杏仁早餐的浸泡與脆性變化

馬曉燕，李三省，趙小忠，崔思涵，王 亮，*

(1.新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046; 2.昌吉市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，新疆昌吉 831100)

杏仁早餐的浸泡與脆性變化

馬曉燕1，李三省2，趙小忠1，崔思涵1，王 亮1，*

(1.新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046; 2.昌吉市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，新疆昌吉 831100)

以自制的杏仁早餐為研究對象，應(yīng)用Peleg模型來描述杏仁早餐的吸水過程;Peleg模型對杏仁早餐浸泡時脆性變化也具有適用性。計(jì)算了不同溫度下的Peleg方程常數(shù)K1、K2，確定了杏仁早餐的吸水動力學(xué)方程。

杏仁早餐，Peleg模型，含水量，脆性

以新疆杏仁榨油后產(chǎn)生的杏仁粕為主要原料，制備成類似于在歐美國家中的生活主食之一的谷物早餐類的食品。杏仁早餐在食用時先要在冷牛奶中浸泡，在浸泡過程中，如果產(chǎn)品吸水很快，則降低了產(chǎn)品的品質(zhì)。目前國際上普遍選用Peleg模型描述吸水過程，Peleg提出了一個由水分含量與時間雙參數(shù)組成的吸水模型，并且通過奶粉和大米對水蒸氣的吸收，以及大米在水中浸泡時的水分的吸收來驗(yàn)證了模型的精確性［1］。Maharaj和Sankat應(yīng)用Peleg模型來研究菜葉的吸水過程［2］;Peleg模型充分描述了巴拉種子的吸水特征［3］;Sopade和 Kaimur應(yīng)用Peleg模型來描述西米淀粉的干燥過程［4］;Palou，Lopez－Malo，Argaiz和Welti應(yīng)用Peleg模型同時研究番木瓜的脫水和蔗糖的吸收［5］。Peleg模型同樣被用于很多淀粉類或油脂類堅(jiān)果的吸收或干燥過程［6－10］。Peleg模型是描述產(chǎn)品吸水過程的，脆性的變化又是發(fā)生在浸泡吸水的過程之中，以脆性代替水分含量，Peleg模型就可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐源嘈耘c浸泡時間為雙參數(shù)的模型。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

杏仁早餐 以杏仁粕、小麥、燕麥、玉米粉、大豆色拉油為原料，按照蛋白質(zhì)含量為7.3%，脂肪含量為8%的比例將原料進(jìn)行混合，擠壓機(jī)Ⅰ區(qū)溫度為40℃，擠壓機(jī)Ⅱ區(qū)溫度為150℃，擠壓機(jī)Ⅲ區(qū)溫度為125℃，螺桿的螺旋速度為 336 r/m in，水分含量為23%，50℃2h烘干至水分含量為6%～7%所得產(chǎn)品。

FA1104型電子天平 上海天平儀器廠; TA－XT2i物性測定儀 英國Stable Micro System公司;DS32－Ⅱ型雙螺桿擠壓膨化機(jī) 濟(jì)南聚賢機(jī)械設(shè)備有限公司;101－3AS型電熱鼓風(fēng)干燥箱 北京市光明醫(yī)療儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 杏仁早餐的浸泡

1.2.1.1 樣品水分含量的測定 初始的杏仁早餐的水分含量為 7%，選取溫度范圍為 30～90℃，將200m L去離子水注入250m L燒杯中，放置于恒溫水浴中。在每一次實(shí)驗(yàn)中，隨機(jī)挑選5～8片杏仁早餐放入燒杯中，在浸泡過程中，定時的取出杏仁早餐，用薄紙將杏仁早餐擦干，并放在電子天平上稱重，然后將杏仁早餐再次放入燒杯中繼續(xù)計(jì)時。每次實(shí)驗(yàn)至少做兩遍［11］。

1.2.1.2 數(shù)據(jù)分析 Peleg模型，如式(1)所示。

式中:M為在t時刻物料的水分含量(%);M0為物料初始的水分含量(%);t為時間;K1為Peleg速率常數(shù)(hg－1);K2為Peleg容量常數(shù)(g－1)。方程中的“+”代表吸水過程;“－”代表干燥過程。吸水速率(R)可以通過對Peleg方程求一次導(dǎo)數(shù)獲得，如式(2)所示。

