芡实与玉米挤压膨化工艺及其产品特性研究

何晓伟，张唯一，张　汆

(滁州学院 生物与食品工程学院；安徽省博士后科研工作站，安徽 滁州 239000)



芡实与玉米挤压膨化工艺及其产品特性研究

何晓伟，张唯一，张汆

(滁州学院 生物与食品工程学院；安徽省博士后科研工作站，安徽 滁州 239000)

以芡实粉和玉米粉为主要原料，采用双螺杆挤压膨化技术，研制出一种营养丰富、风味独特，方便食用的芡实玉米膨化食品.本实验以芡实粉与玉米粉比例、物料含水率、机筒Ⅲ区温度、螺杆转速为可变因素，以感官评价和膨化度为指标，通过单因素和正交试验对芡实与玉米挤压膨化食品的加工工艺进行研究，确定最佳工艺参数为芡实粉：玉米粉(W/W)=1∶10，物料水分含量15%，机筒Ⅲ区温度145 ℃，主轴转速25Hz，产品理化指标符合GB/T22699-2008膨化食品卫生标准.

芡实；玉米粉；挤压膨化；工艺参数

芡实是睡莲科芡属的水生植物的成熟种仁，别名鸡头米、鸡头苞、鸡头莲等[1],脂肪含量低、氨基酸种类齐全且配比合理，含有磷、铁、硒、碘等矿质元素，含有维生素C、维生素E等高营养效价的维生素[2-4]，具有促进血液循环、软化心脑血管、降血脂和增强免疫力[5-8]、固肾涩精、健脾止泻、延缓衰老、益气养血[9-11]等多种保健功能，目前主要用于开发保健酸奶[12]、保健香肠[13]、保健酒[14-15]、保健罐头、保健粥、芡实药膳[16]等产品，但是用于开发挤压膨化类产品国内鲜有报道.

挤压膨化技术是一种低能耗、高效率，具有非常诱人发展前景的食品加工技术，在国外研究的比较早[17-18]，已经发现该加工技术可以有效提高蛋白质的消化率、提高膳食纤维溶解性等[19-20].但国内研究起步较晚，目前主要集中在制作谷物早餐粉、非油炸类膨化食品[21-22].本实验以芡实与玉米为主要原料，以膨化度、感官评分为主要质量评价指标，探究不同工艺参数对芡实与玉米粉的挤压膨化产品质量的影响，探究该产品的加工工艺.

1　材料与方法

1.1材料

芡实仁果、玉米粉，滁州，市售.新鲜芡实仁果置于60 ℃鼓风干燥箱中烘干24 h，粉碎后过60目筛，密封备用.

1.2仪器与设备

SYSLG30-IV型双螺杆挤压试验机(济南赛百诺科技开发有限公司)，L-550型高速离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司)，SSW-600-2S型电热恒温水槽(上海博迅实业有限公司医疗设备厂)，BPG-9070A型鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)，SL-100型高速多功能粉碎机(浙江省永康市松青五金厂)，SOX500型脂肪测定仪(济南海能仪器股份有限公司)，K1100型自动定氮仪(济南海能仪器股份有限公司)，TP300001型电子天平(上海越平科学仪器有限公司).

1.3芡实与玉米挤压膨化工艺优化

1.3.1单因素试验

结合预实验的结果以及相关文献[23-24]综合考虑，工艺优化过程中因素水平设置见表1.

表1　单因素实验设计表

(1) 机筒Ⅲ区温度优化.该机器的Ⅲ区温度主要影响挤压膨化效果，试验中主轴转速15 Hz，物料含水量设置为15%，芡实与玉米的质量比设置为1∶20，以产品的膨化度、感官评价作为主要质量评价指标，分别考虑机筒Ⅲ区温度为130 ℃，135 ℃，140 ℃，145 ℃，150 ℃五个水平下对产品的影响.

(2) 主轴转速优化.机桶Ⅲ区温度依据上述优化结果设置，其他参数与评价指标不变，分别考虑主轴转速为15 Hz，20 Hz，25 Hz，30 Hz，35 Hz五个水平下对产品的影响.

(3) 物料水分含量优化.主轴转速依据上述优化结果设置，其他参数与评价指标不变，分别考虑水分含量为13%，14%，15%，16%，17%五个水平下对产品的影响.

(4) 芡实与玉米比例优化.物料水分含量依据上述优化结果设置，其他参数与评价指标不变，分别考虑芡实与玉米的质量比为1∶10,1∶20,1∶30，1∶40,1∶50五个水平下对产品的影响.

1.3.2正交试验

在单因素试验基础上，进行L9(34)正交试验，进一步优化芡实与玉米挤压膨化工艺.因素A为机筒Ⅲ区温度(℃)；因素B为主轴转速(Hz)；因素C为物料水分含量(%)；因素D为芡实与玉米粉比例.

1.4评价方法

1.4.1理化指标测定

水分含量的测定：GB/T 5009.3-2010；蛋白质含量的测定：GB/T 5009.5-2010；脂肪含量的测定：GB/T 14772-2008；灰分含量的测定:GB/T 5009.4-2010；可溶性膳食纤维测定:GB 5009.88-2014.

1.4.2膨化度的测定

使用游标卡尺测定出产品的直径，其平均值作为该产品的平均直径，以产品平均直径除以模口直径(6 mm)，其商为膨化度.

1.4.3感官评价方法

结合产品的性质及类似产品[23]的品质评价，分别从外观、口感、风味、组织状态四方面进行评价，满分100分，具体细则如表2所示.

