芡實與玉米擠壓膨化工藝及其產品特性研究

何曉偉，張唯一，張　汆

(滁州學院 生物與食品工程學院；安徽省博士后科研工作站，安徽 滁州 239000)

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芡實與玉米擠壓膨化工藝及其產品特性研究

何曉偉，張唯一，張汆

(滁州學院 生物與食品工程學院；安徽省博士后科研工作站，安徽 滁州 239000)

以芡實粉和玉米粉為主要原料，采用雙螺桿擠壓膨化技術，研制出一種營養豐富、風味獨特，方便食用的芡實玉米膨化食品.本實驗以芡實粉與玉米粉比例、物料含水率、機筒Ⅲ區溫度、螺桿轉速為可變因素，以感官評價和膨化度為指標，通過單因素和正交試驗對芡實與玉米擠壓膨化食品的加工工藝進行研究，確定最佳工藝參數為芡實粉：玉米粉(W/W)=1∶10，物料水分含量15%，機筒Ⅲ區溫度145 ℃，主軸轉速25Hz，產品理化指標符合GB/T22699-2008膨化食品衛生標準.

芡實；玉米粉；擠壓膨化；工藝參數

芡實是睡蓮科芡屬的水生植物的成熟種仁，別名雞頭米、雞頭苞、雞頭蓮等[1],脂肪含量低、氨基酸種類齊全且配比合理，含有磷、鐵、硒、碘等礦質元素，含有維生素C、維生素E等高營養效價的維生素[2-4]，具有促進血液循環、軟化心腦血管、降血脂和增強免疫力[5-8]、固腎澀精、健脾止瀉、延緩衰老、益氣養血[9-11]等多種保健功能，目前主要用于開發保健酸奶[12]、保健香腸[13]、保健酒[14-15]、保健罐頭、保健粥、芡實藥膳[16]等產品，但是用于開發擠壓膨化類產品國內鮮有報道.

擠壓膨化技術是一種低能耗、高效率，具有非常誘人發展前景的食品加工技術，在國外研究的比較早[17-18]，已經發現該加工技術可以有效提高蛋白質的消化率、提高膳食纖維溶解性等[19-20].但國內研究起步較晚，目前主要集中在制作谷物早餐粉、非油炸類膨化食品[21-22].本實驗以芡實與玉米為主要原料，以膨化度、感官評分為主要質量評價指標，探究不同工藝參數對芡實與玉米粉的擠壓膨化產品質量的影響，探究該產品的加工工藝.

1　材料與方法

1.1材料

芡實仁果、玉米粉，滁州，市售.新鮮芡實仁果置于60 ℃鼓風干燥箱中烘干24 h，粉碎后過60目篩，密封備用.

1.2儀器與設備

SYSLG30-IV型雙螺桿擠壓試驗機(濟南賽百諾科技開發有限公司)，L-550型高速離心機(湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司)，SSW-600-2S型電熱恒溫水槽(上海博迅實業有限公司醫療設備廠)，BPG-9070A型鼓風干燥箱(上海一恒科學儀器有限公司)，SL-100型高速多功能粉碎機(浙江省永康市松青五金廠)，SOX500型脂肪測定儀(濟南海能儀器股份有限公司)，K1100型自動定氮儀(濟南海能儀器股份有限公司)，TP300001型電子天平(上海越平科學儀器有限公司).

1.3芡實與玉米擠壓膨化工藝優化

1.3.1單因素試驗

結合預實驗的結果以及相關文獻[23-24]綜合考慮，工藝優化過程中因素水平設置見表1.

表1　單因素實驗設計表

(1) 機筒Ⅲ區溫度優化.該機器的Ⅲ區溫度主要影響擠壓膨化效果，試驗中主軸轉速15 Hz，物料含水量設置為15%，芡實與玉米的質量比設置為1∶20，以產品的膨化度、感官評價作為主要質量評價指標，分別考慮機筒Ⅲ區溫度為130 ℃，135 ℃，140 ℃，145 ℃，150 ℃五個水平下對產品的影響.

(2) 主軸轉速優化.機桶Ⅲ區溫度依據上述優化結果設置，其他參數與評價指標不變，分別考慮主軸轉速為15 Hz，20 Hz，25 Hz，30 Hz，35 Hz五個水平下對產品的影響.

