降低挤压杂粮营养工程米黏附性的工艺优化

2010,Vol.31,No.02食品科学※工艺技术54陈厚荣1,2，阚建全1,2,*，张甫生3(1.西南大学食品科学学院，重庆400716；2.重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆400716；3.中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083)通过单因素试验和响应面分析确定挤压杂粮营养工程米黏附性的优化工艺参数。结果表明，螺杆转速32.6r/min、机筒温度分布109.3～119.3～129.3℃、物料加水质量分数为22.6%，在此优化条件下，挤压杂粮营养工程米黏附性的优化值为－375.278178g·s。验证实验表明，黏附性实验值与优化值接近，且优于市售普通大米(－394.678g·s)，接近于市售魔芋挤压工程米(－346.487g·s)，说明该优化结果可靠。通过感官评定，其综合食用品质接近市售普通优质大米，优于市售魔芋挤压工程米。挤压杂粮营养工程米；黏附性；工艺参数优化OptimizationofProcessingParametersofExtrudedNutritionalEngineeringCerealswithReducedAdhesivenessCHENHou-rong1,2，KANJian-quan1,2,*，ZHANGFu-sheng3(1.CollegeofFoodScience,SouthwestUniversity,Chongqing400716,China；2.ChongqingSpecialFoodProgramnmeandTechnologyResearchCenter,Chongqing400716,China；3.CollegeofFoodScienceandNutritionalEngineering,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China)Abstract：Theadhesivenessofextrudedcerealsisanimportantaffectingfactoroftheirediblequality,whichisgreatlyaffectedbyprocessingparameters.Theindividualandinteractiveeffectsofwatercontent,extrudingscrewrollingspeedandthreebarreltemperaturedistributionontheadhesivenessofextrudedcerealswereexaminedusingsinglefactormethodandgeneralrotationorthogonalcombinationdesigncombinedwithresponsesurfaceanalysis,respectively.Resultsshowedthattheoptimalparameterswereasfollows:watercontent22.6%,extrudingscrewrollingspeed32.6r/min,andthreebarreltemperaturedistribution109.3,119.3followedby129.3℃.Undertheoptimalparameters,thepredictedvalueofadhesivenessofextrudedcerealswas－375.278178g·s,whichapproximatedtheexperimentalvalueof378.365g·sandthevalueofcommercialextrudedkonjacflour(－346.487g·s)andwaslowerthanthatofcommercialextrudedrice(－394.678g·s,alowervaluerepresentsbetteradhesiveness).Organolepticexaminationdemonstratedthattheextrudedcerealproductsobtainedapproximatedcommercialextrudedriceandwassuperiortocommercialextrudedkonjacflourinediblequality.Keywords：extrudedcereal；adhesiveness；optimizationofprocessparameters中图分类号：TS210.4文献标识码：A文章编号：1002-6630(2010)02-0054-06收稿日期：2009-03-23基金项目：西南大学发展基金项目(20710402)作者简介：陈厚荣(1968—)，男，副教授，博士，研究方向为食品科学理论与技术。E-mail：[e-mail]*通信作者：阚建全(1965—)，男，教授，博士，研究方向为食品化学与营养学。E-mail：[e-mail]杂粮具有特殊的食疗食补作用，在现代营养食品中具有重要地位[1-3]。目前，我国杂粮绝大部分作为饲料及鲜食，而用来加工作为主食的仅占20%～30%左右[4-5]。若能够运用现代食品加工技术将五谷杂粮进行深度加工，改善其口感，使杂粮主食化，对于增进人们健康、提高五谷杂粮的附加值等具有极为重要的意义。在挤压杂粮营养工程米的单螺杆蒸煮挤压生产过程中，黏附性对挤压杂粮营养工程米食用品质有至关重要的影响：黏附性过大，煮制后的米饭黏结成团，影响口感，使食用品质下降。所以，降低杂挤压粮营养工程米的黏附性是挤压杂粮营养工程米生产过程中的重要研究内容。国内外对挤压工程米的黏附性研究鲜有报道，为此，本实验以高粱、燕麦、大米、玉米、小麦等五谷杂粮为原料，用单螺杆连续蒸煮挤压技术生产55※工艺技术食品科学2010,Vol.31,No.02杂粮营养工程米，对在加工过程中影响杂粮营养工程米黏附性的因素进行研究，从而找出降低其黏附性的最佳生产工艺参数。