青稞粉挤压膨化工艺优化、品质研究及产品开发

刘霭莎，白永亮，，李敏，陈晓华，王群娣，张延杰，

（1.咀香园健康食品（中山）有限公司，广东 中山 528400；2.佛山科学技术学院，广东 佛山 528000）

青稞（Hordeum vulgare）是一种禾谷类作物，在我国主要分布在西藏、青海、甘肃、新疆、宁夏、四川等地区。青稞具有高蛋白质、高纤维、高维生素、低脂肪、低糖等特点[1]，还含有β-葡聚糖、γ-氨基丁酸、酚类、麦绿素等功能性成分，国内外已做了大量研究报道[2-4]。挤压膨化是集物料混合、剪切破碎、加热熟化及压力膨化成型于一体的食品加工技术，常用于谷物粉的加工。已有较多文献报道对青稞粉与不同谷物粉配比、加水量、挤压温度、螺杆转速、喂料速度等工艺参数的研究[5]，但是缺少对膨化度与质构特性共同作为评价指标并分析相关性的研究。

产品开发方面，目前市面上有青稞饼干、青稞面条、青稞面包等产品，但基本通过与其他谷物粉复配来改善青稞粉的加工品质[6-7]，以纯青稞粉研发产品的很少。青稞是藏区人民的主食，其主要以纯青稞制作糌粑的方式食用，口感粗糙、不易消化、卫生条件差，因此极需将传统糌粑制作工艺进行改良。

本试验以西藏地区纯青稞粉为原料，优化挤压膨化工艺条件，并研究青稞粉在挤压膨化前后理化特性、质构特性的变化，开发一款食用方便、改善口感的青稞产品，为青稞食品的加工利用提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

青稞籽：西藏自治区林芝地区工布江达县。

1.2 仪器与设备

DS32-ⅡA 型实验双螺杆挤压膨化机：济南赛信机械有限公司；SPS402F 型电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；TA.new plus 型物性测试仪：Isenso Intelligent 公司；TG16G 型离心机：常州金坛良友仪器有限公司；GZX-9030MBE 型电热鼓风干燥箱：上海博迅实业有限公司；HH-6 型恒温水浴锅：金坛市开发区吉特实验仪器厂；LDP-750A 型高速多功能摇摆粉碎机：浙江永康市红太阳机电有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 制备青稞粉

将青稞籽用高速多功能摇摆粉碎机粉碎，过80 目筛，得青稞粉。

1.3.2 青稞粉挤压膨化单因素试验

1.3.2.1 螺杆转速对青稞粉膨化度和质构特性的影响

物料水分16%，机筒温度：I 区90 ℃，Ⅱ区120 ℃，Ⅲ区140 ℃，喂料速度：10 Hz，螺杆转速分别为：15、20、25、30 Hz，挤出物测定膨化度和质构特性。

1.3.2.2 喂料速度对青稞粉膨化度和质构特性的影响

物料水分16%，机筒温度：I 区90 ℃，Ⅱ区120 ℃，Ⅲ区 140 ℃，螺杆转速：20 Hz，喂料速度分别为：8、10、12、14 Hz，挤出物测定膨化度和质构特性。

1.3.2.3 Ⅲ区温度对青稞粉膨化度和质构特性的影响

物料水分16%，螺杆转速：20 Hz，喂料速度分别为：10 Hz，机筒温度：I 区 90 ℃，Ⅱ区 100 ℃，Ⅲ区分别为110、120、130、140℃，挤出物测定膨化度和质构特性。

1.3.3 膨化度的测定

用游标卡尺测量挤压膨化后产品直径，每个样品随机测定5 次，求其平均值作为产品的平均直径d1，再除以模孔直径d2，即得挤压膨化产品的膨化度。

C=（d1/d2）

1.3.4 质构的测定

将挤压膨化后的挤出物切成5 cm 长的小段，采用物性测试仪质地分析（texture profile analysis，TPA）模式测定质构特性，探头：TA/2N；下降速度：1.5 mm/s；测试速度：1.5 mm/s；返回速度：1.5 mm/s；测试距离 20.0 mm；触及压力：10 g，间隔时间3 s。

