紅小豆擠壓膨化產(chǎn)品的質(zhì)量性狀分析

任傳英，姚鑫淼，高 揚(yáng)，洪 濱，盧淑雯

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品加工研究所，黑龍江哈爾濱 150086)

紅小豆擠壓膨化產(chǎn)品的質(zhì)量性狀分析

任傳英，姚鑫淼，高 揚(yáng)，洪 濱，盧淑雯*

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品加工研究所，黑龍江哈爾濱 150086)

目的:確定紅小豆擠壓膨化產(chǎn)品質(zhì)量性狀與工藝參數(shù)間關(guān)系，初步構(gòu)建產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為擠壓膨化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)利用、質(zhì)量管理及標(biāo)準(zhǔn)制定提供依據(jù)。方法:通過(guò)回歸旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)研究物料水分、螺桿轉(zhuǎn)速和膨化溫度對(duì)擠壓產(chǎn)品質(zhì)量性狀(膨化率、吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù))的影響。采用相關(guān)性分析法研究各質(zhì)量性狀間的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果:擠壓工藝參數(shù)影響紅小豆膨化產(chǎn)品質(zhì)量性狀的順序?yàn)榕蚧瘻囟龋疚锪纤趾浚韭輻U轉(zhuǎn)速，膨化溫度和物料水分含量顯著影響產(chǎn)品質(zhì)量性狀，螺桿轉(zhuǎn)速影響不顯著;擠壓產(chǎn)品質(zhì)量性狀中，吸水性指數(shù)與水溶性指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。結(jié)論:紅小豆擠壓膨化工藝參數(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量性狀間相關(guān)性顯著，在應(yīng)用中要根據(jù)所需的質(zhì)量要求選擇恰當(dāng)?shù)墓に噮?shù)。

紅小豆，擠壓膨化，質(zhì)量性狀分析

我國(guó)是紅小豆主要生產(chǎn)和出口國(guó)，年總產(chǎn)量約30～40萬(wàn)t，每年出口5～8萬(wàn)t。紅小豆中含有多種生物活性物質(zhì):多酚，植酸和原花色素等［1］，其中原花色素具有顯著的自由基清除能力，對(duì)于預(yù)防和控制炎癥、心血管疾病、動(dòng)脈粥樣硬化、糖尿病和癌癥中的氧化損傷均有幫助［2－3］。擠壓膨化技術(shù)是集混合、攪拌、破碎、加熱、蒸煮、殺菌、膨化及成型為一體，能夠?qū)崿F(xiàn)一系列單元同時(shí)并連續(xù)操作的新型高新技術(shù)［4］，可以使粗糧細(xì)化，改善雜糧的口感，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失較少，且具有殺菌、鈍化不良因子、提高蛋白消化率的作用［5－6］。國(guó)內(nèi)外對(duì)玉米、大米、小米等的擠壓膨化研究較多，而對(duì)紅小豆的擠壓膨化技術(shù)研究較少［7－10］。擠壓產(chǎn)品質(zhì)量性狀主要包括膨化率、吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)［11－13］，篩選質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究較少。采用回歸旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)研究擠壓膨化工藝與產(chǎn)品各質(zhì)量性狀的關(guān)系，并統(tǒng)計(jì)分析各質(zhì)量性狀間的相關(guān)性，初步構(gòu)建了產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)建立紅小豆擠壓膨化產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、質(zhì)量管理和標(biāo)準(zhǔn)制定有重要的理論和技術(shù)指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅小豆 市售。

EV25型、法國(guó)克萊斯特羅雙螺桿擠壓機(jī)工作站

該工作站由動(dòng)力單元、擠壓?jiǎn)卧鞲衅鞅O(jiān)控系統(tǒng)及喂料、進(jìn)水輔助單元組成，主要技術(shù)參數(shù)為模口直徑 4mm，螺桿轉(zhuǎn)速 0～600r/min，加熱段 6段;JXFM110錘式旋風(fēng)磨 上海嘉定糧油;恒溫水浴鍋北京市永光明醫(yī)療儀器廠;QT－1旋渦混合器 上海琪特分析儀器有限公司;TD5A－WS離心機(jī) 金壇市金南儀器制造有限公司;游標(biāo)卡尺(0.02mm) 哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限責(zé)任公司;XS204分析天平(0.0001g) 梅特勒－托利多。

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Experimental design and results

