雙螺桿擠壓復(fù)合方便粥配方優(yōu)化及品質(zhì)分析

王 晨，王 燕，吳衛(wèi)國(guó)，廖盧艷

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 412000）

近20年來，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市化進(jìn)程的推進(jìn)，人們的生活方式和飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大改變，居民膳食中高脂肪、高鹽、高糖、高熱量的食物攝入比逐年增加，進(jìn)而引發(fā)了高血壓、肥胖癥、糖尿病等富貴病的出現(xiàn)，現(xiàn)在人們逐漸意識(shí)到均衡飲食的重要性，對(duì)方便、快捷、營(yíng)養(yǎng)均衡的食品逐漸青睞[1]。方便粥，在我國(guó)市場(chǎng)上一般分為沖泡型和即食型兩大類，這兩類食品的共同優(yōu)勢(shì)都在于保留了雜糧食品中大部分營(yíng)養(yǎng)，且具有良好的口味[2]。大部分?jǐn)D壓膨化方便粥主要由馬鈴薯[3]、高粱[4]、綠豆[5]、黑米、小米等單一或兩種原料制成，所含營(yíng)養(yǎng)成分也較為單一，不適合希望以此來改善自身飲食不均衡的人群、肥胖人群等特殊人群的食用[6]。谷物中所含的膳食纖維對(duì)降膽固醇、降血糖有較好的輔助效果；谷物中蛋白質(zhì)所含必需氨基酸種類齊全、含量豐富，能維持機(jī)體正常的生理活動(dòng)，調(diào)節(jié)機(jī)體代謝等重要生理功能。隨著人們養(yǎng)生和保健意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)均衡膳食的要求逐漸增高，研發(fā)同時(shí)具備低糖、低熱量、富含大量蛋白質(zhì)和膳食纖維的功能性食品尤為重要。

燕麥蛋白質(zhì)含量約為16%[7?8]，氨基酸種類豐富，其中，人體必需氨基酸含量均處于較高水平[9]，另外燕麥中富含膳食纖維、β-葡聚糖、酚類等活性成分，具有調(diào)節(jié)血糖、降低膽固醇、促進(jìn)消化、抗氧化等功能與作用[10?12]。大米中淀粉占比最高，脂肪含量較低，富含優(yōu)質(zhì)谷蛋白，過敏性低，適于大眾人群食用[13?14]。藜麥富含蛋白質(zhì)、膳食纖維、酚類、皂苷、維生素等活性成分，一般谷物缺乏的限制性氨基酸賴氨酸含量尤為豐富，屬于全營(yíng)養(yǎng)食品，具有改善人體健康、預(yù)防慢性疾病的潛在價(jià)值[15?16]。黑豆蛋白質(zhì)含量位居豆類之首，氨基酸含量豐富，黑豆蛋白質(zhì)具有抗氧化、抗疲勞、延緩衰老等功效[17?18]。黑米中蛋白質(zhì)、膳食纖維、礦物元素及維生素含量皆高于普通糙米，且富含花色苷、生育酚、谷維素等多種活性成分，具有調(diào)節(jié)血脂、血糖和抗炎等多種生理功能[19?22]。上述谷物在組成成分上都具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)具有較為豐富的活性物質(zhì)，對(duì)調(diào)節(jié)人體健康有益。

擠壓加工技術(shù)是一種高溫、短時(shí)的加工技術(shù)，集混合、剪切、蒸煮和成型等為一體，影響原材料的微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)特性、形狀和質(zhì)地[23]。擠壓過程中的熱機(jī)械能作用導(dǎo)致淀粉的糊化，蛋白質(zhì)的變性，酶、微生物和多種抗?fàn)I養(yǎng)因子的失活，此外擠壓導(dǎo)致淀粉顆粒的破碎使得淀粉更容易被酶攻擊，因此，擠壓產(chǎn)品具有口感好、消化率高、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)易被吸收等優(yōu)點(diǎn)[24]。方浩標(biāo)等[25]研究發(fā)現(xiàn)，擠壓膨化后紫糙米粉的淀粉晶體結(jié)構(gòu)由A型轉(zhuǎn)變?yōu)閂型，結(jié)晶度下降；紫糙米粉表面變得光滑，呈現(xiàn)出較多的孔洞結(jié)構(gòu)；表明擠壓膨化技術(shù)能顯著改善紫糙米粉的糊化性質(zhì)與水化特性。劉鵬等[26]以小米粉為主要原料復(fù)配脫脂大豆粉，通過工藝優(yōu)化降低了方便粥的升糖指數(shù)，糊化度、復(fù)水率和感官評(píng)分均維持較高水平。D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)是一種將D-最優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于混料實(shí)驗(yàn)中的設(shè)計(jì)方法，該方法具有試驗(yàn)次數(shù)少，信息量充分，參數(shù)預(yù)測(cè)精度高，多目標(biāo)同步優(yōu)化的特點(diǎn)[27]。

