低蛋白面條擠壓熟化加工技術研究

李倩，劉麗娜，杜方嶺，徐同成，劉戰偉，邱斌，劉瑋，劉潤書，陶海騰，4，*

（1.山東省農業科學院農產品研究所/山東省農產品精深加工技術重點實驗室，山東濟南250100；2.濟南誠匯雙達化工有限公司，山東濟南250101；3.日照市莒縣金穗工貿有限公司，山東日照276500；4.齊魯工業大學食品科學與工程學院，山東濟南250353）

低蛋白面條擠壓熟化加工技術研究

李倩1，劉麗娜1，杜方嶺1，徐同成1，劉戰偉2，邱斌1，劉瑋1，劉潤書3，陶海騰1，4，*

（1.山東省農業科學院農產品研究所/山東省農產品精深加工技術重點實驗室，山東濟南250100；2.濟南誠匯雙達化工有限公司，山東濟南250101；3.日照市莒縣金穗工貿有限公司，山東日照276500；4.齊魯工業大學食品科學與工程學院，山東濟南250353）

為開發糖尿病腎病患者專用主食，以低蛋白主食常用的小麥淀粉為原料，以咀嚼度和膨脹度作為品質評價指標，通過單因素及響應面優化探討螺桿轉速、加水量、擠壓溫度對淀粉面條品質的影響，建立低蛋白面條擠壓熟化加工工藝的回歸模型。各因素對面條品質的影響主次順序為：加水量＞螺桿轉速＞擠壓溫度；最佳加工工藝：螺桿轉速為93 r/min，加水量為31%，擠壓溫度為70℃。此工藝條件下，小麥淀粉擠壓面條的咀嚼度（3 908±40）g、感官評分（73.65分）略低于市售意大利面[（4 661±61）g，81.91分]，面條直徑[（2.80±0.05）mm]略粗于意大利面[（1.94±0.02）mm]，基本不影響糖尿病、腎病患者膳食習慣。

低蛋白；淀粉；擠壓熟化；面條；響應面法

糖尿病腎病的發病率在我國日趨上升，因其病因及發病機制不清楚，單純的醫療手段只能產生一定的效果，且過度的醫學治療可能會增加患者的身體負擔，現有研究表明，限制飲食中蛋白質的攝入（尤其是植物蛋白）可以有效地控制血糖、防止腎功能衰竭[1-3]，對糖尿病腎病患者的病情起到良好的緩解作用。低蛋白飲食是指在蛋白允許攝入量范圍內，盡可能的降低植物蛋白的攝入，增加優質動物蛋白的攝入[4]，美國營養師協會建議低蛋白飲食中蛋白質攝入量應控制在0.6 g/（kg·d）～0.75 g/（kg·d），其中優質蛋白不得少于50 %[5]。目前，低蛋白食品主要是以淀粉為原料加工而成，形式多為顆粒狀或粉狀沖劑，口感不佳[6]，不能將其作為主食來用。如將淀粉加工成日常食用的面條，則可滿足糖尿病腎病患者的特殊飲食需求，但淀粉中缺乏面筋蛋白，難以形成面團[7]，傳統的壓延手段不能加工成型且產品品質較差。

擠壓技術因其效率高、成本低、產品多樣，而廣泛應用于食品加工領域。擠壓過程中，在高溫、高壓作用下，淀粉組織結構及狀態發生改變，發生糊化呈熔融態[8]，通過不同的模孔即形成形態各異的擠壓產品。除產生疏松多孔的膨化產品外，擠壓技術也用來熟化成型，意大利面是典型的擠壓熟化產品，通過淀粉糊化成型的此類產品耐煮性更好、質量更高[9]。

本研究旨在通過工藝優化生產低蛋白面條，我國常見的粉條、米線、米粉等雖也是通過擠壓法生產的淀粉類制品，制作工藝也相對成熟，但此類產品均是以大米、紅薯、馬鈴薯等相應原料的全粉加工而成，一方面其中蛋白含量較高，不適合糖尿病腎病患者食用，另一方面人們無將此類產品作為主食的習慣。因此，本文以低蛋白食品常用的小麥淀粉為原料，采用雙螺桿擠壓機，通過單因素及響應面試驗對擠壓工藝參數（螺桿轉速、加水量、擠壓溫度）進行優化，建立低蛋白面條的擠壓熟化加工技術，為糖尿病、腎病患者主食的開發提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料