1材料与方法1.1材料籼米粉、黄豆粉、绿豆粉、高粱全粉、麸皮四川金惠实业有限公司；大豆蛋白粉上海健鹰食品添加剂有限公司；玉米粉河北平山县精武杂粮加工厂；普通大米、燕麦粉、面粉、苦荞麦粉、VB片及其他食品添加剂市售；挤压粮营养工程米(本实验在最优条件下制得的产品干品)；挤压魔芋工程米贵州天龙魔芋食品有限公司。1.2仪器与设备保温式自动电饭锅广东半球实业集团公司；JA2004型电子天平上海精科天平仪器厂；DHG-9240型恒温鼓风干燥箱上海一恒科学仪器有限公司；BF-I型拌粉机、SX2000-75型蒸煮挤压机济南赛信膨化机械有限公司；TA.XT2i型质构仪英国StableMicroSystem公司。1.3方法1.3.1挤压杂粮营养工程米配方设计根据营养学及线性规划理论设计出挤压杂粮营养工程米配方见表1。1.3.2挤压杂粮营养工程米生产工艺流程粉状原料→(加水及添加物)混料→喂料→挤压成型→风选→分级→干燥→挤压杂粮营养工程米1.3.3试验设计1.3.3.1单因素试验单因素试验研究中，主要是通过评定挤压杂粮营养工程米的黏附性大小，来确定挤压杂粮营养工程米的较优挤压工艺参数的适宜范围。在其他参数(如进料量、出料端温度、切刀转速等)确定的情况下，影响挤压杂粮营养工程米黏附的挤压工艺参数主要有物料加水质量分数、挤压机螺杆转速、机筒温度分布等。1.3.3.2响应面优化试验[6-10]Box-Benhnken中心组合设计的试验原理和单因素试验结果，选择螺杆转速、机筒温度、物料加水质量分数3个因素，进行三因素三水平的响应面分析试验，使用SAS8.0软件进行数据分析，建立数学模型，进而得到最佳的挤压工艺条件。1.3.4黏附性测定[11-12]将挤压杂粮营养工程米在过量的沸水中复水l0min后，倾干多余的水。然后将米饭样品放在质构仪的承重平台上，由安装在测试臂上的探头对样品进行测试。每次测试3粒米饭(三角形放置)，然后以5次测试结果的平均值为该样品最终结果。测试的方法是用安装在测试臂上的P35探头对样品进行两次压缩，并通过测试臂前端的力量感应元件准确地测量到探头的受力情况，然后用配套软件对测试过程的时间、距离和受力情况进行分析，从而得出样品的黏附性。图1为杂粮营养工程米的典型质构特性曲线，黏附性(adhesiveness)为垂线3与4之间曲线与横坐标所围的面积(Area3-4，g·s)，其绝对值越小，黏附性越小。具体测试条件见表2。测试条件压缩前探头下降压缩时的速压缩后探头回样品穿刺两次压缩的的速度/(mm/s)度/(mm/s)升速度/(mm/s)百分比/%间隔时间/s设定值525805表2质构仪的测试条件Table2Setinstrumentalparametersfortextureprofileanalysis2结果与分析2.1单因素试验研究2.1.1挤压螺杆转速对挤压杂粮营养工程米黏附性的影响黏附性与挤压杂粮营养工程米的黏附性与淀粉糊化程度密切相关，糊化度高，碳链变短，黏附性就大[13]，所以，凡影响糊化度的因素就会影响黏附性。在三段温度分布120～130～140℃、物料加水质量分数26%的条件下，对不同挤压螺杆转速进行试验，试图1挤压杂粮营养工程米的典型质构特性曲线Fig.1Typicaltextureprofilecurveofextrudednutritionalengineeringcereals70006000500040003000200010000－100002力/g时间/s02468101214345原料籼米玉米(黄)糯米小麦标粉苦荞麦粉燕麦高粱黄豆粉绿豆大豆蛋白粉麸皮VB片含量28.4600.51.00.52.05.01.00.50.50.50.1表1挤压杂粮营养工程米配方表Table1Formulaofextrudednutritionalengineeringcereals%2010,Vol.31,No.02食品科学※工艺技术56水平x1x2x3－1.6831.6103.2～113.2～123.219.3－135110～120～13022040120～130～14026145130～140～150301.6848.4136.8～146.8～156.832.7表3正交试验因素水平表Table3Factorsandlevelsinorthogonalarraydesign验结果见图2。由图2可知，在试验的转速范围内，黏附性由大变小，在螺杆转速为40r/min时黏附性最小，超过40r/min后黏附性又增大。这是由于当螺杆转速较低时，原料在挤压机筒内停留的时间增大，受热时间增大，糊化度提高；随着螺杆转速加大，停留时间减小，受热时间减少，糊化度下降，黏附性相应下降；但继续增大转速时，由于螺杆强烈的剪切挤压作用又使得其糊化度增高，导致黏附性增大。因此，考虑黏附性及实际生产效率的因素，挤压螺杆转速选择在30～45r/min之间为宜。2.1.2机筒温度对挤压杂粮营养工程米黏附性的影响在螺杆转速40r/min、物料加水质量分数26%的条件下，对不同机筒温度分布进行试验，试验结果见图2。由图3可知，机筒温度对挤出物的黏附性有明显的影响，随着温度分布的升高，黏附性也随着增加。当第三段机筒温度小于100℃时，挤出物糊化度较小，黏附性小，但是通过蒸煮试验，不耐煮；当第三段机筒温度大于160℃时，挤出物糊化度较大，不但黏附性较大，不易被切断成形，而且由于挤出物不规则，存在许多薄边，不耐煮，因而温度应不大于160℃。因此，三段机筒温度控制在100～160℃之间为宜。2.1.3物料加水量对挤压杂粮营养工程米黏附性的影响在螺杆转速40r/min，三段温度120～130～140℃的条件下，对不同的物料加水质量分数进行试验，结果见图4。由图4表明，物料加水质量分数对挤压杂粮营养工程米的黏附性有明显影响。水分越低，由于机筒加热，同时由于螺杆与物料的摩擦及剪切挤压程度增强，使得物料温度