物料含水量和機(jī)筒溫度對(duì)雙螺桿擠壓人參制品褐變效果的影響

李范洙，金 鐵，張 先，柳基亨*，

(1.延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 龍井 133400；2.韓國(guó)公州大學(xué)校產(chǎn)業(yè)科學(xué)大學(xué)，忠南 藝山 340-702)

物料含水量和機(jī)筒溫度對(duì)雙螺桿擠壓人參制品褐變效果的影響

李范洙1，金 鐵1，張 先1，柳基亨2,*，

(1.延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 龍井 133400；2.韓國(guó)公州大學(xué)校產(chǎn)業(yè)科學(xué)大學(xué)，忠南 藝山 340-702)

以人參粉為原料，利用雙螺桿擠壓機(jī)制備擠壓制品，研究物料含水量和機(jī)筒溫度對(duì)褐變效果的影響。結(jié)果表明，隨著機(jī)筒溫度(100、120、140℃)的升高色度L值減少，a值增加；同樣的溫度條件下，物料含水量高L值增加，a值減少；b值在擠壓溫度120℃時(shí)呈最高。人參在擠壓過(guò)程中隨著褐變度的增加還原糖含量也增加，而淀粉含量減少。在擠壓溫度相同條件下，物料含水量低氨基態(tài)氮消耗量增加。從顏色變化看人參雙螺桿擠壓制品優(yōu)于傳統(tǒng)紅參。

人參；擠壓；紅參化；褐變

傳統(tǒng)紅參是鮮人參通過(guò)高溫、高壓蒸制干燥而成。人參在紅參化過(guò)程中最重要的特征就是美拉德反應(yīng)引起的褐變[1-2]，顏色深淺與紅參有效成分之間成比例[1]。傳統(tǒng)的紅參加工經(jīng)過(guò)浸潤(rùn)、清洗、刷參、分選、精洗、蒸制、晾曬、高溫烘干、打潮、下須、低溫烘干、分級(jí)、包裝等13道工序才能完成，工藝繁瑣、耗時(shí)、費(fèi)工，而且品質(zhì)和衛(wèi)生條件等方面不好控制。

雙螺桿擠壓(twin-screw extrusion)是攪拌、混合、剪切、加熱、熔融、蒸煮等單元操作在短時(shí)間內(nèi)迅速發(fā)生的單一工藝，與傳統(tǒng)熱處理相比效率高，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠[3]。螺桿擠壓通過(guò)改變螺桿組合、螺桿轉(zhuǎn)速、?？谥睆?、機(jī)筒溫度等機(jī)械參數(shù)和物料含水量、喂料速度等操作參數(shù)可以生產(chǎn)多種多樣的制品[4]。谷類、豆類等物料經(jīng)雙螺桿擠壓發(fā)生褐色[5]，主要是由還原糖的醛基和氨基酸的氨基之間的美拉德反應(yīng)所引起[6]。

本實(shí)驗(yàn)采用雙螺桿擠壓機(jī)擠出人參粉，測(cè)定在不同物料含水量和機(jī)筒溫度條件下制品的理化特性，研究擠壓條件對(duì)制品顏色的影響，以期為實(shí)際應(yīng)用提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

人參(4年生)：購(gòu)于吉林省敦化市威虎嶺鎮(zhèn)，單根質(zhì)量100g以上。將新鮮的人參洗滌、控水，在60℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥24h，制備白參(含水量13%)。然后將其粉碎，過(guò)100目篩，得白參粉，用塑料袋真空包裝，存放在低溫冰箱備用。以傳統(tǒng)方法制的紅參粉作為對(duì)照。

1.2 儀器與設(shè)備

THK31T型同向雙螺桿擠壓機(jī) 韓國(guó)Inchon. Machinery 公司；XFB-200型實(shí)驗(yàn)用粉碎機(jī) 吉首市中誠(chéng)制藥機(jī)械廠；SP64型色差儀 美國(guó)X-Rite公司；UV-7504型紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司；TDL-40B型低速臺(tái)式大容量離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3 擠壓條件及制品的制備方法

