西藏青稞雞爪谷雜糧粉擠壓膨化工藝優(yōu)化

靳玉龍，白 婷，朱明霞，劉小嬌，王姍姍，張玉紅

（西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學院農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)與食品科學研究所，西藏拉薩850000）

0 引言

青稞（Hordeum vulgareL.var.nudumHook.f）屬于禾本科植物，是大麥的變種，是青藏高原地區(qū)種植最廣泛的農(nóng)作物，也是藏民賴以生存的糧食作物[1]。隨著青稞產(chǎn)量的不斷提高，其營養(yǎng)品質(zhì)逐漸受到人們的重視，尤其發(fā)現(xiàn)青稞具有“三高兩低”（高蛋白、高纖維、高微生素、低脂肪、低糖）的特色優(yōu)勢之后[2]，其膳食結(jié)構(gòu)滿足現(xiàn)代人健康飲食的要求，人們對青稞的加工研究日益增多。2019年西藏自治區(qū)內(nèi)80萬t可用于加工的青稞中，主要集中于米型和粉制等低附加值產(chǎn)品，產(chǎn)品也以面類為主，這在一定程度上限制了青稞加工品的開發(fā)提升。擠壓加工技術(shù)是在熱能和機械能的共同作用下，連續(xù)擠壓、剪切、混合、蒸煮，使物料塑性化的加工方式，具有高溫、短時等特點。青稞中淀粉含量相對較高，擠壓改性能使其α化，從而達到改善口感和品質(zhì)的目的，是提高營養(yǎng)價值的有效途徑[3]。同時，在西藏高原環(huán)境下，膨化參數(shù)的設(shè)置是否能達到內(nèi)地的設(shè)備要求，也需要在試驗中探索。陳峰青等人[4]通過對青稞粉進行擠壓發(fā)現(xiàn)提高了粉的糊化性質(zhì)和消化率，但由于高原環(huán)境特殊，環(huán)境壓力的不同是否對膨化產(chǎn)生影響、膨化溫度的適宜性如何等都待進一步探究。試驗將探討在高原環(huán)境下擠壓膨化對青稞加工的可能性，通過優(yōu)化膨化工藝，增加加工方式，提升當?shù)匦‰s糧的附加值，協(xié)助區(qū)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為后期更多類青稞產(chǎn)品的開發(fā)提供理論參考和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

藏青320青稞籽粒，西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學院農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)與食品科學研究所提供；雞爪谷，拉薩市售；豌豆，日喀則當?shù)禺a(chǎn)黑豌豆。

1.2 儀器與設(shè)備

DSE-II型實驗型雙螺桿擠壓膨化機，濟南盛潤機械有限公司產(chǎn)品；電子天平，賽多利斯（上海）有限公司產(chǎn)品；16G型離心機，上海安亭儀器有限公司產(chǎn)品；DHG－9140A型電熱恒溫鼓風干燥箱、HWS－28型電熱恒溫水浴鍋，上海齊欣科學儀器有限公司產(chǎn)品；DFY型系列高速萬能粉碎機，上海利聞科學儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

雜糧粉制備：將青稞、雞爪谷、豌豆利用高速萬能粉碎機粉碎，并過80目篩，按比例復(fù)配制得雜糧粉（含水量10.2%）。

1.3.1 單因素試驗

（1）水分對膨化率的影響。物料水分設(shè)定為10%，12%，14%，16%，18%，20%。Ⅰ區(qū)溫度為20℃，Ⅱ區(qū)溫度為70℃，Ⅲ區(qū)溫度為150℃，主軸轉(zhuǎn)速為25 Hz，喂料速度為8 Hz。

（2）其他參數(shù)的影響因素。通過前期試驗選擇主軸速度20，23，25 Hz。Ⅲ區(qū)溫度150，160，170℃和喂料速度8，10，12 Hz進行正交試驗。

正交試驗參數(shù)設(shè)置范圍見表1。

表1 正交試驗參數(shù)設(shè)置范圍

1.3.2 膨化率的測定

用游標卡尺測量擠壓膨化后產(chǎn)品的直徑，每個樣品隨機測定5次，求其平均值作為產(chǎn)品的平均直徑d1，再除以模孔直徑d2，即得擠壓膨化產(chǎn)品的膨化率[5]。

1.3.3 吸水性的測定

準確稱取1.5 g的樣品，質(zhì)量記為m，同30 mL蒸餾水一起放入恒質(zhì)量的50 mL的離心管中，離心管質(zhì)量記為m1，振蕩30 min，然后離心15 min。上清液轉(zhuǎn)入恒質(zhì)量的鋁盒中，稱量留下膠體的離心管質(zhì)量并記為m2，計算吸水性：

1.3.4 水溶性的測定

將上述測定吸水性指數(shù)的上清液轉(zhuǎn)移至鋁盒，鋁盒質(zhì)量為m3，在105℃下烘箱中蒸發(fā)至恒質(zhì)量，干物質(zhì)和鋁盒的質(zhì)量記為m4，水溶性指數(shù)計算方式：

1.3.5 堆積密度的測定

將樣品輕輕倒入10 mL量筒，用量筒底部輕敲實驗臺，直將樣品間空隙減少不再下降，反復(fù)直至樣品位置到10 mL的標記位置。堆積密度記為單位體積的樣品質(zhì)量。

