马铃薯米线挤压工艺的研究

郭静璇， 李 柱， 王 莉， 王 韧， 沈存宽， 罗小虎， 李亚男， 陈正行*

（1．江南大学 食品学院/粮食发酵工艺与技术国家工程实验室，江苏 无锡 214122；2.帝斯曼（江苏）生物技术有限公司，江苏 无锡 214253）

马铃薯营养价值高，富含淀粉、蛋白质及多种营养物质，如维生素、矿物质等，素有“第二面包”之称[1]。马铃薯中蛋白质接近于动物蛋白，含有18种氨基酸，其中谷物粮食中缺乏的色氨酸和赖氨酸含量较高，能补充谷物粮食的欠缺[2-3]。在欧美发达国家，马铃薯多以主食形式消费，马铃薯制品加工率高达76%；而在我国，受饮食习惯的影响，马铃薯主要作为蔬菜鲜食。现阶段，随着我国马铃薯主粮化战略的启动，越来越多的马铃薯将会作为主粮消费，马铃薯面条、馒头等传统主食的出现能逐步转变我国膳食结构。

米线是我国南方地区的传统主食之一，是以大米或淀粉为主要原料的面条化食品[4]。米线韧性好、口感爽滑、食用方便，比较符合我国的饮食习惯，深受消费者喜爱。米线生产比面条复杂，主要依靠淀粉糊化后又凝胶化所形成的凝胶网络结构[5]。而马铃薯淀粉含量高，淀粉颗粒大，含有天然磷酸基团，具有优良的糊化特性，能形成品质优良的淀粉凝胶，是制作米线的优质原料[3]。但目前，以马铃薯为主要原料制作米线的研究还较少，市场上也几乎没有马铃薯米线产品。这主要是由于马铃薯全粉或淀粉极易吸水膨胀，会增加米线挤压制作的加工难度，制备出的米线硬度和韧性过大，使米线品质降低。此外，马铃薯全粉在水中的溶解度也远远大于大米粉，以马铃薯为原料制作的米线煮制时易浑汤、易断条。而籼米作为市售米线的主要原料，具有直链淀粉含量高、凝胶强度大等优点，但籼米米线持水能力相对较差，且弹性不足、难以熟化、加工工艺复杂。在马铃薯米线中添加适量籼米可以适当抑制马铃薯原料的吸水膨胀与溶解，提高马铃薯米线的品质，得到弹性较好、复水迅速且工艺简便的米线。前期研究中综合评价了马铃薯米线的食用品质及原料特性，发现马铃薯全粉与籼米粉以质量比6∶4制成的米线品质较好，适合于产业化生产。因此，作者以马铃薯全粉为主要原料，以原料水分质量分数、螺杆转速、挤压糊化温度和挤压蒸煮温度为试验因素，采用双螺杆挤压工艺生产马铃薯米线，优化工艺参数，探索马铃薯加工米线产品的途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

马铃薯粉：兴化统全食品有限公司产品；中嘉早稻17：中国水稻研究所提供。

1.2 仪器及设备

Polylab型双螺杆挤压机：螺杆长径比＞20∶1，美国赛默飞世尔科技公司；TA-XT.Plus物性分析仪：英国SMS公司产品；电子天平：中国梅特勒-托利多（上海）仪器有限公司产品；电热恒温鼓风干燥箱：中国上海三发科学仪器有限公司产品。

1.3 试验方法

将马铃薯粉与磨粉后的中嘉早稻17分别过80目筛，按马铃薯粉∶米粉质量比6∶4的比例混合，搅拌均匀，装入密封袋封口备用。

1.3.1 马铃薯米线的挤压工艺 工艺流程：复配粉→调节水分→过30目筛→平衡水分→挤压糊化→成型→老化→干燥→包装

操作时，调节水分是在复配粉中添加定量蒸馏水并均匀搅拌，搅拌速度160 r/min，搅拌时间为15min。平衡水分需要将调湿后的复配粉装入封口袋后置于4℃下平衡水分12 h，并在挤压前放置在室温下回温1 h。挤压糊化和成型是在一定的挤压条件下于双螺杆挤压机内完成，成型模头磨口直径为2.2 mm。老化条件为：老化温度25℃，老化时间4h；干燥条件为：干燥温度40℃，干燥时间12 h。

