擠壓膨化工藝制備紅小豆速食粉的研究

朱珠，張傳智，王維堅，田海娟，王騫，趙麗艷

（1.吉林工商學(xué)院糧油食品深加工吉林省高校重點試驗室，吉林長春130062；2.吉林工商學(xué)院食品學(xué)院，吉林長春130062）

紅小豆，亦稱“小豆、赤豆、赤小豆”，是菜豆族豇豆屬植物赤豆的種子[1]。原產(chǎn)于我國，產(chǎn)區(qū)主要分布在華北、東北、西北地區(qū)，每年產(chǎn)量為20 萬t～40 萬t，我國在紅小豆的種植和出口量上均居世界之首[2]。紅小豆的碳水化合物含量為55%～60%，蛋白質(zhì)含量為18%～23%，膳食纖維7%～19%[3]。紅小豆富含核黃素、硫胺素、黃酮、花色素和花色苷、煙酸、皂素類化合物等大量的功能活性物質(zhì)[4-5]。資料表明，這些物質(zhì)的抗氧化性較好，能夠快速有效除去各種有害的自由基。研究表明，紅小豆中的功能性成分對傷寒桿菌、福氏痢疾桿菌、金黃色葡萄球菌等都具有明顯的抑制甚至將其殺滅的作用[6]。隨著現(xiàn)代社會生活節(jié)奏的日益加快，人們對方便食品的需求量明顯提高，即食食品的生產(chǎn)將是未來發(fā)展的要求[7]。目前，我國紅小豆相關(guān)食品大部分是作坊式手工操作，工業(yè)化程度低。將紅小豆加工成即食粉，以其食用方便快捷，營養(yǎng)豐富，口感好而受到消費者歡迎，目前紅小豆即食粉生產(chǎn)中的熟化方式主要采用間歇式的濕熱蒸煮方式，該種方法加工工藝復(fù)雜，生產(chǎn)力低下，制約其工業(yè)化大生產(chǎn)[8-9]。本研究采用雙螺桿擠出技術(shù)對紅小豆粉進行熟化處理，生產(chǎn)力得到大幅度提高，同時短時的加熱能夠最大限度的保留紅小豆內(nèi)的熱敏性功能性成分。

1 材料與方法

1.1 材料

紅小豆，白砂糖，膳食纖維：市售。碳酸鈣：蓬萊市海洋生物化工有限公司提供。乳酸鋅，乳酸亞鐵：鄭州成果食品添加劑有限公司。麥芽糊精：大成新資源有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

BPG-9240A 型精密鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；GB1302 型電子精密天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；DS32-ⅡA 雙螺桿擠壓機（螺桿轉(zhuǎn)速1 Hz＝7.5 r/min）：濟南賽信膨化機械有限公司；SQW-6DI 超微粉碎機：山東三清不銹鋼設(shè)備有限公司；WF-250 型多功能粉碎機：上海藍(lán)深制藥機械有限公司。

1.3 工藝流程及試驗方法

1.3.1 工藝流程

紅小豆→預(yù)處理→紅小豆粉→雙螺桿擠出→粗粉碎→調(diào)配→超微粉碎→包裝成品

1.3.2 方法

1.3.2.1 樣品水分的測定

按GB/T 21305-2007 《谷物及谷物制品水分測定法測定》。

1.3.2.2 樣品糊化度的測定

糊化度的測定采用酶水解法[10]測定。

1.3.2.3 樣品膨化度的測定

本研究膨化度測定方法采用徑向膨化度測定法，用游標(biāo)卡尺測量擠出樣品的直徑，每個樣品隨機測定10 次，求其平均值作為擠出樣品的直徑D/cm。膨化度表示為：

膨化度=D/d

式中：D 為擠出產(chǎn)品平均直徑/cm；d 為?？谥睆?0.40 cm。

1.3.2.4 紅小豆粉配制

紅小豆清選除雜，用流動水沖洗、干燥，然后粉碎至粒度為60 目（0.246 mm）。加入適量水混合均勻，密封放置2 h～4 h 使水分充分混均，制得紅小豆粉。

1.3.2.5 雙螺桿擠出單因素試驗

螺桿轉(zhuǎn)速考察：在物料水分含量為18%、擠出溫度150 ℃的條件下，考察螺桿轉(zhuǎn)速為24、27、30、33、36、39 Hz 時擠出處理對物料膨化度和糊化度的影響。

水分含量考察：在溫度150 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速30 Hz 的條件下，考察水分含量為12%、14%、16%、18%、20%、22%時擠出處理對物料膨化度和糊化度影響。

擠出溫度考察：在水分含量18%、螺桿轉(zhuǎn)速30 Hz的條件下，考察120、130、140、150、160、170 ℃時擠出處理對物料膨化度和糊化度的影響。

