大米-牛肉擠壓膨化產品研發及性質研究

梁文明，徐興陽，楊莉莉，程麗敏，陳野（天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457）

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大米-牛肉擠壓膨化產品研發及性質研究

梁文明，徐興陽，楊莉莉，程麗敏，陳野*
（天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457）

摘要：利用自熟雙螺桿多功能食品膨化機，進行擠壓膨化大米-牛肉制品的開發與研究。應用正交試驗以感官評價為指標研究牛肉的添加量、物料濕度、螺桿轉速及擠壓溫度4個操作參數對擠出物的的影響。確定了最適工藝條件：進料濕度是17%，螺桿恒定轉速為160r/min，擠壓溫度為160℃，牛肉的添加量是10.00 %。在此條件下產品的硬度為4.2 N、脆度為21.4mm、膨脹度為329%，產品口感細膩，酥脆可口，有牛肉的香味。感官評價得分最高。經電鏡觀察擠壓之后淀粉顆粒膨脹，彼此間距增大且變得更光滑。

關鍵詞：牛肉；大米；擠壓膨化；感官評價；掃描電鏡

牛肉中富含蛋白質，氨基酸組成比豬肉更接近人體需要，能提高機體的抗病能力，是補益佳品[1]。本文利用擠壓膨化技術研究了一種新的牛肉深加工的方法。擠壓膨化技術是將物料送入擠壓機中在高溫、高壓、高剪切的條件下使物料反生變化，形成疏松、多孔、酥脆的產品。擠壓膨化食品因其產品蓬松，形態多樣得到了較多消費者的喜愛，可用一臺擠壓機一步完成混合、熟化、破碎、殺菌、預干燥、成型等工藝，制成膨化產品，同時只要簡單的更換擠壓機器的配件就可以改變產品的外形，所以擠壓膨化食品得到了迅猛的發展[2]。擠壓食品的原料一般以谷物類為主，如大米、玉米、馬鈴薯、木薯、小麥粉、燕麥等，其產品主要有主食類、早點類、兒童食品各種小食品[3]，以動物肉類為原料利用擠壓膨化技術開發膨化產品卻鮮有報道，這些產品蛋白質含量較低，肉類的蛋白質含量較高，谷物類一般缺乏賴氨酸和含硫氨基酸，而肉中富含賴氨酸和蛋氨酸[4]，將牛肉粉與大米混合擠壓，大米能夠提供人體所需的碳水化合物和能量，牛肉能夠提供一般谷物中缺少的氨基酸，所以以大米-牛肉為主要原料制成的擠壓膨化產品能有效提高膨化食品的營養價值使其營養更加均衡故而有廣闊的開發前景。

1　材料與方法

1.1主要物料

牛肉粉由青島隆海食品有限公司生產，其主要成分為粗蛋白50.87 %、粗脂肪8.37 %。大米粉從本地超市購得。

1.2主要設備

DS32-Ⅱ雙螺桿擠壓機（螺桿直徑32 mm，長徑比18.75∶1，螺桿轉速0～250 r/min，模孔孔徑5 mm）：濟南賽百諾科技開發有限公司；TA—XTplus型質構儀：北京微訊超技儀器技術有限公司；DSC60A型差式掃描量熱儀：島津制作所；SU1510型掃描電子顯微鏡：日立電子—株式會社水分快速測定儀；RS-232電子天平：丹納赫傳感工業控制；DZF-6020烘箱：上海福馬實驗設備有限公司；FW80快速粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；TC-102D恒溫水浴鍋：美國BIO-RAD公司。

1.3方法

1.3.1單因素試驗優化擠壓參數

設定參數進行單因素試驗，分別為水分含量（17%、18 %、19 %、20 %、21 %）、螺桿轉速（140、150、160、170、180 r/min）、擠壓溫度（140、150、160、170、180℃）、牛肉粉添加量（5 %、8 %、11 %、14 %、17 %）。

1.3.2正交試驗設計

在單因素試驗的基礎上，選取水分含量（A）、螺桿轉速（B）和擠壓溫度（C）和牛肉粉添加量（D）作為試驗因素，以擠壓產品的感官評價為標準，進行四因素三水平正交試驗，并進行方差分析。

1.3.3感官評價

對產品的色澤、硬度、脆度、咀嚼性和外形進行感官評價打分，每項5分共計25分，選取20名參加過食品感官課程培訓的評價員對膨化產品進行感官評價并計算平均值。對樣品隨機編號，評價員對產品進行獨立、客觀評價，每個樣品評價之間有一定的時間間隔，使用清水簌口，評價員之間無交流[5]。感官質量標準見表1。