小麥淀粉：山東鄄城縣明珠淀粉廠；莫利4#直條意大利面：意大利克瑞克司有限公司。

1.2 儀器與設備

HZF-A500電子天平：福州華志科學儀器有限公司；BLJ15型拌粉機：山東銀鷹炊事機械有限公司；美的多功能電磁爐：廣東美的生活電器制造有限公司；30-Ⅱ雙螺桿擠壓試驗機：濟南賽百諾科技開發有限公司；TA-XT2i型物性測試儀：英國Stable Micro System公司。

1.3 方法

1.3.1 小麥淀粉擠壓面條制作工藝

稱料→加水→混勻→擠壓熟化→收集→干燥→保藏

1.3.2 單因素試驗設計

面條的品質可通過TPA（包括咀嚼度、彈性、硬度等）、剪切、拉伸等特性來反映，大量研究表明，TPA試驗中的咀嚼度與硬度等參數及剪切試驗中的最大剪切力、拉伸試驗中的拉斷力呈顯著正相關，且數值越大代表面條品質越好[10-11]。因此本研究以咀嚼度為代表判斷擠壓參數對小麥淀粉擠壓面條品質的影響，此外研究采用的是擠壓機擠壓熟化成型的功能，以膨脹度越小越好，因此單因素試驗以膨脹度輔助咀嚼度來綜合評價淀粉擠壓面條的品質。

研究所用雙螺桿擠壓機除模頭外分為Ⅰ（喂料段）、Ⅱ（輸送段）、Ⅲ（熔融段）、Ⅳ（剪切段）區，由于螺桿長度的限制，各區區分不是非常明顯，因此將Ⅲ、Ⅳ區溫度合并進行考察。

以小麥淀粉擠壓面條的咀嚼度為主要指標，膨脹度為次要指標，在喂料速度一定，擠壓Ⅰ、Ⅱ區溫度為40℃的條件下，探討螺桿轉速、加水量及擠壓機Ⅲ、Ⅳ區溫度對小麥淀粉擠壓面條品質的影響。

1.3.2.1 螺桿轉速

加水量35%，在擠壓溫度60℃，螺桿轉速分別為47、70、93、117、140 r/min。

1.3.2.2 加水量

擠壓溫度60℃，螺桿轉速93 r/min，加水量分別為25%、30%、35%、40%。

1.3.2.3 擠壓溫度

螺桿轉速為93 r/min，加水量30%，擠壓溫度分別為50、60、70、80、90℃。

1.3.3 響應面試驗設計

根據單因素試驗的結果及Box-Behnken中心組合設計原理，進行三因素三水平的組合設計，優化建立小麥淀粉擠壓面條擠壓熟化加工的最佳工藝。

1.3.4 小麥淀粉擠壓面條品質測定

1.3.4.1 咀嚼度

將小麥淀粉擠壓面條煮至硬心消失時撈出[12]，參照文獻[13]中的方法采用TA-XT2i型質構儀測定面條的咀嚼度，每次測定取3根面條等距平行放置于載物臺上，重復6次，去除最大值和最小值后取其平均值。儀器參數：探頭P/36R，測前、測試、測后速度分別為1.0、5.0、5.0 mm/s，模式strain，樣品形變75%，兩次下壓間隔5 s，觸發力5 g。

1.3.4.2 膨脹度[14]

小麥淀粉經擠壓熟化后用游標卡尺測量面條的直徑d1（mm），隨機測量，重復20次。擠壓機?？字睆絛2=2.05 mm。面條的膨脹度是指面條截面積與?？捉孛娣e之比，計算公式如下：

1.3.4.3 面條的感官評價

將擠壓面條和意大利面煮至硬心消失時撈出[15]，參照標準SB/T 10137-1993《面條用小麥粉》[16]，選取10名感官評價經驗豐富的人員依照面條感官評分標準（表1）對面條進行品嘗評價，評價結果的平均值即為面條的最終評分。

表1 面條感官評分標準Table 1 The sensory score standard of noodle

續表1 面條感官評分標準Continue table 1 The sensory score standard of noodle

1.3.5 數據處理

采用Design-Expert 8.05及SPSS Statistics 17.0對試驗數據進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 市售意大利面咀嚼度、面條直徑的測定

意大利面是最具代表性的通過擠壓方式制得的面條，因其耐煮、口感好等優點[17]，逐漸被我國居民所接受。試驗中制得的小麥淀粉擠壓面條與國內所售普通壓延面條不同，狀態更接近于意大利面，且國內對于擠壓面條品質無相應標準，因此研究以市售意大利面為標準對照，小麥淀粉擠壓面條咀嚼度以越接近于意大利面為越好。根據1.3.4.1中方法測得市售意大利面的咀嚼度為（4 661±61）g，游標卡尺測得面條直徑為（1.94±0.02）mm。

