新型鮮濕方便米粉二級擠壓工藝的研究

楊 健 白菊紅 張星燦,2 康建平,2華苗苗 劉 建 吳 淼 鐘雪婷

(四川東方主食產(chǎn)業(yè)技術研究院1，成都 611130) (四川省食品發(fā)酵工業(yè)研究設計院2，成都 611130)

鮮濕米粉作為我國南方傳統(tǒng)的特色米制主食產(chǎn)品，傳統(tǒng)工藝以大米為原料，經(jīng)過浸泡、粉碎或磨漿、糊化、擠絲或切條等一系列工序制成[1-2]。其原理是大米粉碎后在高含水量(50%以上)與一定的溫度作用下經(jīng)糊化淀粉-水分子之間相互作用，破壞高溫狀態(tài)下不穩(wěn)定的淀粉分子氫鍵，靜置老化使直鏈淀粉分子的纏繞有序化，以雙螺旋形式互相纏繞形成具有一定黏彈性和強度的凝膠網(wǎng)絡，使淀粉形成具有硬性整體結構的凝膠[3-5]；直鏈淀粉經(jīng)糊化、老化后相互之間聚合能形成較多氫鍵、使米粉硬度增加、提高凝膠強度，支鏈淀粉改變米粉彈韌性[6，7]。

目前鮮濕米粉的研究多集中于傳統(tǒng)工藝原料特性與加工適應性[8-12]、原料浸泡[13，14]、關鍵工序[15]、滅菌方式[16]、保鮮方法[17，18]等的研究。傳統(tǒng)工藝存在生產(chǎn)時間長、環(huán)境差、工藝不穩(wěn)定等問題，影響鮮濕米粉的品質與保質期，目前對鮮濕米粉二次擠壓工藝的研究鮮見報道，借鑒非油炸擠出方便面工藝，為更好地了解二次擠壓對鮮濕米粉品質的影響，系統(tǒng)研究二次擠壓關鍵參數(shù)與產(chǎn)品品質的相關性是非常有必要的。

本實驗研究擠壓關鍵參數(shù)(進料水分、喂料速度、一級機筒溫度、二級機筒溫度、模板孔徑)對鮮濕米粉產(chǎn)品蒸煮品質、感官品質、質構特性的影響，并結合響應面模型對擠壓參數(shù)和產(chǎn)品品質進行擬合，以期為連續(xù)化工業(yè)化生產(chǎn)鮮濕米粉提供參考。

1 材料與方法

1.1 主要原輔料

秈米(川種優(yōu)3877)，粳米(隆兩優(yōu)534)。

1.2 實驗儀器

鮮濕米粉二級擠壓生產(chǎn)線。

1.3 實驗設計與方法

1.3.1 鮮濕米粉制作工藝

鮮濕米粉將秈米粉與粳米粉按3∶1的質量比混合，攪拌均勻后，經(jīng)和料，在較高溫度下進行二次擠壓熟化成型后，再經(jīng)過冷卻、切分、裝袋、滅菌、冷卻等工序而生產(chǎn)鮮濕米粉。

大米→粉碎→和料→一次擠出熟化→二次擠壓成型→冷風冷卻→定量切分→裝袋→滅菌→冷卻→成品入庫

1.3.2 實驗設計

1.3.2.1 進料水分的單因素實驗

在一級擠壓溫度160 ℃，二級擠壓溫度40 ℃，喂料速度0.5 kg/min，模板孔徑1.0 mm的基礎上，改變加水量調(diào)節(jié)進料水分(濕基)為28%、32%、36%、40%、44%進行單因素實驗。

1.3.2.2 喂料速度的單因素實驗

在1.3.2.1的基礎上，固定進料水分為40%，改變喂料速度為0.4、0.45、0.5、0.55、0.6 kg/min進行單因素實驗。

1.3.2.3 一級機筒溫度的單因素實驗

在1.3.2.2的基礎上，固定喂料速度0.5 kg/min，改變一級機筒溫度為150、160、170、180、190 ℃進行單因素實驗。

1.3.2.4 二級機筒溫度的單因素實驗

在1.3.2.3的基礎上，固定一級機筒溫度為170 ℃，改變二級機筒溫度為30、40、50、60、70 ℃進行單因素實驗。

1.3.2.5 模板孔徑的單因素實驗

在1.3.2.4的基礎上，固定二級機筒溫度為50 ℃，改變模板孔徑為0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mm進行單因素實驗。

