中加入5倍的沸水，立即加盖，随机取出几个颗粒面放在两个玻璃片中间，双手压紧，至无白芯出现时间即为挤压婴幼儿颗粒面的复水时间。
称取一定质量的挤压婴幼儿颗粒面置于烧杯中，加入5倍的沸水，沸水浴中保温至复水时间后，在条件为2000r/min,15min的离心机中离心，然后用吸水纸把离心出来的上清液清除干净，然后按下式计算：
复水率＝{(离心管+沉淀物质量)-(离心管+样品质量)}/样品质量
消化率测定：总淀粉含量测定参考GB 5009.9-2016
还原糖含量使用3,5-二硝基水杨酸法(DNS)测定，具体如下：
将婴幼儿颗粒面粉碎，取1.5g与50ml的烧杯中，加入少量的pH＝6.9的磷酸盐缓冲液混匀，然后转入50ml的比色管中定容至25ml。制备的样品溶液在恒温震荡水浴锅中37℃预热5min中，然后加入a-淀粉酶(300U/ml)和糖化酶(2500U/ml)各5ml，在恒温震荡水浴锅中37℃、100r/min的条件下水解一定时间3h，沸水浴灭酶5min，将酶解液在3000r/min下离心20min，得到水解液，取0.5ml水解液用蒸馏水稀释一定倍数，吸取稀释样0.5ml，采用DNS法测定水解液的吸光度A，从葡萄糖标准曲线(A＝1.22035X-0.03104，R2＝0.99962；其中X—葡萄糖毫克数/mg，A—吸光度)中计算水解液中葡萄糖含量，在获得葡萄糖含量后，使用0.9倍的倍数计算水解淀粉的百分比。计算公式如下：
G——水解液中葡萄糖的量，mg；G0——游离的葡萄糖的含量，mg；
C——标准曲线中的葡萄糖的量，mg；V——水解液的总体积，ml；
f——稀释倍数；m——样品的质量g；d——总淀粉含量％
表7挤压膨化条件对颗粒面性能的影响
表7中，Ki为对应因素下水平为i的糊化度、复水率和消化率的总和除以3所得，R为每个因素下K的最大值减去最小值，R值越大，则对应因素对颗粒面性能的影响因素越大，从表7中可以看出影响因素C混合物料含水率对颗粒面性能影响最大。
综合评分是对应实施例测得颗粒面的糊化度、复水率和消化率测得数值之和，从表7中可以看出，实施例11总和评分最高189.71，即在挤压膨化条件为挤压温度165℃，螺杆转速10Hz，混合物料的含水率为26wt％，所得颗粒面的性能较优。
实施例16
根据表7中得到的优化水平，按照黑小麦粉80％、黑米粉8.37％、黑豆粉11.36％、黑芝麻粉0.27％的配比进行配粉，加水至含水量24wt％后搅拌15min。将搅拌均匀的混合物料放入挤压膨化机内，挤压条件：挤压温度165℃，螺杆转速10Hz，获得膨化混合料，所述膨化混合料经成型装置制成颗粒状物料，然后将所述颗粒状物料在65℃下干燥8h，得到粒径为0.45-0.9mm的颗粒面。经上述测定方法，所述颗粒面糊化度94.63％、复水率5.05、消化率92.89％，综合评分192.57。
采用以下方法对实施例16所得颗粒面的营养成分进行测试：
蛋白质测定参考GB 5009.5-2016；
脂肪测定参考GB 5009.6-2016；
纤维测定参考GB 5009.88-2014；
碳水化合物测定和总能量计算参考GB 28050-2011；
锌、钙、铁测定参考GB 5413.21-2010；
硒的测定参考GB 5009.93-2017；
花青素测定参考胡莉、仲伶俐等人文献《高效液相色谱测定粮食、蔬菜和水果中的花青素》。
测试结果见表8
表8颗粒面营养成分表
从表8中可以看出，所述颗粒面营养素丰富，包括钙、铁、硒和花青素，其中花青素含量为959.5289mg/Kg。