表2　芡实与玉米挤压膨化产品感官评价指标细则

2　结果与分析

2.1机筒Ⅲ区温度优化结果

机筒Ⅲ区温度对产品质量会产生影响，温度优化结果见图1.随着机筒Ⅲ区温度的升高，产品膨化度和感官评价得分均呈现先平稳增大后明显减小的趋势.当机筒Ⅲ区温度为140 ℃时，产品膨化度最高为3.86，感官评价得分为90.随着温度的升高，产品的从模口挤出困难，且伴随焦糊味，产品硬度增加，口感变差，颜色较暗，偏灰黑色.出现以上变化可能是由于随着温度升高水分子运动剧烈，更容易汽化，从而促进物料中气孔状结构的形成，提高淀粉的糊化程度，增加膨化动力.温度过高时(≥140 ℃)又可能使得物料表面过早形成坚硬的结构或者炭化，导致物料内部淀粉结构破坏，固定气体能力变差，不容易形成气泡结构，膨化度降低.综合考虑，物料含水量设置在135～145 ℃之间.

2.2主轴转速优化结果

由图2可知，随着螺杆转速的加快，感官评价得分和膨化度均呈现先上升后下降的趋势.当主轴转速为15～25 Hz范围时，产品膨化度较高，在3.54～8.70范围内；产品感官评价得分也较高，在87～88之间.螺杆转速较低时，产品膨化度和感官评分变化可能是因为随着螺杆转速的增大，物料在模口处所受到的剪切力增大，淀粉分子间的氢键作用被削弱，分子骨架空间松散，使得物料中的水分更容易渗入，致使其发生溶胀，促进产品膨化度增大.当螺杆转速继续增大时，物料在机筒内的停留时间减短，物料吸收热量不足，糊化不彻底，膨化度降低.综合考虑，主轴转速范围设置在15～25 Hz之间.

图1　机筒Ⅲ区温度对产品质量的影响　　　　　　　　　图2　主轴转速对产品质量的影响

2.3物料水分含量优化结果

物料水分含量对产品质量也会产生影响，物料水分含量优化结果见图3.产品的膨化度、感官评分随着水分含量增加呈先上升后下降的趋势.当水分含量为14%～16%时，膨化度较高为6.76～13.93，感官评价得分为84～88.物料含水量很低时，产品较硬，容易焦糊或炭化，严重时堵塞模口；物料含水量很高时，膨化效果不明显，产品偏软.造成这一现象的原因可能是水分影响原料吸水程度、原料的黏度，从而造成在模口内外压差变化的大小变化；也有可能影响能量的传递，从而影响物料整体熔融情况.当水分含量合适时，模口内外压差大，物料整体熔融情况良好，此时产的膨化度较好，感官评价得分也较高.综合考虑，物料含水量设置在14%～16%之间.

2.4芡实与玉米比例优化结果

芡实与玉米比例对产品质量有影响，其优化结果见图4.产品的膨化度随着物料中玉米的比例增大呈现先增大后平缓的趋势，感官评价得分呈现先增大后稍微降低的趋势.随着玉米比例的增加，产品的芡实风味减弱，玉米风味增强，产品颜色从褐色变浅黄色.因此，结合产品的营养价值、感官评价考虑，物料中芡实与玉米的比例设置在1∶10至1∶30之间.

图3　物料水分含量对产品质量的影响　　　　　　　　图4　芡实与玉米比例对产品质量的影响

2.5正交实验结果

由正交试验结果表3可以看出，以产品膨化度为评价指标，可知影响芡实与玉米挤压膨化产品质量的因素主次顺序为A>D>C>B，即机筒Ⅲ区温度>主轴转速>物料水分含量>芡实与玉米粉比例，最优组合为A3B3C2D1与正交试验中第9组试验数据吻合，不需要做验证试验.以产品的感官评价得分为指标，可知影响芡实与玉米挤压膨化产品膨化度的主次因素顺序是D>A>C>B，最优组合为A3B3C2D2.结合两种指标综合分析，可知机筒Ⅲ区温度、芡实与玉米粉比例是影响产品质量的较主要因素.本试验中，原料主要是芡实粉、玉米粉，没有添加糖、盐等其他调味料，可能会造成评价分值偏低，或者造成感官评价员的评价受产品膨化情况影响.综上所述，依据产品膨化度为主要评价指标，当机筒Ⅲ区温度为145 ℃，主轴转速为25 Hz，物料水分含量15%，芡实与玉米粉比例为1∶10时，产品膨化度较好，感官评价分值也较高，为91分.

表3　芡实与玉米挤压膨化正交试验结果

2.6产品理化指标

在最佳挤压膨化工艺下，制作出来的芡实与玉米挤压膨化产品的水分含量为2.17%，粗脂肪含量为1.67%，蛋白质含量为10.02%，灰分含量为0.35%，可溶性膳食纤维为16.5%，细菌总数≤180 cfu/g，大肠菌群≤25 MPN/100 g，产品的质量标准符合GB/T 22699—2008膨化食品卫生标准要求.

3　讨论

膨化度是衡量挤压膨化产品的一个重要指标，影响该指标的因素除了本实验中考虑的物料配比、机筒温度、物料含水率、螺杆转速外，具有关文献报道原料中直链淀粉的含量、物料粒度、食品添加剂、螺杆构型、模头结构、喂料速度也会影响到该指标值的变化[24-25].因此，要探究出更加科学的挤压膨化产品生产工艺可能还需要借助全质构参数、容积密度、吸水性指数、水溶性指数、色差等理化指标加以分析[26].

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责任编辑：卫世乾

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

江淮分水岭校级规划项目(2014GH40)

何晓伟(1987—)，男，河南灵宝人，助教，硕士，研究方向：食源性致病的快速检测及特色农产品的开发.

张氽(1970—)，女，陕西咸阳人，教授，博士，研究方向：食品化学与营养、膳食蛋白.

1671-9824(2016)05-0089-05

Q81

A