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 紅小豆擠壓膨化工藝

1.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)各種谷物雜糧擠壓膨化的相關(guān)研究結(jié)果［14］，選擇物料水分含量、膨化溫度和螺桿轉(zhuǎn)速為考察因素，擠壓膨化產(chǎn)品質(zhì)量性狀:膨化率、吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)為衡量指標(biāo)進(jìn)行三因素五水平二次回歸旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1。根據(jù)物料水分含量水平設(shè)計(jì)和物料水分測(cè)定結(jié)果計(jì)算出水分含量各水平(－1.682、－1、0、1、1.682)加水量分別為0.8、1.1、1.5、1.9、2.2kg/h。

表1 三因素五水平二次回歸旋轉(zhuǎn)因素水平表Table 1 Three factors and five levels quadratic regression factor level table

1.2.3 水分測(cè)定［15］采用GB/T5497－1985中的定溫定時(shí)烘干法。

1.2.4 產(chǎn)品性狀測(cè)定［16］膨化率:將樣品截為20cm長(zhǎng)的小段，用游標(biāo)卡尺在小段的中央測(cè)定產(chǎn)品直徑。膨化率=產(chǎn)品直徑/模口直徑(4mm)，重復(fù)測(cè)定15次取平均值。

吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù):將樣品粉碎(篩孔徑為0.18mm)，稱(chēng)2.5g(W0)，放入離心管(W1)中，加入30mL蒸餾水，振蕩，直至膨化物完全分散。30℃水浴中保持30min，間隔10min手搖30s。4000r/min離心20min。將上清液倒入鋁盒(W2)中，105℃烘至恒重(W3)，稱(chēng)取沉淀物和離心管的總重量(W4)，重復(fù)2次。

吸水性指數(shù)(干基，%)=(W4－W1)/W0×100水溶性指數(shù)(干基，%)=(W3－W2)/W0×100

1.2.5 數(shù)據(jù)分析 采用SAS9.1和SPSS18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 物料水分測(cè)定

紅小豆原料粉碎后測(cè)定水分含量為11.6%。

2.2 紅小豆擠壓膨化工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

將喂料速度控制在12kg/h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

2.3 各因素對(duì)擠壓產(chǎn)品各質(zhì)量性狀影響狀況

以物料水分含量、膨化溫度和螺桿轉(zhuǎn)速為自變量，以產(chǎn)品質(zhì)量性狀為因變量進(jìn)行回歸分析，結(jié)果見(jiàn)表3。物料水分含量?jī)H對(duì)膨化率影響極顯著(p＜0.01)，對(duì)吸水性和水溶性指數(shù)影響極不顯著;膨化溫度對(duì)膨化率、吸水性指數(shù)影響均極顯著(p＜0.01)，對(duì)水溶性指數(shù)影響不顯著;螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)膨化率、吸水性和水溶性指數(shù)影響均不顯著。因此，膨化溫度是影響紅小豆膨化性狀的主導(dǎo)因素，其次是物料水分含量和螺桿轉(zhuǎn)速。各因素對(duì)各質(zhì)量性狀的影響趨勢(shì)詳見(jiàn)圖 1～圖3。回歸方程分別為:Y1=2.623528－0.228521X1－0.154234X2+0.001232X3－0.062244X21－0.0175X1X2－0.0475X1X3－0.20013－0.065X2X3－0.035728;Y2=45.77538－0.848381X1－1.176485X2+ 0.2231X3－1.253455+0.63875X1X2－0.35125X1X3－2.077236X1.72125X2X3－0.915811;Y3=290.435+ 3.0331X1+34.17666X2+3.466748X3+6.202541+ 0.83875X1X2+ 3.48875X1X3+ 10.77397－0.69875X2X3+0.646441，其中=92%、=87%和=67%，三者均大于50%，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所獲得的數(shù)學(xué)回歸模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合良好，自變量與響應(yīng)值之間線性關(guān)系顯著。

表3 回歸與方差分析結(jié)果Table 3 Regression and variance analysis

由圖1～圖3看出，隨著物料水分含量(18%～30%)的升高，產(chǎn)品的膨化率急劇降低，水溶性指數(shù)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，吸水性指數(shù)呈先降低后升高的趨勢(shì)。這是因?yàn)樗趾康停矸畚偾也痪鶆颍y以形成熔融狀態(tài)，產(chǎn)品的水溶性較低，需要吸收更多的水分，因而吸水性指數(shù)就高;水分含量高，擠壓機(jī)腔內(nèi)摩擦力小，擠壓物僵硬且溶解性差，因而膨化率、水溶性指數(shù)降低，而吸水性指數(shù)升高。

圖1 各因素對(duì)膨化率影響分析圖Fig.1 Factors on the impactof the expansion ratio analysis diagram