(3) 物料水分含量優化.主軸轉速依據上述優化結果設置，其他參數與評價指標不變，分別考慮水分含量為13%，14%，15%，16%，17%五個水平下對產品的影響.

(4) 芡實與玉米比例優化.物料水分含量依據上述優化結果設置，其他參數與評價指標不變，分別考慮芡實與玉米的質量比為1∶10,1∶20,1∶30，1∶40,1∶50五個水平下對產品的影響.

1.3.2正交試驗

在單因素試驗基礎上，進行L9(34)正交試驗，進一步優化芡實與玉米擠壓膨化工藝.因素A為機筒Ⅲ區溫度(℃)；因素B為主軸轉速(Hz)；因素C為物料水分含量(%)；因素D為芡實與玉米粉比例.

1.4評價方法

1.4.1理化指標測定

水分含量的測定：GB/T 5009.3-2010；蛋白質含量的測定：GB/T 5009.5-2010；脂肪含量的測定：GB/T 14772-2008；灰分含量的測定:GB/T 5009.4-2010；可溶性膳食纖維測定:GB 5009.88-2014.

1.4.2膨化度的測定

使用游標卡尺測定出產品的直徑，其平均值作為該產品的平均直徑，以產品平均直徑除以?？谥睆?6 mm)，其商為膨化度.

1.4.3感官評價方法

結合產品的性質及類似產品[23]的品質評價，分別從外觀、口感、風味、組織狀態四方面進行評價，滿分100分，具體細則如表2所示.

表2　芡實與玉米擠壓膨化產品感官評價指標細則

2　結果與分析

2.1機筒Ⅲ區溫度優化結果

機筒Ⅲ區溫度對產品質量會產生影響，溫度優化結果見圖1.隨著機筒Ⅲ區溫度的升高，產品膨化度和感官評價得分均呈現先平穩增大后明顯減小的趨勢.當機筒Ⅲ區溫度為140 ℃時，產品膨化度最高為3.86，感官評價得分為90.隨著溫度的升高，產品的從?？跀D出困難，且伴隨焦糊味，產品硬度增加，口感變差，顏色較暗，偏灰黑色.出現以上變化可能是由于隨著溫度升高水分子運動劇烈，更容易汽化，從而促進物料中氣孔狀結構的形成，提高淀粉的糊化程度，增加膨化動力.溫度過高時(≥140 ℃)又可能使得物料表面過早形成堅硬的結構或者炭化，導致物料內部淀粉結構破壞，固定氣體能力變差，不容易形成氣泡結構，膨化度降低.綜合考慮，物料含水量設置在135～145 ℃之間.

2.2主軸轉速優化結果

由圖2可知，隨著螺桿轉速的加快，感官評價得分和膨化度均呈現先上升后下降的趨勢.當主軸轉速為15～25 Hz范圍時，產品膨化度較高，在3.54～8.70范圍內；產品感官評價得分也較高，在87～88之間.螺桿轉速較低時，產品膨化度和感官評分變化可能是因為隨著螺桿轉速的增大，物料在?？谔幩艿降募羟辛υ龃?，淀粉分子間的氫鍵作用被削弱，分子骨架空間松散，使得物料中的水分更容易滲入，致使其發生溶脹，促進產品膨化度增大.當螺桿轉速繼續增大時，物料在機筒內的停留時間減短，物料吸收熱量不足，糊化不徹底，膨化度降低.綜合考慮，主軸轉速范圍設置在15～25 Hz之間.

圖1　機筒Ⅲ區溫度對產品質量的影響　　　　　　　　　圖2　主軸轉速對產品質量的影響

2.3物料水分含量優化結果

物料水分含量對產品質量也會產生影響，物料水分含量優化結果見圖3.產品的膨化度、感官評分隨著水分含量增加呈先上升后下降的趨勢.當水分含量為14%～16%時，膨化度較高為6.76～13.93，感官評價得分為84～88.物料含水量很低時，產品較硬，容易焦糊或炭化，嚴重時堵塞?？?；物料含水量很高時，膨化效果不明顯，產品偏軟.造成這一現象的原因可能是水分影響原料吸水程度、原料的黏度，從而造成在?？趦韧鈮翰钭兓拇笮∽兓?；也有可能影響能量的傳遞，從而影響物料整體熔融情況.當水分含量合適時，?？趦韧鈮翰畲?，物料整體熔融情況良好，此時產的膨化度較好，感官評價得分也較高.綜合考慮，物料含水量設置在14%～16%之間.