本實(shí)驗(yàn)以碎米、大豆蛋白粉、藜麥、黑豆、燕麥、黑米為原料進(jìn)行擠壓膨化方便粥的生產(chǎn)，通過D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)上述六種原料粉的比例進(jìn)行優(yōu)化，以糊化度、復(fù)水率、吸水性（WAI）和感官評(píng)分為響應(yīng)值，對(duì)優(yōu)化后產(chǎn)品以相同指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。在方便粥中加入這六種原料，不僅賦予了方便粥豐富的營(yíng)養(yǎng)，也提高了碎米及其他谷物的利用率。為低值大米深加工利用、開發(fā)營(yíng)養(yǎng)且多功能食品提供理論和技術(shù)支撐，同時(shí)希望可滿足市場(chǎng)對(duì)新型營(yíng)養(yǎng)方便粥的需求。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

碎米 湖南角山米業(yè)有限責(zé)任公司；藜麥 昆明躍橙商貿(mào)有限公司；燕麥 張家口萬全區(qū)燕脈食品有限公司；大豆蛋白粉 河北嘉碩食品添加劑有限公司；黑豆 黑龍江佰禾農(nóng)貿(mào)有限公司；黑米 延壽縣加信鎮(zhèn)哈達(dá)糧油加工廠；糖化酶 酶活≥100000 U/mL，上海瑞永生物科技有限公司；所有試劑 均為分析純。

FWHE36-24雙螺桿擠壓機(jī) 富馬科公司；SFY-60水分測(cè)定儀 深圳冠亞水分儀科技有限公司；VAP 50s OT全自動(dòng)凱氏定氮儀 德國(guó)Gerhardt公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 擠壓工藝流程 篩選優(yōu)質(zhì)原料谷物→分別粉碎、過篩（60目）→按比例混勻→擠壓膨化→烤爐干燥（160 ℃，15 s）→冷卻→包裝備用。

擠壓工藝參數(shù)：通過預(yù)實(shí)驗(yàn)將擠壓膨化機(jī)溫區(qū)II區(qū)、III區(qū)、IV區(qū)、V區(qū)、VI區(qū)溫度分別設(shè)為60、100、140、160、180 ℃；進(jìn)水量15%；螺桿轉(zhuǎn)速240 r/min。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn) 碎米添加量的確定：固定大豆蛋白粉、藜麥、燕麥、黑豆、黑米添加量為10%、10%、10%、10%、10%，碎米添加量分別為40%、45%、50%、55%、60%，以確定碎米最佳添加量。大豆蛋白粉添加量的確定：固定碎米、藜麥、燕麥、黑豆、黑米添加量為50%、10%、10%、10%、10%，大豆蛋白粉添加量分別為10%、12%、14%、16%、18%，以確定大豆蛋白粉最佳添加量。藜麥添加量的確定：固定碎米、大豆蛋白粉、燕麥、黑豆、黑米添加量為50%、10%、10%、10%、10%，藜麥添加量分別為10%、15%、20%、25%、30%，以確定藜麥最佳添加量。燕麥添加量的確定：固定碎米、大豆蛋白粉、藜麥、黑豆、黑米添加量為50%、10%、10%、10%、10%，燕麥添加量分別為0%、5%、10%、15%、20%，以確定燕麥最佳添加量。黑豆添加量的確定：固定碎米、大豆蛋白粉、藜麥、燕麥、黑米添加量為50%、10%、10%、10%、10%，黑豆添加量分別為0%、5%、10%、15%、20%，以確定黑豆最佳添加量。黑米添加量的確定：固定碎米、大豆蛋白粉、藜麥、燕麥、黑豆添加量為50%、10%、10%、10%、10%，黑米添加量為2%、4%、6%、8%、10%，以確定黑米最佳添加量[28]。以上原料添加量均為質(zhì)量添加量。