Peleg方程中的速率常數(shù)K1與物料初始的吸水速率(R0)有關(guān)，即為在t=t0時的R，如式(3)所示。

Peleg方程中的容量常數(shù)K2與物料最大(或最小)的水分含量有關(guān)，當(dāng)t趨向于∞時，式(1)給出了平衡水分含量Me與K2的關(guān)系，如式(4)所示。

根據(jù)杏仁早餐初始的水分含量和定時測得的杏仁早餐吸收的水分的增長計(jì)算不同時刻杏仁早餐的水分含量。將Peleg模型轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性形式，即式(5)，用t/(M－M0)和浸泡時間t進(jìn)行回歸分析。

1.2.2 杏仁早餐浸泡過程中脆性變化

1.2.2.1 樣品脆性的測定 采用TA－XT2i物性測定儀，距離20mm，前進(jìn)速度為5mm/s，破碎速度為5mm/s，后進(jìn)速度為10mm/s，破碎峰值即為脆性［5］。選取溫度范圍為30～90℃，將200m L去離子水注入250m L燒杯中，放置于恒溫水浴中。在每一次實(shí)驗(yàn)中，隨機(jī)挑選20g杏仁早餐放入燒杯中，在浸泡過程中，定時的取出測定其脆性，每次實(shí)驗(yàn)至少做兩遍。

1.2.2.2 數(shù)據(jù)分析 Peleg模型的形式就要從公式(5)轉(zhuǎn)變?yōu)槭?6)的形式:

式中:C0:杏仁早餐浸泡前的脆性(g);C:杏仁早餐浸泡時的脆性(g)。

2 結(jié)果與討論

2.1 杏仁早餐浸泡過程中Peleg吸水模型的建立

2.1.1 杏仁早餐浸泡時水分的變化 由圖1可以看出，隨著浸泡時間的增長杏仁早餐的水分含量逐漸增加，尤其在浸泡的初期階段，水分含量的上升最為明顯，在浸泡的最后階段，吸水量接近平衡;在相同的浸泡時間間隔內(nèi)，隨著溫度的升高，杏仁早餐的吸水量會逐漸增大，即溫度越高，相同浸泡時間吸收的水分越多。

圖1 杏仁早餐浸泡時的水分吸收曲線Fig.1 Water absorption curve during soaking of almond breakfast

2.1.2 對于Peleg模型速率常數(shù)K1的預(yù)測 由式(5)，以t/(M－M0)對t作圖，如圖2所示，直線的截距即為K1，斜率為K2，求出不同溫度下的K1與K2，結(jié)果如表1所示。

速率常數(shù)K1是一個與質(zhì)量轉(zhuǎn)換率有關(guān)的常數(shù)，也就是說，K1越低，初始的水分吸收速率越高。

隨著溫度的升高，速率常數(shù)K1反而降低，這預(yù)示著初始水分吸收相應(yīng)的加快。線性阿累尼烏斯方程，即式(7)可以解釋溫度對K1的影響。CK為常數(shù)(hg－1)，Ea為活化能(kJ·mol－1)，Rg為氣體常量(8.314kJ·mol－1·K－1)，T為絕對溫度(K)。

圖2 杏仁早餐浸泡吸水過程中Peleg模型的應(yīng)用Fig.2 Application of the Pelegmodel to water absorption during soaking of almond breakfast

表1 不同溫度下Peleg模型中的K1與K2Table 1 K1 and K2 of the Pelegmodel at different temperatures

由圖3可以看出，阿累尼烏斯方程在40～60℃范圍內(nèi)變化平緩，而這個溫度范圍正是淀粉的糊化溫度范圍，在這個溫度范圍內(nèi)，阿累尼烏斯曲線所表示出的杏仁早餐中水的擴(kuò)散系數(shù)和水－淀粉相互反應(yīng)呈現(xiàn)出了不連續(xù)的變化，阿累尼烏斯曲線也表明了杏仁早餐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化［12］。

圖3 杏仁早餐浸泡過程中Peleg速率常數(shù)K1的阿累尼烏斯方程Fig.3 Arrhenius plot for the Peleg rate constant K1 during soaking of almond breakfast

