不同挤压参数对鹰嘴豆淀粉颗粒形貌的影响

王立东，沈丹

（黑龙江八一农垦大学国家杂粮工程技术研究中心，黑龙江大庆163319）

不同挤压参数对鹰嘴豆淀粉颗粒形貌的影响

王立东，沈丹

（黑龙江八一农垦大学国家杂粮工程技术研究中心，黑龙江大庆163319）

对不同参数条件下双螺杆挤压处理鹰嘴豆淀粉的颗粒形貌进行观察，研究鹰嘴豆淀粉颗粒形貌的变化。利用扫描电子显微镜对淀粉颗粒形貌进行观察，分析不同挤压蒸煮温度、原料水分含量、螺杆转速、喂料速度等因素条件下得到的变性鹰嘴豆淀粉颗粒形貌，并与鹰嘴豆原淀粉颗粒形貌进行对比。结果表明，鹰嘴豆原淀粉颗粒表面光滑，主要呈卵圆形；挤压膨化处理后，不同挤压参数条件对鹰嘴豆淀粉颗粒形貌产生不同的影响，鹰嘴豆淀粉颗粒表面粗糙，多数呈现不规则多角形状。说明高温高压挤压膨化处理对鹰嘴豆淀粉颗粒结构改变产生重要影响。

挤压膨化；鹰嘴豆；淀粉；颗粒形貌

鹰嘴豆又称桃豆、鸡豌豆，为豆科鹰嘴豆属，一年生或多年生草本植物[1-2]。鹰嘴豆在国外主要生长在印度、巴基斯坦、墨西哥等国家的干旱地区，我国主要种植在新疆、甘肃、青海等西部地区。鹰嘴豆产品营养丰富，除富含多种植物蛋白、氨基酸、维生素、粗纤维，以及钙、镁、铁等矿物质外，其淀粉含量丰富，高达40%～60%。鹰嘴豆淀粉具有特殊香味，常被用来与小麦粉一起混合使用制作各类食品。同时，鹰嘴豆淀粉还被用于棉毛、纺织等原料上浆和抛光，也是制造业工业用胶的优质原料[3]。因此，研究鹰嘴豆淀粉对食品和纺织工业上的应用具有指导意义。

双螺杆挤压蒸煮技术是一种新型的物理加工技术，利用高温高压、高剪切力作用于物料，然后突然释放压力至常温常压状态，使物料的内部组织和结构发生相应的变化，其改变传统谷物食品的加工方法，能够使物料体积膨大、组织疏松、淀粉发生糊化、产品水溶性增加，易于人体消化吸收。该技术具有改善产品品质、缩短生产周期、降低生产成本和提高产品品质等优势[4-8]，已被广泛应用于玉米、大米、燕麦、小米等谷物食品加工领域[9-12]，但很少应用于豆类等杂粮的食品加工中。膨化杂粮粉能够改善产品的品质，将其应用于主食化食品加工过程中具有重要意义，而且杂粮食品的开发，对促进杂粮产业发展具有深远影响[13]。

因此，利用挤压膨化技术处理鹰嘴豆淀粉，并对挤压膨化后的鹰嘴豆淀粉颗粒形貌进行观察，确定不同挤压参数条件对其颗粒形貌产生的影响，以期为进一步确定结构特性的变化奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鹰嘴豆，市售，产自新疆；氢氧化钠等化学试剂，均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

SLG35-A型双螺杆膨化机，济南大亿膨化机械有限公司产品；Perten3100型旋风磨，波通瑞华科学仪器有限公司产品；Bettersize2000型激光颗粒分布测量仪，丹东博泰仪器有限公司产品；TGL-16C型高速台式离心机，上海安亨科学仪器厂产品；电热鼓风干燥箱，北京大宇仪器有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 挤压膨化工艺流程

鹰嘴豆淀粉→原料水分调节→主机温度调节→主机频率调节→喂料频率调节→进样→挤压膨化处理→膨化淀粉颗粒→冷却→粉碎→膨化淀粉粉末。

由于挤压膨化时原料水分含量、膨化温度、主机频率和喂料频率对物料膨化效果及产品组成结构有直接影响，所以考查上述4个因素对鹰嘴豆淀粉颗粒形貌的影响。

1.3.2 鹰嘴豆原淀粉的分离提取

鹰嘴豆原料→去杂→清洗→80℃干燥→粉碎（100目）→氢氧化钠浸泡（溶液质量分数0.3%，7 h）→过滤（100目）→离心（3 000 r/min，10 min）→去蛋白→清洗→离心→干燥（40℃）→鹰嘴豆原淀粉。

1.3.3 鹰嘴豆淀粉颗粒形貌的测定

扫描电子显微镜（SEM）观察鹰嘴豆淀粉颗粒形貌。称取一定量的淀粉样品，分散于导电双面胶上，镀金处理后进行扫描电子显微镜观察，在不同放大倍数条件下观察样品颗粒形貌，加速电压为15 kV。

2 结果与分析

2.1 鹰嘴豆原淀粉颗粒的扫描电镜观察

鹰嘴豆原淀粉的颗粒形貌见图1。

图1 鹰嘴豆原淀粉的颗粒形貌

相关研究发现，在淀粉颗粒宏观分子与组织结构之间存在一个微晶结构水平[14]。随着各种分析技术的应用，对淀粉结构的理解取得了长足进展。例如，凝胶渗透色谱、阴离子交换色谱和质谱主要用于测定淀粉的分子结构；X射线衍射常用于测定淀粉的结晶结构；原子力显微镜用于观察淀粉的分子结构和颗粒的纳米级结构；扫描电子显微镜、透射电子显微镜用于观察淀粉颗粒形貌结构；核磁共振、红外光谱则广泛应用于测定取代基团、分子结构及结晶结构等[15]。