用無(wú)菌水將人參粉的含水量調(diào)節(jié)至20%和30%，然后利用雙螺桿擠壓機(jī)擠出。為了增加機(jī)筒內(nèi)部的剪切力，選用了逆斜式螺桿，其排列方式如圖1所示。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)，設(shè)定螺桿轉(zhuǎn)速為200r/min，?？谥睆?.0mm，喂料速度100.0g/min。

圖1 用于紅參制品加工的雙螺桿結(jié)構(gòu)Fig.1 Screw configuration for preparing red ginseng products

將雙螺桿擠壓機(jī)的機(jī)筒溫度設(shè)置成100、120、140℃，獲得人參擠壓制品，在70℃干燥，直至含水量為10%，裝入塑料袋密封，于冰箱中低溫保存。

圖2 不同的物料含水量和機(jī)筒溫度條件下人參雙螺桿擠壓制品的外觀Fig.2 Appearance of extruded white ginseng products prepared at different water contents and barrel temperatures

1.4 理化特性測(cè)定

1.4.1 各項(xiàng)理化指標(biāo)的測(cè)定

色度測(cè)定：稱取人參擠壓制品100g，粉碎后過(guò)100目篩，分別稱取樣品2g，置于玻璃載玻片上，再用玻璃片蓋上，平行向下將樣品壓平，施加的壓力大約20～30N。用色差儀測(cè)定其Hunter色度值，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定5次，取平均值。

還原糖：還原糖按照文獻(xiàn)[7]方法測(cè)定；淀粉含量：采用酸解法[8]測(cè)定；氨基態(tài)氮：利用甲醛滴定法進(jìn)行測(cè)定[9]。

1.4.2 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 11.5 for windows 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理，并以LSD法檢驗(yàn)各處理組間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 物料含水量和機(jī)筒溫度對(duì)人參擠壓制品色度的影響

將白參粉含水量調(diào)節(jié)為20%和30%，機(jī)筒溫度調(diào)節(jié)成100、120、140℃，制備人參擠壓制品(圖2)，并以白參粉和紅參粉做對(duì)照，測(cè)定亨特色度，即亮度(L值)、紅色度(a值)、黃色度(b值)，結(jié)果如表1所示。

表1 人參雙螺桿擠壓過(guò)程中水分含量和機(jī)筒溫度對(duì)色度的影響Table 1 Effect of water content and barrel temperature on color of extruded ginseng products

由表1可看出，擠壓制品的亮度隨溫度的增加而降低，物料含水量在20%和30%時(shí)L值變化范圍分別在64.46～70.96和69.47～73.55。在相同溫度條件下，物料含水量為30%的制品其亮度均顯著高于20%(P＜0.05)。紅色度隨機(jī)筒溫度的升高而增加，在20%和30%時(shí)a值變化范圍分別在5.48～9.31和5.60～7.19之間。機(jī)筒溫度在120℃和140℃時(shí)，人參擠壓制品的紅色度在物料含水量20%的均高于30%，且20%、140℃時(shí)的制品紅色度最高，其a值為9.31。黃色度在機(jī)筒溫度為120℃時(shí)最高，且在同一含水量、不同溫度的b值差異顯著(P＜0.05)。

鮮人參加工成紅參直觀的變化就是褐變，紅色度和黃色度增加。人參經(jīng)雙螺桿擠壓，其制品的a值和b值均顯著大于白參粉和紅參粉，說(shuō)明雙螺桿擠壓是人參紅參化過(guò)程中促進(jìn)褐變的有效途徑。

關(guān)于擠壓(蒸煮)條件對(duì)色度變化的影響，Mok等[10]在大麥米擠壓成型試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)擠壓制品的亮度隨擠壓溫度的升高而增加，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相反。但Ryu等[11]在米粉擠壓過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，亮度隨含水量的增加而變大，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似，可認(rèn)為這些結(jié)果與原料特性相關(guān)。