1.2.3 擠壓膨化混料優(yōu)化 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到碎米、大豆蛋白粉、藜麥、燕麥、黑豆以及黑米的比例范圍，然后采用輔助軟件Design Expert（V.10.0.3）中的D-最優(yōu)混料實(shí)驗(yàn)（D-optimal）設(shè)計(jì)。以碎米、大豆蛋白粉、藜麥、燕麥、黑豆以及黑米的比例為變量，以復(fù)水率、糊化度、WAI和感官評(píng)分作為響應(yīng)值。參考單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以原料總量為1，實(shí)驗(yàn)的因素及水平見表1。

表1 混料實(shí)驗(yàn)因素和水平Table 1 Factors and levels of experimental mixture design

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

1.3.1 吸水性（WAI）的測(cè)定 將擠壓膨化后的方便粥粉碎后過80目篩備用。準(zhǔn)確稱取2.0 g樣品M置于已恒重50 mL離心管中，加入20 mL水，攪拌使其完全分散，于30 ℃恒溫水浴鍋保溫30 min，每5 min攪拌10 s。接著在轉(zhuǎn)速4000 r/min下離心15 min，分離上清液和沉淀。所有樣品測(cè)3次取平均值。WAI （%）按下式（1）計(jì)算：

式中：m為沉淀（g）；M為樣品質(zhì)量（g）。

1.3.2 糊化度的測(cè)定 參考吳昊[29]的方法，將樣品粉碎過80目篩，稱取1 g樣品，分別放入2個(gè)錐形瓶中（W1、W2），另取錐形瓶W0，不加樣品做空白對(duì)照。于3個(gè)錐形瓶中分別加入50 mL蒸餾水，輕輕振蕩至充分混合，將W1錐形瓶在電爐上保持微沸糊化20 min，保持其不被燒干并不斷搖晃，然后冷卻至室溫。在3個(gè)錐形瓶中分別加入稀釋的糖化酶5 mL，充分混勻，50 ℃恒溫水浴1 h，及時(shí)取出加入2 mL鹽酸（1 mol/L）終止反應(yīng)，將反應(yīng)物定容至100 mL，過濾備用。移取濾液各10 mL分別放入3個(gè)標(biāo)記碘量瓶中，并且加入10 mL碘液（0.05 mol/L）及18 mL氫氧化鈉（0.1 mol/L）溶液，蓋塞，在暗處放置15 min，然后迅速加入2 mL硫酸，用硫代硫酸鈉（0.1 mol/L）溶液滴定至無色，記錄硫代硫酸鈉消耗的體積。計(jì)算糊化度（%）如公式（2）。

式中：W0為空白消耗硫代硫酸鈉的體積（mL）；W1為電爐糊化后樣品消耗硫代硫酸鈉的體積（mL）；W2為不經(jīng)過電爐糊化的樣品消耗硫代硫酸鈉的體積（mL）。

1.3.3 復(fù)水率的測(cè)定 參考劉明等[30]的方法，精確稱取擠壓膨化后方便粥A（g）于小燒杯中，加入5倍量沸水輕輕攪動(dòng)，加蓋5 min 后濾出粥粒，用吸水紙快速擦干表面水分，立刻稱量瀝干樣品的質(zhì)量B（g），計(jì)算復(fù)水率（%）如公式（3）。

1.3.4 感官評(píng)價(jià) 稱取膨化后的方便粥樣品10 g置于潔凈的一次性紙杯中，用30 mL沸水進(jìn)行沖泡，沖泡時(shí)間為3 min，隨后由10位經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的感官評(píng)鑒員品嘗，并依據(jù)感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表2）對(duì)樣品進(jìn)行打分，然后取平均值作為樣品的最終感官評(píng)分。

表2 擠壓方便粥感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of extruded instant porridge

1.3.5 基本成分測(cè)定

1.3.5.1 水分含量 參考GB 5009.3-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》。

1.3.5.2 淀粉含量 參考GB 5009.9-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中淀粉的測(cè)定》。

1.3.5.3 蛋白質(zhì)含量 參考GB 5009.5-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》采用Gerhardt 全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定。

1.3.5.4 膳食纖維含量 參考GB 5009.88-2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中膳食纖維的測(cè)定》。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Origin 2018（美國(guó)Origin-Lab公司）軟件進(jìn)行單因素及曲線回歸分析和制圖，單組別實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差；采用Design-Expert8.0.6軟件D-optimal設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，單組別實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 谷物添加量對(duì)擠壓膨化方便粥品質(zhì)的影響

