擠壓膨化工藝對(duì)小米質(zhì)量性狀影響分析

任傳英，姚鑫淼，盧淑雯，王樂凱，李家磊，趙 蕊，張英蕾，謝學(xué)軍

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

小米是世界上最古老的栽培農(nóng)作物之一，主產(chǎn)區(qū)在中國(guó)，占全世界產(chǎn)量的80%，種植面積約140 萬(wàn)hm2，年產(chǎn)量450 萬(wàn)t 左右［1］。小米營(yíng)養(yǎng)豐富，是良好的食品營(yíng)養(yǎng)源，以小米加工的食品也具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。小米中的碳水化合物含量低于大米、小麥和玉米，淀粉顆粒直徑大于0.125μm［2］;小米脂肪中主要有亞油酸、油酸、棕櫚酸以及少量的硬脂酸和亞麻酸，其中亞油酸與α-亞麻酸的比例為6.5∶1，符合WHO 推薦標(biāo)準(zhǔn)［(5∶1)～ (10∶1)］［3，4］;小米多酚類物質(zhì)含量約為0.3%～3%，有很強(qiáng)的抗氧化活性，具有降血糖、降膽固醇及預(yù)防潰瘍等生理功效［5，6］。隨著人民生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，營(yíng)養(yǎng)豐富的谷物方便食品越來越受到人們青睞［7，8］。谷物雜糧擠壓膨化后，其蛋白質(zhì)、淀粉等大分子物質(zhì)部分降解更有利于吸收。本研究采用design-expert 中心組合試驗(yàn)研究擠壓膨化工藝對(duì)產(chǎn)品各質(zhì)量性狀的影響，并分析各質(zhì)量性狀間的相關(guān)性，對(duì)小米擠壓膨化產(chǎn)品的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小米，市售;EV25 型雙螺桿擠壓機(jī)，法國(guó)克萊斯特羅;RVA-Super 3 粘度儀，Newport;JXFM110 錘式旋風(fēng)磨，上海嘉定糧油;QT-1 旋渦混合器，上海琪特分析儀器有限公司;3-18K 離心機(jī)，SIGMA 公司;XS204 分析天平(0.0001g)，梅特勒-托利;恒溫水浴鍋，北京市永光明醫(yī)療儀器廠;游標(biāo)卡尺(0.02mm)，哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限責(zé)任公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用design-expert 中心組合試驗(yàn)進(jìn)行四因素五水平二次回歸旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)因素水平見表1。

表1 試驗(yàn)因素水平

1.2.2 水分測(cè)定 按參考文獻(xiàn)［9］進(jìn)行。

1.2.3 產(chǎn)品性狀測(cè)定 膨化率、吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)的測(cè)定按參考文獻(xiàn)［10］進(jìn)行;黏度:吸取25mL 蒸餾水，加入3g 左右預(yù)處理樣品，保證每個(gè)測(cè)試樣品的水分含量為12% (考慮樣品水分含量)，攪拌15s 以分散樣品。測(cè)定過程中，攪拌槳轉(zhuǎn)速保持160 r/min，起始溫度50℃，保持2 min，然后在5 min 內(nèi)升至90℃，并保持3 min，再在5.5 min 內(nèi)降至50℃，并保持5 min，記錄最終粘度，測(cè)試總時(shí)間20 min。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析 采用Design-Expert 6.0.10 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小米擠壓膨化工藝試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

小米擠壓膨化工藝試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果詳見表2。

2.2 各因素對(duì)擠壓產(chǎn)品膨化率影響狀況分析

由圖1 可以看出，在其他因素為中間水平時(shí)，小米擠壓產(chǎn)品的膨化率隨著喂料速度的增加呈先增加后降低趨勢(shì);當(dāng)膨化溫度在120～160℃時(shí)，隨著溫度的升高而增加;隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加呈快速升高趨勢(shì);隨著物料水分含量的增加呈緩慢下降趨勢(shì)。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

(續(xù))

圖1 各因素對(duì)小米擠壓膨化率影響

2.3 各因素對(duì)擠壓產(chǎn)品水溶性指數(shù)影響狀況分析

方差分析結(jié)果表明，此模型的F 值為18.86，P＜0.000 1，模型顯著。因素C (螺桿轉(zhuǎn)速)顯著影響擠壓產(chǎn)品的水溶性指數(shù)，因素D (水分含量)極顯著影響擠壓產(chǎn)品的水溶性指數(shù)。

回歸分析得到二次回歸方程:水溶性指數(shù)=+20.51－0.55*A－0.96*B +1.29*C－3.45*D +0.74*A2－1.02*B2+0.63*C2－0.17*D2－0.47*A*B－0.57*A*C+0.031*A*D+0.90*B*C－0.56*B*D－0.32*C*D 失擬性P 值為0.247 4，不顯著，表明回歸方程擬合性良好(表3)。