表1擠壓膨化產品感官評價指標及評分標準Table 1 The mushroom extrusion sensory evaluation and scoring standard

1.3.4擠壓膨化產品的硬度、脆度、膨脹度

用質構儀對最適條件的擠壓產品進行質構分析，測定產品的硬度和脆度，采用HDP/3PB探頭，測前速度為1.0 mm/s，測試速度為3.0 mm/s，測后速度為10.0 mm/s。測10次取平均值。硬度是指被測物斷裂前受到的最大的力，脆度是指被測物斷裂時探頭下壓的距離[6]。

用電子數顯卡尺測量擠出物的膨脹度，它表示為擠出物的橫截面直徑與模孔直徑的比，測定10次取平均值[7]。

1.3.5掃描電鏡觀察微觀結構

將樣品粉碎后，利用高真空鍍機對試樣表面噴金，噴金時間60 s，然后置于掃描電鏡下，觀察膨化產品的微觀結構[9]。

1.3.6添加牛肉粉擠壓之后物料組分的變化

由于牛肉粉添加和擠壓膨化加工，使物料組分（淀粉、脂肪、蛋白質）發生了復雜的物理、化學變化。

粗蛋白含量測定：GB 5009.5-2010《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》；粗脂肪含量測定：GB/T 5009.6-2003《食品中脂肪的測定》；淀粉含量測定：GB/ T 5009.9-2008《食品中淀粉的測定》。

2　結果與討論

2.1單因素試驗結果與分析

2.1.1水分含量對膨脹度的影響

膨脹度的大小直接影響膨化產品的質地和口感，是衡量膨化產品質量的一項重要指標，水分含量對膨脹度的影響見圖1。

圖1水分含量對膨脹度的影響Fig.1 The influence of moisture content on product sectional expansion indices

物料中的水分含量在膨化過程中會直接影響擠壓機機腔內的溫度和壓力，從而影響擠壓產品的品質。膨脹度隨著水分含量的增加而降低，水分含量從17 %到19 %，膨化率降低趨勢顯著，水分含量從19 % 到21 %，膨脹度降低趨勢不顯著，在17 %的水分含量條件下，其膨脹度最佳，膨脹度為329 %。由此看來，水分含量對產品的膨脹度影響較顯著，水分過高，得到的擠壓產品表面粗糙，產生的蜂窩狀空隙不均勻，這是由于在產品擠出的瞬間蒸汽過多，形成多個不能愈合的通路殘痕，使得一部分水蒸氣不能及時放出，殘留后凝成水蒸氣，使得產品膨化率降低。物料的水分含量較低，得到的產品膨脹度較高。

2.1.2螺桿轉速對膨脹度的影響

螺桿轉速對膨脹度的影響見圖2。

圖2螺桿轉速對膨脹度的影響Fig.2 The influence of revolution speed of extrusion on product sectional expansion indices

螺桿轉速由140 r/min增加到160 r/min，產品的膨脹度逐漸增大，到160 r/min達最大值329 %，當螺桿轉速由160 r/min增加到180 r/min，產品的膨脹度又逐漸減小，這是由于較小的螺桿轉速不能使物料得到較大的剪切力，從而影響產品的膨脹度，增大螺桿轉速可以使剪切力加劇，降低物料的黏度，膨脹度增大。但是螺桿轉速太大又會使得物料的機腔內的滯留時間較短，不能充分組織化，得不到理想的膨脹度。

2.1.3擠壓溫度對膨脹度的影響

擠壓溫度對膨脹度的影響見圖3。

圖3擠壓溫度對膨脹度的影響Fig.3 The influence of barrel temperature on product sectional expansion indices

擠壓溫度從140℃增加到160℃，產品的膨脹度逐漸增加，160℃達最大值329 %，從160℃增加到180℃，產品的膨脹度逐漸降低。擠壓溫度太低，熔融物料的黏度較高，使得產品膨脹度降低，而擠壓溫度太高，又會使物料的黏度過低，水蒸氣太多，蒸汽壓力很容易使氣孔破裂，膨脹度降低。因此擠壓溫度在一定的范圍內，才能使得產品達到一個較好的膨化效果。

2.1.4牛肉粉添加量對膨脹度的影響

牛肉粉的添加量對膨脹度的影響見圖4。

圖4牛肉粉添加量對膨脹度的影響Fig.4 The influence of beef paoder content on product sectional expansion indices

