大米-牛肉挤压膨化产品研发及性质研究

梁文明，徐兴阳，杨莉莉，程丽敏，陈野（天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）



大米-牛肉挤压膨化产品研发及性质研究

梁文明，徐兴阳，杨莉莉，程丽敏，陈野*
（天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）

摘要：利用自熟双螺杆多功能食品膨化机，进行挤压膨化大米-牛肉制品的开发与研究。应用正交试验以感官评价为指标研究牛肉的添加量、物料湿度、螺杆转速及挤压温度4个操作参数对挤出物的的影响。确定了最适工艺条件：进料湿度是17%，螺杆恒定转速为160r/min，挤压温度为160℃，牛肉的添加量是10.00 %。在此条件下产品的硬度为4.2 N、脆度为21.4mm、膨胀度为329%，产品口感细腻，酥脆可口，有牛肉的香味。感官评价得分最高。经电镜观察挤压之后淀粉颗粒膨胀，彼此间距增大且变得更光滑。

关键词：牛肉；大米；挤压膨化；感官评价；扫描电镜

牛肉中富含蛋白质，氨基酸组成比猪肉更接近人体需要，能提高机体的抗病能力，是补益佳品[1]。本文利用挤压膨化技术研究了一种新的牛肉深加工的方法。挤压膨化技术是将物料送入挤压机中在高温、高压、高剪切的条件下使物料反生变化，形成疏松、多孔、酥脆的产品。挤压膨化食品因其产品蓬松，形态多样得到了较多消费者的喜爱，可用一台挤压机一步完成混合、熟化、破碎、杀菌、预干燥、成型等工艺，制成膨化产品，同时只要简单的更换挤压机器的配件就可以改变产品的外形，所以挤压膨化食品得到了迅猛的发展[2]。挤压食品的原料一般以谷物类为主，如大米、玉米、马铃薯、木薯、小麦粉、燕麦等，其产品主要有主食类、早点类、儿童食品各种小食品[3]，以动物肉类为原料利用挤压膨化技术开发膨化产品却鲜有报道，这些产品蛋白质含量较低，肉类的蛋白质含量较高，谷物类一般缺乏赖氨酸和含硫氨基酸，而肉中富含赖氨酸和蛋氨酸[4]，将牛肉粉与大米混合挤压，大米能够提供人体所需的碳水化合物和能量，牛肉能够提供一般谷物中缺少的氨基酸，所以以大米-牛肉为主要原料制成的挤压膨化产品能有效提高膨化食品的营养价值使其营养更加均衡故而有广阔的开发前景。

1　材料与方法

1.1主要物料

牛肉粉由青岛隆海食品有限公司生产，其主要成分为粗蛋白50.87 %、粗脂肪8.37 %。大米粉从本地超市购得。

1.2主要设备

DS32-Ⅱ双螺杆挤压机（螺杆直径32 mm，长径比18.75∶1，螺杆转速0～250 r/min，模孔孔径5 mm）：济南赛百诺科技开发有限公司；TA—XTplus型质构仪：北京微讯超技仪器技术有限公司；DSC60A型差式扫描量热仪：岛津制作所；SU1510型扫描电子显微镜：日立电子—株式会社水分快速测定仪；RS-232电子天平：丹纳赫传感工业控制；DZF-6020烘箱：上海福马实验设备有限公司；FW80快速粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；TC-102D恒温水浴锅：美国BIO-RAD公司。

1.3方法

1.3.1单因素试验优化挤压参数

设定参数进行单因素试验，分别为水分含量（17%、18 %、19 %、20 %、21 %）、螺杆转速（140、150、160、170、180 r/min）、挤压温度（140、150、160、170、180℃）、牛肉粉添加量（5 %、8 %、11 %、14 %、17 %）。

1.3.2正交试验设计

在单因素试验的基础上，选取水分含量（A）、螺杆转速（B）和挤压温度（C）和牛肉粉添加量（D）作为试验因素，以挤压产品的感官评价为标准，进行四因素三水平正交试验，并进行方差分析。

1.3.3感官评价

对产品的色泽、硬度、脆度、咀嚼性和外形进行感官评价打分，每项5分共计25分，选取20名参加过食品感官课程培训的评价员对膨化产品进行感官评价并计算平均值。对样品随机编号，评价员对产品进行独立、客观评价，每个样品评价之间有一定的时间间隔，使用清水簌口，评价员之间无交流[5]。感官质量标准见表1。