2.2 物料含水量和機(jī)筒溫度對(duì)美拉德反應(yīng)的影響

研究人參雙螺桿擠壓過(guò)程中物料含水量和機(jī)筒溫度對(duì)擠壓制品美拉德反應(yīng)的影響，測(cè)定制品的還原糖、淀粉、氨基態(tài)氮的含量，結(jié)果如表2所示。

表2 人參雙螺桿擠壓過(guò)程中水分含量和機(jī)筒溫度對(duì)還原糖、淀粉、氨基態(tài)氮含量的影響Table 2 Effect of water content and barrel temperature on reducing sugar (RS), starch, and amino nitrogen (AN) of extruded ginseng products

從表2可知，人參粉經(jīng)雙螺桿擠壓其制品的還原糖含量均比原料明顯地減少，但物料含水量相同時(shí)還原糖含量隨著機(jī)筒溫度的升高而增加。從表1可知，隨著溫度的升高a值增加，意味著褐變度增加，因此還原糖含量應(yīng)該要降低，但是出現(xiàn)相反的結(jié)果。據(jù)報(bào)道，小麥、馬鈴薯、玉米等植物的淀粉，在擠壓過(guò)程中受高溫高壓、混合剪切等作用被降解[12]。本實(shí)驗(yàn)中淀粉含量隨溫度的升高而降低，所以認(rèn)為還原糖的增加是原料中的部分淀粉降解而造成。

人參粉經(jīng)雙螺桿擠壓，其制品的氨基態(tài)氮含量比原料人參減少，且差異顯著(P＜0.05)。在機(jī)筒溫度相同條件下，物料含水量20%時(shí)氨基態(tài)氮含量低于30%，即氨基態(tài)氮消耗量更大，這與表1中的紅色度變化趨勢(shì)基本一致。在擠壓加工強(qiáng)化蛋白質(zhì)餅干過(guò)程中，作為美拉德反應(yīng)底物——賴氨酸(含ε-氨基)的消耗量，在加工溫度210℃時(shí)物料含水量13%時(shí)大于18%[13]，這與本試驗(yàn)結(jié)果相似。

2.3 雙螺桿擠壓人參制品的色度與美拉德反應(yīng)化合物變化量之間的相關(guān)性

研究人參雙螺桿擠壓制品的褐變程度和美拉德反應(yīng)化合物之間的關(guān)系，對(duì)亨特色度和還原糖、淀粉、氨基態(tài)氮的變化量之間進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表3所示。

表3 人參擠壓制品的亨特色度與美拉德反應(yīng)化合物變化量之間相關(guān)分析Table 3 Correlation between color and change in the content of reducing sugar (RS), starch, and amino nitrogen (AN) in extruded red ginseng products

由表3可看出，人參雙螺桿擠壓制品的a值與還原糖減少量呈負(fù)相關(guān)，與淀粉減少量呈正相關(guān)，但其相關(guān)性不顯著。L值與還原糖和淀粉變化量的關(guān)系和a值相反。另外，還原糖和淀粉減少量之間呈極顯著的負(fù)相關(guān)，系數(shù)為－0.9589。

3 結(jié) 論

人參在雙螺桿擠壓過(guò)程中發(fā)生明顯的褐變。物料含水量和機(jī)筒溫度對(duì)人參擠壓制品的褐變有較大的影響，并含水量和機(jī)筒溫度在20%、140℃時(shí)的紅色度(a值)和黃色度(b值)相對(duì)高。單從顏色的變化判斷，人參擠壓制品優(yōu)于傳統(tǒng)紅參。人參擠壓制品的褐變程度和有效成分之間有何相關(guān)性，待進(jìn)一步研究。

[1] 李向高, 鄭毅男, 劉墨祥, 等. 紅參加工中梅拉德反應(yīng)及其產(chǎn)物的研究[J]. 中國(guó)中藥雜志, 1999, 24(5): 274-278.