由表2可以看出，活化能Ea在低于40℃和高于60℃時分別為27.763kJ·mol－1和20.319kJ·mol－1，而在40～60℃之間，活化能Ea為5.231k J·mol－1。在淀粉糊化溫度范圍內(nèi)低的活化能代表了水分在已經(jīng)糊化的淀粉中的移動比未糊化的淀粉中更快。

表3 不同溫度下Peleg模型中的K1與K2Table 3 K1 and K2 of the Pelegmodel at different temperatures

表2 不同溫度下阿累尼烏斯方程的參數(shù)Table 2 Parameters of Arrhenius equation at different temperatures

2.2 杏仁早餐浸泡過程中脆性變化Peleg模型的建立

2.2.1 杏仁早餐浸泡時脆性的變化 由圖4可以看出，隨著浸泡時間的增加，杏仁早餐的脆性逐漸降低，尤其在浸泡的初期階段，脆性的降低最為明顯;在相同的浸泡時間間隔內(nèi)，隨著溫度的升高，杏仁早餐的脆性逐漸降低，即溫度越高，相同浸泡時間脆性就越小。在圖4中，90℃與80℃溫度下，脆性變化除了在5～15mim的時間間隔內(nèi)變化略有區(qū)別外，在其它時間的變化都相似，而且在超過80℃后，產(chǎn)品受熱程度加劇，所引起的變化會偏離規(guī)律，所以以下分析都以30～80℃為分析范圍。

圖4 杏仁早餐浸泡時的脆性變化曲線Fig.4 Crispness curve during soaking of almond breakfast

2.2.2 對于Peleg模型速率常數(shù)K1的預(yù)測 由式(6)，以t/(C0－C)對t作圖，如圖5所示，直線的截距即為K1，斜率為K2，求出不同溫度下的K1與K2，結(jié)果如表3所示。

速率常數(shù)K1是一個與質(zhì)量轉(zhuǎn)換率有關(guān)的常數(shù)，也就是說，K1越低，初始的脆性降低的速度越高。由表3可以看出，K1隨著溫度的升高而降低，說明脆性降低的速度隨著溫度的升高而升高。

由上述分析可知，Peleg模型確實(shí)可以應(yīng)用于杏仁早餐浸泡時脆性的變化，不同溫度下K1回歸的R2都大于0.98。

圖5 杏仁早餐浸泡吸水過程中脆性變化Peleg模型的應(yīng)用Fig.5 Application of the Pelegmodel to the change of crispness during soaking of almond breakfast

3 結(jié)論

不同溫度下，Peleg模型的變形公式t/(M－M0)與時間擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，回歸方程R2都大于0.99。可得到多個不同K1，K2的Peleg模型用于描述杏仁早餐浸泡時的水分吸收。同樣Peleg模型變形公式擬合不同溫度下杏仁早餐脆性變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，回歸方程R2都大于0.98。可得到多個不同 K1，K2的Peleg模型描述杏仁早餐浸泡時脆性的變化。實(shí)驗(yàn)條件下參數(shù)K1隨溫度的上升而逐步減小，表明此過程中吸水速率加快。參數(shù)K2受溫度影響不大。

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The soaking and crispness changes of almond breakfast

M A Xiao－yan1，LISan－sheng2，ZHAO Xiao－zhong1，CUISi－h(huán)an1，WANG Liang1，*
(1.College of Life Science and Technology，Xinjiang University，Urumqi830046，China; 2.ChangjiQuality and Technical Supervision，Changji831100，China)

Using homemade almond b reakfast as research ob jects，Peleg model was used to describe the absorp tion p rocess of alm ond b reakfast.Peleg’s equation was app licab le for c rispness changes during soaking of alm ond b reakfast.Furthermore，the soaking constant K1，K2at d ifferent tem perature was calculated，the new water absorp tion equation of almond breakfastwas described.

almond b reakfast;Peleg m odel;water content;c rispness

TS255.6

A

1002－0306(2012)12－0191－04

2011－10－12 *通訊聯(lián)系人

馬曉燕(1986－)，女，在讀碩士研究生，研究方向:食品工程。

烏魯木齊市科技創(chuàng)新種子資金(K111410003)。