1.3.2 马铃薯米线挤压工艺单因素条件的选定双螺杆挤压机可调节的参数主要为螺杆转速和4个腔体挤压温度。预实验选定挤压机一区、二区温度分别为70℃和90℃，而原料水分含量、挤压机三区温度（糊化温度）、四区温度（成型温度）和螺杆转速的范围为：

原料水分质量分数：34%、36%、38%、40%、42%； 挤压机糊化温度：90、95、100、105、110 ℃；挤压机成型温度：80、85、90、95、100 ℃；螺杆转速：70、80、90、100、110 r/min。

1.3.3 马铃薯米线挤压工艺的优化 在单因素试验的基础上，以原料水分质量分数（A）、螺杆转速（B）、挤压糊化温度（C）和挤压成型温度（D）为影响因素，以蒸煮品质、质构特性和感官评价为指标，选用L9（34）正交试验方法，以确定最佳工艺条件。

1.3.4 马铃薯米线的蒸煮品质测定 蒸煮损失：称取长度约为5 cm的马铃薯米线5 g，记录干质量为m0（预先在105℃下测定水分质量分数）。将马铃薯米线加入200 mL煮沸的蒸馏水中，保持微沸蒸煮2.75 min后挑出，置于滤勺上用50 mL蒸馏水淋洗30 s，并沥水5 min。将沥干的马铃薯米线倒入铝盒，置于105℃干燥箱中干燥至恒重（mL），记录干质量为m1，按照以下公式计算蒸煮损失率：

表1 L9（34）正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels table of L9（34） orthogonal test

断条率：取直径均匀、长度约为25 cm的马铃薯米线30根，加入600 mL沸腾的蒸馏水，保持微沸蒸煮2.75 min后挑出，用蒸馏水淋洗并沥干，记录断条数（n）。马铃薯米线的断条率即为：

1.3.5 马铃薯米线的质构特性测定 马铃薯米线的质构特性采用TA-XT.Plus物性测试仪进行测定。将马铃薯米线加入600 mL沸腾的蒸馏水中，保持微沸蒸煮2.75 min后挑出，在500 mL蒸馏水中冷却30 s，沥干。每次取3根马铃薯米线进行全质构（TPA），每个样品平行6次取平均值。测试条件如下：TPA：测试探头为P/35，压缩比为50%，感应力为5 g，测前、测中、侧后探头速度均为1 mm/s[6]。

1.3.6 马铃薯米线的感官评价 马铃薯米线的感官评价由经过培训的15人组成品评小组对蒸煮过后的样品进行品尝评分。感官评价主要针对蒸煮过后马铃薯米线的外观形态、色泽、风味和口感4个方面进行评分，4个方面分数总和为感官评价总分。具体评价标准见表2。

1.4 数据分析

数据统计与分析采用SPSS 20.0和Excel软件。正交实验中马铃薯米线质构特性采用主成分分析法，蒸煮品质采用无量纲化处理。

2 结果与分析

2.1 不同加工条件对马铃薯米线品质的影响

2.1.1 原料水质量分数对马铃薯米线品质的影响由图1可知，当原料水质量分数在34%～40%之间时，马铃薯米线的蒸煮损失率呈现下降趋势，当原料水质量分数为40%时，蒸煮损失率达到最小，随后增加；马铃薯米线的断条率随着原料水质量分数由34%增加至38%时明显减小，当原料水分质量分数大于38%时，断条率无明显变化。