1.3.2.6 調(diào)配

擠出產(chǎn)品烘干后進行粉碎，然后對得到的熟化紅小豆粉進行營養(yǎng)功能調(diào)配。以營養(yǎng)健康、食用方便為目標(biāo)，本研究采用白砂糖、玉米膳食纖維、麥芽糊精為輔材，以提高產(chǎn)品的感官品質(zhì)及營養(yǎng)成分。同時根據(jù)同類產(chǎn)品的礦物質(zhì)需求，對鈣、鐵、鋅等元素通過添加強化劑的方式進行補充強化。以上各種原料按照適當(dāng)?shù)谋壤砑踊旌虾螅ㄟ^超微粉碎機進行粉碎至200 目，制得紅小豆沖調(diào)粉。

調(diào)配的原則主要有以下三方面：

1）能量、蛋白質(zhì)、碳水化物、脂肪、膳食纖維的含量能夠達到該類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。

2）礦物質(zhì)、維生素等達到早餐的合理營養(yǎng)要求。

3）產(chǎn)品具有良好的組織狀態(tài)、滋味、風(fēng)味、口感、顏色等，符合中國人的飲食習(xí)慣。

1.3.2.7 沖調(diào)試驗

取紅小豆沖調(diào)粉一份，加入6 份85 ℃～95 ℃水，攪拌均勻，以表1 所示評分標(biāo)準(zhǔn)，進行感官評定。

表1 綜合評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Global evaluation standard

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 螺桿轉(zhuǎn)速對物料膨化度和糊化度的影響

螺桿轉(zhuǎn)速對物料膨化度和糊化度的影響，見圖1。

圖1 螺桿轉(zhuǎn)速對擠出處理的影響Fig.1 Effect of screw rotation speed on extrusion process

由圖1 可知，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速在24 Hz～30 Hz 時，物料的糊化度呈上升趨勢，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為30 Hz 時，糊化度達到最大值95.68%；隨著螺桿轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加，糊化度下降。物料的糊化度大小與其在擠出腔內(nèi)的停留時間及溫度有關(guān)。螺桿轉(zhuǎn)速越低，物料在擠出腔內(nèi)停留時間越長，受高溫作用的時間越長，糊化效果好。相反，螺桿轉(zhuǎn)速過大，物料在擠出腔內(nèi)停留時間過短，熱處理進行的不徹底，糊化效果差。另一方面，螺桿轉(zhuǎn)速增加，物料與螺桿和機筒的剪切力摩擦增加，物料受到的作用力增強，淀粉的牢固結(jié)構(gòu)更容易破壞，淀粉分子內(nèi)和分子氫鍵和淀粉晶體也更容易破壞，所以糊化度增加。

在一定的喂料速度下，螺桿轉(zhuǎn)速決定了擠壓過程中套筒內(nèi)的物料填充程度，進而影響其在套筒內(nèi)的摩擦力、升溫速率和壓力，最終影響擠出產(chǎn)品的膨化度。從圖1 可以看出，螺桿轉(zhuǎn)速從24 Hz 到33 Hz 時擠出產(chǎn)品的膨化度隨之增長，螺桿轉(zhuǎn)速大于33 Hz 時膨化度下降，這是因為物料的糊化度下降，導(dǎo)致膨化度降低。綜合以上考慮，螺桿轉(zhuǎn)速選擇為33 Hz。

2.1.2 水分含量對物料膨化度和糊化度的影響

水分含量對物料膨化度和糊化度的影響，見圖2。

圖2 水分含量對擠出處理的影響Fig.2 Effect of water content on extrusion process

從圖2 可以看出隨著物料水分含量的提高，物料的糊化度和膨化度均呈先提高后下降的趨勢，當(dāng)物料分水含量為16%時，擠出產(chǎn)品的膨化度最高為3.378，物料水分含量為18%時，糊化度最高為93.25%。物料膨化的原理是水分在擠壓腔內(nèi)經(jīng)高溫高壓作用，在擠出的瞬間水分快速汽化，形成均勻的氣腔，使擠出產(chǎn)品呈現(xiàn)膨化狀態(tài)，物料含水量高時，淀粉和蛋白質(zhì)吸水增加，蛋白質(zhì)變性，物料的黏稠度增大，物料與擠壓螺旋構(gòu)件間摩擦力增大，膨化度和糊化度升高；當(dāng)物料的含水量繼續(xù)增加時，物料中的水分充當(dāng)了潤滑劑的作用，物料在機筒內(nèi)所受剪切、磨擦作用減弱，阻力減小，停留時間短，使模頭出口壓力降低[11]。由于水分在?？谔幤沾罅康臍饣瘽摕?，使得機筒及模頭出口處溫度降低，難以形成高溫高壓狀態(tài)，從而使擠出產(chǎn)品的膨化度和糊化度均降低。綜合以上所述，水分添加量以18%為最佳。