1.3.5 正交试验设计优化青稞粉挤压膨化工艺参数

设计三因素三水平正交试验，以膨化度为指标，优化挤压膨化工艺参数。正交试验的因素水平见表1。得到的结果借助正交设计助手3.1 分析数据，以p＜0.05 分析显著性。

表1 正交试验的因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

1.3.6 青稞膨化粉理化性质的测定

选择正交试验中最优方案得到的样品，经粉碎机粉碎后过80 目筛，得青稞膨化粉。

1.3.6.1 溶解度的测定

称取样品2 g，质量为m，配制质量分数为2 %的样品悬浮液，取50 mL 在一定温度下搅拌30 min，置于离心管中以3 000 r/min 离心20 min，将上清液置于90 ℃水浴中，蒸发干燥至恒重，计算得溶解物质量，记为m1。

溶解度/%=m1/m×100

1.3.6.2 吸水性的测

准确称取1.5 g 样品，质量为m，与30 mL 蒸馏水一起放入恒重的50 mL 离心管中，离心管质量为m1，搅动30 min，然后3 000 r/min 离心15 min。上清液转入恒重的铝盒中，称量留下胶体的离心管重量，质量设为m2计算吸水性：

吸水性/%=（m2-m1）/m×100

1.3.6.3 水溶性的测定

将上述测定吸水性指数的上清液转移至铝盒，铝盒质量为m3，在120 ℃下的烘箱中蒸发干，至恒重，干物质及铝盒质量为m4。水溶性指数按下式计算：

水溶性/%=（m4-m3）/m×100

式中：m 为1.3.6.2 中青稞膨化粉样品的质量，g。

1.3.6.4 堆积密度测量

将样品轻轻倒入10 mL 量筒，用量筒底部敲击试验台，直至样品没有进一步缩减，继续加入样品，反复此操作直至10 mL 标记位置。堆积密度即为单位体积的样品质量。

1.3.6.5 沉降性的测定

将40 g 样品加水搅拌5 min，定容至100 mL，搅拌均匀后将混合液转移至具塞带刻度试管中，令其静置沉降30 min，测定沉淀出来的固体体积。

1.3.7 青稞膨化粉凝胶质构的测定

将处理前后青稞粉配置30%的粉糊，在沸水浴中糊化30 min，然后取约80 mL 倒入烧杯中，在4 ℃冰箱中放置24 h，采用物性测试仪TPA 模式测定凝胶的质构特性，探头：TA/5，下降速度：1.0 mm/s；测试速度：1.0 mm/s；返回速度：1.0 mm/s；变形程度 50%；测试距离75 mm；触及压力：10 g；间隔时间 3 s。

1.3.8 青稞糌粑饼的开发

以青稞膨化粉为主要原料开发糌粑饼，基础配方为：青稞膨化粉500 g，奶油400 g、奶酪粉100 g、细白糖300 g，混匀后用模具成型，制作成约0.5 cm 厚的圆形粉饼，置于烤箱中以160 ℃烘烤15 min，即成样品。对照品以未经挤压膨化的青稞粉代替青稞膨化粉。选择色泽、外观形态、气味、口感、滋味共5 个指标作为评价指标，邀请10 名评价员，按照感官评定标准，对样品和对照品进行品尝并评分。感官评定标准见表2。

