裸燕麦与玉米淀粉混合挤压膨化技术研究

薛朕钰，刘金福，2，*，薛淼，刘斌

（1.天津农学院食品科学与生物工程学院，天津300384；2.天津市农副产品深加工技术工程中心，天津300384；3.天津市鸿禄食品有限公司，天津301713）

裸燕麦（naked oats），是一种具有很好的保健功效的粮食作物，在高血压、糖尿病、冠心病、肥胖症等慢性疾病的预防和人体亚健康状态的改善等方面具有一定的作用[1-2]。

挤压膨化技术是一个复杂的集合的加工体系，是将混合搅拌、破碎、高温高压、灭菌和膨化成型融为一体的高新技术，可以对富含淀粉、蛋白质的多种原料进行加工改变其物性、化学结构或进行营养重组。国内外对挤压膨化技术的研究颇多[3]，一般是通过挤出物的膨化率、糊化度、吸水性指数、水溶性指数、硬度及容重等理化特性指标的变化来评价加工物料的变化[4]。研究发现，影响挤压膨化品质的首要因素是原料中的直链淀粉含量，其次是水分含量和粗纤维含量[5]。燕麦淀粉形状不规则，多为面体，易聚集，光滑无孔洞，且其直链淀粉含量在10.6%～24.5%[6-8]；而玉米淀粉直链淀粉含量高，形状不规则与燕麦淀粉相似，溶解度较低[9]。本文通过添加玉米淀粉来改善裸燕麦挤压膨化特性，研究适宜的原料配比和加工技术条件，考察其膨化度、脆度、吸水性以及水溶性等指标的变化，为膨化食品和作为冲调类食品的配料的生产提供参考。

1 材料与仪器

裸燕麦：产地为内蒙古呼和浩特市，张家口康希燕麦食品有限公司出品；精制玉米淀粉：天津中英保健食品有限公司生产，直链淀粉含量约为70%。

KRT-34研磨式粉碎机：北京锟捷玉诚机械设备有限公司；DSE-30双螺杆挤压膨化机：济南鼎润机械设备有限公司；TA.XT.Plus物质测试仪（质构仪）：英国Stable Micro System公司。

2 试验方法

2.1 正交试验因素选择

参考有关文献[10-11]及预试验结果设定双螺杆挤压膨化机的螺杆转速设定为25 Hz，喂料速度40 g/min，选用直径为5.0 mm的模口进行测试，挤压过程顺畅。当IV区模口温度设定为180℃时，燕麦挤出物颜色明显发黑并带有焦糊味道易堵塞；物料加水量超过8%时，挤出物流畅且颜色呈棕色，冷却至室温后硬度过大，膨化度较差，而低于4%时物料挤出呈喷射状分散。为增加裸燕麦膨化特性，添加适量精制玉米淀粉，发现其膨化度有所改善，口感及脆度较好，添加精制淀粉超过60%时，物料挤出呈喷射状分散，低于40%时产品较细且膨化度明显降低，口感较差。

2.2 正交试验设计

本试验采用正交试验的方法，以IV区模口温度（160、170、180℃）、燕麦淀粉物料比（4 ∶6、5∶5、6∶4）、物料加水量（4%、6%、8%）3个工艺参数水平建立L9（33）正交试验模型，试验设计因素水平如表1所示。

表1 因素水平正交试验设计Table 1 Orthogonal experiment design of factor level

2.3 膨化度的测定

将样品截取为2 cm的小段，用游标卡尺测定产品中央直径，按下式计算膨化率（模口直径5.0 mm）。重复15次。

2.4 质构的测定

截取长度约为2 cm具有代表性的产品水平放在承载平台上，采用TA.XT.Plus物质测试仪，P/35型模头，压缩模式（Texture Profile Analysis），测试前速度2.0 mm/s，测试速度 1.0 mm/s，测试后速度 2.0 mm/s，下压程度50%[12]。重复10次。

2.5 吸水性指数和水溶性指数的测定

将样品粉碎，称2.5 g（W0），放入已知质量的离心管中（W1），加入30 mL蒸馏水，震荡，直至膨化物被完全分散。30℃水浴震荡30 min后，4 000 r/min离心20 min，将上清液倒入已知质量（W2）铝盒中，105℃烘至恒重（W3），称取沉淀物和离心管的总重量（W4）。重复3次。

