蓮子雙螺桿擠壓膨化工藝的研究

陳學(xué)玲， 關(guān) 健， 梅 新， 何建軍

(湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所/湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心農(nóng)產(chǎn)品加工分中心，湖北武漢 430064)

蓮子雙螺桿擠壓膨化工藝的研究

陳學(xué)玲， 關(guān) 健， 梅 新， 何建軍

(湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所/湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心農(nóng)產(chǎn)品加工分中心，湖北武漢 430064)

以蓮子為原料，采用雙螺桿擠壓膨化技術(shù)開發(fā)蓮子膨化食品．研究了原料顆粒大小、原料含水量、進(jìn)料速度、擠壓膨化溫度及螺桿轉(zhuǎn)速等因素對蓮子膨化的影響．結(jié)果表明:當(dāng)蓮子目數(shù)大于或等于40目時，蓮子膨化較優(yōu)工藝為:進(jìn)料速度17～19 r/min，原料含水量14% ～16%，膨化溫度155～165℃，螺桿轉(zhuǎn)速135～145 r/min．

蓮子;膨化;工藝

蓮子，又名蓮實、蓮米、水芝丹，是睡蓮科植物蓮屬(Nympheaceae Nelumbo Adans)的種子，原產(chǎn)我國，是我國水生蔬菜栽培中的特種經(jīng)濟植物，主要分布在湖北、湖南、江西、福建、江蘇、浙江、安徽等平原水域地區(qū)．

蓮子作為我國特產(chǎn)資源，絕大多數(shù)僅以干蓮形態(tài)銷售，而干蓮的生產(chǎn)系采用熱風(fēng)干燥或自然干燥而成，這種加工方式對植物體內(nèi)重要活性成分破壞極為嚴(yán)重．本研究采用擠壓膨化技術(shù)，開發(fā)一種新型蓮子膨化產(chǎn)品，研究擠壓膨化工藝，為生產(chǎn)提供理論依據(jù)．

1 材料與方法

1.1 材料

市售干蓮子．

1.2 儀器設(shè)備

DS32－Ⅱ型雙螺桿擠壓膨化機，山東賽信膨化機械有限公司;FW－100型粉碎機，鄭州市滎陽華盛儀器廠;752型分光光度計，上海光譜儀器有限公司．

1.3 試驗方法

1.3.1 蓮子粉碎試驗

在粉碎干蓮子試驗中，考慮原料顆粒大小對膨化的影響，對粉碎后的蓮子粉進(jìn)行篩選分級，對20，40，60，80，120目原料分別進(jìn)行擠壓膨化試驗．

1.3.2 蓮子膨化試驗

膨化試驗中，進(jìn)料速度、原料含水量、溫度、螺桿轉(zhuǎn)速是影響膨化效果的關(guān)鍵因素．前期研究發(fā)現(xiàn)，蓮子的膨化率介于1.50～2.00時，膨化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)均勻疏松，且膨化率越高，膨化效果越好．在前期研究基礎(chǔ)上，選擇適宜的因素水平，設(shè)計單因素試驗，各因素水平見表1．

表1 因素水平表Tab．1 Factors and levels

1.3.3 產(chǎn)品膨化率

用游標(biāo)卡尺測定樣品直徑，每個樣品隨機測定10次，求其平均值作為產(chǎn)品的平均直徑D1，除以模口直徑 D2(6 mm)，其商 D1/D2為膨化率［1］．

2 結(jié)果與分析

2.1 原料粒度對膨化的影響

研究發(fā)現(xiàn)，原料顆粒目數(shù)小于或等于20目難以實現(xiàn)膨化;40目以上的原料可以實現(xiàn)擠壓膨化;當(dāng)目數(shù)小于或等于80目時，不同粒度對膨化沒有顯著影響．故原料膨化前需進(jìn)行粉碎處理，過篩分選，原料目數(shù)大于或等于40目即可．