2.2 單因素試驗結果分析

2.2.1 螺桿轉速對小麥淀粉擠壓面條品質的影響

螺桿轉速對小麥淀粉擠壓面條咀嚼度和膨脹度的影響結果見圖1。

如圖1所示，小麥淀粉擠壓面條的咀嚼度和膨脹度隨螺桿轉速的增大均呈先增大后減小的趨勢，在螺桿轉速為93 r/min時咀嚼度達到最大 [（3 572±39）g]，117 r/min時膨脹度達到最大（2.41±0.05）。螺桿轉速增加，導致小麥淀粉在機筒內所受壓力及剪切力增大，水分子更易進入淀粉顆粒使其膨脹，機筒內外環境差異更大，擠出時面條膨脹度和咀嚼度增大；螺桿轉速過大時使得小麥淀粉在機筒內停留時間縮短，螺桿對其作用不充分，從而使面條膨脹度和咀嚼度降低[18]。這與段維等[17]研究結果不一致，可能與原料及螺桿轉速選取范圍不同有關。螺桿轉速93 r/min時，面條膨脹度為2.02±0.07，粗細可接受，因此選擇93 r/min作為最佳螺桿轉速。

圖1 螺桿轉速對小麥淀粉擠壓面條咀嚼度和膨脹度的影響Fig.1 The effect of screw speed on chewiness and expansion degree of wheat starch extruded noodles

2.2.2 加水量對小麥淀粉擠壓面條品質的影響

加水量對小麥淀粉擠壓面條咀嚼度和膨脹度的影響結果見圖2。

圖2 加水量對小麥淀粉擠壓面條咀嚼度和膨脹度的影響Fig.2 The effect of water addition on chewiness and expansion degree of wheat starch extruded noodles

如圖2所示，隨加水量的增多，小麥淀粉擠壓面條的咀嚼度呈先增大后減小的趨勢，加水量為30%時，咀嚼度值最大[（4 068±70）g]，這與段維等[17]的研究結果一致，Gimenez等[19]認為原因可能是：加水量較低時，淀粉顆粒之間的交聯程度較低，導致面條咀嚼度較低；當加水量過多時，過量的水分弱化了小麥淀粉所受的剪切力和摩擦力，淀粉穩定網絡結構的形成受到了阻礙，從而降低了面條的咀嚼度。面條膨脹度則隨加水量的增多呈顯著下降趨勢，加水量增多導致小麥淀粉黏度降低，淀粉在機筒內受到的剪切力及摩擦力減弱，由擠壓機?？跀D出時受到的瞬時壓力降低，導致面條膨脹度降低[20]。加水量30%時，小麥淀粉擠壓面條的膨脹度為1.89±0.10，膨脹程度較低，因此選擇30%作為最佳加水量。

2.2.3 擠壓溫度對小麥淀粉擠壓面條品質的影響

擠壓溫度對小麥淀粉擠壓面條咀嚼度和膨脹度的影響結果見圖3。

圖3 擠壓溫度對小麥淀粉擠壓面條咀嚼度和膨脹度的影響Fig.3 The effect of screw temperature on chewiness and expansion degree of wheat starch extruded noodles

小麥淀粉擠壓面條預實驗結果顯示，擠壓溫度過低，達不到面條熟化的目的，擠壓溫度超過100℃，面條顯著膨化，且顏色呈黑褐色，嚴重偏離面條應有狀態，因此擠壓溫度范圍選擇為50℃～90℃。如圖3所示，小麥淀粉擠壓面條膨脹度隨擠壓溫度的升高呈顯著升高趨勢，在所選溫度范圍內，擠壓溫度升高使小麥淀粉中水分子的運動加劇，更易進入淀粉顆粒使其膨脹，造成擠壓機筒內外壓力差值變大，致使面條的膨脹度增大[21]。小麥淀粉擠壓面條的咀嚼度則隨擠壓溫度的升高呈先增大后減小的趨勢，在擠壓溫度為70℃時咀嚼度達到最大[（3 981±137）g]，這可能與面條膨脹度的變化有關，一定范圍內面條膨脹度的增大使面條咀嚼度增大，膨脹度繼續增大使得面條蒸煮時間延長，面條吸水量增多，所以導致面條的咀嚼度降低。擠壓溫度70℃時，面條膨脹度為2.16±0.16，膨脹程度適當，因此選擇70℃作為最佳擠壓溫度。

