物料含水量和機筒溫度對雙螺桿擠壓人參制品褐變效果的影響

李范洙，金 鐵，張 先，柳基亨*，

(1.延邊大學農學院，吉林 龍井 133400；2.韓國公州大學校產業科學大學，忠南 藝山 340-702)

物料含水量和機筒溫度對雙螺桿擠壓人參制品褐變效果的影響

李范洙1，金 鐵1，張 先1，柳基亨2,*，

(1.延邊大學農學院，吉林 龍井 133400；2.韓國公州大學校產業科學大學，忠南 藝山 340-702)

以人參粉為原料，利用雙螺桿擠壓機制備擠壓制品，研究物料含水量和機筒溫度對褐變效果的影響。結果表明，隨著機筒溫度(100、120、140℃)的升高色度L值減少，a值增加；同樣的溫度條件下，物料含水量高L值增加，a值減少；b值在擠壓溫度120℃時呈最高。人參在擠壓過程中隨著褐變度的增加還原糖含量也增加，而淀粉含量減少。在擠壓溫度相同條件下，物料含水量低氨基態氮消耗量增加。從顏色變化看人參雙螺桿擠壓制品優于傳統紅參。

人參；擠壓；紅參化；褐變

傳統紅參是鮮人參通過高溫、高壓蒸制干燥而成。人參在紅參化過程中最重要的特征就是美拉德反應引起的褐變[1-2]，顏色深淺與紅參有效成分之間成比例[1]。傳統的紅參加工經過浸潤、清洗、刷參、分選、精洗、蒸制、晾曬、高溫烘干、打潮、下須、低溫烘干、分級、包裝等13道工序才能完成，工藝繁瑣、耗時、費工，而且品質和衛生條件等方面不好控制。

雙螺桿擠壓(twin-screw extrusion)是攪拌、混合、剪切、加熱、熔融、蒸煮等單元操作在短時間內迅速發生的單一工藝，與傳統熱處理相比效率高，經濟實惠[3]。螺桿擠壓通過改變螺桿組合、螺桿轉速、模口直徑、機筒溫度等機械參數和物料含水量、喂料速度等操作參數可以生產多種多樣的制品[4]。谷類、豆類等物料經雙螺桿擠壓發生褐色[5]，主要是由還原糖的醛基和氨基酸的氨基之間的美拉德反應所引起[6]。

本實驗采用雙螺桿擠壓機擠出人參粉，測定在不同物料含水量和機筒溫度條件下制品的理化特性，研究擠壓條件對制品顏色的影響，以期為實際應用提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

人參(4年生)：購于吉林省敦化市威虎嶺鎮，單根質量100g以上。將新鮮的人參洗滌、控水，在60℃電熱鼓風干燥箱中干燥24h，制備白參(含水量13%)。然后將其粉碎，過100目篩，得白參粉，用塑料袋真空包裝，存放在低溫冰箱備用。以傳統方法制的紅參粉作為對照。

1.2 儀器與設備

THK31T型同向雙螺桿擠壓機 韓國Inchon. Machinery 公司；XFB-200型實驗用粉碎機 吉首市中誠制藥機械廠；SP64型色差儀 美國X-Rite公司；UV-7504型紫外-可見光分光光度計 上海精密科學儀器有限公司；TDL-40B型低速臺式大容量離心機 上海安亭科學儀器廠。

1.3 擠壓條件及制品的制備方法

用無菌水將人參粉的含水量調節至20%和30%，然后利用雙螺桿擠壓機擠出。為了增加機筒內部的剪切力，選用了逆斜式螺桿，其排列方式如圖1所示。根據預實驗，設定螺桿轉速為200r/min，模口直徑3.0mm，喂料速度100.0g/min。

圖1 用于紅參制品加工的雙螺桿結構Fig.1 Screw configuration for preparing red ginseng products

將雙螺桿擠壓機的機筒溫度設置成100、120、140℃，獲得人參擠壓制品，在70℃干燥，直至含水量為10%，裝入塑料袋密封，于冰箱中低溫保存。

圖2 不同的物料含水量和機筒溫度條件下人參雙螺桿擠壓制品的外觀Fig.2 Appearance of extruded white ginseng products prepared at different water contents and barrel temperatures

1.4 理化特性測定

1.4.1 各項理化指標的測定

色度測定：稱取人參擠壓制品100g，粉碎后過100目篩，分別稱取樣品2g，置于玻璃載玻片上，再用玻璃片蓋上，平行向下將樣品壓平，施加的壓力大約20～30N。用色差儀測定其Hunter色度值，每個樣品重復測定5次，取平均值。

還原糖：還原糖按照文獻[7]方法測定；淀粉含量：采用酸解法[8]測定；氨基態氮：利用甲醛滴定法進行測定[9]。

1.4.2 統計分析

采用SPSS 11.5 for windows 統計軟件對實驗結果進行處理，并以LSD法檢驗各處理組間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 物料含水量和機筒溫度對人參擠壓制品色度的影響

將白參粉含水量調節為20%和30%，機筒溫度調節成100、120、140℃，制備人參擠壓制品(圖2)，并以白參粉和紅參粉做對照，測定亨特色度，即亮度(L值)、紅色度(a值)、黃色度(b值)，結果如表1所示。

表1 人參雙螺桿擠壓過程中水分含量和機筒溫度對色度的影響Table 1 Effect of water content and barrel temperature on color of extruded ginseng products

