芡實(shí)與玉米擠壓膨化工藝及其產(chǎn)品特性研究

何曉偉，張唯一，張　汆

(滁州學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院；安徽省博士后科研工作站，安徽 滁州 239000)

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芡實(shí)與玉米擠壓膨化工藝及其產(chǎn)品特性研究

何曉偉，張唯一，張汆

(滁州學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院；安徽省博士后科研工作站，安徽 滁州 239000)

以芡實(shí)粉和玉米粉為主要原料，采用雙螺桿擠壓膨化技術(shù)，研制出一種營養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨(dú)特，方便食用的芡實(shí)玉米膨化食品.本實(shí)驗(yàn)以芡實(shí)粉與玉米粉比例、物料含水率、機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度、螺桿轉(zhuǎn)速為可變因素，以感官評價和膨化度為指標(biāo)，通過單因素和正交試驗(yàn)對芡實(shí)與玉米擠壓膨化食品的加工工藝進(jìn)行研究，確定最佳工藝參數(shù)為芡實(shí)粉：玉米粉(W/W)=1∶10，物料水分含量15%，機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度145 ℃，主軸轉(zhuǎn)速25Hz，產(chǎn)品理化指標(biāo)符合GB/T22699-2008膨化食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn).

芡實(shí)；玉米粉；擠壓膨化；工藝參數(shù)

芡實(shí)是睡蓮科芡屬的水生植物的成熟種仁，別名雞頭米、雞頭苞、雞頭蓮等[1],脂肪含量低、氨基酸種類齊全且配比合理，含有磷、鐵、硒、碘等礦質(zhì)元素，含有維生素C、維生素E等高營養(yǎng)效價的維生素[2-4]，具有促進(jìn)血液循環(huán)、軟化心腦血管、降血脂和增強(qiáng)免疫力[5-8]、固腎澀精、健脾止瀉、延緩衰老、益氣養(yǎng)血[9-11]等多種保健功能，目前主要用于開發(fā)保健酸奶[12]、保健香腸[13]、保健酒[14-15]、保健罐頭、保健粥、芡實(shí)藥膳[16]等產(chǎn)品，但是用于開發(fā)擠壓膨化類產(chǎn)品國內(nèi)鮮有報道.

擠壓膨化技術(shù)是一種低能耗、高效率，具有非常誘人發(fā)展前景的食品加工技術(shù)，在國外研究的比較早[17-18]，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該加工技術(shù)可以有效提高蛋白質(zhì)的消化率、提高膳食纖維溶解性等[19-20].但國內(nèi)研究起步較晚，目前主要集中在制作谷物早餐粉、非油炸類膨化食品[21-22].本實(shí)驗(yàn)以芡實(shí)與玉米為主要原料，以膨化度、感官評分為主要質(zhì)量評價指標(biāo)，探究不同工藝參數(shù)對芡實(shí)與玉米粉的擠壓膨化產(chǎn)品質(zhì)量的影響，探究該產(chǎn)品的加工工藝.

1　材料與方法

1.1材料

芡實(shí)仁果、玉米粉，滁州，市售.新鮮芡實(shí)仁果置于60 ℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干24 h，粉碎后過60目篩，密封備用.

1.2儀器與設(shè)備

SYSLG30-IV型雙螺桿擠壓試驗(yàn)機(jī)(濟(jì)南賽百諾科技開發(fā)有限公司)，L-550型高速離心機(jī)(湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司)，SSW-600-2S型電熱恒溫水槽(上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)，BPG-9070A型鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)，SL-100型高速多功能粉碎機(jī)(浙江省永康市松青五金廠)，SOX500型脂肪測定儀(濟(jì)南海能儀器股份有限公司)，K1100型自動定氮儀(濟(jì)南海能儀器股份有限公司)，TP300001型電子天平(上海越平科學(xué)儀器有限公司).

1.3芡實(shí)與玉米擠壓膨化工藝優(yōu)化

1.3.1單因素試驗(yàn)

結(jié)合預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果以及相關(guān)文獻(xiàn)[23-24]綜合考慮，工藝優(yōu)化過程中因素水平設(shè)置見表1.