表1挤压膨化产品感官评价指标及评分标准Table 1 The mushroom extrusion sensory evaluation and scoring standard

1.3.4挤压膨化产品的硬度、脆度、膨胀度

用质构仪对最适条件的挤压产品进行质构分析，测定产品的硬度和脆度，采用HDP/3PB探头，测前速度为1.0 mm/s，测试速度为3.0 mm/s，测后速度为10.0 mm/s。测10次取平均值。硬度是指被测物断裂前受到的最大的力，脆度是指被测物断裂时探头下压的距离[6]。

用电子数显卡尺测量挤出物的膨胀度，它表示为挤出物的横截面直径与模孔直径的比，测定10次取平均值[7]。

1.3.5扫描电镜观察微观结构

将样品粉碎后，利用高真空镀机对试样表面喷金，喷金时间60 s，然后置于扫描电镜下，观察膨化产品的微观结构[9]。

1.3.6添加牛肉粉挤压之后物料组分的变化

由于牛肉粉添加和挤压膨化加工，使物料组分（淀粉、脂肪、蛋白质）发生了复杂的物理、化学变化。

粗蛋白含量测定：GB 5009.5-2010《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》；粗脂肪含量测定：GB/T 5009.6-2003《食品中脂肪的测定》；淀粉含量测定：GB/ T 5009.9-2008《食品中淀粉的测定》。

2　结果与讨论

2.1单因素试验结果与分析

2.1.1水分含量对膨胀度的影响

膨胀度的大小直接影响膨化产品的质地和口感，是衡量膨化产品质量的一项重要指标，水分含量对膨胀度的影响见图1。

图1水分含量对膨胀度的影响Fig.1 The influence of moisture content on product sectional expansion indices

物料中的水分含量在膨化过程中会直接影响挤压机机腔内的温度和压力，从而影响挤压产品的品质。膨胀度随着水分含量的增加而降低，水分含量从17 %到19 %，膨化率降低趋势显著，水分含量从19 % 到21 %，膨胀度降低趋势不显著，在17 %的水分含量条件下，其膨胀度最佳，膨胀度为329 %。由此看来，水分含量对产品的膨胀度影响较显著，水分过高，得到的挤压产品表面粗糙，产生的蜂窝状空隙不均匀，这是由于在产品挤出的瞬间蒸汽过多，形成多个不能愈合的通路残痕，使得一部分水蒸气不能及时放出，残留后凝成水蒸气，使得产品膨化率降低。物料的水分含量较低，得到的产品膨胀度较高。

2.1.2螺杆转速对膨胀度的影响

螺杆转速对膨胀度的影响见图2。

图2螺杆转速对膨胀度的影响Fig.2 The influence of revolution speed of extrusion on product sectional expansion indices

螺杆转速由140 r/min增加到160 r/min，产品的膨胀度逐渐增大，到160 r/min达最大值329 %，当螺杆转速由160 r/min增加到180 r/min，产品的膨胀度又逐渐减小，这是由于较小的螺杆转速不能使物料得到较大的剪切力，从而影响产品的膨胀度，增大螺杆转速可以使剪切力加剧，降低物料的黏度，膨胀度增大。但是螺杆转速太大又会使得物料的机腔内的滞留时间较短，不能充分组织化，得不到理想的膨胀度。

2.1.3挤压温度对膨胀度的影响

挤压温度对膨胀度的影响见图3。

图3挤压温度对膨胀度的影响Fig.3 The influence of barrel temperature on product sectional expansion indices

挤压温度从140℃增加到160℃，产品的膨胀度逐渐增加，160℃达最大值329 %，从160℃增加到180℃，产品的膨胀度逐渐降低。挤压温度太低，熔融物料的黏度较高，使得产品膨胀度降低，而挤压温度太高，又会使物料的黏度过低，水蒸气太多，蒸汽压力很容易使气孔破裂，膨胀度降低。因此挤压温度在一定的范围内，才能使得产品达到一个较好的膨化效果。

2.1.4牛肉粉添加量对膨胀度的影响

牛肉粉的添加量对膨胀度的影响见图4。

图4牛肉粉添加量对膨胀度的影响Fig.4 The influence of beef paoder content on product sectional expansion indices