由表1可看出，擠壓制品的亮度隨溫度的增加而降低，物料含水量在20%和30%時L值變化范圍分別在64.46～70.96和69.47～73.55。在相同溫度條件下，物料含水量為30%的制品其亮度均顯著高于20%(P＜0.05)。紅色度隨機筒溫度的升高而增加，在20%和30%時a值變化范圍分別在5.48～9.31和5.60～7.19之間。機筒溫度在120℃和140℃時，人參擠壓制品的紅色度在物料含水量20%的均高于30%，且20%、140℃時的制品紅色度最高，其a值為9.31。黃色度在機筒溫度為120℃時最高，且在同一含水量、不同溫度的b值差異顯著(P＜0.05)。

鮮人參加工成紅參直觀的變化就是褐變，紅色度和黃色度增加。人參經雙螺桿擠壓，其制品的a值和b值均顯著大于白參粉和紅參粉，說明雙螺桿擠壓是人參紅參化過程中促進褐變的有效途徑。

關于擠壓(蒸煮)條件對色度變化的影響，Mok等[10]在大麥米擠壓成型試驗中發現擠壓制品的亮度隨擠壓溫度的升高而增加，與本實驗結果相反。但Ryu等[11]在米粉擠壓過程中發現，亮度隨含水量的增加而變大，與本實驗結果相似，可認為這些結果與原料特性相關。

2.2 物料含水量和機筒溫度對美拉德反應的影響

研究人參雙螺桿擠壓過程中物料含水量和機筒溫度對擠壓制品美拉德反應的影響，測定制品的還原糖、淀粉、氨基態氮的含量，結果如表2所示。

表2 人參雙螺桿擠壓過程中水分含量和機筒溫度對還原糖、淀粉、氨基態氮含量的影響Table 2 Effect of water content and barrel temperature on reducing sugar (RS), starch, and amino nitrogen (AN) of extruded ginseng products

從表2可知，人參粉經雙螺桿擠壓其制品的還原糖含量均比原料明顯地減少，但物料含水量相同時還原糖含量隨著機筒溫度的升高而增加。從表1可知，隨著溫度的升高a值增加，意味著褐變度增加，因此還原糖含量應該要降低，但是出現相反的結果。據報道，小麥、馬鈴薯、玉米等植物的淀粉，在擠壓過程中受高溫高壓、混合剪切等作用被降解[12]。本實驗中淀粉含量隨溫度的升高而降低，所以認為還原糖的增加是原料中的部分淀粉降解而造成。

人參粉經雙螺桿擠壓，其制品的氨基態氮含量比原料人參減少，且差異顯著(P＜0.05)。在機筒溫度相同條件下，物料含水量20%時氨基態氮含量低于30%，即氨基態氮消耗量更大，這與表1中的紅色度變化趨勢基本一致。在擠壓加工強化蛋白質餅干過程中，作為美拉德反應底物——賴氨酸(含ε-氨基)的消耗量，在加工溫度210℃時物料含水量13%時大于18%[13]，這與本試驗結果相似。

2.3 雙螺桿擠壓人參制品的色度與美拉德反應化合物變化量之間的相關性

研究人參雙螺桿擠壓制品的褐變程度和美拉德反應化合物之間的關系，對亨特色度和還原糖、淀粉、氨基態氮的變化量之間進行相關性分析，結果如表3所示。

表3 人參擠壓制品的亨特色度與美拉德反應化合物變化量之間相關分析Table 3 Correlation between color and change in the content of reducing sugar (RS), starch, and amino nitrogen (AN) in extruded red ginseng products

由表3可看出，人參雙螺桿擠壓制品的a值與還原糖減少量呈負相關，與淀粉減少量呈正相關，但其相關性不顯著。L值與還原糖和淀粉變化量的關系和a值相反。另外，還原糖和淀粉減少量之間呈極顯著的負相關，系數為－0.9589。

3 結 論

人參在雙螺桿擠壓過程中發生明顯的褐變。物料含水量和機筒溫度對人參擠壓制品的褐變有較大的影響，并含水量和機筒溫度在20%、140℃時的紅色度(a值)和黃色度(b值)相對高。單從顏色的變化判斷，人參擠壓制品優于傳統紅參。人參擠壓制品的褐變程度和有效成分之間有何相關性，待進一步研究。

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Effects of Water Content and Temperature on Browning of Ginseng Products Prepared by Twin-screw Extrusion

LI Fan-zhu1，JIN Tie1，ZHANG Xian1，RYU Gi-hyung2,*
(1. Agricultural College of Yanbian University, Longjing 133400, China；
2. Department of Food Science and Technology, Kongju National University, Yesan 340-804, Korea)

In order to develop a new method for preparing red ginseng products, the effects of water content in raw materials and barrel temperature on browning of ginseng products prepared by twin-screw extrusion were investigated. The results indicated that theLvalue of extrusion powder decreased with increasing barrel temperature (100, 120 ℃ and 140 ℃). At the same barrel temperatures, theLvalue of extrusion power increased, but theavalue decreased with increasing water content in raw materials. Thebvalue reached its maximum at 120 ℃. Ginseng with higher browning during extrusion displayed higher reducing sugar content but lower starch content. Under the same extrusion conditions, lower water content resulted in an increase in amino nitrogen consumption. Extruded finseng products were better than traditional red ginseng form the viewpoint of color.

ginseng；extrusion；red ginseng；browning

TS201.1

A

1002-6630(2010)20-0170-03

2010-06-30

延邊大學農學院與韓國公州大學產業科學大學合作研究項目(20070316)

李范洙(1965—)，男，副教授，博士，研究方向為人參加工工藝及應用。E-mail：fzli@ybu.edu.cn

*通信作者：柳基亨(1960—)，男，教授，博士，研究方向為食品雙螺桿擠壓技術。E-mail：ghryu@kongju.ac.kr