表1　單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表

(1) 機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度優(yōu)化.該機(jī)器的Ⅲ區(qū)溫度主要影響擠壓膨化效果，試驗(yàn)中主軸轉(zhuǎn)速15 Hz，物料含水量設(shè)置為15%，芡實(shí)與玉米的質(zhì)量比設(shè)置為1∶20，以產(chǎn)品的膨化度、感官評價作為主要質(zhì)量評價指標(biāo)，分別考慮機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度為130 ℃，135 ℃，140 ℃，145 ℃，150 ℃五個水平下對產(chǎn)品的影響.

(2) 主軸轉(zhuǎn)速優(yōu)化.機(jī)桶Ⅲ區(qū)溫度依據(jù)上述優(yōu)化結(jié)果設(shè)置，其他參數(shù)與評價指標(biāo)不變，分別考慮主軸轉(zhuǎn)速為15 Hz，20 Hz，25 Hz，30 Hz，35 Hz五個水平下對產(chǎn)品的影響.

(3) 物料水分含量優(yōu)化.主軸轉(zhuǎn)速依據(jù)上述優(yōu)化結(jié)果設(shè)置，其他參數(shù)與評價指標(biāo)不變，分別考慮水分含量為13%，14%，15%，16%，17%五個水平下對產(chǎn)品的影響.

(4) 芡實(shí)與玉米比例優(yōu)化.物料水分含量依據(jù)上述優(yōu)化結(jié)果設(shè)置，其他參數(shù)與評價指標(biāo)不變，分別考慮芡實(shí)與玉米的質(zhì)量比為1∶10,1∶20,1∶30，1∶40,1∶50五個水平下對產(chǎn)品的影響.

1.3.2正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化芡實(shí)與玉米擠壓膨化工藝.因素A為機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度(℃)；因素B為主軸轉(zhuǎn)速(Hz)；因素C為物料水分含量(%)；因素D為芡實(shí)與玉米粉比例.

1.4評價方法

1.4.1理化指標(biāo)測定

水分含量的測定：GB/T 5009.3-2010；蛋白質(zhì)含量的測定：GB/T 5009.5-2010；脂肪含量的測定：GB/T 14772-2008；灰分含量的測定:GB/T 5009.4-2010；可溶性膳食纖維測定:GB 5009.88-2014.

1.4.2膨化度的測定

使用游標(biāo)卡尺測定出產(chǎn)品的直徑，其平均值作為該產(chǎn)品的平均直徑，以產(chǎn)品平均直徑除以?？谥睆?6 mm)，其商為膨化度.

1.4.3感官評價方法

結(jié)合產(chǎn)品的性質(zhì)及類似產(chǎn)品[23]的品質(zhì)評價，分別從外觀、口感、風(fēng)味、組織狀態(tài)四方面進(jìn)行評價，滿分100分，具體細(xì)則如表2所示.

表2　芡實(shí)與玉米擠壓膨化產(chǎn)品感官評價指標(biāo)細(xì)則

2　結(jié)果與分析

2.1機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度優(yōu)化結(jié)果

機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度對產(chǎn)品質(zhì)量會產(chǎn)生影響，溫度優(yōu)化結(jié)果見圖1.隨著機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度的升高，產(chǎn)品膨化度和感官評價得分均呈現(xiàn)先平穩(wěn)增大后明顯減小的趨勢.當(dāng)機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度為140 ℃時，產(chǎn)品膨化度最高為3.86，感官評價得分為90.隨著溫度的升高，產(chǎn)品的從?？跀D出困難，且伴隨焦糊味，產(chǎn)品硬度增加，口感變差，顏色較暗，偏灰黑色.出現(xiàn)以上變化可能是由于隨著溫度升高水分子運(yùn)動劇烈，更容易汽化，從而促進(jìn)物料中氣孔狀結(jié)構(gòu)的形成，提高淀粉的糊化程度，增加膨化動力.溫度過高時(≥140 ℃)又可能使得物料表面過早形成堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)或者炭化，導(dǎo)致物料內(nèi)部淀粉結(jié)構(gòu)破壞，固定氣體能力變差，不容易形成氣泡結(jié)構(gòu)，膨化度降低.綜合考慮，物料含水量設(shè)置在135～145 ℃之間.