2.2 蓮子膨化工藝

膨化率是衡量物料經(jīng)擠壓膨化后膨化質(zhì)量的重要指標(biāo)，膨化率低，產(chǎn)品密度高，不松脆;膨化率過高，產(chǎn)品內(nèi)部形成大小不一的蜂窩狀氣泡，組織結(jié)構(gòu)不均勻，且無咀嚼感．以膨化率為指標(biāo)，考察進(jìn)料速度、含水量、溫度及螺桿轉(zhuǎn)速4個因素影響產(chǎn)品膨化效果．

2.2.1 進(jìn)料速度對膨化的影響

進(jìn)料速度對蓮子膨化率的影響如圖1，進(jìn)料速度為18 r/min時，產(chǎn)品膨化率較高，速度減小或增加后膨化率呈下降趨勢．在螺桿轉(zhuǎn)速不變的情況下，進(jìn)料速度于16～18 r/min時，增大會使機筒內(nèi)物料的填充程度得到提高，物料所受剪切和摩擦作用加強，有利于淀粉顆粒的破壞，提高膨化程度．另外，進(jìn)料速度增大時，?？谔幮纬傻膲毫υ黾?，與?？谕獯髿鈮褐g的壓差增大，物料從?？谔帞D出時膨化程度增大．但是，進(jìn)料速度在20～24 r/min時，進(jìn)一步增大進(jìn)料速度會使物料在機筒內(nèi)攪拌不均勻，造成物料從機筒處吸收熱量的不均，以至于淀粉糊化和熔融程度不相同，在擠出物中存在“硬質(zhì)團”，影響膨化率和口感［2］．

圖1 進(jìn)料速度對膨化率的影響Fig．1 Influence of feeding speed on extrusion rate

2.2.2 原料含水量對膨化的影響

原料含水量等于或低于13%時，膨化率為1.00，膨化產(chǎn)品的直徑與雙螺桿擠壓膨化機的?？谥睆较嗤?，未實現(xiàn)膨化;含水量在14% ～17%，蓮子膨化率隨含水量增大呈降低趨勢，見圖2．

圖2 原料含水量對膨化率的影響Fig．2 Influence of moisture content on extrusion rate

原料含水量是影響擠壓膨化效果的關(guān)鍵因素．含水量低時，膨化產(chǎn)品往往呈現(xiàn)焦黃而味苦，嚴(yán)重時引起機筒內(nèi)物料碳化并堵塞?？?，導(dǎo)致膨化率較低．原料含水量過高時，一方面由于水分的潤滑作用增強，物料在機筒內(nèi)所受剪切力、摩擦作用減弱，物料擠出阻力減少，使?？谔帀毫档?，另一方面由于水分子模口處氣化，使得機筒及?？谔帨囟冉档停虼?，難以在?？谔幗⑵鸶邷馗邏籂顟B(tài)，進(jìn)而影響擠壓膨化效果．物料含水量適中，膨化率較大，且膨化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)均勻疏松．

2.2.3 膨化溫度對膨化的影響

膨化溫度介于140～150℃時，蓮子膨化率較低;隨著膨化溫度升高，膨化率逐漸增大;170～180℃時，蓮子膨化率呈小幅下降趨勢，見圖3．

圖3 膨化溫度對膨化率的影響Fig．3 Influence of extruded-cooking temperature on extrusion rate

在擠壓過程中，物料所吸收的熱量主要來源于機筒壁傳遞的熱量和受剪切、摩擦作用產(chǎn)生的熱量，前者所起的作用更大．膨化溫度通常即指機筒溫度．機筒溫度高時，物料在有限的停留時間內(nèi)吸收的熱量多，有利于原料的膨化，但是溫度過高會使物料中發(fā)生美拉德反應(yīng)，降低了膨化率，影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收［3－4］．