2.1.1 碎米添加量對(duì)擠壓膨化方便粥品質(zhì)的影響由圖1可知，隨著碎米添加量的增加，擠壓方便粥的WAI、感官評(píng)價(jià)與復(fù)水率均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)；糊化度隨著添加量的增加，呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢(shì)。當(dāng)碎米添加量為45%時(shí)，糊化度與WAI為最高水平分別為99.698%和424.29%；而添加量為55%時(shí)，感官評(píng)分和復(fù)水率達(dá)到最高值分別為82.2分和481.621%。隨著碎米添加量的增加，復(fù)水率呈先升后降的趨勢(shì)，可能是在某一范圍內(nèi)隨著淀粉含量的增加，在高溫、高剪切力作用下，淀粉迅速膨化，使產(chǎn)品空隙變大，空隙率變多，吸水速度變快，從而復(fù)水率增大。復(fù)水率越大，表明方便粥在沖泡相同時(shí)間內(nèi)吸水量越大，沖泡后口感也更佳，表明感官評(píng)分與復(fù)水率有相同的變化趨勢(shì)。故綜合考慮，選擇碎米添加量在40%~50%水平下開展進(jìn)一步的研究。

圖1 碎米添加量對(duì)擠壓膨化方便粥品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of broken rice addition on the quality of extruded instant porridge

2.1.2 大豆蛋白粉添加量對(duì)擠壓膨化方便粥品質(zhì)的影響 由圖2可知，隨著大豆蛋白粉的添加，復(fù)水率、WAI、感官評(píng)分均呈先上升后下降的趨勢(shì)，糊化度則是先降后升再降。隨著大豆蛋白粉的增加，物料中蛋白質(zhì)含量上升，有利于蛋白質(zhì)分子與淀粉分子之間的締合，蛋白質(zhì)具有一定的潤(rùn)滑作用，物料與螺桿之間的剪切力下降，物料在腔體內(nèi)停留的時(shí)間縮短，導(dǎo)致物料無法充分糊化，在添加量大于14%時(shí)出現(xiàn)急劇下降；復(fù)水率、WAI在10%~16%范圍內(nèi)呈上升趨勢(shì)，而感官評(píng)分在14%達(dá)到最高80.1分，表明在14%添加量時(shí)具有最適口感。綜合考慮，選擇大豆蛋白粉的添加量在14%~18%水平下進(jìn)行下一步研究。

圖2 大豆蛋白粉添加量對(duì)擠壓膨化方便粥品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of soybean protein powder addition on the quality of extruded instant porridge

2.1.3 藜麥添加量對(duì)擠壓膨化方便粥品質(zhì)的影響由圖3可知，隨著藜麥添加量的增加，方便粥的感官評(píng)分持續(xù)上升，糊化度、WAI、復(fù)水率均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)添加量為20%時(shí)，糊化度與WAI達(dá)到峰值分別為99.698%和415.761%；在25%時(shí)，復(fù)水率達(dá)到峰值451.509%。復(fù)合粉在雙螺桿擠壓膨化機(jī)腔體內(nèi)經(jīng)高溫、高壓、高剪切力的作用處于熔融狀態(tài)，其糊化度上升。淀粉顆粒出現(xiàn)破損和皺縮，大分子物質(zhì)斷裂成小分子物質(zhì)，使其WAI、復(fù)水率上升。另外，藜麥具有較好的糊化穩(wěn)定性，不易老化，可以改善口感，故感官評(píng)分持續(xù)上升[31]。故綜合考慮，選擇藜麥添加量在15%~25%水平下開展進(jìn)一步的研究。

圖3 藜麥添加量對(duì)擠壓膨化方便粥品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of quinton addition on the quality of extruded instant porridge

2.1.4 黑豆添加量對(duì)擠壓膨化方便粥品質(zhì)的影響由圖4可知，隨著黑豆添加量的增加，方便粥的復(fù)水率、糊化度、WAI、感官評(píng)分等指標(biāo)均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)黑豆添加量為5%時(shí)，復(fù)水率與感官評(píng)分均達(dá)到峰值分別為472.986%、84.1分，WAI則在10%時(shí)達(dá)到最高水平442.694%，糊化度在15%時(shí)達(dá)到峰值99.701%。黑豆中蛋白質(zhì)含量豐富，其中短肽占比較多，可溶性小分子物質(zhì)增加，WAI上升；糊化度隨添加量的變化趨于穩(wěn)定。綜合考慮，選擇黑豆添加量0~10%水平開展進(jìn)一步的研究。