对比例1
采用实施例16中的最佳加工工艺条件制得婴幼儿多谷物营养颗粒面，另按照实施例16中原料处理、配比、加水量制得混合物料后，使用传统挂面工艺生产传统挂面工艺颗粒面，进行糊化特性、消化速率、消化率测试。
其中传统挂面工艺是在实施例16的原料配比、物料含水量基础上，使混合物料形成面团，通过辊轧、成型和烘干得到挂面工艺颗粒面。
糊化特性测定参考GB/T 14490-2008；
消化率速率和消化率采用上述消化率测定方法。
糊化特性测试结果见表9：
表9糊化特性数据表
消化速率见图2，a代表未加工颗粒面原物料，b代表传统挂面工艺颗粒面，c代表挤压膨化颗粒面；
消化率测试结果见表10：
表10三种物料消化率(3h)
从表9中可知，糊化特性中，挤压膨化物料的峰值时间最小，糊化所需时间更短，符合即食婴幼儿食品的定位；与传统挂面工艺颗粒面相比，挤压膨化物料的峰值粘度和衰减值更高，回生值更小，说明挤压膨化物料具有更好的食味，糊化后的稳定性更好。
从图2中可知，挤压膨化颗粒面的消化速率(c)高于传统挂面工艺颗粒面的消化速率(b)，表明挤压膨化产品更适合婴幼儿食用。
从表10中可知，消化率测定中，挤压膨化产品3h消化率高于传统挂面工艺颗粒面，表明挤压膨化产品更适合婴幼儿食用。
实施例17
如图3-9，所述颗粒面成型装置包括切刀机构、振动筛机构、运输机构和粉碎机构，所述切刀机构设置于挤压膨化机18的出料口17，所述振动筛机构包括与所述切刀机构配合的第一振动筛1、设置于所述第一振动筛1下方的第二振动筛2和设置于所述粉碎机构上的第三振动筛3，所述第一振动筛1的孔径为1mm，所述第二振动筛2的孔径大小为0.4mm，所述第三振动筛3的孔径0.4mm，所述第一振动筛1、第二振动筛2和第三振动筛3倾斜设置。所述运输机构包括设置于所述第一振动筛1尾端下方的第一运输带4、设置于所述第一运输带4下方和粉碎机构之间的第二运输带5以及设置于所述第二振动筛2和第三振动筛3尾端下方的第三运输带6，所述第一振动筛1向所述第一运输带4倾斜，所述第二振动筛2和第三振动筛3向所述第三运输带6倾斜。
所述切刀机构包括模型件和与所述模型件相配合的切刀件，所述模型件包括模型槽7和设置于所述模型槽7底部沿周向均布有模孔8，所述模孔8沿径向设置有多组，所述切刀件包括旋转槽9，所述旋转槽9中央设置有旋转轴10，所述旋转轴10周向设置有与所述模孔8相对应的切刀11。
所述粉碎机构包括主体12，所述主体12的下端设置有底座13，所述主体12上端靠近一侧位置设置有进料口14，所述进料口14与第二运输带5配合，所述主体12上靠近进料口14的一侧上端设置有冷却水出口15，另一侧下端设置有冷却水进口16，所述主体12靠近下端的位置设置有出料口17，所述第三振动筛3设置在所述出料口17的下端。
所述颗粒面成型装置成型装置的使用方法：将切刀机构安装在挤压膨化机18的出料口，将制得的颗粒状物料落到所述第一振动筛1上，小于1mm的颗粒状物料落到所述第二振动筛2上，所述第二振动筛2保留大于0.4mm的颗粒状物料；所述第一振动筛1上大于1mm的颗粒面通过第一运输带4送到所述第二运输带5，然后通过所述第二运输带5送入所述进料口14内，通过所述粉碎机构进行粉碎，粉碎后的颗粒状物料通过出料口17落到第三振动筛3上，第三振动筛3保留大于0.4mm的颗粒状物料，所述第二振动筛2和第三振动筛3上的颗粒状物料通过第三运输带6送去干燥和包装。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。