牛肉粉添加量由5 %增加到14 %，產品的膨脹度逐漸降低，添加量在14 %以上時產品擠壓困難，選擇適中的牛肉粉添加量，在不影響膨脹度的情況下，增加牛肉粉改善產品的風味和營養。

由單因素試驗得到正交試驗因素水平表見表2。

表2正交試驗因素水平表Table 2 Orthogonal test level of extrusion

2.2正交試驗結果與分析

正交試驗結果與分析見表3。

表3正交試驗結果與分析Table 3 Results of extrusion orthogonal experiment

本試驗結果分析采用方差分析法，首先進行F檢測，方差分析見表4。

由表可以看出，4個因素對擠壓膨化產品的影響的主次順序為：水分含量>擠壓溫度>牛肉粉添加量>螺桿轉速。A因素以A1水平最適，B因素以B3水平最適，C因素以C2水平最適，D因素以D2水平最適，即水分含量17 %，擠壓溫度170℃，螺桿轉速160 r/min，牛肉粉添加量11 %。由方差分析得水分含量對膨化食品綜合評分的影響最顯著，其他因素無顯著影響[10]。

表4正交試驗方差分析結果Table 4 Variance analysis of orthogonal experiment

2.3優化條件的驗證

驗證試驗的結果見表5。

表5驗證試驗結果Table 5 Validation test results

結果顯示該條件下得到的產品的感官評價得分最高。得到產品的質構分析結果為硬度4.2N，脆度21.4 mm，此條件得到產品的膨脹度為329 %。

2.4產品的微觀結構

產品的微觀結構見圖5。

圖5產品的微觀結構Fig.5 SEM micrographs of beef-rice powder and extrusion products

由電鏡圖觀察到擠壓前兩種粉末顆粒分布不均勻，擠壓后粉末顆粒更加均勻，形狀規則，這可能由于擠壓后淀粉顆粒被破壞，淀粉分子由有序變為無序狀態，淀粉發生糊化因此結構更加松散分布更加均勻[12]。2.5未添加牛肉粉與添加牛肉粉擠壓膨化產品的營養對比

未添加牛肉粉與添加牛肉粉擠壓膨化產品的營養對比見表6。

由表6可以看出添加牛肉粉的擠壓膨化產品與未添加的相比蛋白質跟脂肪的含量顯著增加，牛肉粉的增加補充了谷物類食品中缺少的氨基酸尤其是賴氨酸跟谷氨酸，使產品的營養更加的均衡，并且產品碳水化合的含量為70.36 %滿足了日常能量的供應。

表6營養成分表Table 6 Nutrition Information g/100 g

3　結論

牛肉粉與大米粉的擠壓膨化的最佳工藝為：水分含量17 %，擠壓溫度170℃，螺桿轉160 r/min，牛肉粉添加量11 %。在此條件下產品的感官評價得分最高為23.762，產品的硬度為4.2 N，脆度為21.4 mm，截面膨脹度為329 %。掃描電鏡觀察得知擠壓后的產品形狀結構變得規則有序均勻一致。本項研究表明可以通過擠壓牛肉制成膨化產品，得到的產品比市售的同類產品營養更加均衡，具有廣闊的開發前景。并且本研究的工藝為以后的擠壓膨化肉制品的生產提供了基礎數據。

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Sudies on Technologocal Parameters and Characteristics of Rice-Beef Extrusion Product

LIANG Wen-Ming，XU Xing-Yang，YANG Li-Li，CHENG Li-Min，CHEN Ye*
（College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China）

Abstract：The aim of the reserch was to extrude rice-beef using two screw extruder（SYSLG32-II，Jinan）.The optimal extrusion paraments were obtained by the orthogonal experiment design through sensory evalution.The results of extrusion parameters suggested that moisture cotent 17 %，revolution speed of extruder 160 r/min，extrusion temperature 160℃，beef content 10.00 %.The characteristic parameters of the extruded product under the optimal extrusion process were hardness 4.2 N，brittleness 21.4 mm，expansion rate 329 % and achieved the highest sensory scores 19.8. The product was a light brown，shiny，dedicate，crispy beef flavor snack.The starch granules swelled，each spacing increased and became more smooth.

Key words：beef；rice；extrusion；sensory evaluation；scanning electron microscope

收稿日期：2015-11-09

*通信作者：陳野（1968—），男（漢），教授，博士，研究方向：農副產品加工。

作者簡介：梁文明（1989—），男（漢），碩士研究生，研究方向：農產品加工與物流保鮮。

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.03.022