1.3.6 沉降性的測定

將10 g樣品加水攪拌5 min，定容至100 mL，攪拌均勻后將一定體積的混合液轉(zhuǎn)入具塞帶刻度的試管中，將其靜置沉降30 min，測定沉淀出來的固體的體積。

1.3.7 分散性的測定

稱5 g樣品放于100 mL水中，加25℃的去離子水50 mL，以轉(zhuǎn)速800 r/min攪拌，記錄開始攪拌到樣品全部分散所用的時間（s）。

1.3.8 潤濕性的測定

在250 mL燒杯中，加水200 mL，稱取0.5 g樣品于水面上，盡量鋪平，測定樣品加入后直到樣品完全沉降所用的時間（s）。

2 結(jié)果與分析

2.1 膨化原料基本成分比較

膨化原料成分見表2。

表2 膨化原料成分

由表2可知，青稞脂肪含量最高，蛋白質(zhì)、微量元素鈣和鎂等青稞最低，蛋白質(zhì)、鉀、鐵含量豌豆最高，從雜糧膨化擠壓角度講，單純青稞擠壓膨化營養(yǎng)價值較低，而相對復(fù)配后的雜糧顯著提高了蛋白質(zhì)、微量元素含量，同時減少了脂肪的含量。從目前營養(yǎng)健康方面來看，較為符合人體攝入的要求和趨勢。

2.2 物料水分含量對膨化率的影響

物料含水量與膨化率的關(guān)系見圖1。

圖1 物料含水量與膨化率的關(guān)系

由圖1可知，當物料中水分含量為10%時，膨化率較低，隨著水分的增加，膨化率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。在水分含量12%時，膨化率達到最大。

正交試驗結(jié)果見表3，正交試驗結(jié)果分析見表4。

表3 正交試驗結(jié)果

表4 正交試驗結(jié)果分析

由表3可知，影響擠壓膨化效果的因素排序為A>D>B>C，即物料水分含量>喂料速度>膨化機Ⅲ區(qū)溫度>主軸的轉(zhuǎn)速；并且從K1，K2，K3可已看出，理論最佳工藝為A1B3C1D1，即物料水分含量為12%，Ⅲ區(qū)溫度170℃，主軸轉(zhuǎn)速20 Hz，喂料速度8 Hz。

青稞雜糧膨化粉的物理特性見表5。

由表5可知，通過對不同膨化參數(shù)組合的青稞雜糧粉的吸水性、水溶性、堆積密度、沉降性、分散性、潤濕性等指標進行測定，發(fā)現(xiàn)測定組合之間沒有表現(xiàn)出明顯的速溶差異特性。從沉降性、潤濕性來看，組合9體現(xiàn)出了較好的速溶特性，而分散時間組合3時間最短，并且吸水性和水溶性較高。吸水性最好的為組合1，可能因為膨化程度最好，導(dǎo)致組織間具有更多疏松、多孔結(jié)構(gòu)[6]。青稞粉膨化后溶解度、吸水性、沉降性等都有所增大。從以上數(shù)據(jù)來看，青稞雜糧膨化率的大小與速溶性指標不呈正比關(guān)系。

表5 青稞雜糧膨化粉的物理特性

3 討論

根據(jù)正交試驗優(yōu)化工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)A1B3C1D1為最優(yōu)組合，其膨化率可以達到最高，但是通過對水溶性等指標進行檢測時，并沒有顯著證明此組合跟速溶性的相關(guān)性，就說明速溶性需要根據(jù)其速溶指標進行測定。當水分為12%時，發(fā)現(xiàn)青稞雜糧粉的膨化率最高，此水分包括物料中本身所含的水分。同時通過多膨化粉的水溶性、吸水性、堆積密度、分散性、沉降性、潤濕性等進行分析檢測，當膨化參數(shù)為組合9時，堆積密度較大，并且沉降性、潤濕性最小，速溶性達到最佳。根據(jù)以上試驗，在進行擠壓膨化試驗時，需要根據(jù)加工品來確定參數(shù)范圍。同時，有文獻研究擠壓膨化對速溶粉影響發(fā)現(xiàn)，堆積密度和溶解度隨著物料的細化呈增大趨勢，物料溶解于水的程度越來越明顯[7]；分散性、流動性、潤濕性、沉降性等越小，對于粉的速溶性越好[8]。同時發(fā)現(xiàn)，在組合1參數(shù)水平下，膨化率、吸水性和水溶性也較高，這與其膨化率高導(dǎo)致的組織結(jié)構(gòu)疏松有關(guān)。

4 結(jié)論

通過對青稞雜糧粉膨化工藝的優(yōu)化，在高原環(huán)境下，影響擠壓膨化效果的因素排序為A>D>B>C，即物料水分含量>喂料速度>膨化機Ⅲ區(qū)溫度>主軸的轉(zhuǎn)速；并且從膨化率來看，正交試驗得出理論最佳工藝為A1B3C1D1，即物料水分含量為12%，Ⅲ區(qū)溫度170℃，主軸轉(zhuǎn)速20 Hz，喂料速度8 Hz；從速溶粉的生產(chǎn)工藝來看，最佳工藝為物料水分含量為16%，Ⅲ區(qū)溫度170℃，主軸轉(zhuǎn)速23 Hz，喂料速度8 Hz。