圖2 各因素對(duì)水溶性指數(shù)影響分析圖Fig.2 Factors on the water－soluble index impact analysis diagram

圖3 各因素對(duì)吸水性指數(shù)影響分析圖Fig.3 Factors on the water absorption index impact analysis diagram

隨著膨化溫度(130～190℃)的不斷升高，膨化率和水溶性指數(shù)呈持續(xù)的趨勢(shì)，而吸水性指數(shù)呈增加的趨勢(shì)。因?yàn)闇囟忍停肿舆\(yùn)動(dòng)不劇烈，不易滲透到淀粉的空間結(jié)構(gòu)中，以致膨化率較低，淀粉晶體也很難形成熔融狀態(tài)，水溶性指數(shù)較低，而吸水性指數(shù)則較高;溫度太高，由于物料黏度下降，對(duì)氣體的束縛力減弱，以致氣泡形成過(guò)程中較早破裂，因而膨化率較低，也可能造成蛋白和淀粉降解的糖在高溫下發(fā)生“美拉德”反應(yīng)，部分淀粉焦糊化，因而水溶性指數(shù)降低、水溶性指數(shù)升高。

螺桿轉(zhuǎn)速(200～400r/min)的不斷增加對(duì)膨化率和吸水性指數(shù)影響很小，僅對(duì)水溶性指數(shù)有一定的影響，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。

2.4 擠壓膨化產(chǎn)品質(zhì)量性狀間的相關(guān)性分析

紅小豆擠壓膨化產(chǎn)品各質(zhì)量性狀相關(guān)分析見(jiàn)表4，吸水性指數(shù)與水溶性指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，而膨化率與吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，但不顯著。

表4 各質(zhì)量性狀間的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between quality traits

3 結(jié)論

3.1 膨化溫度是影響紅小豆膨化產(chǎn)品質(zhì)量性狀的主導(dǎo)因素，其次是物料水分含量和螺桿轉(zhuǎn)速，影響順序?yàn)榕蚧瘻囟龋疚锪纤趾浚韭輻U轉(zhuǎn)速。

3.2 隨著物料水分含量的升高，產(chǎn)品的膨化率急劇降低，水溶性指數(shù)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，吸水性指數(shù)呈先降低后升高的趨勢(shì);隨著膨化溫度的不斷升高，膨化率和水溶性指數(shù)呈先升高后降低的趨勢(shì)，而吸水性指數(shù)呈持續(xù)升高的趨勢(shì);螺桿轉(zhuǎn)速的不斷增加對(duì)膨化率和吸水性指數(shù)影響很小，僅對(duì)水溶性指數(shù)有一定的影響，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。

3.3 擠壓產(chǎn)品質(zhì)量性狀中吸水性指數(shù)與水溶性指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3.4 本研究確定了紅小豆擠壓膨化產(chǎn)品質(zhì)量性狀與工藝參數(shù)間關(guān)系，初步構(gòu)建產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為擠壓膨化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)利用、質(zhì)量管理及標(biāo)準(zhǔn)制定提供依據(jù)。

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Analysis on quality properties of red bean extruded product

REN Chuan－ying，YAO Xin－miao，GAO Yang，HONG Bin，LU Shu－wen*
(Food Processing Institute Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，Harbin 150086，China)

Objective:Make sure the relationship between processing parameters and the properties of product quality.To fix the correlation between processing parameters and the properties of product quality，and initially established production quality evaluation system，this could provide the basis of the further development，quality management and standard formulation of the extrusion products.Methods:Researched the affection of material moisture content，screw speed and expansion temperature on the extruded product quality properties(the expansion ratio，water absorption index，water solubility index and color)by regression rotation test.Correlation analysis to be studied the correlation between various qualitative properties.Results:The effects that the extrusion parameters played on the red bean extrusion production could be considered as expansion temperature＞material moisture content＞screw speed.Affection of expansion temperature and moisture content of materials were significantly and screw speed had no significant effect.Water absorption index and water solubility index were highly significant negative correlation.Conclusion:There was a significant correlation between red bean extrusion parameters and the properties of product quality.This suggested that suitable processing parameters should be chosen depending on the quality requirement.

red beans;extrusion puffing;qualitative properties analysis

TS214.9

A

1002－0306(2012)21－0149－04

2012－04－19 *通訊聯(lián)系人

任傳英(1982－)，女，碩士，助理研究員，研究方向:雜糧雜豆加工。

黑龍江省青年科學(xué)基金(QC2011C081)。