圖4 黑豆添加量對(duì)擠壓膨化方便粥品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of black bean addition on the quality of extruded instant porridge

2.1.5 燕麥添加量對(duì)擠壓膨化方便粥品質(zhì)的影響由圖5可知，隨著燕麥添加量的增加，復(fù)水率、糊化度、WAI與感官評(píng)分均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)燕麥添加量為5%時(shí)，WAI達(dá)到峰值408.346%，在添加量為10%時(shí)，糊化度與感官評(píng)分達(dá)到峰值分別為99.698%和84.8分，而在15%時(shí)，復(fù)水率達(dá)到最高水平399.850%。燕麥中含有大量的可溶性膳食纖維，擠壓能提高膳食纖維的產(chǎn)出率[32]，隨著添加量的增加可溶性膳食纖維及小分子物質(zhì)含量增加，WAI與糊化度上升；燕麥通過擠壓膨化，能更好的改善其口感，使其口感更佳[33]，感官評(píng)分與復(fù)水率上升。當(dāng)添加量超過10%時(shí)，膳食纖維含量逐漸增加，大量的膳食纖維會(huì)降低適口性。綜合考慮，選擇燕麥添加量在0~10%水平下進(jìn)行下一步研究。

圖5 燕麥添加量對(duì)擠壓膨化方便粥品質(zhì)的影響Fig.5 Effect of oat addition on the quality of extruded instant porridge

2.1.6 黑米添加量對(duì)擠壓膨化方便粥品質(zhì)的影響由圖6可知，隨著黑米添加量的增加，糊化度與感官評(píng)分呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)，復(fù)水率與WAI則呈持續(xù)上升趨勢(shì)，當(dāng)黑米添加量為6%時(shí)，糊化度與感官評(píng)分達(dá)到峰值分別為99.698%和79分。黑米支鏈淀粉中短鏈所占比重較大[34]，在高溫、高壓和高剪切力作用下極易發(fā)生結(jié)構(gòu)上的變化，提高黑米的吸水系數(shù)和WAI，這與邱婷婷等[35]的研究趨勢(shì)一致；在高剪切力和高溫作用下，使更多水分子進(jìn)入淀粉的空間結(jié)構(gòu)，從而破壞分子間的締合狀態(tài)，使得糊化度上升；擠壓改變了產(chǎn)物的組織結(jié)構(gòu)，將膳食纖維、淀粉大分子等大分子物質(zhì)剪切成小分子物質(zhì)，細(xì)化了口感，感官評(píng)分上升。黑米添加量超過6%時(shí)，增強(qiáng)了分子間的締合狀態(tài)，使得糊化度下降，糊化度與感官評(píng)分下降。結(jié)合上述分析與混料比總和為1考慮，選擇黑米添加量在2%~6%水平下開展進(jìn)一步研究。

圖6 黑米添加量對(duì)擠壓膨化方便粥品質(zhì)的影響Fig.6 Effect of black rice addition on the quality of extruded instant porridge

2.2 最優(yōu)混料設(shè)計(jì)

2.2.1 模型及回歸方程的建立 運(yùn)用軟件Design-Expert 8.0.6 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析，實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果如表3所示，選用分析模型Quadratic回歸方程分析法分析，得到糊化度（Y1）、復(fù)水率（Y2）、WAI（Y3）、感官評(píng)分（Y4）與混料碎米（A）、大豆蛋白粉（B）、藜麥（C）、燕麥（D）、黑豆（E）、黑米（F）的預(yù)測(cè)回歸方程。

表3 D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)表及結(jié)果Table 3 D-optimal mix design table and results

2.2.2 模型顯著分析 對(duì)糊化度的回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表4所示，模型P<0.05，說明該回歸模型達(dá)到顯著水平，碎米、藜麥、大豆蛋白粉等六種原料之間具有顯著的交互作用。失擬項(xiàng)P=0.0669>0.05不顯著，說明該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)模型擬合良好，此外，響應(yīng)值的決定系數(shù)R2=0.8575，表明模型方程能較好的擬合糊化度與混料粉配方比例關(guān)系。從表4可知，AE對(duì)結(jié)果的影響達(dá)到極顯著水平（P<0.01），表明碎米與黑豆對(duì)方便粥的糊化度有極強(qiáng)的影響，AF、CD對(duì)結(jié)果影響達(dá)到顯著水平（P<0.05），表明碎米與黑米、藜麥與燕麥對(duì)糊化度影響顯著，其余均對(duì)結(jié)果影響不顯著。

