不同擠壓參數(shù)對鷹嘴豆淀粉顆粒形貌的影響

王立東，沈丹

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)國家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江大慶163319）

不同擠壓參數(shù)對鷹嘴豆淀粉顆粒形貌的影響

王立東，沈丹

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)國家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江大慶163319）

對不同參數(shù)條件下雙螺桿擠壓處理鷹嘴豆淀粉的顆粒形貌進(jìn)行觀察，研究鷹嘴豆淀粉顆粒形貌的變化。利用掃描電子顯微鏡對淀粉顆粒形貌進(jìn)行觀察，分析不同擠壓蒸煮溫度、原料水分含量、螺桿轉(zhuǎn)速、喂料速度等因素條件下得到的變性鷹嘴豆淀粉顆粒形貌，并與鷹嘴豆原淀粉顆粒形貌進(jìn)行對比。結(jié)果表明，鷹嘴豆原淀粉顆粒表面光滑，主要呈卵圓形；擠壓膨化處理后，不同擠壓參數(shù)條件對鷹嘴豆淀粉顆粒形貌產(chǎn)生不同的影響，鷹嘴豆淀粉顆粒表面粗糙，多數(shù)呈現(xiàn)不規(guī)則多角形狀。說明高溫高壓擠壓膨化處理對鷹嘴豆淀粉顆粒結(jié)構(gòu)改變產(chǎn)生重要影響。

擠壓膨化；鷹嘴豆；淀粉；顆粒形貌

鷹嘴豆又稱桃豆、雞豌豆，為豆科鷹嘴豆屬，一年生或多年生草本植物[1-2]。鷹嘴豆在國外主要生長在印度、巴基斯坦、墨西哥等國家的干旱地區(qū)，我國主要種植在新疆、甘肅、青海等西部地區(qū)。鷹嘴豆產(chǎn)品營養(yǎng)豐富，除富含多種植物蛋白、氨基酸、維生素、粗纖維，以及鈣、鎂、鐵等礦物質(zhì)外，其淀粉含量豐富，高達(dá)40%～60%。鷹嘴豆淀粉具有特殊香味，常被用來與小麥粉一起混合使用制作各類食品。同時，鷹嘴豆淀粉還被用于棉毛、紡織等原料上漿和拋光，也是制造業(yè)工業(yè)用膠的優(yōu)質(zhì)原料[3]。因此，研究鷹嘴豆淀粉對食品和紡織工業(yè)上的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

雙螺桿擠壓蒸煮技術(shù)是一種新型的物理加工技術(shù)，利用高溫高壓、高剪切力作用于物料，然后突然釋放壓力至常溫常壓狀態(tài)，使物料的內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)的變化，其改變傳統(tǒng)谷物食品的加工方法，能夠使物料體積膨大、組織疏松、淀粉發(fā)生糊化、產(chǎn)品水溶性增加，易于人體消化吸收。該技術(shù)具有改善產(chǎn)品品質(zhì)、縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品品質(zhì)等優(yōu)勢[4-8]，已被廣泛應(yīng)用于玉米、大米、燕麥、小米等谷物食品加工領(lǐng)域[9-12]，但很少應(yīng)用于豆類等雜糧的食品加工中。膨化雜糧粉能夠改善產(chǎn)品的品質(zhì)，將其應(yīng)用于主食化食品加工過程中具有重要意義，而且雜糧食品的開發(fā)，對促進(jìn)雜糧產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響[13]。

因此，利用擠壓膨化技術(shù)處理鷹嘴豆淀粉，并對擠壓膨化后的鷹嘴豆淀粉顆粒形貌進(jìn)行觀察，確定不同擠壓參數(shù)條件對其顆粒形貌產(chǎn)生的影響，以期為進(jìn)一步確定結(jié)構(gòu)特性的變化奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鷹嘴豆，市售，產(chǎn)自新疆；氫氧化鈉等化學(xué)試劑，均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SLG35-A型雙螺桿膨化機(jī)，濟(jì)南大億膨化機(jī)械有限公司產(chǎn)品；Perten3100型旋風(fēng)磨，波通瑞華科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；Bettersize2000型激光顆粒分布測量儀，丹東博泰儀器有限公司產(chǎn)品；TGL-16C型高速臺式離心機(jī)，上海安亨科學(xué)儀器廠產(chǎn)品；電熱鼓風(fēng)干燥箱，北京大宇儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 擠壓膨化工藝流程