表2 感官评定标准Table 2 Sensory evaluation standardsa

2 结果与分析

2.1 青稞粉挤压膨化单因素试验结果

2.1.1 不同螺杆速度对膨化度和质构特性的影响

螺杆速度对膨化度的影响见图1。螺杆速度对质构特性的影响见图2。

图1 螺杆速度对膨化度的影响Fig.1 Impact of screw speeds on puffing degrees

图2 螺杆速度对质构特性的影响Fig.2 Impact of screw speeds on texture properties

从图1、图2可知，在螺杆速度为15 Hz 和25 Hz时，膨化度分别为4.215 和4.222，在30 Hz 时膨化度急剧下降。质构特性如图所示，随着螺杆速度提升时，硬度和脆性呈现先升高再降低的趋势，在20 Hz 时达到峰值，咀嚼性在25 Hz 时达到峰值，与研究报道[8]挤压鹰嘴豆粉的结果相近。螺杆转速与物料在挤出机内的受到的剪切力和滞留时间有关，随着螺杆转速的增加，物料受到螺杆的剪切作用及物料与内筒壁之间的摩擦作用增大，加速淀粉颗粒的分解和糊化，产品的膨化度升高，同时硬度和脆性升高；当螺杆转速过大时，物料的滞留时间显著减少，物料还未有充分的时间去吸收机器腔体的热量，没有充分糊化就被挤出，膨化度下降，质构特性也降低。在螺杆速度增大的情况下，膨化度与质构特性的变化趋势基本一致。从感官来看，20 Hz 和25 Hz 的样品有浓郁的青稞麦香气，15 Hz 有轻微的青稞麦香气，30 Hz 没有青稞麦香气。结合以上三方面的结果，选择螺杆速度为15、20 Hz 和25 Hz 进行正交试验。

2.1.2 不同喂料速度对膨化度和质构特性的影响

喂料速度对膨化度的影响见图3。喂料速度对质构特性的影响见图4。

从图3和图4可知，随着喂料速度的升高，膨化度呈现先升高再降低的趋势，在10 Hz 和12 Hz 时分别为3.995 和3.929。质构特性如图4所示，随着喂料速度的升高，硬度持续升高，脆性和咀嚼性在14 Hz 时最高。在螺杆速度不变的前提下，喂料速度较低时，机器腔体内的物料不足，随着喂料速度的增大，单位时间的喂料量增多，机器腔体内的物料逐渐增加，剪切力和摩擦作用显著增强，因此膨化度增大，当喂料速度增加到一定程度时，机器腔体内的物料饱和，导致物料在机腔内的压力增加，物料过多受热不均，膨化度降低，但是质构特性中的脆性和咀嚼性增加，与文献报道[9]小麦粉挤压的硬度和咀嚼性趋势一致。从感官来看，喂料速度8 Hz 时的样品有青稞原粉的味道，12Hz和14 Hz 的样品有轻微的青稞麦香气、10 Hz 有浓郁的青稞麦香气。结合以上三方面的结果，选择喂料速度为 10、12 Hz 和 14 Hz 进行正交试验。

2.1.3 不同Ⅲ区温度对膨化度和质构特性的影响

Ⅲ区温度对膨化度的影响见图5。

图3 喂料速度对膨化度的影响Fig.3 Impact of feed speeds on puffing degrees

图4 喂料速度对质构特性的影响Fig.4 Impact of feed speeds on texture properties

图5 Ⅲ区温度对膨化度的影响Fig.5 Impact of zoneⅢtemperatures on puffing degrees

Ⅲ区温度对质构特性的影响见图6。

图6 Ⅲ区温度对质构特性的影响Fig.6 Impact of zoneⅢon texture properties

从图5和图6可知，随着Ⅲ区温度增加，膨化度呈上升趋势，在130 ℃和140 ℃时分别达到3.503 和3.522。质构特性如图6所示，在130 ℃时，硬度、脆性、咀嚼性都达到了峰值。在挤压过程中，在其他条件不变的前提下，机筒温度越高，物料吸收的热量越多，淀粉的溶融程度也会越大，物料膨化度升高，硬度、脆性、咀嚼性也升高，但是当温度达到140 ℃时，物料黏度不足以束缚水汽，气泡涨破，质构特性下降，该趋势与文献报道[10]豆粕经挤压后咀嚼性和组织化度的下降趋势一致。从感官来看，110 ℃的样品只有青稞原粉的味道，120 ℃有些许青稞麦香气，130 ℃和 140 ℃的样品的青稞麦香气较浓。试验操作过程中发现，当Ⅲ区温度达到150 ℃，挤出物有轻微的焦糊味，故不选用150 ℃。结合以上三方面的结果，选择Ⅲ区温度为120、130 ℃和140 ℃进行正交试验。