图2所示可得，原料水质量分数由34%增加至36%时，马铃薯米线的硬度、弹性和咀嚼性均呈下降趋势。当原料水质量分数增加至38%时，马铃薯米线的硬度和咀嚼性急剧升高，随后保持相对恒定，且水质量分数为38%时硬度达到最大值（1 665.320 g），水质量分数为40%时咀嚼性达到最大值（1 314.887 g）。而当原料水质量分数在36%～40%时，马铃薯米线的弹性呈现逐渐增加的趋势，并在水质量分数为40%时达到最大（0.974），随后降低。

在相同加工条件下，原料中水质量分数过低时，马铃薯米线不能完全且均匀地糊化，容易干裂，煮后易糊汤、易断条[7]。随着原料水质量分数的增加，马铃薯米线糊化更加彻底均匀，使米线的结构更加致密，煮后光滑而又嚼劲。当原料中水质量分数过高时（42%以上），原料与螺杆之间的摩擦减小，产生的热量也越少，糊化度反而下降[8]。此外，由于水的润滑作用，螺杆转动时所受阻力减小，挤压加工难度增加，马铃薯米线的强度、韧性均会降低，并且容易造成并条现象[9-10]。综合马铃薯米线的蒸煮品质和质构品质，原料水质量分数为38%～40%时，各项指标达到最佳。

2.1.2 挤压糊化温度对马铃薯米线品质的影响图3表明，随着挤压糊化温度由90℃升高至100℃，马铃薯米线的蒸煮损失迅速减少，当挤压糊化温度在100～110℃之间时，蒸煮损失保持相对稳定，并在105℃时达到最小值（19.38%）。与此同时，马铃薯米线的断条率也随着挤压糊化温度升高至105℃而急剧下降，同样在105℃时达到最小值（1.11%），随后增加。

图1 原料水质量分数对马铃薯米线蒸煮品质的影响Fig.1 Effect of moisture content on cooking qualities of potato noodles

图2 原料水质量分数对马铃薯米线硬度、弹性、咀嚼性的影响Fig.2 Effect of moisture content on hardness，elasticity and chewiness of potato noodles

图4展示了挤压糊化温度对马铃薯米线质构硬度、弹性和咀嚼性的影响。当挤压糊化温度在90～100℃时，马铃薯米线的硬度和咀嚼性逐渐增加，当温度升至105℃时，硬度（1 838.852 g）和咀嚼性（1 465.326 g）均迅速达到最大值，随后降低。马铃薯米线的弹性随着挤压糊化温度的升高而增大，在105℃的挤压糊化温度下能得到最大的弹性（0.977），但当温度高于105℃时，弹性反而下降。

图3 挤压糊化温度对马铃薯米线蒸煮品质的影响Fig.3 Effect of pasting temperature on cooking qualities of potato noodles

图4 挤压糊化温度对马铃薯米线硬度、弹性、咀嚼性的影响Fig.4 Effectofpasting temperature on hardness，elasticity and chewiness of potato noodles

对于马铃薯米线的挤压工艺，糊化温度能够影响淀粉的糊化和蛋白质的变性[11]。挤压糊化温度较低时，原料中淀粉糊化不充分，所形成的马铃薯米线凝胶品质较差。挤压糊化温度越高，原料淀粉的糊化越充分，马铃薯米线内部结构越致密，能形成良好的米线凝胶[11-12]。但同时，挤压糊化温度过高，容易引起原料粉变质，造成断条率的增加、硬度和咀嚼性的下降，不利于产品质量的保持与提高。故考虑选定挤压糊化温度为105℃左右。

2.1.3 挤压成型温度对马铃薯米线品质的影响选择水分质量分数为38%的复配粉原料，挤压糊化温度105℃，其他条件不变，改变挤压成型温度。结果如图5所示，挤压成型温度在80～90℃之间时，马铃薯米线的蒸煮损失逐渐降低；成型温度高于90℃时，蒸煮损失逐渐增加。马铃薯米线的断条率随温度升高而略微降低，当温度超过90℃后断条率反而增加，尤其当温度由95℃升至100℃时，断条率由14.44%迅速增加至27.78%。

