麥麩擠壓改性工藝的優(yōu)化

張明，董海洲，劉傳富，校靜婕

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安，271018)

麥麩擠壓改性工藝的優(yōu)化

張明，董海洲，劉傳富，校靜婕

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安，271018)

以小麥麩皮為原料，采用擠壓膨化技術(shù)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-benhnken中心組合方法進(jìn)行三因素三水平的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。以可溶性膳食纖維含量為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面分析(RSM)。結(jié)果表明:麥麩擠壓改性的最佳工藝條件為:物料含水率23%、膨化溫度133℃、轉(zhuǎn)速225 r/min，在此條件下，麥麩擠壓改性的理論值為15.66%，檢驗(yàn)實(shí)測(cè)值為15.42%，與理論值相對(duì)誤差為1.40%。

麥麩，擠壓改性，響應(yīng)面分析法

小麥麩皮是制粉中的主要副產(chǎn)品，我國麥麩資源豐富，年產(chǎn)量約2 000萬t以上［1］。麩皮中含有豐富的膳食纖維、植物蛋白等營養(yǎng)物質(zhì)［2］。但由于天然來源的膳食纖維中大多數(shù)為不溶性膳食纖維(IDF)，而可溶性膳食纖維(SDF)的含量較低，易造成小麥麩皮口感粗糙，可食用性較差，如直接添加到食品中會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，對(duì)麥麩進(jìn)行改性，提高麥麩的可食性仍是目前研究的熱點(diǎn)。

擠壓加工技術(shù)作為一門高新技術(shù)，在膳食纖維改性中，能夠促使大分子物質(zhì)發(fā)生有益的變化，提高SDF 含量［3］，改善其口感［4］。本研究采用擠壓膨化的方法，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用Box-benhnken中心組合試驗(yàn)和響應(yīng)面分析的方法，確定麥麩的擠壓改性工藝條件。

1 材料與方法

1.1 主要材料

小麥麩皮，從泰安市糧油批發(fā)市場(chǎng)購得。

1.2 主要設(shè)備

DS56-X型雙螺桿膨化機(jī)，濟(jì)南高新開發(fā)區(qū)賽信機(jī)械有限公司;JFSD-70粉碎磨，上海嘉定糧油檢測(cè)儀器廠;DZKW電子恒溫水浴鍋，北京光明醫(yī)療儀器廠;102－2型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海錦屏儀器儀表有限公司;JJ300電子天平(±0.01g)，美國雙杰兄弟(集團(tuán))有限公司常熟雙杰測(cè)試儀器廠。

1.3 工藝流程

麥麩→干燥→粉碎→調(diào)粉→擠壓→粉碎→品質(zhì)分析

1.4 試驗(yàn)內(nèi)容

1.4.1 單因素試驗(yàn)

本試驗(yàn)在同一喂料速度前提下，研究不同物料含水量(10%、15%、20%、25%和30%)膨化溫度(100、110、120、130和140℃)及轉(zhuǎn)速(100、150、200、250 和300 r/min)對(duì)麥麩可溶性膳食纖維含量的影響。SDF含量(干基)為考核指標(biāo)。

1.4.2 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以物料含水量、膨化溫度、轉(zhuǎn)速進(jìn)行響應(yīng)面Box-Benhken中心組合設(shè)計(jì)，以SDF含量(干基)為響應(yīng)值，進(jìn)行擠壓工藝條件的優(yōu)化。

1.5 測(cè)定方法

蛋白質(zhì)的測(cè)定:凱氏定氮法(GB/T5009.5－2003);淀粉的測(cè)定:前處理同酶解法(GB/T5009.9－2003)，測(cè)定用DNS比色法;脂肪的測(cè)定:索氏抽提法(GB/T5009.6－2003);總膳食纖維(TDF)、水溶性膳食纖維(SDF)與水不溶性膳食纖維(IDF)的測(cè)定:AACC32－07法;水分的測(cè)定:直接干燥法(GB/T5009.3－2003);灰分的測(cè)定:直接灰化法(GB/T5009.4－2003)。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥麩主要成分分析