2.3 響應面試驗設計及結果分析

2.3.1 響應面試驗設計及結果

在單因素試驗基礎上，采用響應面法擠壓工藝參數進行優化，以單因素試驗最佳值為中心點，因素水平表如表2，響應面試驗設計及結果表3。

螺桿轉速在70 r/min～117 r/min時，小麥淀粉擠壓面條膨脹度為1.73～2.41，加水量在25%～35%時，面條膨脹度為1.58～2.00，擠壓溫度在60℃～80℃時，面條膨脹度為1.74～2.60，可以看出，在響應面優化因素水平范圍內，小麥淀粉擠壓面條膨脹度變化不大，而且咀嚼度是面條品質評價中比較有代表性的指標，能夠從咀嚼度的變化判斷出面條品質的優劣，因此響應面優化試驗僅以咀嚼度為響應值。

表2 響應面分析因素水平表Table 2 Factors and levels of response surface analysis

表3 響應面試驗設計及結果Table 3 Design and results of response surface experiments

2.3.2 回歸模型方差分析

采用Design－Expert 8.05對表3中小麥淀粉擠壓面條咀嚼度試驗數據進行多元回歸擬合，得到的回歸方程為：Y=3 952.60－23.00A+95.50B－22.50C+5.25AB－11.75AC+63.75BC－169.67A2－180.17B2－193.18C2?；貧w模型方差分析如表4。

由表4可知，模型P值＜0.000 1，說明回歸方程極顯著；失擬項P值=0.341 3＞0.05，不顯著，說明得到的回歸方程可靠性強；回歸方程R2=0.979 4，調整R2=0.952 9，說明得到的模型擬合度較好。因此，模型成立，可以用于小麥淀粉擠壓面條制備工藝的篩選。從表4中顯著性可知，3個因素對小麥淀粉擠壓面條咀嚼度的影響先后順序為：加水量＞螺桿轉速＞擠壓溫度，其中加水量對小麥淀粉擠壓面條咀嚼度的影響極顯著。另外，在3個因素的交互作用中，加水量與擠壓溫度的交互作用顯著。

表4 回歸模型方差分析表Table 4 Analysis of variance for the regression model

2.3.3 因素間交互作用分析

各因素對小麥淀粉擠壓面條咀嚼度交互作用的響應曲面及等高線圖如圖4～圖6所示，圖中響應曲面上標記的最高點即為最大值，說明在所選分析的因素水平范圍內存在極值。

圖4 螺桿轉速與加水量對小麥淀粉擠壓面條咀嚼度的影響Fig.4 Response surface and contour plots for the effect of cross interaction between screw speed and water addition on the chewiness of wheat starch extruded noodles

圖5 螺桿轉速與擠壓溫度對小麥淀粉擠壓面條咀嚼度的影響Fig.5 Response surface and contour plots for the effect of cross interaction between screw speed and screw temperature on the chewiness of wheat starch extruded noodles

圖6 加水量與擠壓溫度對小麥淀粉擠壓面條咀嚼度的影響Fig.6 Response surface and contour plots for the effect of cross interaction between water addition and screw temperature on the chewiness of wheat starch extruded noodles

由圖4～圖6中等高線密集程度及形狀可知，加水量與擠壓溫度的交互作用對小麥淀粉擠壓面條咀嚼度的影響顯著，表現為響應曲面陡峭及等高線呈橢圓形，而螺桿轉速與加水量、螺桿轉速與擠壓溫度交互作用不顯著，這與模型方差分析表中結果一致。圖4中顯示，擠壓溫度為70℃，小麥淀粉擠壓面條咀嚼度隨螺桿轉速、加水量的增加呈先上升后下降的趨勢。圖5中，加水量為30%，小麥淀粉擠壓面條的咀嚼度隨螺桿轉速、擠壓溫度的升高呈先上升后下降的趨勢。由圖6可知，螺桿轉速為93 r/min時，小麥淀粉擠壓面條的咀嚼度隨加水量、擠壓溫度的升高先上升后下降。

2.3.4 最佳工藝條件的確定

通過響應面設計軟件Design-Expert 8.05得出的理論最優擠壓工藝組合為：A=-0.063，B=0.262，C= -0.013；即螺桿轉速為91.84 r/min，加水量為31.325%，擠壓溫度為69.88℃，此條件下，小麥淀粉擠壓面條咀嚼度的預測值為3 966 g。為進一步檢驗響應面模型及預測結果的可靠性，需做驗證試驗，考慮到實際操作中的便利性，將擠壓工藝條件修正為：螺桿轉速93 r/min，加水量31%，擠壓溫度70℃，重復3次，測得此條件下小麥淀粉擠壓面條的咀嚼度平均值為3908g，與預測值相對誤差為1.5%，且膨脹度（1.86±0.07）較低。因此，基于響應面法優化得到的小麥淀粉擠壓面條的擠壓工藝參數準確可靠，具有良好的實用價值。