2.2.4 螺桿轉(zhuǎn)速對膨化的影響

螺桿轉(zhuǎn)速較低時，物料所承受的剪切作用低，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，物料與螺桿以及機筒之間的摩擦和剪切作用增強，物料在強烈的摩擦和剪切作用下，加速了淀粉顆粒的分解和糊化．但是螺桿轉(zhuǎn)速過大，物料在機筒內(nèi)停留時間過短，物料來不及從機筒壁吸收足夠的熱量，降低了物料的膨化率，所以螺桿轉(zhuǎn)速過高、過低都將使膨化率降低［3－4］．雙螺桿膨化機的螺桿轉(zhuǎn)速對蓮子膨化率的影響，見圖4．螺桿轉(zhuǎn)速控制在140 r/min左右，蓮子膨化率較高;低于或高于此轉(zhuǎn)速，蓮子膨化率均呈下降趨勢．

圖4 螺桿轉(zhuǎn)速對膨化率的影響Fig．4 Influence of screw speed on extrusion rate

綜合考慮成本、操作方便等各因素，合理地確定因素水平，得到蓮子膨化較優(yōu)工藝為:進(jìn)料速度17～19 r/min，原料含水量14% ～16%，膨化溫度155～165℃，螺桿轉(zhuǎn)速135～145 r/min．

3 結(jié)論

1)膨化前蓮子需進(jìn)行粉碎處理，原料目數(shù)大于或等于40目即可．

2)進(jìn)料速度、原料含水量、膨化溫度和螺桿轉(zhuǎn)速是影響膨化效果的重要因素．進(jìn)料速度18 r/min，原料含水量15%，膨化溫度160℃，螺桿轉(zhuǎn)速140 r/min，蓮子膨化率均達(dá)到最大值．各因素水平過高或過低均使蓮子膨化率降低．

3)通過試驗合理地確定因素水平，可得到良好的擠壓膨化效果．本研究得出的蓮子膨化較優(yōu)工藝為:進(jìn)料速度17～19 r/min，原料含水量14% ～16%，膨化溫度155～165℃，螺桿轉(zhuǎn)速135～145 r/min．

［1］蔣長興，魏益民，張波．小米擠壓膨化加工工藝參數(shù)研究［J］．糧食與飼料工業(yè)，2005(5):20-22．

［2］徐克非，李德溥．雙螺桿擠壓機操作參數(shù)對加工質(zhì)量影響的研究［J］．包裝工程，2006，27(4):77-79．

［3］楊綺云，李德溥，徐克非．操作參數(shù)對雙螺桿擠壓機擠壓效果影響的研究［J］．食品科學(xué)，2011，22(2):14-17．

［4］王文賢，劉學(xué)文，謝永洪，等．雞肉-大米膨化食品雙螺桿擠壓工藝參數(shù)的優(yōu)化研究［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2001，20(6):223-226．

(責(zé)任編輯:檀彩蓮)

Study on Extrusion Conditions of Lotus Seeds by Twin Screw Extruder

CHEN Xue-ling， GUAN Jian， MEI Xin， HE Jian-jun
(Institute of Agricultural Products Processing and Nuclear-Agricultural Technology，Hubei Academy of Agricultural Sciences/Agricultural Products Processing Subordinate Center，Hubei Agricultural Science and Technology Innovation Center，Wuhan 430064，China)

Twin screw extruder was used to prepare extrusion-puffed food from Lotus seeds．The effects of material particle size and moisture content，feeding speed，extruded-cooking temperature and screw speed were studied．Through the single factor analysis，the optimal parameters of extrusion were obtained as the following:feeding speed 17～19 r/min，moisture content 14% ～16%，extruded-cooking temperature 155～165℃，screw speed 135～145 r/min，and material particle size more than or equal to 40 mesh．

lotus seeds;extrusion;processing conditions

TS210.4

A

1671-1513(2012)03-0073-03

2012-01-09

湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心資助項目(2011-620-001-03);湖北省研究與開發(fā)計劃項目(2010BBB016)．

陳學(xué)玲，女，助理研究員，碩士，主要從事果蔬加工與貯藏方面的研究;

何建軍，男，副研究員，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏方面的研究．通訊作者．