鷹嘴豆淀粉→原料水分調(diào)節(jié)→主機(jī)溫度調(diào)節(jié)→主機(jī)頻率調(diào)節(jié)→喂料頻率調(diào)節(jié)→進(jìn)樣→擠壓膨化處理→膨化淀粉顆?！鋮s→粉碎→膨化淀粉粉末。

由于擠壓膨化時原料水分含量、膨化溫度、主機(jī)頻率和喂料頻率對物料膨化效果及產(chǎn)品組成結(jié)構(gòu)有直接影響，所以考查上述4個因素對鷹嘴豆淀粉顆粒形貌的影響。

1.3.2 鷹嘴豆原淀粉的分離提取

鷹嘴豆原料→去雜→清洗→80℃干燥→粉碎（100目）→氫氧化鈉浸泡（溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%，7 h）→過濾（100目）→離心（3 000 r/min，10 min）→去蛋白→清洗→離心→干燥（40℃）→鷹嘴豆原淀粉。

1.3.3 鷹嘴豆淀粉顆粒形貌的測定

掃描電子顯微鏡（SEM）觀察鷹嘴豆淀粉顆粒形貌。稱取一定量的淀粉樣品，分散于導(dǎo)電雙面膠上，鍍金處理后進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀察，在不同放大倍數(shù)條件下觀察樣品顆粒形貌，加速電壓為15 kV。

2 結(jié)果與分析

2.1 鷹嘴豆原淀粉顆粒的掃描電鏡觀察

鷹嘴豆原淀粉的顆粒形貌見圖1。

圖1 鷹嘴豆原淀粉的顆粒形貌

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在淀粉顆粒宏觀分子與組織結(jié)構(gòu)之間存在一個微晶結(jié)構(gòu)水平[14]。隨著各種分析技術(shù)的應(yīng)用，對淀粉結(jié)構(gòu)的理解取得了長足進(jìn)展。例如，凝膠滲透色譜、陰離子交換色譜和質(zhì)譜主要用于測定淀粉的分子結(jié)構(gòu)；X射線衍射常用于測定淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)；原子力顯微鏡用于觀察淀粉的分子結(jié)構(gòu)和顆粒的納米級結(jié)構(gòu)；掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡用于觀察淀粉顆粒形貌結(jié)構(gòu)；核磁共振、紅外光譜則廣泛應(yīng)用于測定取代基團(tuán)、分子結(jié)構(gòu)及結(jié)晶結(jié)構(gòu)等[15]。

由圖1可知，鷹嘴豆原淀粉顆粒呈橢圓形，顆粒表面光滑，顆粒粒形飽滿且粒形均勻。

2.2 膨化溫度對鷹嘴豆淀粉顆粒形貌的影響

膨化溫度對鷹嘴豆淀粉顆粒形貌的影響見圖2。

圖2 膨化溫度對鷹嘴豆淀粉顆粒形貌的影響

由圖2可知，在不同膨化溫度條件下擠壓膨化處理鷹嘴豆淀粉，得到的膨化淀粉顆粒微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，其顆粒形貌由規(guī)則均勻的卵圓形主要向不規(guī)則多棱角形轉(zhuǎn)變，甚至出現(xiàn)完全無規(guī)則形狀，顆粒表面變得粗糙，顆粒形貌不均勻。同時，隨著膨化溫度的升高，鷹嘴豆顆粒形貌變化較大。這主要是隨著膨化溫度的升高，擠壓膨化機(jī)的高溫高剪切作用劇烈地破壞了淀粉原有的顆粒結(jié)構(gòu)，淀粉分子重新排列。其中，在膨化溫度為85℃時，鷹嘴豆淀粉顆粒形貌較為均勻完整。

2.3 不同水分含量對鷹嘴豆淀粉擠壓膨化的影響

不同水分含量對膨化鷹嘴豆淀粉顆粒形貌的影響見圖3。

由圖3可知，不同水分含量對擠壓處理后淀粉顆粒形貌產(chǎn)生重要的影響。淀粉顆粒表面變得粗糙，顆粒多呈現(xiàn)規(guī)則的楞角形，不出現(xiàn)部分小顆粒。隨著原料水分含量的逐漸增大，顆粒形貌粗糙程度加大，顆粒粒形減小，顆粒變得無規(guī)則。這可能是由

