響應(yīng)面法優(yōu)化大米、高粱、大豆、芝麻混合膨化食品的加工工藝

梁燕

膨化大米零食是美味且價(jià)格便宜的谷物食品，但其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相對(duì)較差。高粱富含膳食纖維和低淀粉消化率的碳水化合物，大豆粉富含蛋白質(zhì)，芝麻粉富含必需氨基酸、必需脂肪酸等。為了制作美味且營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量良好的膨化零食，本研究利用正交試驗(yàn)，通過在膨化大米零食中加入高粱粉、大豆粉和芝麻粉生產(chǎn)混合膨化零食。以膨化率以及感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，篩選最佳配比。結(jié)果表明：高粱粉15%、大豆粉20%、芝麻分8%為最佳工藝配比。這三種物質(zhì)的添加可以用來改變大米膨化零食的營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量。

休閑食品是美味又實(shí)惠的產(chǎn)品，種類繁多，因其便利性、廣泛的可用性、外觀、味道和特殊的質(zhì)地，深受各年齡段消費(fèi)者的喜愛。因此，膨化零食在全球消費(fèi)者偏好較高的加工食品中也具有新興的商業(yè)價(jià)值。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，擠壓技術(shù)是一種更干凈、更有工作效率的技術(shù)。該工藝已用于生產(chǎn)多種食品，包括休閑食品、早餐谷物和其他即食食品。許多擠壓膨化食品是由谷物制成的，如玉米、大米和小麥，但是谷類膨化零食中的高脂肪、高熱量以及低纖維和蛋白質(zhì)含量都會(huì)對(duì)人體帶來負(fù)面影響和嚴(yán)重的健康問題。例如，碳水化合物攝入過多，會(huì)增加心血管疾病、糖尿病等慢性疾病的患病率，碳水化合物質(zhì)量的重要性已引起了消費(fèi)者的廣泛關(guān)注。鑒于消費(fèi)者對(duì)健康膨化休閑食品的需求，可以通過增強(qiáng)膨化產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)、膳食纖維等成分生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)豐富的產(chǎn)品。

1. 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

大米、高粱粉、脫脂大豆粉、芝麻（線上商城https：//www.tmall.com）;電動(dòng)粉碎機(jī)（尚烤佳 800A，濟(jì)南尚客戶外用品有限公司）;質(zhì)構(gòu)儀[Brookfield CT 3，阿美特克商貿(mào)（上海）有限公司];螺桿擠出機(jī)（濟(jì)南晨陽科技有限公司）;烘箱（CX-8074，昆山市創(chuàng)新科技檢測(cè)儀器有限公司）;游標(biāo)卡尺（得力集團(tuán)有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 高粱、大米、大豆混合膨化食品的制備

將大米、芝麻清洗干凈，瀝干水分，晾干，用粉碎機(jī)將其粉碎，過100目篩備用。將粉碎好的大米、芝麻粉、高粱粉、大豆粉按照相應(yīng)配比稱量完成后混合均勻。膨化食品的制作參考Hashempour-Baltork， Torbati， Azadmard-Damirchi， et al. ，并稍作修改。具體而言，采用雙螺桿擠出機(jī)對(duì)混合粉進(jìn)行擠出蒸煮。擠出機(jī)機(jī)筒長(zhǎng)徑比為20：1，螺桿直徑為30mm。模具直徑為3mm，刀具速度為20rpm。進(jìn)料段、混合段和出口段的溫度分別調(diào)整為50℃、100℃、140℃。達(dá)到穩(wěn)定條件后，將擠出物收集到干燥盤中，并在50℃的空氣對(duì)流烘箱中干燥30min，此時(shí)水分含量為6.53%±0.37%。

1.2.2 高粱粉、大豆粉、芝麻粉的單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）大豆粉的添加量為10%，芝麻粉的添加量為8%，高粱粉的添加量分別為10%、15%、20%、25%、30%，確定高粱粉的最佳添加量。

（2）高粱粉的添加量為20%，芝麻粉的添加量為8%，大豆粉的添加量分別為5%、10%、15%、20%、25%，確定大豆粉的最佳添加量。

（3）高粱粉的添加量為20%，大豆粉的添加量為10%，芝麻粉的添加量分別為4%、8%、12%、16%、20%，確定芝麻粉的最佳添加量。

1.2.3 正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取高粱粉（A）、大豆粉（B）、芝麻粉（C）進(jìn)行L9（33）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。具體的設(shè)計(jì)水平如表1所示。