1.3.2.6 響應面實驗設計

在單因素實驗的基礎上，選取合適范圍的進料水分、喂料速度、一級機筒溫度、二級機筒溫度、模板孔徑為自變量，每個變量3個水平，如表1所示，采用Box-Behnken實驗設計，建立二級擠壓關鍵工藝參數(shù)對鮮濕米粉感官評價影響的數(shù)學模型，確定鮮濕米粉擠壓最佳工藝參數(shù)。

表1 變量設計表

1.4 實驗方法

1.4.1 鮮濕米粉蒸煮品質測定

斷條率的測定[9]：選擇20根20 cm長的鮮濕米粉，在500 mL沸水中蒸煮1 min后，將米粉樣品撈起過冷水濾干，記錄10 cm以上的米粉條數(shù)(x1)，按公式進行斷條率的計算：

吐漿值測定[20]：測定米粉水分含量(W)，稱取20 g左右的米粉樣品(M0)，在500 mL沸水中蒸煮2 min，將湯汁定容至500 mL，移取50 mL至已恒重的器皿(M1)中，再將其放置在(105±2) ℃條件下干燥至恒重(M2)，按公式計算吐漿值：

式中：M0為米粉樣品質量；M1為恒重器皿質量；M2為恒重器皿和移取的湯汁固形物質量之和；W為米粉水分含量。

1.4.2 鮮濕米粉感官評價

參考張星燦[21]和佟立濤[22]制定的感官評價表，結合鮮濕米粉的特點進行綜合修改后，制定了鮮濕米粉感官評價標準。鮮濕米粉經(jīng)沸水泡3～5 min后，分放于碗中品嘗，品嘗小組由15位事先經(jīng)過訓練對品嘗有經(jīng)驗的人員組成。

表2 鮮濕米粉感官評分細則

1.4.3 方便米粉質構測定

米粉TPA測定方法[23]：取面條樣品20～30根，放入盛有500 mL沸水(蒸餾水)的燒杯中，加蓋靜置8 min，立即將面條撈出，在漏水絲網(wǎng)容器中瀝干水分后進行質構測定。測定方法按TPA實驗法進行，測定參數(shù)見表3，測定指標為：硬度、彈性、回復性、咀嚼性測量在10 min內(nèi)完成，每個樣品重復測定6次。

表3 質構儀操作參數(shù)

米粉拉伸實驗[24]：采用的質構儀探頭P/SPR面條拉伸裝置，參數(shù)設定如下：測前速度1 mm/s；測試速度3.0 mm/s；測后速度5 mm/s；引發(fā)力5 g；拉伸距離15 mm。

1.5 統(tǒng)計分析

采用統(tǒng)計軟件Excel 2007、SPSS20.0軟件、Design-expert 8.0.6進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 進料水分對鮮濕米粉品質的影響

進料水分是影響擠壓物料理化特性最重要的自變量之一。水分作為“溶劑”和“增塑劑”，決定糊化后淀粉分子鏈遷移和淀粉分子鏈重新聚合速率，從而影響米粉的品質[25，26]。由表4可知，隨著進料水分的增加，斷條率、吐漿率先減小后增大，拐點出現(xiàn)在進料水分40%時；感官評分則呈現(xiàn)先增大后減小，拐點同樣出現(xiàn)在進料水分40%處。進料水分較低時，自由水分子不足以使氫鍵完全斷裂，淀粉分子鏈的遷移受到抑制，米粉顆粒進行有限的吸水膨脹，糊化不充分，米粉凝膠結構疏松，導致米粉斷條、吐漿嚴重[6]；進料水分過多時，有利于淀粉分子鏈遷移，但因凝膠相中游離水過多，淀粉顆粒與水分子迅速水合，淀粉分子交聯(lián)纏繞和有序聚合的機率減少，不利于米粉生產(chǎn)[27]。這與陳小聰?shù)萚28]報道用傳統(tǒng)工藝制作米粉加水量在65%～75%，淀粉糊化均勻，制成的鮮濕米粉綜合品質較好的結論有差異。

表4 進料水分對鮮濕米粉品質的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著 (P<0. 05)，下同。