2.6 感官评价

选取10名食品专业的人员进行感官评价（年龄20岁～60岁）。本评价采用5分制，感官评价指标、评分标准等[13]如表2所示。

表2 燕麦挤压膨化产品感官评价指标及评分标准Table 2 Sensory evaluation index and scoring standard of oat extrusion products

2.7 综合评价

采用线性插值法，将膨化率、吸水性指数、水溶性指数、质构的测定和感官评价转化为5分制，将产品测定的数据最大值Xmax记为5.0分，最小值Xmin记为1.0分，其它数据对应的分值为：S（X）=4×（X-Xmin）÷（Xmax-Xmin）+1.0，综合评分为各指标加权得分之和。

综合评分=膨化率得分×权重（0.2）+吸水性指数×权重（0.15）+水溶性指数×权重（0.15）+质构的测定×权重（0.3）+感官评价得分×权重（0.2）

2.8 数据统计分析

采用SPSS 23.0统计软件进行膨化产品工艺参数的数据处理。

3 结果与分析

3.1 原料成分分析

首先对裸燕麦和精制玉米淀粉原料的主要成分进行分析，如表3所示。

表3 原料成分分析Table 3 Analysis of raw material composition

通过原料成分分析，裸燕麦粉中蛋白质含量较高，是精制玉米淀粉的35倍；蛋白质含量较高影响裸燕麦粉膨化特性，添加50%玉米淀粉可提高产品的感官评分[14]。

3.2 挤压膨化工艺参数对膨化度的影响

以膨化度为指标进行L9（33）正交试验，分析结果如表4所示。

表4 以膨化度为指标的L9（33）正交试验及结果Table 4 Orthogonal experiment and result of L9（33）with expansion degree as index

续表4 以膨化度为指标的L9（33）正交试验及结果Continue table 4 Orthogonal experiment and result of L9（33）with expansion degree as index

由表 4 的极差分析结果可知，RC＞RB＞RA，三因素对膨化度影响大小依次为：燕麦淀粉物料比（C）＞Ⅳ区模口温度（B）＞加水量（A）。三因素中，燕麦与淀粉物料比对挤压膨化工艺的影响较为显著。

运用spss进行单因素一般线性模型主体间效应检验如表5所示。

表5 以膨化度为因变量的主体间效应检验Table 5 Intersubjective effect test with expansion as a dependent variable

3个因素对膨化度的影响都极显著，p＜0.01，误差较小，故进行各因素水平间Duncan式多重比较来确定最佳工艺参数为A1B3C1，即加水量4%，Ⅳ区模口温度180℃，燕麦与淀粉物料比4∶6。

3.3 挤压膨化工艺参数对硬度和脆度的影响

以膨化度为指标进行L9（33）正交试验，分析结果如表6所示。

表6 以质构为指标的L9（33）正交试验及结果Table 6 Orthogonal experiment and result of L9（33）with texture analysis as index

续表6 以质构为指标的L9（33）正交试验及结果Continue table 6 Orthogonal experiment and result of L9（33）with texture analysis as index

由表6的极差分析结果可得，在对质构硬度影响中RB＞RC＞RA，三因素对硬度影响大小依次为：Ⅳ区模口温度（B）＞燕麦淀粉物料比（C）＞加水量（A）。在脆度中RB＞RC＞RA，三因素对脆度影响大小依次为：Ⅳ区模口温度（B）＞燕麦淀粉物料比（C）＞加水量（A）。

运用spss进行单因素一般线性模型主体间效应检验如表7～表8所示。

表7 以硬度为因变量的主体间效应检验Table 7 Hardness dependent variable with expansion as a dependent variable

表8 以脆度为因变量的主体间效应检验Table 8 Fracturability as a dependent variable with expansion as a dependent variable

加水量和燕麦淀粉物料比对硬度有极显著影响，p＜0.01；IV 区温度对硬度有显著影响，0.01＜p＜0.05；误差较小，进行各因素水平间Duncan式多重比较来确定最佳工艺参数为A3B3C1，即加水量8%，Ⅳ区模口温度180℃，燕麦淀粉物料比4∶6。