2.1.3 擠出溫度對樣品膨化度和糊化度的影響

擠出溫度對樣品膨化度和糊化度的影響，見圖3。

圖3 擠出溫度對擠出處理的影響Fig.3 Effect of extrusion temperature on extrusion process

擠出溫度是擠壓膨化中很重要的因素之一。溫度是促進蛋白質(zhì)變性、淀粉糊化和其他成分熟化的必要條件，因此溫度對于產(chǎn)品性狀有很大的影響。從圖3可以看出，隨著擠出溫度的升高產(chǎn)品的膨化度和糊化度均呈先提高后下降的趨勢，在160 ℃時糊化度和膨化度達到最大值。物料中淀粉的糊化是在適當(dāng)?shù)臏囟任兆銐虻乃趾蜔崃康臈l件下進行的。物料的糊化度在一定范圍內(nèi)隨著溫度的升高而增大，但是溫度過高會導(dǎo)致部分淀粉焦炭化，從而影響擠出產(chǎn)品的品質(zhì)。物料溫度在160 ℃以上時，淀粉晶體熔融，物料黏度下降，支鏈體解離，成為線狀分子，并沿軸向定向流動，在模頭內(nèi)流動阻力下降，出口處壓力下降，對氣體的束縛能力較弱，以致氣泡形成過程中較早地破裂，因此擠出產(chǎn)品膨化度下降。綜上所述及由圖3 所示，擠出溫度選擇160 ℃為宜。

2.2 產(chǎn)品的調(diào)配

2.2.1 礦物元素配料的確定

本研究選用碳酸鈣、乳酸亞鐵、乳酸鋅作為鈣、鐵、鋅的強化劑。碳酸鈣具有價格相對便宜、含鈣高，易為人體所吸收等特點，同時可作為產(chǎn)品品質(zhì)改良劑。乳酸亞鐵和乳酸鋅具有價格相對適中，基本無異味，易被人體吸收等特點。本研究中各礦物質(zhì)強化劑所選的劑型及有效含量為：碳酸鈣（40%），乳酸鐵（三水乳酸亞鐵，含鐵19.39%），乳酸鋅（三水乳酸鋅，含鋅22.2%）。根據(jù)GB 14880-94《食品營養(yǎng)強化劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》確定早餐谷物中各礦物質(zhì)的添加量分別碳酸鈣0.6%、乳酸亞鐵0.015%、乳酸鋅0.015%。

2.2.2 輔料的確定

本研究中紅小豆粉為主要原料，其所占比例應(yīng)大于50%；該類產(chǎn)品膳食纖維添加量一般小于8%，糖含量6%～14%，麥芽糊精15%～25%。根據(jù)以上添加范圍，以膳食纖維添加量、糖添加量和麥芽糊精添加量為因素變量，以產(chǎn)品的感官指標(biāo)考察指標(biāo)，設(shè)計四因素三水平的正交試驗，試驗設(shè)計因素水平表見表2。

表2 L9（34）正交試驗因素和水平Table 2 Factors and levels in the L9（34）orthogonal array design

按表2 正交試驗因素水平表進行試驗，以表1 的考核指標(biāo)表進行感官評分，試驗結(jié)果如表3 所示。

表3 L9（34）正交試驗設(shè)計結(jié)果Table 3 Result of Design of L9（34）Orthogonal test

由表3 的極差（R）大小可知，麥芽糊精（A）、膳食纖維（B）和糖（C）三個因素影響感官評價的主次關(guān)系為A＞C＞B。根據(jù)極差分析，得出各因素的最優(yōu)組合為A2B1C2。同樣，從表中直觀結(jié)果中可以看出，4 號試驗組A2B1C2組合評分最高，所以本研究的輔料配方選擇為：麥芽糊精添加20 %，膳食纖維添加4 %，糖添加量為9%時，產(chǎn)品的評分最高。

3 結(jié)論

本研究采用雙螺桿擠出技術(shù)對紅小豆粉進行處理，通過瞬時高溫高壓作用使紅小豆粉熟化，以物料的糊化度和膨化度為考察指標(biāo)，考察水分含量、擠出溫度、螺桿轉(zhuǎn)速對紅小豆粉熟化的影響。通過單因素試驗確定最佳工藝條件為：物料水分含量18%、擠出溫度160 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速33 Hz。擠出物料經(jīng)粗粉碎后進行調(diào)配，選擇碳酸鈣、乳酸亞鐵、乳酸鋅作為鈣、鐵、鋅的強化劑，添加量分別碳酸鈣0.6%、乳酸亞鐵0.015%、乳酸鋅0.015%；輔料添加量為：麥芽糊精添加20%，膳食纖維添加4%，糖添加量為9%時。

本研究制作的紅小豆沖調(diào)粉營養(yǎng)均衡豐富，具有良好的組織狀態(tài)、滋味、風(fēng)味、口感、顏色等，符合中國人的飲食習(xí)慣。能量、蛋白質(zhì)、碳水化物、脂肪、膳食纖維的含量達到了該類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)；同時營養(yǎng)均衡豐富。

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