2.1.2 喂料速度對鮮濕米粉品質的影響

喂料速度決定粉料擠壓腔的填充程度，進而影響物料在擠壓腔中受到擠壓摩擦力、升溫速率、擠壓壓力，最終影響米粉的凝膠效果及生產(chǎn)速率[29]。由表5可知，隨著喂料速度的增加，米粉斷條率先減小后增大，而感官評分的變化則相反，峰值均出現(xiàn)在喂料速度0.5 kg/min處；隨著喂料速度的增加，米粉吐漿率也隨著增高，可能由于隨著喂料速度增加，物料在擠壓腔中停留時間減少，導致米粉凝膠松散，出現(xiàn)米粉吐漿率升高的現(xiàn)象。

表5 喂料速度對鮮濕米粉品質的影響

2.1.3 一級機筒溫度對鮮濕米粉品質的影響

米粉熟化主要完成于一級擠壓，一級機筒溫度是米粉擠壓熟化很重要的因素[29]。由表6可知，隨著一級機筒溫度的升高，米粉吐漿率逐漸降低；而斷條率隨一級機筒溫度的升高先降低在升高，峰值出現(xiàn)在170 ℃，此時感官評分也較高。由于一級機筒溫度決定物料溫度與擠壓壓力，直接影響淀粉的糊化效果，機筒溫度較低，淀粉糊化不完全，形成的凝膠網(wǎng)絡結構耐熱性差，易斷條[30]；溫度過高，因淀粉鏈段充分伸展，支、直鏈淀粉充分分離，易結晶老化，形成的鮮濕米粉太硬，蒸煮時易斷裂[31]。

表6 一級機筒溫度對鮮濕米粉品質的影響

2.1.4 二級機筒溫度對鮮濕米粉品質的影響

在一級擠出熟化的基礎上，二級擠出主要作用是米粉成型。二級機筒溫度溫度是影響米粉成型的主要因素之一。由表7可知，隨著二級機筒溫度的升高，米粉斷條率、吐漿率變化趨勢一致，先降低在升高，由于二級機筒溫度太低，米粉易老化導致斷條，進而影響吐漿率；二級機筒溫度過高，會導致擠出米粉表面膨化，帶來米粉吐漿率提高，進而影響斷條率。峰值出現(xiàn)在二級機筒溫度50 ℃，此時感官評分相對較高。

表7 二級機筒溫度對鮮濕米粉品質的影響

2.1.5 模板孔徑對鮮濕米粉品質的影響

模板孔徑直接影響米粉的成型效果與復水性。由表8可知，模板孔徑對吐漿值幾乎沒有影響；模板孔徑太小(0.6 mm)，米粉太細擠出成型后失水過快，會增加米粉的斷條率，而模板孔徑太大(1.4 mm)擠出米粉過粗導致太硬，中心復水不足而斷條，這與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)米粉正好相反。整體來看，模板孔徑在0.6～1.0 mm范圍內(nèi)生產(chǎn)的米粉斷條率、吐漿值及感官評分就能達到質量要求。

表8 模板孔徑對鮮濕米粉品質的影響

2.2 二級擠壓工藝響應面優(yōu)化實驗

2.2.1 實驗回歸模型

根據(jù)單因素實驗結果，采用5因素3水平進行Box-Behnken實驗設計(因素水平見表1)，得到46個實驗組合點，實驗方案與結果見表9。

表9 響應面設計的實驗方案與結果

應用Design-Expert 8.0.7軟件對表9實驗結果進行多元回歸擬合分析，可得到感官評價(Y)與各因素A、B、C、D、E之間的二次多項模型：

Y=-495.073 38+12.727 08A-264.502 31B+3.485 83C+3.217 08D-127.031 25E-0.452 60A2-0.093 519B2-0.0349 17C2-0.053 917D2+0.131 25AC+6.093 75AE+0.082 917BC+2.412 50DE

回歸方程方差分析結果見表10。

表10 回歸模型方差分析及顯著性檢驗

注：**表示差異極顯著(P<0.01)；*表示差異顯著(P<0.05)；-表示不顯著。

由表10可知，根據(jù)F值和p值，因素對產(chǎn)品感官評分(Y)的影響依次為

A2>B>D2>C>D>E>A>AC>C2>BC>B2>AE>DE>E2>CE>BE>AB>CD>BD>AD，其中因素A2、B、D2和C影響極顯著(P<0.01)，因素D、E、A、AC、C2、BC、B2、AE和DE影響顯著(P<0.05)，其余因素影響不顯著(P>0.05)。該回歸模型P<0.01，表明該方程模型極顯著；模型失擬項不顯著(P=0.423 0>0.05)，即該方程擬合較好；信噪比RSN=7.938>4，說明模型設計合理，可用于預測。