2.2主軸轉(zhuǎn)速優(yōu)化結(jié)果

由圖2可知，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的加快，感官評價得分和膨化度均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢.當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速為15～25 Hz范圍時，產(chǎn)品膨化度較高，在3.54～8.70范圍內(nèi)；產(chǎn)品感官評價得分也較高，在87～88之間.螺桿轉(zhuǎn)速較低時，產(chǎn)品膨化度和感官評分變化可能是因?yàn)殡S著螺桿轉(zhuǎn)速的增大，物料在?？谔幩艿降募羟辛υ龃螅矸鄯肿娱g的氫鍵作用被削弱，分子骨架空間松散，使得物料中的水分更容易滲入，致使其發(fā)生溶脹，促進(jìn)產(chǎn)品膨化度增大.當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大時，物料在機(jī)筒內(nèi)的停留時間減短，物料吸收熱量不足，糊化不徹底，膨化度降低.綜合考慮，主軸轉(zhuǎn)速范圍設(shè)置在15～25 Hz之間.

圖1　機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度對產(chǎn)品質(zhì)量的影響　　　　　　　　　圖2　主軸轉(zhuǎn)速對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

2.3物料水分含量優(yōu)化結(jié)果

物料水分含量對產(chǎn)品質(zhì)量也會產(chǎn)生影響，物料水分含量優(yōu)化結(jié)果見圖3.產(chǎn)品的膨化度、感官評分隨著水分含量增加呈先上升后下降的趨勢.當(dāng)水分含量為14%～16%時，膨化度較高為6.76～13.93，感官評價得分為84～88.物料含水量很低時，產(chǎn)品較硬，容易焦糊或炭化，嚴(yán)重時堵塞?？?；物料含水量很高時，膨化效果不明顯，產(chǎn)品偏軟.造成這一現(xiàn)象的原因可能是水分影響原料吸水程度、原料的黏度，從而造成在?？趦?nèi)外壓差變化的大小變化；也有可能影響能量的傳遞，從而影響物料整體熔融情況.當(dāng)水分含量合適時，?？趦?nèi)外壓差大，物料整體熔融情況良好，此時產(chǎn)的膨化度較好，感官評價得分也較高.綜合考慮，物料含水量設(shè)置在14%～16%之間.

2.4芡實(shí)與玉米比例優(yōu)化結(jié)果

芡實(shí)與玉米比例對產(chǎn)品質(zhì)量有影響，其優(yōu)化結(jié)果見圖4.產(chǎn)品的膨化度隨著物料中玉米的比例增大呈現(xiàn)先增大后平緩的趨勢，感官評價得分呈現(xiàn)先增大后稍微降低的趨勢.隨著玉米比例的增加，產(chǎn)品的芡實(shí)風(fēng)味減弱，玉米風(fēng)味增強(qiáng)，產(chǎn)品顏色從褐色變淺黃色.因此，結(jié)合產(chǎn)品的營養(yǎng)價值、感官評價考慮，物料中芡實(shí)與玉米的比例設(shè)置在1∶10至1∶30之間.

圖3　物料水分含量對產(chǎn)品質(zhì)量的影響　　　　　　　　圖4　芡實(shí)與玉米比例對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