表3 回歸模型的方差分析結(jié)果

由圖2 可以看出，在其他因素為中間水平時(shí)，小米擠壓產(chǎn)品的水溶性指數(shù)隨著膨化溫度的升高呈先增加后降低趨勢(shì)，隨著喂料速度的增加先緩慢降低然后增加趨勢(shì)，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加呈直線上升趨勢(shì)，隨著物料水分含量的增加呈緩慢下降趨勢(shì)。

2.4 各因素對(duì)擠壓產(chǎn)品吸水性指數(shù)影響狀況分析

方差分析結(jié)果表明，此模型的F 值為6.52，P＜0.001，模型顯著。因素B 和(膨化溫度)與因素D (水分含量)極顯著(P＜0.001)影響擠壓產(chǎn)品的吸水性指數(shù)，因素C (螺桿轉(zhuǎn)速)顯著(P＜0.05)影響擠壓產(chǎn)品的吸水性指數(shù)?；貧w分析得到二次回歸方程:吸水性指數(shù)=+561.63－1.15*A +36.15*B－12.84*C +33.98*D－5.20*A2+2.76*B2+5.07*C2+6.96*D2+5.64*A*B+1.30*A*C－12.46*A*D－0.35*B*C +4.91*B*D－5.55*C*D 失擬性P 值為0.253 7，不顯著，表明回歸方程擬合性良好。

由圖3 可以看出，在其他因素為中間水平時(shí)，小米擠壓產(chǎn)品的吸水性指數(shù)隨著膨化溫度的升高呈增加趨勢(shì)，隨著喂料速度的增加無(wú)明顯變化，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加也無(wú)明顯變化，隨著物料水分含量的增加呈增加趨勢(shì)。

圖2 各因素對(duì)小米擠壓水溶性指數(shù)影響

圖3 各因素對(duì)小米擠壓吸水性指數(shù)影響

表4 回歸模型的方差分析結(jié)果

2.5 各因素對(duì)擠壓產(chǎn)品粘度影響狀況分析

由圖4 可以看出，在其他因素為中間水平時(shí)，小米擠壓產(chǎn)品的粘度隨著膨化溫度的升高呈先降低后升高趨勢(shì)，隨著喂料速度的增加無(wú)明顯變化，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加呈先降低后緩慢增加趨勢(shì)，隨著物料水分含量的增加呈增加趨勢(shì)。

2.6 質(zhì)量性狀相關(guān)性分析

由表5 可以看出，吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)、粘度和膨化率之間的相關(guān)性顯著，因此，在產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用方面需要綜合考慮各質(zhì)量性狀之間的關(guān)系，根據(jù)需要選擇工藝參數(shù)。

表5 各質(zhì)量性狀間的相關(guān)性分析

3 結(jié)論

(1)在擠壓膨化過程中，物料水分含量和膨化溫度顯著影響產(chǎn)品的各質(zhì)量性狀，而螺桿轉(zhuǎn)速和喂料速度在一定范圍內(nèi)影響不顯著。

(2)小米擠壓產(chǎn)品的吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)、粘度和膨化率之間的相關(guān)性顯著。

圖4 各因素對(duì)小米擠壓粘度影響

［1］王海濱，夏建新.小米的營(yíng)養(yǎng)成分及產(chǎn)品研究開發(fā)進(jìn)展［J］.糧食科技與經(jīng)濟(jì)，2010，35(4):36-38.

［2］SinghP，et a1.Physico-chemical characteristics of wheat flour and millet flour blends ［J］.Journal of Food Science and Technology，2005，42(4):340-343.

［3］IbrahimaO，et a1.Study of the variability of lipids in some millet cultivars from Tunisia and Mauritania ［J］.Rivista Italiana delle Sostanze Grasse，2004，81(2):112-116.

［4］Fernandez D R，Vandeqa D J，Millson M，et a1.Fatty acid，amino acid and trace mineral composition of Eleusine coracana (pwana)seeds from northern Nigeria ［J］.Plants Foods for Human Nutrition，2003，58(3):258-259.

［5］Hegde P S，Chandra T S.ESR spectroscopic study revealshigher free radical quenching potential in kodo millet (Paspalum scrobiculatum)compared to other millets ［J］.Food Chemistry，2005，92(1):177-182.

［6］Chethan S，Malleshi N G.Finger millet polyphenols:Charaeterization and their nutraceutical potential ［J］.American Journal of Food Technology，2007，2(7):618-629.

［7］盧健鳴，等.小米擠壓膨化加工營(yíng)養(yǎng)方便粥的工藝研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2002，18(3):123-126.

［8］張超，張暉，李冀新.小米的營(yíng)養(yǎng)以及應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2007，22(1):51-55.

［9］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)糧食、油料檢驗(yàn)水分測(cè)定法.GB/T 5497-1985［S］

［10］寧更哲，等.燕麥全粉擠壓膨化產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)的性狀分析［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43(5):1017-1022.