2.2.2 交互作用對感官評價的影響

根據(jù)回歸分析的結果和已建立的數(shù)學模型，繪制影響顯著因素的響應面和等高線圖。

圖1a表明進料水分與一級機筒溫度的交互作用較強，其中一級機筒溫度等高線比較密集，更靠近橢圓中心區(qū)域，說明在兩者的交互作用中一級機筒溫度的作用強于進料水分。

圖1 各因素交互作用響應面和等高線圖

圖1b表明進料水分與模板孔徑的交互作用較強，其中模板孔徑等高線比較密集，更靠近橢圓中心區(qū)域，說明在兩者的交互作用中模板孔徑的作用強于進料水分。

圖1c表明喂料速度與一級機筒溫度的交互作用較強，其中一級機筒溫度等高線比較密集，更靠近橢圓中心區(qū)域，說明在兩者的交互作用中一級機筒溫度的作用強喂料速度。

圖1d表明二級機筒溫度與模板孔徑的交互作用較強，其中模板孔徑等高線比較密集，更靠近橢圓中心區(qū)域，說明在兩者的交互作用中模板孔徑的作用強二級機筒溫度。

2.2.3 最適擠壓工藝參數(shù)及驗證實驗

對Design-Expert分析得到的優(yōu)化回歸方程求解極大值，結果表明，當擠壓工藝參數(shù)為進料水分為40.81%、喂料速度0.50 kg/min、一級機筒溫度179.36 ℃、二級機筒溫度58.07 ℃、模板孔徑1.0 mm，得到感官評價為97.6分。

為驗證方案的有效性，在擠壓工藝參數(shù)為進料水分為41%、喂料速度0.50 kg/min、一級機筒溫度179 ℃、二級機筒溫度58 ℃、模板孔徑1.0 mm的條件下進行3次重復驗證實驗，感官評價為96.5分，標準偏差為2.45，在模型標準誤差4.62允許范圍內(nèi)，采用響應面Box-Behnken優(yōu)化獲得的鮮濕米粉擠壓工藝參數(shù)準確可靠，對工業(yè)化生產(chǎn)具有實際的指導意義。

2.3 二級擠壓鮮濕方面米粉的品質分析

在響應面實驗得到的最佳工藝條件下，采用二級擠壓工藝制備米粉。為了客觀地評價在該工藝條件下制得的米粉的品質，選取市售鮮濕米粉和實驗米粉，樣品經(jīng)沖泡后進行質構品質對比分析，結果見表11。

不同樣品品質經(jīng)方差分析差異顯著，其中實驗樣品斷條率均低于3種市售鮮濕米粉，硬度高于3種市售鮮濕米粉，其余品質均優(yōu)于其他市售米粉。所以，本工藝制作的鮮濕米粉品質優(yōu)良，滿足上市的要求。

表11 鮮濕方便米粉品質

3 結論

通過響應面實驗設計，系統(tǒng)考察了二級擠壓關鍵參數(shù)(進料水分、喂料速度、一級機筒溫度、二級機筒溫度、模板孔徑)對鮮濕方便米粉品質的影響，結果表明：

在鮮濕方便米粉生產(chǎn)過程中，米粉品質受物料進料水分、喂料速度、一級機筒溫度、二級機筒溫度、模板孔徑這些擠壓關鍵參數(shù)的影響，其中斷條率、吐漿率受進料水分、一級機筒溫度、模板孔徑的影響較大。

在系統(tǒng)研究二級擠壓工藝的過程中，鮮濕米粉二級擠壓關鍵參數(shù)，能在一定范圍內(nèi)提高鮮濕米粉的品質，達到與市售米粉相當?shù)乃健?/p>

通過響應面分析實驗優(yōu)化二級擠壓工藝，最佳工藝為：進料水分41%、喂料速度0.50 kg/min、一級機筒溫度179 ℃、二級機筒溫度58 ℃、模板孔徑1.0 mm。通過該工藝制作鮮濕米粉產(chǎn)品米香濃郁、彈性好，綜合品質較好，其斷條率3.02%，吐漿率3.21%，感官評分94.2,可為鮮濕方便米粉連續(xù)化工業(yè)化生產(chǎn)提供實踐參考。