牛肉粉添加量由5 %增加到14 %，产品的膨胀度逐渐降低，添加量在14 %以上时产品挤压困难，选择适中的牛肉粉添加量，在不影响膨胀度的情况下，增加牛肉粉改善产品的风味和营养。

由单因素试验得到正交试验因素水平表见表2。

表2正交试验因素水平表Table 2 Orthogonal test level of extrusion

2.2正交试验结果与分析

正交试验结果与分析见表3。

表3正交试验结果与分析Table 3 Results of extrusion orthogonal experiment

本试验结果分析采用方差分析法，首先进行F检测，方差分析见表4。

由表可以看出，4个因素对挤压膨化产品的影响的主次顺序为：水分含量>挤压温度>牛肉粉添加量>螺杆转速。A因素以A1水平最适，B因素以B3水平最适，C因素以C2水平最适，D因素以D2水平最适，即水分含量17 %，挤压温度170℃，螺杆转速160 r/min，牛肉粉添加量11 %。由方差分析得水分含量对膨化食品综合评分的影响最显著，其他因素无显著影响[10]。

表4正交试验方差分析结果Table 4 Variance analysis of orthogonal experiment

2.3优化条件的验证

验证试验的结果见表5。

表5验证试验结果Table 5 Validation test results

结果显示该条件下得到的产品的感官评价得分最高。得到产品的质构分析结果为硬度4.2N，脆度21.4 mm，此条件得到产品的膨胀度为329 %。

2.4产品的微观结构

产品的微观结构见图5。

图5产品的微观结构Fig.5 SEM micrographs of beef-rice powder and extrusion products

由电镜图观察到挤压前两种粉末颗粒分布不均匀，挤压后粉末颗粒更加均匀，形状规则，这可能由于挤压后淀粉颗粒被破坏，淀粉分子由有序变为无序状态，淀粉发生糊化因此结构更加松散分布更加均匀[12]。2.5未添加牛肉粉与添加牛肉粉挤压膨化产品的营养对比

未添加牛肉粉与添加牛肉粉挤压膨化产品的营养对比见表6。

由表6可以看出添加牛肉粉的挤压膨化产品与未添加的相比蛋白质跟脂肪的含量显著增加，牛肉粉的增加补充了谷物类食品中缺少的氨基酸尤其是赖氨酸跟谷氨酸，使产品的营养更加的均衡，并且产品碳水化合的含量为70.36 %满足了日常能量的供应。

表6营养成分表Table 6 Nutrition Information g/100 g

3　结论

牛肉粉与大米粉的挤压膨化的最佳工艺为：水分含量17 %，挤压温度170℃，螺杆转160 r/min，牛肉粉添加量11 %。在此条件下产品的感官评价得分最高为23.762，产品的硬度为4.2 N，脆度为21.4 mm，截面膨胀度为329 %。扫描电镜观察得知挤压后的产品形状结构变得规则有序均匀一致。本项研究表明可以通过挤压牛肉制成膨化产品，得到的产品比市售的同类产品营养更加均衡，具有广阔的开发前景。并且本研究的工艺为以后的挤压膨化肉制品的生产提供了基础数据。

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Sudies on Technologocal Parameters and Characteristics of Rice-Beef Extrusion Product

LIANG Wen-Ming，XU Xing-Yang，YANG Li-Li，CHENG Li-Min，CHEN Ye*
（College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China）

Abstract：The aim of the reserch was to extrude rice-beef using two screw extruder（SYSLG32-II，Jinan）.The optimal extrusion paraments were obtained by the orthogonal experiment design through sensory evalution.The results of extrusion parameters suggested that moisture cotent 17 %，revolution speed of extruder 160 r/min，extrusion temperature 160℃，beef content 10.00 %.The characteristic parameters of the extruded product under the optimal extrusion process were hardness 4.2 N，brittleness 21.4 mm，expansion rate 329 % and achieved the highest sensory scores 19.8. The product was a light brown，shiny，dedicate，crispy beef flavor snack.The starch granules swelled，each spacing increased and became more smooth.

Key words：beef；rice；extrusion；sensory evaluation；scanning electron microscope

收稿日期：2015-11-09

*通信作者：陈野（1968—），男（汉），教授，博士，研究方向：农副产品加工。

作者简介：梁文明（1989—），男（汉），硕士研究生，研究方向：农产品加工与物流保鲜。

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.03.022