加水量和燕麦与淀粉物料比对脆度有极显著影响，p＜0.01；IV 区温度对硬度有显著影响，0.01＜p＜0.05；误差较小，进行各因素水平间Duncan式多重比较来确定最佳工艺参数为A3B3C1，即加水量8%，Ⅳ区模口温度180℃，燕麦与淀粉物料比4∶6。

3.4 挤压膨化工艺参数对吸水性指数和水溶性指数的影响

以吸水性指数和水溶性指数为指标进行L9（33）正交试验，分析结果如表9所示。

表9 以吸水性和水溶性指数为指标的L9（33）正交试验及结果Table 9 Orthogonal experiment and result of L9（33）with index of water absorption and water solubility index as index

由表9的极差分析结果可得，在吸水性指数中RC＞RA＞RB，三因素对吸水性指数影响大小依次为：燕麦与淀粉物料比（C）＞加水量（A）＞Ⅳ区模口温度（B）。在脆水溶性指数中RA＞RC＞RB，三因素对燕麦挤压膨化工艺中水溶性指数影响大小依次为：加水量（A）＞燕麦与淀粉物料比（C）＞Ⅳ区模口温度（B）。

通过方差分析检验，采用均值比较法，通过吸水性指数确定最佳工艺参数为：加水量4%，Ⅳ区模口温度180℃，燕麦与淀粉物料比4∶6；通过水溶性指数确定最佳工艺为：加水量4%，Ⅳ区模口温度170℃，燕麦淀粉物料比4∶6。

3.5 挤压膨化工艺参数的综合评价

以综合评价得分为指标进行L9（33）正交试验，分析结果如表10所示。

表10 挤压膨化工艺的综合评价及结果Table 10 Comprehensive evaluation and result of extrusion process

表10 挤压膨化工艺的综合评价及结果Table 10 Comprehensive evaluation and result of extrusion process

表10的极差分析结果可得，在综合评价中RC＞RB＞RA，三因素的综合评价结果依次为：燕麦与淀粉物料比（C）＞Ⅳ区模口温度（B）＞加水量（A）。

通过方差分析检验，采用均值比较法，通过综合评价确定最佳工艺参数为：加水量4%，Ⅳ区模口温度180℃，燕麦与淀粉物料比4∶6；通过此最佳工艺参数生产裸燕麦粉与玉米淀粉混合膨化产品，其膨化度、质构特性、吸水性指数和水溶性指数均优于其它组，且气味、表现和口感较好，改善了单一裸燕麦粉的膨化特性。

4 结论与讨论

挤压膨化产品的脆性与直链淀粉含量呈极显著正相关[15]。而燕麦中直链淀粉含量较低[6-8]，且燕麦中脂肪含量在谷物中相对较高，与淀粉结合程度较高，难分离，单一以裸燕麦粉为原料挤压膨化加工后，其产品的膨化程度较低，色泽暗淡，如果粉碎后作为冲调食品用的原料其冲调性、吸水性也较差。试验增加了直链淀粉含量高的玉米淀粉与燕麦混合挤压膨化，明显改善了产品的膨化特性，产品从感官和其他指标的综合分析来看，无论是生产和膨化休闲食品，还是作为冲调食品的配料都有较高的质量水平。

目前挤压膨化设备分单螺杆和双螺杆两种类型，且加热分区一般为Ⅲ区、Ⅳ区和Ⅴ区之分。宁更哲[13]等人运用DSE-25型Ⅴ区双螺杆挤压膨化燕麦粉试验中，原料含水率为9.70%，物料含水率在18%～20%，挤压温度为160℃时效果较好。而本试验中原料含水率在8.8%，物料含水率为16.8%，挤压温度为180℃，效果更好，其原因可能为Ⅳ区设备加热过程短，形成熔融体时需要更高的温度，这样即使适当降低水分含量，也可以在更高的温度下通过压力的突然降低，高温水蒸气的释放也可以形成较好的膨化效果。

采用DSE-30型双螺杆挤压膨化机，以IV区模口温度，燕麦与淀粉物料比和加水量为因素进行正交试验，通过膨化度、质构硬度、质构脆度、吸水性指数、水溶性指数和感官评价等指标变化，通过极差分析与方差分析，确定膨化产品适宜的工艺参数为物料加水量4%，Ⅳ区模口温度180℃，燕麦淀粉物料比4∶6，可以生产物性、色泽和风味良好的燕麦膨化食品或配料。

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