2.5正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由正交試驗(yàn)結(jié)果表3可以看出，以產(chǎn)品膨化度為評價指標(biāo)，可知影響芡實(shí)與玉米擠壓膨化產(chǎn)品質(zhì)量的因素主次順序?yàn)锳>D>C>B，即機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度>主軸轉(zhuǎn)速>物料水分含量>芡實(shí)與玉米粉比例，最優(yōu)組合為A3B3C2D1與正交試驗(yàn)中第9組試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合，不需要做驗(yàn)證試驗(yàn).以產(chǎn)品的感官評價得分為指標(biāo)，可知影響芡實(shí)與玉米擠壓膨化產(chǎn)品膨化度的主次因素順序是D>A>C>B，最優(yōu)組合為A3B3C2D2.結(jié)合兩種指標(biāo)綜合分析，可知機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度、芡實(shí)與玉米粉比例是影響產(chǎn)品質(zhì)量的較主要因素.本試驗(yàn)中，原料主要是芡實(shí)粉、玉米粉，沒有添加糖、鹽等其他調(diào)味料，可能會造成評價分值偏低，或者造成感官評價員的評價受產(chǎn)品膨化情況影響.綜上所述，依據(jù)產(chǎn)品膨化度為主要評價指標(biāo)，當(dāng)機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度為145 ℃，主軸轉(zhuǎn)速為25 Hz，物料水分含量15%，芡實(shí)與玉米粉比例為1∶10時，產(chǎn)品膨化度較好，感官評價分值也較高，為91分.

表3　芡實(shí)與玉米擠壓膨化正交試驗(yàn)結(jié)果

2.6產(chǎn)品理化指標(biāo)

在最佳擠壓膨化工藝下，制作出來的芡實(shí)與玉米擠壓膨化產(chǎn)品的水分含量為2.17%，粗脂肪含量為1.67%，蛋白質(zhì)含量為10.02%，灰分含量為0.35%，可溶性膳食纖維為16.5%，細(xì)菌總數(shù)≤180 cfu/g，大腸菌群≤25 MPN/100 g，產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)符合GB/T 22699—2008膨化食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求.

3　討論

膨化度是衡量擠壓膨化產(chǎn)品的一個重要指標(biāo)，影響該指標(biāo)的因素除了本實(shí)驗(yàn)中考慮的物料配比、機(jī)筒溫度、物料含水率、螺桿轉(zhuǎn)速外，具有關(guān)文獻(xiàn)報道原料中直鏈淀粉的含量、物料粒度、食品添加劑、螺桿構(gòu)型、模頭結(jié)構(gòu)、喂料速度也會影響到該指標(biāo)值的變化[24-25].因此，要探究出更加科學(xué)的擠壓膨化產(chǎn)品生產(chǎn)工藝可能還需要借助全質(zhì)構(gòu)參數(shù)、容積密度、吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)、色差等理化指標(biāo)加以分析[26].

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責(zé)任編輯：衛(wèi)世乾

Double-Screw Extruding Technique of Gordon Euryales and Corn and Product Features

HE Xiao-wei, ZHANG Wei-yi, ZHANG Cuan

(AnhuiPostdoctoralResearchBase；SchoolofBiologicalScienceandFoodEngineering,ChuzhouUniversity,Chuzhou239000,China)

Semen euryales powder and corn flour as the main raw materials,adopting double-screw extruding technique we can develop a rich nutrient, unique flavor, convenient to eat Semen Euryales and corn puffed food. This paper selects the proportion of semen euryales powder and corn flour, moisture content, the Ⅲ zone temperature， screw speed as variable factors and sensory evaluation and piffing degree as indexes, through single factor and orthogonal experiments to study processing technology,so that we find optimal process parameters: ratio of 1:10 between semen euryales powder and corn flour , material moisture content of 15%, puffing temperature 145℃,the rotate speed of screw 25Hz. The product physical and chemical indexes above accord with GB/T 22699-2008 food safety and sanitation standard.

semen euryales； corn flour; double-screw extruding technique； processing parameters

2016-05-21

江淮分水嶺校級規(guī)劃項(xiàng)目(2014GH40)

何曉偉(1987—)，男，河南靈寶人，助教，碩士，研究方向：食源性致病的快速檢測及特色農(nóng)產(chǎn)品的開發(fā).

張氽(1970—)，女，陜西咸陽人，教授，博士，研究方向：食品化學(xué)與營養(yǎng)、膳食蛋白.

1671-9824(2016)05-0089-05

Q81

A