图5 挤压成型温度对马铃薯米线蒸煮品质的影响Fig.5 Effectofextrusion temperatureon cooking qualities of potato noodles

图6 挤压成型温度对马铃薯米线硬度、弹性、咀嚼性的影响Fig.6 Effect of extrusion temperature on hardness，elasticity and chewiness of potato noodles

马铃薯米线的质构特性变化结果见图6。马铃薯米线的硬度和咀嚼性具有相同的变化趋势，当挤压成型温度在80～95℃之间时，硬度和咀嚼性明显具有上升趋势；在95℃下挤压出的马铃薯米线硬度（1 995.342 g）和咀嚼性（1 558.449 g）最大；温度进一步升高，反而具有明显下降的趋势。挤压成型温度在80～95℃之间时，马铃薯米线的弹性呈缓慢上升趋势，在95℃之后无明显变化趋势。

双螺杆挤压机挤压过程中，一区、二区主要用于输送物料，三区用于加热糊化物料，而四区则在进一步促进物料的糊化的基础上，通过提高腔体内部压力降物料挤压成型。因此，对于马铃薯米线的挤压过程，控制挤压成型温度是包装产品质量的关键[13]。当挤压成型温度较低时，原料糊化不充分且黏度大，挤压出的米线结果较为松散。挤压成型温度的升高，有利于原料的进一步糊化，使马铃薯米线内部结构更加均匀致密。然而当挤压成型温度过高时，可能会较大程度地改变原料组分性质，并且由于较高的糊化程度使得原料黏度下降，使腔体内部压力降低，不利于马铃薯米线凝胶的成型[14-15]。因此，选定挤压成型温度为90～95℃。

2.1.4 螺杆转速对马铃薯米线品质的影响 选择水分质量分数为38%的复配粉原料，挤压糊化温度105℃，挤压成型温度95℃，其他条件不变，改变螺杆转速。结果如图7所示，当螺杆转速在70～90 r/min之间时，马铃薯米线的蒸煮损失逐渐降低；当螺杆转速在90～100 r/min时，蒸煮损失相对较低且无明显变化趋势。当螺杆转速由70 r/min升高至100r/min时，马铃薯米线的断条率显著性下降，并在100 r/min时达到最低值（5.56%）；当螺杆转速达到110 r/min，断条率反而降低。

图7 螺杆转速对马铃薯米线蒸煮品质的影响Fig.7 Effect of screw speed on cooking qualities of potato noodles

图8 螺杆转速对马铃薯米线硬度、弹性、咀嚼性的影响Fig.8 Effect of screw speed on hardness，elasticity and chewiness of potato noodles

由图8可知，马铃薯米线的硬度和咀嚼性的变化趋势相同。当螺杆转速在70～90 r/min之间时，马铃薯米线的硬度和咀嚼性上升趋势明显；螺杆转速在大于90 r/min之后，硬度和咀嚼性下降趋势明显。当螺杆转速由70 r/min升高至100 r/min时，马铃薯米线的弹性逐渐缓慢地增加；当螺杆转速达到110 r/min时，弹性反而有所下降。

螺杆转速是挤压工艺中重要的参数之一。螺杆转速的高低，直接影响物料在挤压过程中的剪切程度、在挤压机内停留时间的长短以及模口成型压力[15]。在低螺杆转速下，虽然物料在挤压机内停留时间较长，有利于淀粉糊化，但受到的剪切作用力较弱[16]。随着螺杆转速的增加，挤压机内部摩擦力增强，原料受到的剪切作用力增大，挤压出的米线结构较为致密。但当螺杆转速过高时，马铃薯米线受到的剪切作用过大，分子间作用力受到破坏，部分物质发生局部降解，并且物料在挤压机内停留时间过短而无法充分糊化，最终会导致马铃薯米线的品质变差[17-18]。综合分析，选定螺杆转速为90～100 r/min。