2.2 正交试验结果及分析

正交试验结果见表3。

表3 正交试验结果Table 3 Orthogonal experimental results

正交试验结果分析见表4。

表4 正交试验结果分析Table 4 Analysis of orthogonal experimental

由表3可知，影响挤压膨化效果的因素排序为：C>A>B，即Ⅲ区温度>螺杆转速>喂料速度。从表4方差分析结果可知，C（Ⅲ区温度）因素的影响显著，其余不显著。从k1、k2、k3可看出，理论最佳工艺参数为A2B2C3，即螺杆速度为20 Hz，喂料速度12 Hz，Ⅲ区加热温度为140 ℃。其中5 号试验正是A2B2C3组合，对比试验结果可知，该组合膨化度最高。该结果与陈峰青等[11]研究结果接近。

2.3 挤压膨化对青稞粉理化指标的影响

在最佳工艺条件下挤压膨化后，对挤压膨化前后青稞粉理化指标进行测定，测定结果如表5所示。

表5 挤压膨化对溶解度、吸水性、水溶性、堆积密度、沉降性的影响Table 5 Effect of extrusion on solubility，water absorption，water solubility，deposition density and settlement

由表5可以看出，青稞膨化粉的溶解性、吸水性和水溶性都大于青稞粉。这是由于青稞粉经过挤压膨化处理，在机体内经高温、高压、高剪切等作用后，蛋白质变性降解，淀粉糊化，挤压产品具有疏松、多孔的结构，因此溶解度、吸水性和水溶性增加，该结果与文献[12-14]的研究结果一致，但与李次力等[15]的结果不完全一致，李次力等试验得出经挤压膨化的亚麻籽粕水溶性指数升高，吸水性指数下降，分析认为纤维的断裂产生松散无序的结构导致吸水性指数下降。青稞膨化粉的堆积密度和沉降性都比青稞粉增大，这是由于蛋白质和淀粉降解后，由大分子变成小分子，更易致密堆积，同时小分子数量增加，在吸水后占据更大位置，该结果与郝春明等[16]、郑俊[17]的结果一致。

2.4 挤压膨化对青稞粉凝胶质构的影响

在螺杆速度为20 Hz，喂料速度12 Hz，Ⅲ区加热温度为140 ℃的工艺条件下挤压膨化后，对挤压膨化前后青稞粉理化指标进行测定，测定结果如表6所示。

表6 挤压膨化对青稞粉凝胶质构特性的影响Table 6 Effect of extrusion on the texture properties of barley gel

由于青稞蛋白质并不能形成面筋网络，因此青稞粉凝胶的质构主要靠糊化后的淀粉凝胶来维持。经挤压膨化后，青稞粉凝胶的质构特性指数大部分降低，因为受到挤压后青稞淀粉发生破裂，硬度下降，易剪切稀化[18]。胶黏性下降，恢复到原来分离状态所需要的力减少。两种凝胶的弹性和回复性几乎没有变化，该结果与文献毋修远等[19]报道的不完全一致，其研究结果发现膨化粉的回复性指数比青稞粉升高，可能由于处理后的粉质变的疏松，使回复性更好。而沈伊亮等[20]研究发现主要靠糊化的淀粉来维持的凝胶网络，回复性、弹性都差异不大。

2.5 青稞糌粑饼的评分结果

统计10 名评价员的分值，结果如表7所示。

表7 感官评分结果Table 7 The results of sensory evaluation

由表7可知，在色泽方面，青稞膨化粉制作的样品由于颜色较深，所以评分较低，气味和口感，样品比对照品评分高，差异显著，而外观和滋味，两者区别不大。因此，样品的总分比对照品高，差异显著。本次研发的以青稞膨化粉为主要原料的糌粑饼，改善了青稞粉粗糙的口感，且香味突出。

3 结论

通过对不同螺杆速度、喂料速度、Ⅲ区温度的单因素试验及正交试验分析，最佳工艺参数为螺杆速度为20 Hz，喂料速度12 Hz，Ⅲ区加热温度为140 ℃。青稞粉经挤压膨化后，由于蛋白质和淀粉降解后，由大分子变成小分子，溶解度、吸水性、水溶性、堆积密度、沉降性等理化指标均增加，提升了溶解性能；因为受到挤压后青稞淀粉发生破裂，青稞膨化粉凝胶的硬度、黏性、胶黏性及咀嚼性下降，有利于改善加工后口感。

本试验开发了一种以青稞膨化粉为主要原料的糌粑饼，改善了青稞粉粗糙的口感，且香味突出，为青稞的精深加工提供了参考依据。