圖3 不同水分含量對膨化鷹嘴豆淀粉顆粒形貌的影響

于淀粉在低水分條件下糊化程度低，隨著原料水分含量的增大，糊化程度加劇，導(dǎo)致淀粉顆粒形受到高壓和高剪切作用力的破壞，顆粒變得無規(guī)則。其中，在水分含量為14%時，膨化淀粉的顆粒形貌較為均勻完整。

2.4 螺桿轉(zhuǎn)速對鷹嘴豆淀粉擠壓膨化的影響

螺桿轉(zhuǎn)速對鷹嘴豆淀粉顆粒形貌的影響見圖4。

圖4 螺桿轉(zhuǎn)速對鷹嘴豆淀粉顆粒形貌的影響

由圖4可知，螺桿轉(zhuǎn)速對鷹嘴豆淀粉擠壓膨化的顆粒形貌具有較大影響，淀粉顆粒形貌變得不再光滑，顆粒多呈楞角形。隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增大，淀粉顆粒變小，淀粉晶體結(jié)構(gòu)完全受到破壞。淀粉顆粒由致密結(jié)構(gòu)向疏松結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，且淀粉出現(xiàn)過糊狀態(tài)。其中，螺桿轉(zhuǎn)速在29 Hz的條件下，膨化淀粉顆粒的形貌較為均勻完整。

2.5 喂料速度對鷹嘴豆淀粉擠壓膨化的影響

喂料速度對鷹嘴豆淀粉顆粒形貌的影響見圖5。

圖5 喂料速度對鷹嘴豆淀粉顆粒形貌的影響

由圖5可知，不同的喂料速度對鷹嘴豆淀粉的膨化效果影響不顯著，淀粉顆粒形貌均呈現(xiàn)較為完整的楞角形。但喂料速度過低，擠壓腔內(nèi)壓力不夠，導(dǎo)致淀粉糊化效果不佳，達(dá)不到良好的膨化效果；喂料速度過快，將導(dǎo)致擠壓腔內(nèi)物料過多，將在加壓腔內(nèi)產(chǎn)生高壓，影響淀粉的膨化效果。其中，喂料速度在22 Hz的條件下，膨化淀粉顆粒的形貌較為完整。

3 結(jié)論

利用掃描電子顯微鏡對不同擠壓膨化參數(shù)條件下鷹嘴豆淀粉的顆粒形貌進(jìn)行觀察，確定擠壓膨化對淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的影響。原淀粉顆粒較大，多數(shù)呈飽滿的卵圓形，少數(shù)呈圓形，表面十分光滑。經(jīng)過擠壓膨化處理后，淀粉顆粒均發(fā)生形狀和顆粒大小的改變，顆粒表面變得粗糙不光滑，形狀多呈不規(guī)則多角形，部分顆粒表面出現(xiàn)孔洞。在膨化溫度85℃，原料水分含量14%，螺桿轉(zhuǎn)速29 Hz，喂料速度22 Hz條件下，膨化淀粉顆粒形貌較為完整，說明高溫高壓擠壓膨化處理對淀粉顆粒結(jié)構(gòu)改變產(chǎn)生重要影響。

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Effects of Different Extrusion Parameters on the Morphology of Chickpea Starch Granules

WANG Lidong，SHEN Dan
（National Coarse Cereals Engineering Research Center，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319，China）

The granule morphology of chickpea starch treated by twin-screw extruder under different parameters is observed，and the morphology of starch granule of chickpea starch is investigated.The starch granule morphology is observed by scanning electron microscopy，particle morphology，degeneration of chickpea starch obtained by different extrusion temperature，material moisture，screw speed，feed speed and other factors and conditions，and chickpea starch particle morphology are compared.The results show that the starch granules of the main surface is smooth，oval，extrusion，extrusion and different parameters have different effects on the particle morphology of starch granules，the surface is rough，the majority shows irregular polygonal shape.It shows that high temperature and high pressure extrusion treatment have important influence on starch grain structure change.

extrusion；chickpea；starch；granule morphology

TS231

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.08.029

1671-9646（2017）08b-0001-03

2017-07-17

2015國家星火計劃項目（2015GA670008）；牡丹江市指導(dǎo)性科技計劃項目（Z2016N0016）；黑龍江省農(nóng)墾總局科技計劃項目（HNK135-05-02-4）。

王立東（1978—），男，碩士，助理研究員，研究方向為糧食、油脂及植物蛋白工程。