2.2 马铃薯米线挤压工艺正交试验

根据单因素试验的结果，选取合适的因素水平进行L9（34）正交试验，以确定马铃薯米线的最佳挤压工艺。考虑到评价指标的多样性，正交试验中马铃薯米线的蒸煮品质采用无量纲化处理，质构特性采用主成分分析法[19]，对正交试验结果采用综合评价法[20]。如表3和4所示，分别为经过分析处理后的蒸煮品质、质构特性结果。表5为马铃薯米线的感官评价结果。

表3 马铃薯米线蒸煮品质正交试验结果分析表（无量纲化）Table 3 Result of cooking qualities of potato noodles on orthogonal test（nondimensionalization）

综合评分法设总权值为1，正交试验中各项指标权值分别为马铃薯米线蒸煮品质0.3，马铃薯米线质构特性0.3，马铃薯米线感官评价0.4。

式中：Z为各指标的感官评分。

经计算，得到马铃薯米线挤压工艺正交试验结果，如表6所示。

表4 马铃薯米线质构特性正交试验结果分析表 （主成分分析法）Table 4 Result of texture properties of potato noodles on orthogonal test（PCA）

表5 马铃薯米线感官评价正交试验结果Table 5 Result of sensory evaluation of potato noodles on orthogonal test

图9所示为正交试验结果中因素与指标的关系。原料水分质量分数的增加会使马铃薯米线品质下降，挤压时腔体压力的减小使加工成型困难，即使成型其蒸煮损失也较大。当水分质量分数在38%时，马铃薯米线品质综合评分较好。螺杆转速升高至95 r/min后，马铃薯米线的品质较好并保持相对稳定。挤压糊化温度和挤压成型温度在一定的范围内，对马铃薯米线品质呈正向增加影响，温度越高品质越好，但挤压糊化温度超过105℃、挤压成型温度超过92.5℃时米线品质变差。

表6 L9（34）正交试验结果Table 6 Result of L9（34） orthogonal test

图9 正交试验中因素与指标关系Fig.9 Relationship between factors and indicators on orthogonal test

由表 6极差分析可以看出，RA＞RD＞RC＞RB，原料水分质量分数对马铃薯米线品质的影响最大，其次是挤压成型温度，而挤压糊化温度和螺杆转速对马铃薯米线品质的影响相对较小。由正交试验结果可得，挤压工艺各因素各水平最佳的搭配组合为A1B3C2D2。即马铃薯米线挤压工艺的最佳条件为：原料水分质量分数38%，挤压机螺杆转速100 r/min，挤压糊化温度（三区）105℃，挤压成型温度（四区）92.5℃。验证试验得出，采用最佳工艺条件制得的马铃薯米线综合评分11.889，感官评价得分和蒸煮品质有所提高。

3 结 语

以马铃薯全粉与籼米质量比6∶4比例的复配粉为原料，采用双螺杆挤压和一次老化的工艺加工马铃薯米线。挤压工艺的各个参数对马铃薯米线品质影响的主次顺序为：原料水分质量分数＞挤压成型温度（四区）＞挤压糊化温度（三区）＞螺杆转速，其中水分质量分数和挤压成型温度对米线的品质影响远远大于后两者。在原料水质量分数为38%、螺杆转速为100 r/min、挤压糊化温度为105℃、挤压成型温度为92.5℃的挤压工艺参数下加工出的马铃薯米线品质最佳，综合评分为11.889，煮食后米线不易断条、面汤澄清不浑浊、口感爽滑有筋道。因此，马铃薯米线挤压工艺的最优条件即为：水分质量分数38%，螺杆转速100 r/min，挤压糊化温度105℃，挤压成型温度92.5℃。

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