[2] 韓立坤, 鄭毅男, 胡國(guó)宣, 等. 紅參加工中梅拉德反應(yīng)[J]. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1994, 16(Suppl 1): 71-74.

[3] HARPER J M. Food extruders and their application[M].//Extrusion cooking.Washington: Ametican Association of Cereal Chemists, 1989: 1-15.

[4] MEUSER F, WIEDMANN W. Extrusion plant design[M]// Extrusion cooking. Washington: Ametican Association of Cereal Chemists, 1989: 134.

[5] SAHAGU J F, HARPER J M. Effect of screw restrictions on the performance of an autogenous extruder[J]. J Food Proc Eng, 1980(3): 199-216.

[6] 侯建設(shè), 梁歧, 張明鏑, 等. 溫度和水分對(duì)大豆組織蛋白擠壓成型和可變的影響[J]. 食品科學(xué), 2008, 23(8): 38-40.

[7] 趙凱, 許鵬舉, 谷廣燁. 3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定還原糖含量的研究[J]. 食品科學(xué), 2008, 29(8): 534-536.

[8] MOHAPATRA S C. Comparison of methods for starch extraction and estimation[J]. Coresta, 1988(3): 71.

[9] 劉放, 金宜紉. 甲醛滴定法測(cè)定單貝: 草鱉精口服液中氨基氮的含量[J]. 浙江省醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報(bào), 1996, 7(1): 15-18.

[10] MOK C K, PYLER R E, McDONALD C E, et al. Extrusion process of barley flour for snack processing[J]. Korean J Food Sci Technol, 1984,16(4): 429-436.

[11] RYU G H, LEE C H. Effects of moisture content and particle size of rice flour on the physical properties of the extrudate[J]. Korean J Food Sci Technol, 1988, 20(4): 463-469.

[12] JEE H K, CHO Y J, KIM C T, et al. Increase of solubility of ginseng radix by extrusion cooking[J]. Korean J Food Sci Technol, 2006, 38(3): 361-368.

[13] 王雪青, 榮玉珊. 擠壓熱加工對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)成分的影響[J]. 食品研究與開(kāi)發(fā), 1995, 16(1): 37-39.

Effects of Water Content and Temperature on Browning of Ginseng Products Prepared by Twin-screw Extrusion

LI Fan-zhu1，JIN Tie1，ZHANG Xian1，RYU Gi-hyung2,*
(1. Agricultural College of Yanbian University, Longjing 133400, China；
2. Department of Food Science and Technology, Kongju National University, Yesan 340-804, Korea)

In order to develop a new method for preparing red ginseng products, the effects of water content in raw materials and barrel temperature on browning of ginseng products prepared by twin-screw extrusion were investigated. The results indicated that theLvalue of extrusion powder decreased with increasing barrel temperature (100, 120 ℃ and 140 ℃). At the same barrel temperatures, theLvalue of extrusion power increased, but theavalue decreased with increasing water content in raw materials. Thebvalue reached its maximum at 120 ℃. Ginseng with higher browning during extrusion displayed higher reducing sugar content but lower starch content. Under the same extrusion conditions, lower water content resulted in an increase in amino nitrogen consumption. Extruded finseng products were better than traditional red ginseng form the viewpoint of color.

ginseng；extrusion；red ginseng；browning

TS201.1

A

1002-6630(2010)20-0170-03

2010-06-30

延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院與韓國(guó)公州大學(xué)產(chǎn)業(yè)科學(xué)大學(xué)合作研究項(xiàng)目(20070316)

李范洙(1965—)，男，副教授，博士，研究方向?yàn)槿藚⒓庸すに嚰皯?yīng)用。E-mail：fzli@ybu.edu.cn

*通信作者：柳基亨(1960—)，男，教授，博士，研究方向?yàn)槭称冯p螺桿擠壓技術(shù)。E-mail：ghryu@kongju.ac.kr