1.2.4 膨化率的測(cè)定

根據(jù)高瑜璇、張雨和金鐵描述的程序確定膨化食品的膨脹比（ER），ER定義為擠出物的徑與模孔直徑的比值，如公式（1）所示。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。所有實(shí)驗(yàn)一式三份，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。采用Duncan進(jìn)行事后多重檢驗(yàn)分析，不同處理之間在0.05水平上確定顯著性差異（P<0.05）。

2. 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 高粱粉添加量對(duì)膨化制品膨化率的影響

高粱粉對(duì)混合膨化制品膨化率的影響如圖1所示。隨著高粱粉添加量的增加，混合膨化制品的膨化率由1.93顯著增加到2.13（P<0.05），隨后顯著降低到1.81%（P<0.05）。這與Mahajan and Gupta的研究結(jié)果相似。綜上所述，高粱粉添加量為20%時(shí)，混合膨化制品的膨化率最大，而膨化率越大，產(chǎn)品的膨化效果越好。因此，選擇15%、20%、25%的高粱粉添加量作為正交試驗(yàn)中相應(yīng)的分析水平。

圖1 高粱粉添加量對(duì)制品膨化率

的影響

2.1.2 大豆粉添加量對(duì)膨化制品膨化率的影響

大豆粉對(duì)混合膨化制品膨化率的影響如圖2所示。隨著大豆粉添加量由5%增加到20%，混合膨化制品的膨化率由2.01顯著增加到1.23（P<0.05），添加量由20%增加到25%，膨化率顯著降低到2.11%（P<0.05）。綜上所述，大豆粉添加量為20%時(shí)，混合膨化制品的膨化率最大。因此，正交試驗(yàn)分析中，選擇15%、20%、25%的大豆粉添加量作為相應(yīng)的分析水平。

2.1.3 芝麻粉添加量對(duì)膨化制品膨化率的影響

芝麻粉對(duì)混合膨化制品膨化率的影響如圖3所示。隨著芝麻粉添加量的增加，混合膨化制品的膨化率先增加后降低。當(dāng)添加量為20%時(shí)，膨化率最低，與其他組具有顯著性差異（P<0.05）。添加量為4%和16%時(shí)，不具有顯著性差異。當(dāng)芝麻粉的添加量為8%時(shí)，膨化制品的膨化率最大，且與其他實(shí)驗(yàn)組具有顯著性差異（P<0.05）。說明芝麻粉對(duì)膨化制品的膨化程度與其添加量密切相關(guān)。當(dāng)芝麻粉添加量為8%時(shí)，混合膨化制品的膨化率最大。因此，正交試驗(yàn)分析中，選擇芝麻粉的添加量4%、8%、12%作為相應(yīng)水平。

圖3 芝麻粉添加量對(duì)制品膨化率

的影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

本研究中混合膨化制品制作中的難點(diǎn)在于如何平衡高粱粉、大豆粉以及芝麻粉添加量，以獲得較高的膨化率。為此，本實(shí)驗(yàn)采用了正交試驗(yàn)方法。本實(shí)驗(yàn)選取的L9 （33）正交表。各實(shí)驗(yàn)因素對(duì)膨化制品膨化率的影響如表3所示。根據(jù)正交試驗(yàn)理論，極差較大的因素比其他因素更重要。同樣，均值較大的級(jí)別也優(yōu)于其他級(jí)別。因此，各添加物對(duì)膨化制品膨化率的影響順序?yàn)锽、A、C。最佳的實(shí)驗(yàn)組合是A1B2C2，即高粱粉的添加量為15%，大豆粉為20%，芝麻粉為8%。

結(jié)論

通過單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定了高粱粉的添加量為20%，大豆粉的添加量為20%，芝麻粉的添加量為8%。添加高粱粉、大豆粉、芝麻粉進(jìn)行了3因素3水平正交試驗(yàn)。結(jié)果表明，混合膨化制品最佳的添加量組合為高粱粉15%，大豆粉20%，芝麻粉8%。利用此組合制作的膨化制品具有較高的膨化率，產(chǎn)品的品質(zhì)最優(yōu)。