對(duì)復(fù)水率的回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表4所示，模型P<0.05，說明該回歸模型達(dá)到顯著水平，各原料粉之間具有顯著的交互作用。失擬項(xiàng)P>0.05，說明該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)模型擬合良好，此外響應(yīng)值的決定系數(shù)R2=0.8830，表明模型方程能較好地?cái)M合復(fù)水率與混料粉配比關(guān)系。從表4可知，AB、AE、BE、DF對(duì)結(jié)果的影響達(dá)到極顯著水平（P<0.01），表明碎米與大豆蛋白粉、碎米與黑豆、大豆蛋白粉與黑豆、燕麥與黑米對(duì)復(fù)水率的影響極顯著，BC、CE對(duì)結(jié)果影響達(dá)到顯著水平，表明大豆蛋白粉與藜麥、藜麥與燕麥對(duì)復(fù)水率的影響顯著，其余均對(duì)結(jié)果影響不顯著。

對(duì)WAI回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表4所示，模型P<0.05，說明該回歸模型達(dá)到顯著水平，各原料之間有顯著的交互作用。失擬項(xiàng)P>0.05,說明該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)模型擬合良好，此外響應(yīng)值的決定系數(shù)R2=0.8516，表明模型方程能很好地?cái)M合WAI與混料配方的比例關(guān)系。從表4可知，BF、CF對(duì)結(jié)果的影響達(dá)到了顯著水平（P<0.05），表明大豆蛋白粉與黑米、藜麥與黑米對(duì)WAI的影響顯著，其余均對(duì)結(jié)果的影響不顯著。

表4 糊化度、復(fù)水率、吸水性、感官評(píng)分模型方差分析結(jié)果Table 4 Variance analysis result of gelatinization degree, rehydration rate, water absorption and sensory score model

對(duì)感官評(píng)分的回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表4所示，模型P<0.05,表明該回歸模型達(dá)到顯著水平，原料粉之間具有顯著的交互作用。失擬項(xiàng)P>0.05，說明該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)模型擬合良好，此外響應(yīng)值的決定系數(shù)R2=0.8646，表明模型方程能很好的擬合感官評(píng)分與混料粉配方比例關(guān)系。從表4可知，DF對(duì)結(jié)果的影響達(dá)到顯著水平（P<0.05），表明燕麥與黑米對(duì)感官評(píng)分的影響顯著，其余對(duì)結(jié)果影響均不顯著。

2.2.3 最優(yōu)混料設(shè)計(jì)結(jié)果分析 選取交互作用較為明顯的藜麥、黑豆、燕麥對(duì)糊化度影響的等高線圖及3D圖如圖7所示，等高線中心形狀為橢圓形，表明因素間交互作用較強(qiáng)；響應(yīng)面為曲面，說明三者存在一定的交互作用，藜麥、黑豆、燕麥響應(yīng)面陡峭，說明藜麥、黑豆、燕麥之間的交互作用明顯；圖像呈現(xiàn)拱形狀，說明在混料中三者對(duì)方便粥糊化度影響顯著。

圖7 藜麥、黑豆、燕麥交互作用對(duì)糊化度影響的3D圖（a）和等高線圖（b）Fig.7 3D diagram （a） and contour diagram （b） of interaction among quinton, black bean and oat on gelatinization degree

選取交互作用較為明顯的碎米、藜麥、大豆蛋白粉對(duì)復(fù)水率影響的等高線圖及3D圖如圖8所示，等高線中心趨向橢圓形，表明碎米、藜麥、大豆蛋白粉之間有交互作用；響應(yīng)面為曲面，說明三者之間存在交互作用，碎米、藜麥、大豆蛋白粉響應(yīng)面陡峭，說明碎米、藜麥、大豆蛋白粉之間的交互作用明顯；當(dāng)碎米、藜麥、大豆蛋白粉取適宜比例時(shí)，對(duì)復(fù)水率有極大值，該極大值存在于響應(yīng)面的頂端。