2.4 小麥淀粉擠壓面條與市售意大利面的感官品質比較

根據最佳工藝制得的小麥淀粉擠壓面條和市售意大利面的感官評價結果如表5所示。

由表5可知，小麥淀粉擠壓面條感官評價各指標得分及總分均低于市售意大利面，這與兩者咀嚼度差值相呼應。意大利面是由高筋小麥全粉制成[17]，口感及食味均要優于淀粉，但小麥淀粉擠壓面條煮制后不斷條，耐煮性較好，作為糖尿病腎病患者的主食仍可被接受。

表5 小麥淀粉擠壓面條與市售意大利面的感官評價結果Table 5 Sensory evaluation results of wheat starch extruded noodles and commercial pasta

3 結論

在單因素試驗的基礎上，通過響應面優化，建立了低蛋白小麥淀粉面條擠壓熟化工藝的回歸模型，并得到最佳擠壓工藝條件：螺桿轉速93 r/min，加水量31%，擠壓溫度70℃。在此條件下面條膨脹度（1.86± 0.07）較低，直徑為（2.80±0.05）mm，略粗于市售意大利面[（1.94±0.02）mm]；咀嚼度為（3 908±40）g，略低于市售意大利面的咀嚼度[（4 661±61）g]；感官評分略低于市售意大利面（P＜0.05）。由此可知，小麥淀粉擠壓面條整體品質略差于市售意大利面，但對人們的食用影響不大，仍可被接受。本文通過工藝優化，使淀粉達到限制性熟化，從而獲得類似于意大利面品質的低蛋白擠壓面條，既能滿足此類面條食用品質的要求，又能滿足糖尿病腎病患者飲食低蛋白的需求。

研究是以實驗室現有條件為基礎進行實施，后期產品的推廣，則可根據市場現狀來選擇相應的原料和設備，以本研究結果為參考依據，進行更全面、更專一的產品研發。因此，后續可對低蛋白擠壓面條原料與設備的選擇、形式的多樣性及營養的豐富性進行探討，開展淀粉熟化機理與面條品質的研究，以滿足糖尿病腎病患者對飲食營養性及多樣性的需求。

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Study on the Extrusion Cooking Processing Technology of Low Protein Noodles

LI Qian1，LIU Li-na1，DU Fang-ling1，XU Tong-cheng1，LIU Zhan-wei2，QIU Bin1，LIU Wei1，LIU Run-shu3，TAO Hai-teng1，4，*
（1.Institute of Agro-Food Science and Technology/Key Laboratory of Agricultural Products Deep Processing Technology of Shandong Province，Shandong Academy of Agricultural Sciences，Jinan 250100，Shandong，China；2.Jinan Chenghui-Shuangda Chemical Co.，Ltd.，Jinan 250101，Shandong，China；3.Jinsui Industry and Trade Co.，Ltd.，Rizhao 276500，Shandong，China；4.College of Food Science&Engineering，Qilu University of Technology，Jinan 250353，Shandong，China）

In order to develop the special staple food for diabetic nephropathy patients，with the wheat starch which commonly used in low protein staple food as the raw material，the chewiness and expansion degree of ex－truded noodles as the determined indicators，the effect of screw speed，water addition and screw temperature on the quality of extruded noodles were discussed through single factor experiment and response surface experiments，and established the regression model of the extrusion cooking processing technology for low protein starch extruded noodles.The order of primary factors was：water addition＞screw speed＞screw temperature，and the optimal extrusion processes were achieved：Screw speed 93 r/min，water addition 31%，and screw temperature 70℃.Under this condition，the chewiness and sensory scores of wheat starch extruded noodles [（3 908±40）g，73.65]was slightly lower than commercial pasta [（4 661±61）g，81.91]，the diameter [（2.80±0.05）mm]was slightly cruder than commercial pasta[（1.94±0.02）mm]，so it basically didn't affect the dietary habits of diabetic nephropathy patients.

low protein；starch；extrusion cooking；noodles；response surface methodology

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.08.016

2016－07－25

山東省農業科學院青年科研基金項目“擠壓熟化過程中淀粉糊化機理的研究”（2015YQN48）；山東省科技重大專項（產業轉型升級）項目“小麥精深加工及特殊醫用食品研究與產業化”（2015ZDZX05005）

李倩（1990—），女（漢），實習研究員，碩士，研究方向：糧油加工。

*通信作者：陶海騰（1979—），男（漢），助理研究員，博士，研究方向：糧油加工。