由图1可知，鹰嘴豆原淀粉颗粒呈椭圆形，颗粒表面光滑，颗粒粒形饱满且粒形均匀。

2.2 膨化温度对鹰嘴豆淀粉颗粒形貌的影响

膨化温度对鹰嘴豆淀粉颗粒形貌的影响见图2。

图2 膨化温度对鹰嘴豆淀粉颗粒形貌的影响

由图2可知，在不同膨化温度条件下挤压膨化处理鹰嘴豆淀粉，得到的膨化淀粉颗粒微观结构发生了较大变化，其颗粒形貌由规则均匀的卵圆形主要向不规则多棱角形转变，甚至出现完全无规则形状，颗粒表面变得粗糙，颗粒形貌不均匀。同时，随着膨化温度的升高，鹰嘴豆颗粒形貌变化较大。这主要是随着膨化温度的升高，挤压膨化机的高温高剪切作用剧烈地破坏了淀粉原有的颗粒结构，淀粉分子重新排列。其中，在膨化温度为85℃时，鹰嘴豆淀粉颗粒形貌较为均匀完整。

2.3 不同水分含量对鹰嘴豆淀粉挤压膨化的影响

不同水分含量对膨化鹰嘴豆淀粉颗粒形貌的影响见图3。

由图3可知，不同水分含量对挤压处理后淀粉颗粒形貌产生重要的影响。淀粉颗粒表面变得粗糙，颗粒多呈现规则的楞角形，不出现部分小颗粒。随着原料水分含量的逐渐增大，颗粒形貌粗糙程度加大，颗粒粒形减小，颗粒变得无规则。这可能是由

图3 不同水分含量对膨化鹰嘴豆淀粉颗粒形貌的影响

于淀粉在低水分条件下糊化程度低，随着原料水分含量的增大，糊化程度加剧，导致淀粉颗粒形受到高压和高剪切作用力的破坏，颗粒变得无规则。其中，在水分含量为14%时，膨化淀粉的颗粒形貌较为均匀完整。

2.4 螺杆转速对鹰嘴豆淀粉挤压膨化的影响

螺杆转速对鹰嘴豆淀粉颗粒形貌的影响见图4。

图4 螺杆转速对鹰嘴豆淀粉颗粒形貌的影响

由图4可知，螺杆转速对鹰嘴豆淀粉挤压膨化的颗粒形貌具有较大影响，淀粉颗粒形貌变得不再光滑，颗粒多呈楞角形。随着螺杆转速的增大，淀粉颗粒变小，淀粉晶体结构完全受到破坏。淀粉颗粒由致密结构向疏松结构转变，且淀粉出现过糊状态。其中，螺杆转速在29 Hz的条件下，膨化淀粉颗粒的形貌较为均匀完整。

2.5 喂料速度对鹰嘴豆淀粉挤压膨化的影响

喂料速度对鹰嘴豆淀粉颗粒形貌的影响见图5。

图5 喂料速度对鹰嘴豆淀粉颗粒形貌的影响

由图5可知，不同的喂料速度对鹰嘴豆淀粉的膨化效果影响不显著，淀粉颗粒形貌均呈现较为完整的楞角形。但喂料速度过低，挤压腔内压力不够，导致淀粉糊化效果不佳，达不到良好的膨化效果；喂料速度过快，将导致挤压腔内物料过多，将在加压腔内产生高压，影响淀粉的膨化效果。其中，喂料速度在22 Hz的条件下，膨化淀粉颗粒的形貌较为完整。

3 结论

利用扫描电子显微镜对不同挤压膨化参数条件下鹰嘴豆淀粉的颗粒形貌进行观察，确定挤压膨化对淀粉颗粒结构的影响。原淀粉颗粒较大，多数呈饱满的卵圆形，少数呈圆形，表面十分光滑。经过挤压膨化处理后，淀粉颗粒均发生形状和颗粒大小的改变，颗粒表面变得粗糙不光滑，形状多呈不规则多角形，部分颗粒表面出现孔洞。在膨化温度85℃，原料水分含量14%，螺杆转速29 Hz，喂料速度22 Hz条件下，膨化淀粉颗粒形貌较为完整，说明高温高压挤压膨化处理对淀粉颗粒结构改变产生重要影响。

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Effects of Different Extrusion Parameters on the Morphology of Chickpea Starch Granules

WANG Lidong，SHEN Dan
（National Coarse Cereals Engineering Research Center，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319，China）

The granule morphology of chickpea starch treated by twin-screw extruder under different parameters is observed，and the morphology of starch granule of chickpea starch is investigated.The starch granule morphology is observed by scanning electron microscopy，particle morphology，degeneration of chickpea starch obtained by different extrusion temperature，material moisture，screw speed，feed speed and other factors and conditions，and chickpea starch particle morphology are compared.The results show that the starch granules of the main surface is smooth，oval，extrusion，extrusion and different parameters have different effects on the particle morphology of starch granules，the surface is rough，the majority shows irregular polygonal shape.It shows that high temperature and high pressure extrusion treatment have important influence on starch grain structure change.

extrusion；chickpea；starch；granule morphology

TS231

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.08.029

1671-9646（2017）08b-0001-03

2017-07-17

2015国家星火计划项目（2015GA670008）；牡丹江市指导性科技计划项目（Z2016N0016）；黑龙江省农垦总局科技计划项目（HNK135-05-02-4）。

王立东（1978—），男，硕士，助理研究员，研究方向为粮食、油脂及植物蛋白工程。