麥麩進(jìn)行篩選、烘干，對(duì)其主要成分分析，結(jié)果如表1所示。

表1 麥麩的主要成分

從表1可以看出，麥麩中主要成分是膳食纖維，其次是淀粉和蛋白質(zhì)，SDF含量較低(1.95%)，占總膳食纖維含量的4.22%。

2.2 麥麩擠壓改性工藝條件的單因素試驗(yàn)

2.2.1 物料含水量對(duì)麥麩可溶性膳食纖維含量的影響

準(zhǔn)確稱取5份麥麩，每份5.00kg，分別置于調(diào)粉機(jī)中攪拌，調(diào)節(jié)物料濕度。在膨化溫度120℃、螺桿轉(zhuǎn)速200 r/min條件下擠壓膨化，物料含水量對(duì)麥麩SDF的影響結(jié)果如圖1所示。

圖1 含水量對(duì)麥麩中SDF含量的影響

從圖1可以看出，物料含水量對(duì)麥麩SDF含量有一定的影響，在物料含水量10%～25%內(nèi)，隨著物料含水量的增加，麥麩SDF含量不斷提高;但物料含水量超過25%，SDF含量反而有所降低。因此，在本試驗(yàn)條件下最佳的物料含水量為25%。

2.2.2 膨化溫度對(duì)麥麩可溶性膳食纖維含量的影響

準(zhǔn)確稱取5份麥麩，每份5.00 kg，分別置于調(diào)粉機(jī)中攪拌，調(diào)節(jié)物料濕度，使物料的含水量為25%。固定螺桿轉(zhuǎn)速200 r/min，膨化溫度對(duì)麥麩SDF的影響結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著膨化溫度的升高，麥麩SDF含量在膨化溫度 130℃時(shí)，達(dá)到最大值(10.34%)，膨化溫度超過130℃，麥麩SDF含量反而下降。因此，在本試驗(yàn)條件下最適宜的膨化溫度為130℃。

2.2.3 轉(zhuǎn)速對(duì)麥麩可溶性膳食纖維含量的影響

準(zhǔn)確稱取5份麥麩，每份5.00kg，分別置于調(diào)粉機(jī)中攪拌，調(diào)節(jié)物料濕度，使物料的含水量為25%。固定膨化溫度130℃，轉(zhuǎn)速對(duì)麥麩SDF的影響結(jié)果如表3所示。

圖3 轉(zhuǎn)速對(duì)麥麩中SDF含量的影響

從圖3可以看出，隨著轉(zhuǎn)速的提高，麥麩SDF含量迅速增加，在轉(zhuǎn)速250 r/min時(shí)達(dá)到最高，之后再提高轉(zhuǎn)速SDF含量反而降低。因此，在本試驗(yàn)條件下最適宜的轉(zhuǎn)速為250 r/min。

2.3 響應(yīng)面法優(yōu)化麥麩擠壓工藝

2.3.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-Benhken中心組合進(jìn)行三因素三水平的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2，結(jié)果見表3。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

試驗(yàn)號(hào)1～12是析因分析，試驗(yàn)號(hào)13～15是中心試驗(yàn)。15個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)為析因點(diǎn)和0點(diǎn)，其中析因點(diǎn)為自變量取值在X1、X2、X3所構(gòu)成的三維定頂點(diǎn);0點(diǎn)為區(qū)域的中心點(diǎn)，0點(diǎn)試驗(yàn)重復(fù)3次，用以估計(jì)試驗(yàn)誤差。運(yùn)用SAS REREG程序?qū)@15個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)值進(jìn)行回歸分析，建立響應(yīng)面回歸模型，得到回歸方程為:

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

表4 回歸方程的方差分析

由表4可知，方程的F值為118.461，Pr＞F0.01(9，5)=0.000 1，表明方程描述各因子與響應(yīng)值之間的關(guān)系時(shí)，因變量與全體自變量之間的線性關(guān)系是高度顯著的。由表4該模型的方差分析表可見，模型具有高度的顯著性(P＜0.01)，失擬項(xiàng)(P＞0.10)不顯著以及R2=0.995 3，可知回歸方程擬合度和可信度較高，試驗(yàn)誤差較小，因而可以用此模型對(duì)擠壓工藝結(jié)果進(jìn)行分析。

2.3.2 麥麩擠壓工藝的優(yōu)化

根據(jù)回歸方程，作相應(yīng)曲面圖，考察所擬合的響應(yīng)曲面形狀，分析物料含水量、膨化溫度、轉(zhuǎn)速對(duì)SDF含量的影響。其響應(yīng)曲面如圖4～圖6所示。

圖4 物料含水量、膨化溫度及其相互作用的影響

圖5 物料含水量、轉(zhuǎn)速及其相互作用的影響

表5 典型分析表

表6 特征值的典型分析表

圖6 膨化溫度、轉(zhuǎn)速及其相互作用的影響

從表6可以看出，特征值都小于0，因而整個(gè)模型存在最大值。通過圖4～圖6以及表5可知，當(dāng)分析物料含水量、膨化溫度、轉(zhuǎn)速的編碼值分別為－0.428 37，0.311 98，－0.554 42時(shí)，可以得到最大SDF含量，其含量為15.659 13%。通過換算可知，物料含水量為 22.86%、膨化溫度 133.12℃、轉(zhuǎn)速222.28 r/min。考慮到實(shí)際生產(chǎn)，將優(yōu)化參數(shù)修正物料含水量為23%，膨化溫度133℃，轉(zhuǎn)速225 r/min。并以此擠壓改性條件做3次平行試驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，測(cè)得SDF含量為(15.42±0.55)%，與理論預(yù)測(cè)值基本一致，表明響應(yīng)面分析方法可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)論

以小麥麩皮為原料，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面分析方法對(duì)擠壓改性工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，得到了最佳工藝條件:物料含水率23%、膨化溫度133℃、轉(zhuǎn)速225 r∕min、響應(yīng)面極值為15.66%，通過驗(yàn)證試驗(yàn)，SDT含量為15.42%，與理論結(jié)果相對(duì)誤差為1.40%，對(duì)麥麩的擠壓改性具有一定的參考價(jià)值。

［1］陳忠寶，丁寶涎，劉璘，等.響應(yīng)面法分析工藝參數(shù)對(duì)麥麩擠壓膨化產(chǎn)品吸水特性的影響［J］.浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，37(2):161－165.

［2］朱小喬，劉通風(fēng).小麥麩的功能組分及其在食品中的開發(fā)應(yīng)用［J］.糧油食品科技，2008，8(6):18－23.

［3］董海洲，劉傳富，喬聚林，等.豆渣膳食纖維擠壓改性工藝條件的研究［J］.中國糧油學(xué)報(bào)，2008，23(6):81－84.

［4］楊濤，辛建美，徐青，等.熱塑擠壓技術(shù)對(duì)食品營養(yǎng)成分影響的研究進(jìn)展［J］.食品科學(xué)，2010，31(7):312－316.

Optimization of Extrusion Technology of Wheat Bran by Response Surface Methodology

Zhang Ming，Dong Hai-zhou，Liu Chuan-fu，Xiao Jing-jie
(College of Food Science and Engineering，Shangdong Agricultural University，Taian 271018，China)

In the study，normal design of three factors and three levels was adopted according to the Boxbenhnken central composite design method，using wheat bran as raw materials and extrusion technology.The content of soluble dietary fiber was used as the response value to study the Response Surface Methodology(RSM).The results showed that the optimum conditions for the extrusion modification were as follows:water ratio of raw material 23%，puffed temperature 133℃，rotation speed 225 r/min.Under the above conditions，the theoretical result of extrusion modification was 15.66%and the actual one was 15.42%.The relative error between them was 1.40%.

wheat bran，extrusion，response surface methodology

碩士研究生(董海洲教授為通訊作者)。

2010－07－07，改回日期:2010－09－07