2.4芡實與玉米比例優化結果

芡實與玉米比例對產品質量有影響，其優化結果見圖4.產品的膨化度隨著物料中玉米的比例增大呈現先增大后平緩的趨勢，感官評價得分呈現先增大后稍微降低的趨勢.隨著玉米比例的增加，產品的芡實風味減弱，玉米風味增強，產品顏色從褐色變淺黃色.因此，結合產品的營養價值、感官評價考慮，物料中芡實與玉米的比例設置在1∶10至1∶30之間.

圖3　物料水分含量對產品質量的影響　　　　　　　　圖4　芡實與玉米比例對產品質量的影響

2.5正交實驗結果

由正交試驗結果表3可以看出，以產品膨化度為評價指標，可知影響芡實與玉米擠壓膨化產品質量的因素主次順序為A>D>C>B，即機筒Ⅲ區溫度>主軸轉速>物料水分含量>芡實與玉米粉比例，最優組合為A3B3C2D1與正交試驗中第9組試驗數據吻合，不需要做驗證試驗.以產品的感官評價得分為指標，可知影響芡實與玉米擠壓膨化產品膨化度的主次因素順序是D>A>C>B，最優組合為A3B3C2D2.結合兩種指標綜合分析，可知機筒Ⅲ區溫度、芡實與玉米粉比例是影響產品質量的較主要因素.本試驗中，原料主要是芡實粉、玉米粉，沒有添加糖、鹽等其他調味料，可能會造成評價分值偏低，或者造成感官評價員的評價受產品膨化情況影響.綜上所述，依據產品膨化度為主要評價指標，當機筒Ⅲ區溫度為145 ℃，主軸轉速為25 Hz，物料水分含量15%，芡實與玉米粉比例為1∶10時，產品膨化度較好，感官評價分值也較高，為91分.

表3　芡實與玉米擠壓膨化正交試驗結果

2.6產品理化指標

在最佳擠壓膨化工藝下，制作出來的芡實與玉米擠壓膨化產品的水分含量為2.17%，粗脂肪含量為1.67%，蛋白質含量為10.02%，灰分含量為0.35%，可溶性膳食纖維為16.5%，細菌總數≤180 cfu/g，大腸菌群≤25 MPN/100 g，產品的質量標準符合GB/T 22699—2008膨化食品衛生標準要求.

3　討論

膨化度是衡量擠壓膨化產品的一個重要指標，影響該指標的因素除了本實驗中考慮的物料配比、機筒溫度、物料含水率、螺桿轉速外，具有關文獻報道原料中直鏈淀粉的含量、物料粒度、食品添加劑、螺桿構型、模頭結構、喂料速度也會影響到該指標值的變化[24-25].因此，要探究出更加科學的擠壓膨化產品生產工藝可能還需要借助全質構參數、容積密度、吸水性指數、水溶性指數、色差等理化指標加以分析[26].

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責任編輯：衛世乾

Double-Screw Extruding Technique of Gordon Euryales and Corn and Product Features

HE Xiao-wei, ZHANG Wei-yi, ZHANG Cuan

(AnhuiPostdoctoralResearchBase；SchoolofBiologicalScienceandFoodEngineering,ChuzhouUniversity,Chuzhou239000,China)

Semen euryales powder and corn flour as the main raw materials,adopting double-screw extruding technique we can develop a rich nutrient, unique flavor, convenient to eat Semen Euryales and corn puffed food. This paper selects the proportion of semen euryales powder and corn flour, moisture content, the Ⅲ zone temperature， screw speed as variable factors and sensory evaluation and piffing degree as indexes, through single factor and orthogonal experiments to study processing technology,so that we find optimal process parameters: ratio of 1:10 between semen euryales powder and corn flour , material moisture content of 15%, puffing temperature 145℃,the rotate speed of screw 25Hz. The product physical and chemical indexes above accord with GB/T 22699-2008 food safety and sanitation standard.

semen euryales； corn flour; double-screw extruding technique； processing parameters

2016-05-21

江淮分水嶺校級規劃項目(2014GH40)

何曉偉(1987—)，男，河南靈寶人，助教，碩士，研究方向：食源性致病的快速檢測及特色農產品的開發.

張氽(1970—)，女，陜西咸陽人，教授，博士，研究方向：食品化學與營養、膳食蛋白.

1671-9824(2016)05-0089-05

Q81

A