圖8 碎米、藜麥、大豆蛋白粉交互作用對(duì)復(fù)水率影響的3D圖（a）和等高線圖（b）Fig.8 3D diagram （a） and contour diagram （b） of interaction of broken rice, quinoa and soybean protein flour on rehydration rate

選取交互作用較為明顯的碎米、藜麥、大豆蛋白粉對(duì)WAI影響的等高線圖及3D圖如圖9所示，等高線中心為橢圓形，表明碎米、藜麥、大豆蛋白粉三者之間存在交互作用，且等高線密集，交互作用顯著；響應(yīng)面為曲面，且靠近A碎米端的趨勢(shì)較陡，表明碎米添加量越大對(duì)WAI影響越明顯。

圖9 碎米、藜麥、大豆蛋白粉交互作用對(duì)吸水性影響的3D圖（a）和等高線圖（b）Fig.9 3D diagram （a） and contour diagram （b） of interaction of broken rice, quinoa and soybean protein flour on water absorption

選取交互作用較為明顯的碎米、藜麥、黑米交互作用對(duì)感官評(píng)分影響的等高線圖及3D圖如圖10所示，等高線為橢圓形，表明三者存在顯著交互作用；由3D圖可知，在C藜麥添加量為20%時(shí)，曲面最為陡峭，表明當(dāng)C藜麥添加量為20%時(shí)，出現(xiàn)感官評(píng)分的極大值。

圖10 碎米、藜麥、黑米交互作用對(duì)感官評(píng)分影響的3D圖（a）和等高線圖（b）Fig.10 3D diagram （a） and contour diagram （b） of interaction of broken rice, quinoa and black rice on sensory evaluation

2.2.4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 通過Design Expert8.0.6軟件分析得擠壓膨化方便粥最佳混料配方為：碎米50%、大豆蛋白14%、藜麥20%、燕麥5%、黑豆5%、黑米6%，此時(shí)糊化度98.60%、復(fù)水率498.47%、吸水性485.59%、感官評(píng)分90.37分。按上述優(yōu)化的配方進(jìn)行擠壓膨化，并進(jìn)行3次平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，制備的樣品糊化度為（97.48%±1.41%）、復(fù)水率為（488.36%±15.67%）、吸水性（493.89%±18.47%）、感官評(píng)分（91.14±2.30）分。與理論評(píng)分相比，變異系數(shù)分別為0.81、1.45、1.20、0.60。說明用該模型優(yōu)化得到的擠壓膨化方便粥配方參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

2.3 擠壓膨化方便粥營(yíng)養(yǎng)成分分析

多種谷物配比的擠壓膨化方便粥的營(yíng)養(yǎng)組分見表5。在現(xiàn)行國(guó)標(biāo)GB 28050-2011《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 預(yù)包裝食品營(yíng)養(yǎng)標(biāo)簽通則》中，蛋白質(zhì)高于12%，表明該食品中富含較多的蛋白質(zhì)，屬于高蛋白質(zhì)食品；膳食纖維高于6%，則表明該食品中含有較高或較為豐富的膳食纖維，屬于高膳食纖維食品。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的方便粥，不僅品質(zhì)優(yōu)良，感官好，蛋白質(zhì)、膳食纖維含量均高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，極大程度上提高了低值大米的附加值，且原料中含有β-葡聚糖、酚類、谷維素、人體所需必需氨基酸等大量活性成分，對(duì)降“三高”、抗炎癥、抗氧化及調(diào)節(jié)消化功能，改善身體健康有著潛在價(jià)值。

表5 擠壓后方便粥營(yíng)養(yǎng)成分（干基）Table 5 Nutritional components of instant porridge after extrusion(dry basis)

3 結(jié)論

依據(jù)D-混料設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，最優(yōu)配方擠壓膨化的方便粥的糊化度為97.48%、復(fù)水率為488.36%、吸水性為493.89%、感官評(píng)分為91.14分。經(jīng)過擠壓膨化處理后的方便粥組織形態(tài)有較大的改變，使得該方便粥口感細(xì)膩，沖泡性較好；蛋白質(zhì)、膳食纖維均達(dá)到較高水平，蛋白質(zhì)含量為15.37%，膳食纖維含量為8.42%，還富含其它營(yíng)養(yǎng)成分。此擠壓方便粥的研制，為開發(fā)沖調(diào)性優(yōu)良且具有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及良好感官評(píng)分的沖泡型方便粥產(chǎn)品提供了技術(shù)參考，也為低值大米的深加工利用開拓了新的途徑。